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，增加土壤基礎地力對糧食生產(chǎn)的貢獻率是實現(xiàn)糧食高產(chǎn)，確保農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關鍵。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;而且還能促進植物的生長，影響植物根系分泌物的組成，進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)系的生物學指標;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、的關系;第三部分通過土壤懸液實驗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。主要研究結果如下:
　　1.施肥能夠影響作物產(chǎn)量及其構成因素、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，豬糞有機無機復合肥配施化肥（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。高通量測序結果顯示，施肥能夠顯著改變土壤細菌群落結構，且不同施肥措施在水稻季和小麥季對細菌區(qū)系的影響趨勢一致。冗余分析(RDA)顯示NPKMOI處理的細菌區(qū)系與其他施肥處理和對照顯著不同，NPKS處理的細菌區(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)表明施肥措施對細菌群落結構變異度

5、的貢獻率最高，是影響細菌區(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.微生物群落結構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指標。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。高通量測序結果顯示NPKS和NPKMOI處理均增加了土壤細菌和真菌的alpha多樣性。主坐標

6、分析(PCoA)顯示NPKS和NPKMOI處理均能定向改變土壤細菌和真菌的群落結構，且這種改變在水稻季和小麥季的趨勢是一致的。網(wǎng)絡分析表明NPKS和NPKMOI處理的土壤細菌和真菌類群之間的相互作用更多，網(wǎng)絡更穩(wěn)定。普氏分析顯示細菌和真菌群落結構顯著相關，表明施肥對細菌和真菌區(qū)系的影響是一致的。相關性分析表明土壤細菌、真菌的多樣性和群落結構與水稻、小麥的產(chǎn)量呈顯著正相關。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。<

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，研究土壤細菌和真菌區(qū)系的變化。結果顯示，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。主坐標分析(PCoA)顯示細菌和真菌群落結構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構，證明根系分泌物對土壤微生物區(qū)系的影響不是隨機的，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。相關性分析表明添加的根系分泌物與土壤速效養(yǎng)分、細菌和真菌群落結構呈顯著正相關。
　　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)系能夠促進擬南

10、芥生物量的累積。在實驗室控制條件下，土壤實驗證明秸稈還田、豬糞有機無機復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;土壤懸液實驗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構及多樣性的影響，并通過土壤懸液實驗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的根系分泌物能夠達