長期不同施肥下旱地紅壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)特征及驅(qū)動因子的探究.pdf

1、紅壤是一種天然的酸性鋁鐵土。在最近的幾十年中，高強度的農(nóng)耕和不合理的施肥措施加速了土壤酸化和破壞了土壤微生物群落結(jié)構(gòu)，進而導(dǎo)致耕地質(zhì)量下降。土壤是地球生物圈中微生物種類和多樣性最高的生態(tài)環(huán)境，微生物在地球生物化學(xué)循環(huán)中發(fā)揮著不可或缺的作用。在農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中，土壤微生物在養(yǎng)分循環(huán)、土壤結(jié)構(gòu)的保持和污染物的消除等方面發(fā)揮重要作用，且與土壤肥力和作物產(chǎn)量密切相關(guān)。
　　本實驗通過454高通量測序技術(shù)和GeoChip功能基因芯片檢測技術(shù)對

2、湖南祁陽紅壤旱地長期定位點的不同施肥處理進行細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)和功能基因特征研究，同時分析了酸化土壤改良處理對土壤微生物區(qū)系的影響，初步探究了土壤細(xì)菌群落形成的驅(qū)動因子，得到以下結(jié)果:
　　1、長期不同施肥措施對土壤理化性質(zhì)的影響不同。不施肥的對照處理(CK)、磷鉀化肥處理(PK)和撂荒處理(Fallow)的土壤仍保持紅壤正常pH范圍(5.0～5.6)，長期有機肥處理(M和NPKM)能顯著提高土壤pH(pH＞6.0)，長期施用含氮化肥但

3、不配施有機肥(N、NP、NK、NPK和NPKS)會顯著降低土壤pH(pH＜4.3)。長期施用含氮化肥但不配施有機肥的土壤速效養(yǎng)分及有機質(zhì)均低于其他施肥處理，并且土壤的微生物生物量碳，土壤酶活和細(xì)菌多樣性也都顯著低于其他處理，表明長期施用含氮化肥但不配施有機肥會降低耕地質(zhì)量。
　　2、石灰和有機肥處理都能顯著提高酸化土壤pH，均可以用于改良酸化土壤。石灰改良處理在改善土壤pH方面比有機肥更加迅速有效，但石灰改良處理對土壤養(yǎng)分含量的影

4、響較小。短期石灰改良僅提供部分鹽基離子(Ca2+)，而短期有機肥改良處理能增加土壤有機質(zhì)含量，速效養(yǎng)分和酶活性，但對土壤總養(yǎng)分含量影響不大。另外，兩種改良方式對土壤微生物群落結(jié)構(gòu)也有不同的影響。有機肥改良處理的土壤中富營養(yǎng)細(xì)菌類群相對豐度顯著增加，而貧營養(yǎng)細(xì)菌類群在NPK和石灰改良處理的土壤中仍是主要類群。不同細(xì)菌類群與土壤養(yǎng)分之間的相關(guān)性也表明，富營養(yǎng)細(xì)菌類群的豐度與土壤養(yǎng)分呈正相關(guān)，而貧營養(yǎng)細(xì)菌類群豐度與土壤養(yǎng)分呈負(fù)相關(guān)。因此貧營養(yǎng)

5、類群與富營養(yǎng)類群可以用于表征土壤肥力狀況。石灰和有機肥改良都各有其優(yōu)勢，因此在酸化土壤中，石灰可快速改善土壤pH，同時輔之以使用有機肥來達到持續(xù)的效果。
　　3、根據(jù)隨機矩陣?yán)碚摌?gòu)建土壤細(xì)菌群落生態(tài)網(wǎng)絡(luò)，比較發(fā)現(xiàn)未酸化土壤(HPP)和酸化土壤(Ac)之間僅有8.67％(32)的OTU是共有的，而Ac與石灰改良土壤(Qlime)之間有27.04％(83)的OTU是共有的，并且他們之間的網(wǎng)絡(luò)相關(guān)指數(shù)有顯著性差異。盡管三者之間的組成結(jié)構(gòu)

6、都顯著不同，Proteobacteria仍是主要的類群，其次是Acidobacteria、Actinobacteria、Bacteroidetes、Chloroflexi和Gemmatimonadetes等。HPP中比Ac中含有更多的正相關(guān)關(guān)系，表明HPP中含有更多相互合作的OTU，而Ac可能包含更多相互競爭的OTU。另外石灰改良是針對酸化土壤(Ac)的處理，其中的正相關(guān)關(guān)系增加了，表明Qlime中的相互合作的OTU可能增加了，因此石灰

7、改艮對土壤微生物群落有一定的積極作用。不同OTU的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)作用反映了不同的OTU在群落中可能的重要地位，HPP中存在更多的generalists表明其細(xì)菌群落是一個更加穩(wěn)定的群落。在所有類型的generalists中，所有的module hubs與土壤理化因子顯著相關(guān)，而所有的connectors與土壤理化因子沒有顯著性關(guān)系。總之，從網(wǎng)絡(luò)組成和結(jié)構(gòu)來看，HPP具有一個更加高效的且有組織性的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)不同的土壤狀態(tài)下的細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)推測

8、:connectors在土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)中是普遍存在的，與土壤理化性質(zhì)無顯著相關(guān)性;module hubs是細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵類群，與土壤理化性質(zhì)顯著相關(guān)，其數(shù)量是區(qū)分農(nóng)田土壤肥力高低的重要指標(biāo)。因此connectors和module hubs可以作為指示土壤肥力高低的重要類群。
　　4、為探究細(xì)菌群落演變的主要驅(qū)動因子，我們選擇了長期定位點中的NPK和NPKM處理。將兩種處理的土壤伽馬射線滅菌后交換接種，培育8個月后測定各土壤

9、理化性質(zhì)，酶活，微生物量及細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)。結(jié)果顯示，同種土壤僅總磷總鉀在接種前后沒有顯著差異，接種NPK土壤菌懸液的處理土壤酶活性和微生物生物量碳低于接種NPKM土壤菌懸液的處理。454高通量的結(jié)果也表明是土壤性質(zhì)而不是微生物種子庫決定最終的細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)，如土壤pH是群落演變的主要驅(qū)動因子。該實驗初步探究了土壤細(xì)菌群落演變的驅(qū)動因子，對我們今后研究微生物群落演變機理和土壤生態(tài)功能提供了理論基礎(chǔ)。
　　長期不同施肥土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)和功