茶園土壤微生物群落多樣性及硝化作用研究.pdf

1、本論文在我國著名綠茶產(chǎn)地杭州市西湖區(qū)梅家塢，在同一母質發(fā)育土壤上，選擇荒地、茶園和林地典型土樣為研究材料，采用田間調查與實驗室培養(yǎng)相結合，綜合運用傳統(tǒng)技術和Biolog、DGGE、PLFA等新技術以荒地和林地土壤為參比，重點對茶園土壤特殊生境中，土壤微生物生化特性、群落結構及多樣性、施氮肥和石灰對土壤微生物生化特性和群落結構及多樣性的影響、茶園土壤微生物群落中特殊的生理類群一硝化微生物及其驅使的硝化作用強度等方面進行了系統(tǒng)的研究。獲得以

2、下主要研究結果： 1．茶園土壤主要微生物生化指標微生物量碳、基礎呼吸、微生物商、蔗糖酶、脲酶、蛋白酶和酸性磷酸酶活性隨茶園植茶年齡的增加，從幼齡(8年)至中齡(50年)明顯上升，而后從中齡(50年)至老齡(90年)明顯下降(p<0.05)，以中齡茶園土壤最高。而土壤主要化學指標-土壤酸度、土壤有機碳、全氮和有效磷含量隨著植茶年齡增加而增加，均以老齡茶園土壤最高。與荒地、林地土壤相比，茶園土壤的脲酶、蛋白酶、酸性磷酸酶活性以及礦質

3、氮含量均明顯高于荒地、林地土壤(p<0.05)。 2．對茶園、荒地和林地土壤微生物群落結構及多樣性的研究表明，Biolog測定的土壤微生物功能多樣性指數(shù)隨茶園植茶年齡增加而減小(P<0.05)，不同利用方式的大小順序為荒地>林地>茶園。DGGE測定的基因多樣性指數(shù)從8年茶園至50年茶園顯示明顯增加趨勢，從50年茶園至90年茶園顯示明顯減小趨勢(P<0.05)，不同利用方式的大小順序為荒地>茶園>林地。PLFA分析顯示，茶園植茶年

4、齡及利用方式明顯影響土壤微生物群落組成和脂肪酸所指示的特定微生物(革蘭氏陽性菌、革蘭氏陰性菌、細菌、真菌、放線菌以及革蘭氏陽性菌與革蘭氏陰性菌的比值、真菌與細菌的比值)(p<0.05)，但土壤微生物群落結構多樣性指數(shù)在茶園不同植茶年齡和茶園--荒地一林地不同利用方式土壤之間均沒有明顯區(qū)別。從微生物對Biolog微平板碳素利用剖面、微生物16S rDNA片段的DGGE指紋圖譜和微生物PLFA圖譜的聚類分析表明三種測試技術所得數(shù)據(jù)的分析結果

5、趨勢完全一致，即茶園三個不同植茶年齡的土壤在較短距離尺度聚為一類，茶園、荒地和林地三種不同利用方式的土壤在較大距離尺度聚為明顯不同的3類，表明不同利用方式相對于茶園植茶年齡對土壤微生物群落結構的形成有更大的影響。 3．施尿素實驗室培養(yǎng)試驗對茶園、荒地和林地的土壤微生物量、蔗糖酶、脲酶、蛋白酶和酸性磷酸酶活性等生化指標均顯示很快促進作用，在第5天就達到最大值。而后茶園土壤明顯下降，至第45天趨于平緩。荒地、林地土壤則不再發(fā)生變化。

6、施尿素使茶園土壤微生物群落功能多樣性指數(shù)明顯下降(p<0.05)，其下降幅度是8年茶園>50年茶園>90年茶園。8年茶園土壤微生物群落基因多樣性指數(shù)增加，50年和90年明顯降低。施尿素對茶園土壤微生物群落結構多樣性指數(shù)沒有明顯影響，但脂肪酸所指示的特定微生物(革蘭氏陽性菌、革蘭氏陰性菌、細菌、真菌、放線菌以及真菌與細菌的比值)均發(fā)生了明顯變化(p<0.05)。施尿素使荒地和林地土壤微生物功能、基因和結構多樣性指數(shù)均明顯增加。Biolog

7、、DGGE和PLFA數(shù)據(jù)的主成分分析均表明施尿素對茶園土壤微生物群落結構的影響明顯不同于荒地和林地。 4．施石灰對土壤微生物群落結構及多樣性的影響顯示，Biolog分析表明，茶園和林地土壤微生物群落平均吸光值(AWCD)和功能多樣性指數(shù)均隨著石灰用量的增加而增加，而荒地則隨施用量增加而下降。其數(shù)據(jù)的主成分分析表明，施石灰對茶園土壤微生物群落結構的影響與荒地和林地的明顯不同。PLFA分析表明，茶園、荒地和林地土壤微生物結構多樣性指

8、數(shù)均隨石灰用量增加而增加。施石灰使茶園、荒地和林地土壤細菌特征脂肪酸增加。茶園土壤真菌和放線菌的特征脂肪酸則低施用量(0-1.6-3.2 g CaCO<,3> kg<'-1>)上升，高施用量(3.2-6.4 g CaCO<,3> kg<'-1>)下降。荒地和林地土壤真菌特征脂肪酸均隨石灰用量增加而減小，放線菌特征脂肪酸則隨石灰用量增加而增加，其數(shù)據(jù)的主成分分析表明施石灰對茶園土壤微生物群落結構的影響與林地相似，與荒地明顯不同。

9、5．從50年酸性茶園土壤分離到兩株異養(yǎng)硝化細菌N1和N2，根據(jù)其形態(tài)學特征、以及16S rDNA測序與系統(tǒng)發(fā)育分析，可初步斷定菌株N1為假單胞菌屬(Pseudomonas)，菌株N2為無色桿菌屬(Achromobacter)。并且菌株N2與無色桿菌屬中Achromobacter xylosoxidans的16S rDNA序列相似性高達98％-99％。菌株N1和N2的最適氨氧化pH值分別為7.5和7.0，最適氨氧化溫度分別為32℃和30℃

10、，并且兩株菌在pH值低至3.5的培養(yǎng)基上仍具有較高氨氧化能力。菌株N1和N2在無機培養(yǎng)基中生長時均能使培養(yǎng)基pH值明顯減小。 6．茶園土壤氮的凈礦化作用和凈硝化作用顯著大于荒地和林地，并且，隨植茶年齡增加，從8年幼齡茶園到50年中齡茶園有明顯增加趨勢，從50年中齡茶園到90年老齡茶園則有明顯減小趨勢(ρ<0.05)。茶樹凋落物、尿素和石灰的施用均能提高土壤硝化率，茶園土壤硝化率的增加率明顯大于荒地和林地土壤(ρ<0.05)。對于

11、茶園土壤生態(tài)系統(tǒng)，施尿素使8年和50年茶園土壤硝化率的增加率顯著大于90年茶園土壤，茶樹凋落物和施石灰均使50年茶園土壤硝化率的增加率明顯大于8年和90年茶園土壤(p<0.05)。 7．分別采用好氣培養(yǎng)法及懸浮液培養(yǎng)法測定了茶園土壤硝化勢，發(fā)現(xiàn)茶園土壤亞硝化細菌和硝化細菌的數(shù)量及硝化勢均從8年茶園至50年茶園明顯增加，從50年茶園至90年茶園明顯減小，亦明顯高于荒地和林地(ρ<0.05)。施用尿素使茶園、荒地和林地土壤硝化勢也有