稻田土壤碳氮轉(zhuǎn)化與微生物群落結(jié)構(gòu)及活性之間的聯(lián)系機(jī)制.pdf

1、稻田作為一種獨(dú)特的人工濕地系統(tǒng)，干濕交替頻繁，研究稻田土壤碳氮周轉(zhuǎn)與微生物群落結(jié)構(gòu)及活性之間的聯(lián)系機(jī)制在微生物固碳和水稻增產(chǎn)上都具有重要意義?；赑LFA-SIP（磷脂脂肪酸-穩(wěn)定同位素標(biāo)記）及MicroRespTM、高通量測(cè)序等技術(shù)，本文先研究了保存條件對(duì)淹水和控水水稻土微生物活性和群落結(jié)構(gòu)的影響，然后分析了秸稈、黑炭、尿素-C、CO2和根系分泌物對(duì)水稻微生物的影響，主要研究如下:
　　通過(guò)對(duì)水稻土進(jìn)行預(yù)培養(yǎng)維持淹水和控水（60

2、％土壤持水量）兩種水分條件。并在以不同方式保存之后測(cè)定其生化指標(biāo)。結(jié)果顯示，NO3-濃度在各處理均顯著增加，除了淹水土壤4℃保存樣品外，總PLFA量未發(fā)生顯著變化?？厮幚硗寥辣４?0天后，NH4+濃度和基礎(chǔ)呼吸增加但再培養(yǎng)7天后又恢復(fù)到保存前水平;而淹水NH4+濃度和基礎(chǔ)呼吸受保存影響極小。各保存條件都影響了土壤的微生物群落功能結(jié)構(gòu)，而對(duì)微生物群落結(jié)構(gòu)無(wú)影響。淹水水稻土的微生物α多樣性顯著高于控水土壤，保存主要增加了淹水土壤的物種豐富

3、度，而促進(jìn)了控水土壤的物種均一性，根據(jù)細(xì)菌門(mén)和綱的結(jié)果，淹水土壤的微生物群落受保存影響更大。
　　將水稻土中添加0.2％(w/w)秸稈、1％秸稈、0.5％黑炭、2.5％黑炭進(jìn)行水稻盆栽實(shí)驗(yàn)，研究土壤碳氮轉(zhuǎn)化及微生物代謝圖譜的變化。結(jié)果顯示，秸稈和黑炭均能影響土壤碳氮周轉(zhuǎn)，提高水稻產(chǎn)量;MicrorespTM方法檢測(cè)的微生物代謝圖譜表明，添加秸稈和黑炭后微生物對(duì)丙氨酸、葡萄糖、果糖和原兒茶酸的代謝量隨黑炭和秸稈的添加量而增加。總之，

4、黑炭比秸稈更能增加水稻產(chǎn)量，而秸稈對(duì)微生物量碳及凈碳礦化的影響顯著高于黑炭，添加含量相對(duì)較高的黑炭比秸稈直接還田更有利于水稻增產(chǎn)和土壤有機(jī)碳積累。
　　選取四種從pH3.9到7.8的農(nóng)田土壤并分別施用13C標(biāo)記的尿素。結(jié)果顯示，尿素在施用2h后就發(fā)生了降解，3天后除高濃度尿素處理的潮土(pH7.8)外，土壤中僅殘存不到2％的尿素-C。主成分分析表明，尿素和培養(yǎng)時(shí)間對(duì)微生物群落組成的影響遠(yuǎn)小于四種由于土壤理化性質(zhì)不同而導(dǎo)致的差異，土

5、壤的第二組成分值與pH值存在顯著的相關(guān)性。尿素-13C在微生物的富集率隨pH增加而增加，這可能與pH增加，無(wú)機(jī)碳向HCO3-轉(zhuǎn)化有關(guān)。標(biāo)記圖譜表明微生物對(duì)尿素-13C的利用不僅受土壤pH的影響，而且還與土地利用方式有關(guān)。
　　不同的微生物固碳途徑對(duì)無(wú)機(jī)碳的利用形式有差別，選取了六種的水稻土進(jìn)行13CO2的培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)。結(jié)果顯示，土壤中13C的持留量與土壤pH顯著相關(guān)并會(huì)隨著培養(yǎng)時(shí)間的增加而增加，但土壤微生物總PLFA-C并不受培養(yǎng)時(shí)間

6、的影響且與土壤有機(jī)碳呈顯著相關(guān)。相關(guān)性分析同樣顯示土壤微生物群落結(jié)構(gòu)受土壤pH的影響，而PLFA標(biāo)記分布則受土壤有機(jī)碳的影響，PLFA的標(biāo)記比例也與土壤有機(jī)碳呈負(fù)相關(guān)。有機(jī)碳含量低的土壤吸收13C的PLFA更為集中，而有機(jī)碳含量高的土壤同化13C的PLFA種類相對(duì)較多。因此，土壤微生物對(duì)無(wú)機(jī)碳的利用受土壤pH、有機(jī)碳含量、微生物種群等多種性質(zhì)的綜合影響。
　　為研究氮肥對(duì)微生物利用根系分泌物的影響，選取三種施氮水平(0、100、2

7、00 mg kg-1 N)種植水稻并進(jìn)行13CO2連續(xù)標(biāo)記。一方面，N增加了水稻生物量和水稻莖、根及相應(yīng)土壤的δ13C值，但對(duì)微生物量及微生物群落結(jié)構(gòu)影響不顯著;另一方面，種植水稻顯著增加微生物生物量和改變微生物群落結(jié)構(gòu)。未種植物的土壤13C標(biāo)記的PLFA含量很低且在施氮和未施氮處理間沒(méi)有差異;對(duì)于種植水稻的處理，N的應(yīng)用顯著促進(jìn)了總13C標(biāo)記量，同時(shí)，改變了標(biāo)記PLFA圖譜。結(jié)果表明N的影響主要是由于促進(jìn)了植物生物量并相應(yīng)增加了根系分