改變微生物群落對典型農(nóng)田土壤作物生產(chǎn)力的影響.pdf

1、土壤微生物是農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，影響著農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的眾多過程，如養(yǎng)分循環(huán)和土壤的形成等，對農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力有著重要的影響。然而目前關于農(nóng)田微生物群落變化對植物生產(chǎn)力影響的研究鮮見報道。本研究通過對土壤滅菌和再接種的方法，對來自不同地區(qū)不同理化性質(zhì)的典型農(nóng)業(yè)土壤及其微生物群落進行組合，探索土壤微生物群落的變化對我國典型農(nóng)田的養(yǎng)分循環(huán)及植物生產(chǎn)力的影響。研究結(jié)果如下:
　　1.本研究采用公主嶺的滅菌黑土作為研究材料，選取未

2、滅菌公主嶺黑土以及德州的潮土、石河子的灰漠土、祁陽的紅壤作為菌種進行相互接種培育后，進行玉米盆栽試驗，研究發(fā)現(xiàn)接種黑土微生物處理各有效養(yǎng)分含量（除銨態(tài)氮外）達到最高的值，其次為接種潮土的處理，而在接種灰漠土和紅壤微生物處理中最低。與土壤生物化學過程密切相關的土壤β-1，4-葡萄糖苷酶(β G)和酸性磷酸酶(AP)活性在接種紅壤中最高，其中土壤βG活性顯著高于接種黑土和灰漠土的處理，且接種潮土的處理亦顯著高于接種黑土的處理;AP活性顯著高

3、于其它接種處理，且各處理間都存在顯著差異;而各處理間土壤多酚氧化酶(PhOX)活性無顯著差異。微生物群落結(jié)構(gòu)分析表明，土壤微生物多樣性指標（香農(nóng)指數(shù)、辛普森指數(shù)）在接種黑土處理中達到最高值，分別為2.03、0.83，而在接種潮土的處理中最低;接種黑土和湖土的處理微生物群落結(jié)構(gòu)較相似，其它各處理間的群落結(jié)構(gòu)都具有較大的差異性。黑土條件下接種不同土壤對植物生產(chǎn)力有顯著影響，其中植株生物量在接種灰漠土和紅壤的處理中顯著高于接種黑土和潮土的處理

4、。本研究對盆栽試驗的各項指標進行相關性分析，結(jié)果表明植物生物量與土壤有效養(yǎng)分（除有效磷）呈顯著負相關，而與土壤各酶活性無顯著相關性;與土壤中Cytophagia種群有較高的正相關，而與Thermoleophilia、Chloracidobacteria和Acidobacteria種群有較高的負相關。
　　2.采用石河子的滅菌灰漠土作為研究材料，選取上述未滅菌的四種土壤作為菌種進行接種試驗。研究發(fā)現(xiàn)接種黑土的處理土壤理化性質(zhì)（含水量

5、、硝態(tài)氮、有效磷和可溶性有機氮）仍表現(xiàn)出相對較高的值，其中各處理銨態(tài)氮和可溶性有機碳含量無顯著差異;而接種黑土和潮土的含水量顯著高于其它處理;硝態(tài)氮與可溶性有機碳之間表現(xiàn)出相似的趨勢，接種黑土的處理僅顯著高于接種紅壤的處理;土壤有效磷含量在接種黑土的處理中顯著高于灰漠土和潮土中。接種紅壤中土壤β-1，4-葡萄糖苷酶(βG)、L-亮氨酸氨肽酶(LAP)和酸性磷酸酶(AP)活性亦最高，其中土壤β G活性僅顯著高于接種潮土的處理;LAP和AP

6、活性顯著高于其它三種接種處理，這3個處理間只有接種灰漠土的LAP活性顯著高于接種黑土的處理;而土壤多酚氧化酶(PhOX)活性在接種潮土的處理中最高，且顯著高于其它接種處理，其它處理間無顯著差異。微生物群落結(jié)構(gòu)分析表明，土壤微生物多樣性指標（香農(nóng)指數(shù)、辛普森指數(shù)）在接種灰漠土的處理中達到最高值，分別為2.07、0.84，具體趨勢為灰漠土＞紅壤＞黑土＞潮土;且黑土和潮土處理中微生物群落結(jié)構(gòu)亦較為類似?；夷翖l件下接種不同土壤對植物生產(chǎn)力有顯

7、著影響，其中植株生物量在接種灰漠土和紅壤的處理中亦顯著高于接種黑土和潮土的處理。本研究各指標相關性分析表明，植物的生物量與含水量、有效磷、β-1,4-葡糖苷酶以及多酚氧化酶等指標呈顯著負相關;與土壤中微生物中的Sva0725、Sphingobacteriia、Acidobacteria、Saprospirae等種群有較高的正相關，而Gammaproteobacteria、Chloracidobacteriad等群落有較高的負相關。

8、>　　3.以祁陽的滅菌紅壤作為研究材料，上述未滅菌四種土壤作為菌種進行接種操作實驗。研究表明各接種處理的土壤有效養(yǎng)分僅銨態(tài)氮和有效磷之間存在顯著差異，其中接種黑土的土壤銨態(tài)氮含量顯著高于接種灰漠土和紅壤的處理，而接種潮土和灰漠土的有效磷含量顯著高于其它兩種接種處理。各處理間僅L-亮氨酸氨肽酶（LAP）和酸性磷酸酶(AP)活性存在顯著差異，其中接種黑土的LAP活性顯著低于其它接種處理，而接種黑土的AP活性僅顯著高于接種灰漠土的處理。各接種

9、處理細菌多樣性指數(shù)存在差異性，香農(nóng)指數(shù)在接種灰漠土和紅壤的處理中相對較高，而辛普森指數(shù)在接種黑土和灰漠土的處理中較高，且得出僅接種紅壤和潮土的群落結(jié)構(gòu)較相似。接種處理對植物的生物量存在顯著影響，接種灰漠土處理植物生物量顯著升高，而接種紅壤雖無顯著差異，仍有增加的趨勢。本研究各指標相關性分析表明，植物的生物量僅與銨態(tài)氮、硝態(tài)氮含量存在一定相關性;而與土壤中Acidobacteria、Rubrobacteria等種群有較高的正相關，與土壤A

10、lphaproteobacteria、Bacilli等種群有較高的負相關。
　　綜上所述，土壤微生物結(jié)構(gòu)組成不但能敏感的反應出土壤肥力水平，對植物的生產(chǎn)力也存在顯著的影響。本研究結(jié)果顯示3個地區(qū)不同類型滅菌土壤（黑土、灰漠土和紅壤）在接種灰漠土和紅壤的處理中，植物生產(chǎn)力較高;且各處理中僅灰漠土類型的土壤在接種灰漠土自身微生物群落結(jié)構(gòu)時，植物生產(chǎn)力能達到最高值。本研究清晰表明，在不治病的情況下，土壤微生物群落對作物的生長具有顯著影響