蘇南地區(qū)稻麥輪作系統(tǒng)的高產(chǎn)土壤微生物區(qū)系培育與調(diào)控研究.pdf

1、土壤是地球上微生物種類和生物多樣性最高的生境。土壤微生物是土壤生物肥力形成和維系的核心，提高和維持土壤生物肥力，增加土壤基礎(chǔ)地力對糧食生產(chǎn)的貢獻(xiàn)率是實(shí)現(xiàn)糧食高產(chǎn)，確保農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。因此，研究高產(chǎn)土壤微生物區(qū)系的培育措施和調(diào)控機(jī)理對提高土壤生物肥力，增加作物產(chǎn)量具有重要的意義。
　　施肥不僅可以改變土壤理化和生物性狀，影響土體的土壤微生物區(qū)系;而且還能促進(jìn)植物的生長，影響植物根系分泌物的組成，進(jìn)而影響根際的土壤微生物區(qū)系。本

2、論文分別研究了施肥和添加植物根系分泌物對土壤微生物區(qū)系的影響，共分成三個(gè)部分。第一部分首先分析比較了不同施肥處理對作物產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響，找出具有培育高產(chǎn)土壤微生物區(qū)系潛力的施肥措施，進(jìn)而研究這些施肥措施在培育高產(chǎn)土壤過程中對微生物群落的影響，找出指示高產(chǎn)土壤微生物區(qū)系的生物學(xué)指標(biāo);第二部分首先收集并鑒定了擬南芥不同生長階段的根系分泌物，通過設(shè)置不同的根系分泌物添加處理研究其對土壤微生物區(qū)系的影響，找出特定根系分泌物組分和微生物類群

3、的關(guān)系;第三部分通過土壤懸液實(shí)驗(yàn)研究了施肥措施培育和根系分泌物調(diào)控的微生物區(qū)系對擬南芥生物量的影響。主要研究結(jié)果如下:
　　1.施肥能夠影響作物產(chǎn)量及其構(gòu)成因素、增加土壤速效養(yǎng)分含量和土壤微生物生物量，是農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中影響微生物區(qū)系的最主要因子。在水稻季，豬糞有機(jī)無機(jī)復(fù)合肥配施化肥（NPKMOI）處理能夠提高水稻的有效穗數(shù)和產(chǎn)量;在小麥季，秸稈還田配施化肥(NPKS)處理能夠提高小麥的有效穗數(shù)和產(chǎn)量。施肥能顯著提高土壤堿解氮、速效

4、磷和速效鉀的含量，且NPKMOI處理中的堿解氮和速效鉀含量最高。施肥能夠顯著增加土壤微生物量碳、氮，且NPKMOI處理的微生物量碳、氮最高。高通量測序結(jié)果顯示，施肥能夠顯著改變土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)，且不同施肥措施在水稻季和小麥季對細(xì)菌區(qū)系的影響趨勢一致。冗余分析(RDA)顯示NPKMOI處理的細(xì)菌區(qū)系與其他施肥處理和對照顯著不同，NPKS處理的細(xì)菌區(qū)系與其他施肥處理類似，與對照顯著分開。方差分解分析(VPA)表明施肥措施對細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)變異度

5、的貢獻(xiàn)率最高，是影響細(xì)菌區(qū)系變化的最主要因子。因此，NPKMOI和NPKS是具有培育高產(chǎn)土壤微生物區(qū)系潛力的措施。
　　2.微生物群落結(jié)構(gòu)多樣性和功能多樣性提高，微生物類群之間相互作用增加及微生物網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定是高產(chǎn)土壤微生物區(qū)系培育過程中的重要生物學(xué)指標(biāo)。BIOLOG微平板分析顯示NPKS處理顯著增加了土壤微生物群落總體活性和碳源利用多樣性。高通量測序結(jié)果顯示NPKS和NPKMOI處理均增加了土壤細(xì)菌和真菌的alpha多樣性。主坐標(biāo)

6、分析(PCoA)顯示NPKS和NPKMOI處理均能定向改變土壤細(xì)菌和真菌的群落結(jié)構(gòu)，且這種改變在水稻季和小麥季的趨勢是一致的。網(wǎng)絡(luò)分析表明NPKS和NPKMOI處理的土壤細(xì)菌和真菌類群之間的相互作用更多，網(wǎng)絡(luò)更穩(wěn)定。普氏分析顯示細(xì)菌和真菌群落結(jié)構(gòu)顯著相關(guān)，表明施肥對細(xì)菌和真菌區(qū)系的影響是一致的。相關(guān)性分析表明土壤細(xì)菌、真菌的多樣性和群落結(jié)構(gòu)與水稻、小麥的產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)。因此，可以將微生物群落多樣性和功能多樣性作為土壤生物肥力的指標(biāo)。<

7、br>　　3.擬南芥不同生長階段的根系分泌物組成顯著不同。在無菌條件下，通過溶液法收集得到擬南芥苗期、營養(yǎng)生長期和抽薹期的根系分泌物。氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用(GC-MS)方法共檢測到534種物質(zhì)，鑒定出其中的202種物質(zhì)，包括26種糖、7種糖酸、25種（糖）醇、60種有機(jī)酸、12種核酸、35種氨基酸、17種酰胺/胺和20種其他類物質(zhì)。主成分分析顯示擬南芥苗期、營養(yǎng)生長期和抽薹期的根系分泌物組成顯著不同。苗期的根系分泌物以糖類和有機(jī)酸類物質(zhì)為

8、主;營養(yǎng)生長期的根系分泌物以氨基酸類物質(zhì)為主;抽薹期根系分泌物中各類物質(zhì)的分泌量較均勻，具有最高的化學(xué)多樣性和均勻度。
　　4.為探究根系分泌物能否定向調(diào)控土壤微生物區(qū)系，將收集得到的擬南芥不同生長階段的根系分泌物按正向（苗期-營養(yǎng)生長期-抽薹期）和反向（抽薹期-營養(yǎng)生長期-苗期）順序分別添加到土壤中，研究土壤細(xì)菌和真菌區(qū)系的變化。結(jié)果顯示，土壤硝態(tài)氮、速效磷和速效鉀的含量隨著根系分泌物的添加而增加，且在反向添加順序中的含量高于正

9、向添加順序。主坐標(biāo)分析(PCoA)顯示細(xì)菌和真菌群落結(jié)構(gòu)在正向和反向添加順序中遵循不同的演替路徑，最終形成類似的細(xì)菌和真菌區(qū)系，表明根系分泌物（驅(qū)動力）的添加順序不影響最終的群落結(jié)構(gòu)，證明根系分泌物對土壤微生物區(qū)系的影響不是隨機(jī)的，因此可以通過添加合適的驅(qū)動力定向調(diào)控土壤微生物區(qū)系。相關(guān)性分析表明添加的根系分泌物與土壤速效養(yǎng)分、細(xì)菌和真菌群落結(jié)構(gòu)呈顯著正相關(guān)。
　　5.秸稈還田培育和抽薹期根系分泌物調(diào)控的土壤微生物區(qū)系能夠促進(jìn)擬南

10、芥生物量的累積。在實(shí)驗(yàn)室控制條件下，土壤實(shí)驗(yàn)證明秸稈還田、豬糞有機(jī)無機(jī)復(fù)合肥及添加有抽薹期根系分泌物的處理能夠增加擬南芥的生物量;土壤懸液實(shí)驗(yàn)證明秸稈還田培育的土壤微生物區(qū)系和抽薹期的根際微生物區(qū)系能夠促進(jìn)擬南芥生物量的累積。
　　本論文研究了施肥措施和添加根系分泌物對土壤微生物群落結(jié)構(gòu)及多樣性的影響，并通過土壤懸液實(shí)驗(yàn)研究了施肥和添加根系分泌物形成的微生物區(qū)系對擬南芥生長的影響，表明通過合理的施肥措施和添加相應(yīng)的根系分泌物能夠達(dá)