典型旱地作物生長期及施肥對氮轉化相關微生物的研究.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)系統的功能和穩(wěn)定性。微生物是土壤生態(tài)系統的核心組成，廣泛參與元素的生物地球化學循環(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。研究土壤中氮轉化相關微生物在不同時期對施肥的響應特征和響應機理，對于認識和預測施肥或環(huán)境對微生物功能的影響具有重要科學意義，也可為制訂有效氮素管理

2、措施和發(fā)展調控方法提供科學依據。
　　本研究采用分子生物學方法，如聚合酶鏈式反應（PCR）、實時熒光定量PCR、末端限制性片段多態(tài)性分析（T-RFLP）、克隆測序技術以及高通量測序（Illumina miseq），系統深入地揭示了三種典型旱地土壤中施肥后不同時期微生物群落結構、多樣性和功能的變化，并在此基礎上探討了土壤功能微生物群落對環(huán)境脅迫的響應機制。論文的主要研究內容與成果如下：
　　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期不同施肥對土壤理化性質、氨氧化微生物豐度、群落結構及其功能的影響。結果表明：(1)土壤類型是影響這些指標的主要因素，其次為取樣年度、取樣時期、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 AOB（氨氧化細菌）的生長，AOB基因豐度與NO3--N呈顯著正相關。(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構、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構差異較大，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構差異明顯，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構的主要因素是NH4+-N和 NO3--N，影響紅壤固氮微生物群落結構的主要因素 H2O、DOC和NH4+-N。
　　3.微生物群落在施肥條件下通過改變群落結構來

6、適應環(huán)境的變化，優(yōu)勢種群并沒有變化，而是通過調整各個種群的相對比例來適應變化。
　　4.兩年的施肥處理改變了氨氧化和固氮微生物的群落結構，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構的改變而改變，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，本論文通過綜合運用各種分子生態(tài)學研究手段，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期