长期施肥对红壤性水稻土微生物多样性及甲烷排放相关功能微生物的影响

【摘要】：随着我国人口的增多,农业生产的压力增大,肥料的用量不断增加,然而,不合理的施肥方式一方面可以导致土壤总体微生物和特定功能微生物种群、数量及活性的变化,从而影响土壤的肥力和功能,进一步影响我国的粮食安全,另一方面将可能限制稻田系统的生产力提高,同时施肥将影响甲烷等温室气体排放,增加大气温室效应。细菌,真菌是土壤中的主要微生物,产甲烷古菌和甲烷氧化菌是与甲烷(CH4)产生有关的重要功能菌,通过微生物多样性的研究,可以揭示不同施肥方式下土壤微生物的响应规律,增加我们对于微生物与施肥措施间的相互关系及稻田土壤甲烷的排放的认识。本研究以连续30年不同施肥处理的红壤性水稻土为研究对象,试验地点位于江西省红壤研究所内,试验共设四个处理：(1)无肥对照(CK)；(2)单施氮肥(N)；(3)常规施氮磷钾肥(NPK)；(4)氮磷钾肥配施有机粪肥(NPKM).实验分析了长期不同施肥制度对土壤有机碳和全氮含量的影响,采用聚合酶链反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)和实时荧光定量PCR (quantitative Real-time PCR)的方法,研究土壤细菌、真菌、古菌、产甲烷古菌和甲烷氧化菌的群落结构和丰度,运用紫外-荧光微孔板检测技术测试了7种土壤酶活性,主要结果如下：1、与不施肥相比,30年长期有机无机肥配施显著增加了土壤有机碳和全氮含量,增幅分别为23%和47%,单施化肥无显著改变。2、施肥显著增加了土壤几丁质酶活性；与单施氮肥相比,NPK和NPKM处理还提高了β-葡萄糖苷酶和α-葡萄糖苷酶活性；与CK相比,仅NPKM处理下的土壤纤维素酶和过氧化物酶活性增加；木聚糖酶和酸性磷酸单酯酶活性在各处理间未发现显著变化。将所有7种酶活性值归一化处理后,发现30年长期有机无机肥配施比对照显著增加了土壤酶活性。3、通过对土壤中细菌、真菌、古菌、产甲烷古菌和甲烷氧化菌丰度的测定,发现仅土壤古菌丰度在NPKM处理下显著低于对照,其余微生物丰度在各处理间未发现显著差异。4、长期有机无机肥配施显著增加了土壤细菌多样性,并且改变了土壤细菌和真菌的群落结构；施肥对土壤真菌多样性无显著影响。NPKM处理下,隶属于梭菌属和厌氧绳菌科的两类细菌显著增加。5、长期施肥显著降低了土壤古菌多样性,而增加了甲烷氧化菌的多样性,且NPKM处理下的甲烷氧化菌多样性最高。切胶测序结合系统进化树分析发现,NPKM处理下,一类未被鉴定出的古菌消失,同时被鉴定出属于甲烷微菌目和甲烷球菌目的两类产甲烷古菌增强；而Type Ⅰ型甲烷氧化菌也得到增强。 【关键词】：长期施肥 红壤性水稻土 酶活性 微生物群落 产甲烷菌 甲烷氧化菌
【学位授予单位】：南京农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：S154.36
【目录】：

• 摘要8-10
• ABSTRACT10-12
• 第一章 文献综述12-22
• 1.1 研究背景12-13
• 1.2 土壤微生物多样性13-17
• 1.2.1 土壤微生物多样性的内涵13-14
• 1.2.2 土壤微生物多样性的影响因素14-16
• 1.2.3 土壤微生物多样性研究方法进展16-17
• 1.3 长期施肥对土壤微生物多样性的影响17-19
• 1.3.1 长期施肥对土壤酶活性的影响18
• 1.3.2 长期施肥对土壤微生物群落多样性的影响18-19
• 1.3.3 长期施肥对土壤甲烷排放相关功能微生物群落的影响19
• 1.4 研究目的、内容及技术路线19-22
• 1.4.1 研究目的和内容19-20
• 1.4.2 技术路线20-22
• 第二章 长期施肥对土壤养分和酶活性的影响22-30
• 2.1 引言22-23
• 2.2 材料和方法23-25
• 2.2.1 试验点概况23
• 2.2.2 土壤样品采集与处理23
• 2.2.3 土壤理化性质测定23
• 2.2.4 土壤酶活性测定23-24
• 2.2.5 数据处理24-25
• 2.3 结果分析25-27
• 2.3.1 土壤有机质与全氮含量的变化25
• 2.3.2 土壤酶活性的变化25-27
• 2.4 讨论27-28
• 2.4.1 长期施肥对土壤有机质和全氮含量的影响27
• 2.4.2 长期施肥对土壤酶活性的影响27-28
• 2.5 小结28-30
• 第三章 长期施肥对土壤细菌和真菌群落结构和丰度的影响30-42
• 3.1 引言30
• 3.2 材料和方法30-34
• 3.2.1 供试土样30-31
• 3.2.2 土壤总DNA提取31
• 3.2.3 土壤细菌和真菌丰度的测定——定量PCR技术(qPCR)31-32
• 3.2.4 土壤细菌和真菌群落结构的分析——变性梯度凝胶电泳技术(PCR-DGGE)32-33
• 3.2.5 数据处理33-34
• 3.3 结果分析34-39
• 3.3.1 土壤细菌和真菌丰度的变化34
• 3.3.2 土壤细菌和真菌群落结构及多样性的变化34-36
• 3.3.3 明显条带的克隆测序和系统进化分析36-39
• 3.4 讨论39-41
• 3.4.1 长期施肥对土壤细菌和真菌丰度的影响39
• 3.4.2 长期施肥对土壤细菌和真菌群落结构的影响39-41
• 3.5 小结41-42
• 第四章 长期施肥对土壤甲烷产生和氧化相关微生物群落结构和丰度的影响42-52
• 4.1 引言42-43
• 4.2 材料和方法43-44
• 4.2.1 供试土壤43
• 4.2.2 土壤古菌、产甲烷菌和甲烷氧化菌丰度的测定——定量PCR技术(qPCR)43-44
• 4.2.3 土壤古菌和甲烷氧化菌群落结构的分析——变性梯度凝胶电泳技术(PCR-DGGE)44
• 4.3 结果分析44-49
• 4.3.1 土壤古菌、产甲烷菌和甲烷氧化菌丰度变化44-45
• 4.3.2 土壤古菌和甲烷氧化菌群落结构及多样性的变化45-47
• 4.3.3 明显条带的克隆测序和系统进化分析47-49
• 4.4 讨论49-50
• 4.4.1 长期施肥对土壤古菌、产甲烷菌和甲烷氧化菌丰度的影响49-50
• 4.4.2 长期施肥对土壤古菌和甲烷氧化菌群落结构的影响50
• 4.5 小结50-52
• 第五章 全文结论、创新点与展望52-54
• 5.1 全文结论52
• 5.2 创新点52
• 5.3 不足与展望52-54
• 参考文献54-64
• 致谢64-66
• 攻读学位期间发表的学术论文目录66

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