典型旱地作物生長期及施肥對氮轉(zhuǎn)化相關(guān)微生物的研究.pdf

1、氮是植物生長所需的大量營養(yǎng)元素，是土壤生產(chǎn)力的主要限制性因素。作物生長所需的氮素主要依賴于氮肥的施入，而化肥的大量施入會引發(fā)一系列的環(huán)境問題，也會影響土壤生態(tài)系統(tǒng)的功能和穩(wěn)定性。微生物是土壤生態(tài)系統(tǒng)的核心組成，廣泛參與元素的生物地球化學(xué)循環(huán)；氨氧化微生物和固氮微生物在氮素循環(huán)中具有重要的作用。研究土壤中氮轉(zhuǎn)化相關(guān)微生物在不同時(shí)期對施肥的響應(yīng)特征和響應(yīng)機(jī)理，對于認(rèn)識和預(yù)測施肥或環(huán)境對微生物功能的影響具有重要科學(xué)意義，也可為制訂有效氮素管理

2、措施和發(fā)展調(diào)控方法提供科學(xué)依據(jù)。
　　本研究采用分子生物學(xué)方法，如聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（PCR）、實(shí)時(shí)熒光定量PCR、末端限制性片段多態(tài)性分析（T-RFLP）、克隆測序技術(shù)以及高通量測序（Illumina miseq），系統(tǒng)深入地揭示了三種典型旱地土壤中施肥后不同時(shí)期微生物群落結(jié)構(gòu)、多樣性和功能的變化，并在此基礎(chǔ)上探討了土壤功能微生物群落對環(huán)境脅迫的響應(yīng)機(jī)制。論文的主要研究內(nèi)容與成果如下：
　　1.連續(xù)兩年分別從吉林公主嶺（黑土）

3、、河南許昌（潮土）和湖南桃源（紅壤）采集施肥后玉米不同生長期的土壤樣品。全面研究了三種土壤中不同時(shí)期不同施肥對土壤理化性質(zhì)、氨氧化微生物豐度、群落結(jié)構(gòu)及其功能的影響。結(jié)果表明：(1)土壤類型是影響這些指標(biāo)的主要因素，其次為取樣年度、取樣時(shí)期、施肥等。(2)秸稈對于有效氮的流失有滯留作用，且黑土對有效氮的保持能力最高。(3)施肥能夠促進(jìn) AOB（氨氧化細(xì)菌）的生長，AOB基因豐度與NO3--N呈顯著正相關(guān)。(4) NH4+-N、含水量和D

4、OC是顯著影響AOA（氨氧化古菌）群落的主要因素。(5)施肥并未改變AOA、AOB優(yōu)勢種群，但仍引起了一些種群的豐度改變。
　　2.用高通量測序方法研究了三種土壤中固氮微生物群落結(jié)構(gòu)、多樣性和功能變化特征。三種土壤之間固氮酶活、固氮微生物豐度和群落結(jié)構(gòu)差異較大，且變化規(guī)律不一致。(1)固氮酶活在黑土、潮土的同一時(shí)期各處理大致為CK（未施肥）>N（添加尿素）、NS（添加尿素和秸稈），說明施肥抑制固氮酶活；紅壤2015年各時(shí)期為NS>

5、CK>N，說明秸稈能夠抑制N引起的抑制作用。(2) N處理降低固氮基因豐度，NS通過增加有效態(tài)碳從而提高固氮基因豐度。(3)三種土壤中固氮微生物群落結(jié)構(gòu)差異明顯，黑土和潮土更為相近，且這兩種類型的土壤各自2015年和2016年的群落可以分開。影響黑土和潮土固氮微生物群落結(jié)構(gòu)的主要因素是NH4+-N和 NO3--N，影響紅壤固氮微生物群落結(jié)構(gòu)的主要因素 H2O、DOC和NH4+-N。
　　3.微生物群落在施肥條件下通過改變?nèi)郝浣Y(jié)構(gòu)來

6、適應(yīng)環(huán)境的變化，優(yōu)勢種群并沒有變化，而是通過調(diào)整各個(gè)種群的相對比例來適應(yīng)變化。
　　4.兩年的施肥處理改變了氨氧化和固氮微生物的群落結(jié)構(gòu)，但對氨氧化基因和固氮基因豐度的影響較小。微生物的功能并不一定隨微生物群落結(jié)構(gòu)的改變而改變，最可能的原因就是微生物群落存在較高程度的功能冗余，即不同的微生物類群可能執(zhí)行相同的功能。
　　綜上所述，本論文通過綜合運(yùn)用各種分子生態(tài)學(xué)研究手段，揭示了土壤氨氧化微生物和固氮微生物群落對不同施肥和時(shí)期