秸稈添加對土壤有機(jī)質(zhì)和微生物群落及其演替的影響.pdf

1、有機(jī)物料進(jìn)入土壤后的分解和轉(zhuǎn)化是農(nóng)林生態(tài)系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)，其中微生物參與的生化過程決定了土壤有機(jī)質(zhì)的積累或釋放。土壤-微生物-有機(jī)物料作為物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)的統(tǒng)一體，相互影響和制約，共同決定土壤養(yǎng)分的供應(yīng)。研究有機(jī)物料降解過程中微生物作用機(jī)理對利用有機(jī)物料還田來提升土壤肥力具有重要意義。本研究通過室內(nèi)模擬方法，對采集自全國17個(gè)省的85個(gè)土壤添加玉米秸稈，研究了土壤有機(jī)質(zhì)消長的特征、土壤全量養(yǎng)分和速效養(yǎng)分變化規(guī)律、可培養(yǎng)微生物數(shù)量特征；通

2、過對土壤水分含量、初始有機(jī)質(zhì)含量和土地利用方式的歸類，探究土壤有機(jī)質(zhì)消長的因子；比較有機(jī)質(zhì)消長土壤之間微生物 PLFA特征，利用高通量測序方法尋找微生物多樣性之間的區(qū)別，探討土壤有機(jī)質(zhì)的消長與微生物群落的互作機(jī)理，具體研究結(jié)果如下：
　　1.土壤有機(jī)質(zhì)（SOM）含量相對變化率與其初始SOM含量呈顯著負(fù)相關(guān)，二者呈對數(shù)關(guān)系；水分含量升高，SOM增加和減少的土壤其累積量和消耗量均逐漸降低；4種用地方式土壤添加秸稈處理后，耕地SOM相對

3、變化率除3個(gè)土樣外均增加，水田SOM均減少，林地和菜地SOM有增有減；土壤初始可培養(yǎng)細(xì)菌極顯著高于真菌和放線菌（p＜0.01），秸稈添加后各土壤微生物均增加，增加比例水田＞林地＞菜地＞耕地，真菌＞放線菌＞細(xì)菌。
　　2.土壤-玉米秸稈混合體系培養(yǎng)90d后，處理后SOM與原始土樣SOM之間差值為（I）。SOM含量累積增加的土樣有63.5％，其中增加程度較高（I＞12.05g/kg）的土樣占39%，增加程度較低（0.25g/kg＜I＜

4、9.00g/kg）的土樣占61%。此外，還有36.5%的土樣SOM含量下降，下降范圍為-112.30g/kg＜I＜-0.30g/kg。
　　3.以土壤-玉米秸稈混合體系培養(yǎng)90d后SOM凈累積量（I）為標(biāo)準(zhǔn)對土壤進(jìn)行分組：SOM累積增加明顯的記為I1組，SOM累積增加不明顯的記為I2組，SOM減少的記為I3組。選取每組中的10個(gè)土樣進(jìn)行研究。三組土壤全氮除HUB-1、GZ-2、HEN-13外，均出現(xiàn)不同程度的增加，增加量I1＞I2

5、＞I3，全磷含量除9個(gè)土樣減少外，其余均增加，減少的樣品在三個(gè)組中均存在，全鉀含量均大幅增加，平均增加量I1、I2和I3組分別為90.34，61.76和99.60g/kg；三組土壤堿解氮含量大多增加，增加趨勢與全氮和有機(jī)質(zhì)一致，均為I1＞I2＞I3組；速效磷含量增加顯著，平均含量I3＞I1＞I2，I2較I1、I3分別低32%，38%；速效鉀含量亦增加顯著，I2組中GS-1增加量最高可達(dá)2500g/kg，增量最低的I3組土壤中CQ-3也達(dá)

6、到了88g/kg，三組土壤差異不明顯，I2略大于I3和I1組。
　　4.秸稈處理后，三組土壤可培養(yǎng)細(xì)菌、真菌、放線菌數(shù)量均明顯增加，增加幅度真菌＞放線菌＞細(xì)菌。I3組原始土壤可培養(yǎng)細(xì)菌數(shù)量分別比I1和I2高出28.3%和23.1%。三組土壤中均存在原始土壤可培養(yǎng)細(xì)菌數(shù)量與添加玉米秸稈后三種可培養(yǎng)微生物增量呈反比的現(xiàn)象，即原始土壤中可培養(yǎng)細(xì)菌數(shù)越低，則添加秸稈后三種可培養(yǎng)微生物增量越高，如 I1組 SC-3，I2組 HEN-6、HU

7、B-6和 I3組 AH-2、HUB-3、GS-4、HEB-2、HEN-13、HEN-2，I3組最為明顯，其中I3組中可培養(yǎng)細(xì)菌數(shù)量最低的AH-2和HUB-3，秸稈處理后達(dá)到該組樣品中三種可培養(yǎng)微生物累計(jì)增加最多的樣品，分別為1503%和1026%。
　　5. I2組土壤受本底養(yǎng)分含量低的限制，處理后PLFA含量和種類基本與其原始土壤的保持一致；I1和I3組初始SOM含量高且相似，但I(xiàn)1組秸稈處理后引起土壤微生物負(fù)激發(fā)效應(yīng)（Fals

8、e Priming Effect,FPE），刺激8種可能具有碳固定功能的真菌、放線菌和G-菌大量增殖，10種受碳源限制的未知細(xì)菌類群消失，細(xì)菌/真菌顯著下降；而I3組秸稈處理后促使10種可能缺乏降解能力的真菌、放線菌和G+微生物類群的增殖，土壤微生物發(fā)生正激發(fā)效應(yīng)（Ture Priming Effect。TPE），細(xì)菌/真菌雖顯著下降，但細(xì)菌數(shù)量遠(yuǎn)多于真菌數(shù)量，土壤原有養(yǎng)分礦化嚴(yán)重，有機(jī)質(zhì)含量下降。
　　6.分別從I1和I3組中選

9、擇相同用地方式的土樣，分別為SC-2和HUB-3，高通量測序分析知，秸稈處理后I1組樣品SC-2較原始樣品細(xì)菌豐度無明顯差異，真菌豐度顯著增加，I3組樣品HUB-3細(xì)菌和真菌豐度均顯著降低，兩種土壤樣品多樣性指標(biāo)較原始樣品均顯著降低（p＜0.05）；4個(gè)土壤樣品中共檢測到24個(gè)屬水平真菌類群，其中處理后SC-2土壤中與原始土壤相比，占總序列比例減少的真菌序列有14個(gè)，比例增加的真菌僅為6個(gè)且全部為子囊菌屬真菌，該屬糞殼菌（Sordari

10、ales）增幅高達(dá)20%。HUB-3處理后樣品較原始樣品序列比例減少的真菌序列僅為7個(gè)，比例增加的真菌有17個(gè)，該土壤中優(yōu)勢類群明顯，但低豐度分布菌群在處理后土壤中比例大多數(shù)有少量增加。玉米秸稈處理對SC-2細(xì)菌群落影響不大，處理前后優(yōu)勢細(xì)菌類群種類和數(shù)量均未發(fā)生顯著變化，只有變形菌門和放線菌門細(xì)菌類群下降。但玉米秸稈添加極大的改變了HUB-3樣品中細(xì)菌類群的豐度，優(yōu)勢細(xì)菌菌群除變形菌門增加外均出現(xiàn)不同程度的下降。
　　7.以SC

11、-2和HUB-3為例，二者均來自水田，原有氣候等條件相似，分解條件相同，添加秸稈后SC-2土壤有機(jī)質(zhì)增加，主要受原始土壤中微生物菌群組成及本底理化指標(biāo)的控制。CCA結(jié)果表明SC-2和HUB-3原始土樣中微生物群落構(gòu)成差異大，由高通量分析知，SC-2原始樣品中優(yōu)勢細(xì)菌主要有變形菌門和綠彎菌門在內(nèi)的5個(gè)門，真菌優(yōu)勢類群包括未知炭角菌和輪枝菌等4種，而HUB-3原始樣品中，優(yōu)勢真菌包括未知小囊菌、輪枝菌和未知糞殼菌3種，細(xì)菌包括變形菌門和放線

12、菌門等在內(nèi)的6個(gè)門。有機(jī)物料降解過程中，2個(gè)土壤微生物類群發(fā)生變化，SC-2培養(yǎng)結(jié)束后，變化最明顯的均為細(xì)菌類群，而HUB-3培養(yǎng)結(jié)束后，變化最多的微生物類群大多為真菌（CCA結(jié)果），其中SC-2中微生物菌群變化主要受土壤有機(jī)質(zhì)、總氮、速效磷和堿解氮的影響，過高的速效鉀、pH和G+/G-會(huì)抑制微生物的分解效率。HUB-3中發(fā)生變化的微生物可能與原有有機(jī)質(zhì)的礦化密切相關(guān)，且在礦化過程中，微生物菌群組成和豐度與pH、總鉀和G+/G-值呈正相