保护性耕作对大豆田土壤养分及其根瘤菌群落多样性影响的研究

论文摘要

黄土高原地区坡耕地水土流失严重,采用合理的保护性耕作能有效改善农田土壤环境。根瘤菌能与豆科植物共生固氮,促进植物生长和增加土壤营养。本研究在黄土高原典型丘陵区选取免耕(NT)、秸秆覆盖(SM)、地膜覆盖(PM)和起垄覆膜(RPM)四种不同保护性耕作,以传统耕作为对照,研究其对土壤养分和作物生长的影响,结合传统培养方法和高通量测序,分析非根际、根际以及根瘤中根瘤菌群体的多样性和群落结构对不同耕作措施的响应,探索土壤环境与微生物群落的关系。结果如下:(1)大豆根际土壤的微生物生物量、养分含量以及酶活性均高于非根际土壤,存在良好的根际正效应,不同处理提高了富集率。长期保护性耕作措施能够提高土壤根际和非根际微生物量及酶活性,降低土壤pH值,尤其是SM和RPM处理。(2)根际土壤和非根际土壤中根瘤菌的群落组成有显著差异,呈现出从根际到非根际物种丰富度逐渐增加的趋势,表现了大豆根系对固氮细菌的过滤作用。从土壤中检测到多种固氮菌属。其中Bradyrhizobium(慢生根瘤菌属)在根际大量富集,为该区域的优势属。不同的耕作处理对优势属的富集程度有一定影响,RPM处理中优势属的富集最为显著。冗余分析(RDA)表明,pH值和无机氮是影响群落构成的主效因子。(3)从五个处理的根瘤中共分离20株菌,对16S rRNA序列和持家基因序列(recA、atpD、glnⅡ)系统发育分析表明,所得菌株均属Bradyrhizobium.daqingense。这与根际土壤中的富集的优势菌属一致,表明宿主能通过根系的作用从土壤中获得能够高效固氮的优势属。植物对建立共生体系的根瘤菌的选择有专一性,不受耕作措施的影响。固氮基因nifH序列系统发育树则显示了共生基因在种水平可能存在的水平转移现象。(4)在促进作物生长和增产方面,保护性耕作提高了水分利用效率,达到增产效果;SM和RPM有效提高了百粒重、单株粒数和单株荚数等产量构成因子以及地上部生物量。生物量和理化性质以及微生物多样性的相关性分析结果表明,作物的生长和干物质积累对根际土壤环境的变化更加敏感,与土壤碳氮含量、酶活性和根瘤菌多样性显著相关。作物的生长和干物质积累对根际土壤环境的变化更加敏感。SM和RPM处理对于提高土壤储水量、大豆产量和水分利用效率的效果显著,促进了大豆的生长。综上所述,该地区种植的大豆能与从土壤中富集的Bradyrhizobium.daqingense建立高效共生体系。起垄覆膜技术有效改善了土壤环境,养分含量的增加促进优势根瘤菌属的富集,显著提高了作物的水分的利用效率和产量。土壤中根瘤菌群落的变化主要受pH值和无机氮影响,而作物的生长与根际土壤养分和根瘤菌群落的变化显著相关。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 导言
•   1.1 选题背景
•   1.2 目的意义
•   1.3 国内外研究进展
•     1.3.1 保护性耕作对农田土壤理化性质和微生物特性的影响
•     1.3.2 根际微生态及其影响因素
•     1.3.3 根瘤菌与豆科植物的共生体系
•     1.3.4 土壤微生物多样性及其研究方法
•   1.4 研究内容
•   1.5 技术路线
• 第二章 材料与方法
•   2.1 研究区概况和实验设计
•     2.1.1 研究区概况
•     2.1.2 试验设计
•   2.2 测定项目与方法
•     2.2.1 土样采集
•     2.2.2 土壤理化性质相关指标测定
•     2.2.3 土壤水分相关指标的测定
•     2.2.4 大豆生物量以及产量的测定
•     2.2.5 高通量测序相关步骤
•     2.2.6 根瘤菌的分离试验方法
•     2.2.7 数据分析和作图
• 第三章 结果与分析
•   3.1 保护性耕作对根际和非根际土壤养分及生物学特性的影响
•     3.1.1 保护性耕作对根际与非根际土壤碳氮以及pH值的影响
•     3.1.2 保护性耕作对土壤生物学特性的影响
•     3.1.3 相关性分析
•     3.1.4 小结
•   3.2 保护性耕作对根际和非根际根瘤菌多样性和群落结构的影响
•     3.2.1 根瘤菌群落的多样性对保护性耕作的响应
•     3.2.2 根瘤菌群落组成对于保护性耕作的响应
•     3.2.3 根际和非根际土壤Venn图分析
•     3.2.4 不同处理下土壤中根瘤菌群体结构的LEfSe分析
•     3.2.5 根瘤菌目微生物与土壤因子的关系
•     3.2.6 小结
•   3.3 根瘤菌的分离与鉴定
•     3.3.1 根瘤菌16S rRNA全序列及系统分类分析
•     3.3.2 根瘤菌持家基因（recA、atpD、glnⅡ）全序列及系统发育分析
•     3.3.3 固氮基因（nifH）全序列及系统发育分析
•     3.3.4 小结
•   3.4 保护性耕作对水分利用效率及产量的影响
•     3.4.1 保护性耕作对土壤储水量变化的影响
•     3.4.2 保护性耕作对产量和作物水分利用率的影响
•     3.4.3 不同耕作处理下生物量及产量构成因素的表现
•     3.4.4 生物量与土壤因子及微生物多样性的关系
•     3.4.5 小结
• 第四章 讨论与结论
•   4.1 讨论
•     4.1.1 保护性耕作对根际和非根际土壤养分及生物学特性的影响
•     4.1.2 保护性耕作对根际和非根际根瘤菌多样性和群落结构的影响
•     4.1.3 根瘤菌的分离与鉴定
•     4.1.4 保护性耕作对作物水分利用效率及产量的影响
•   4.2 结论
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 林玥

导师: 冯永忠

关键词: 黄土丘陵沟壑区,保护性耕作,根瘤菌,多样性

来源: 西北农林科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学,农业科技

专业: 生物学,农业基础科学,农业基础科学,农艺学,农艺学,农作物

单位: 西北农林科技大学

基金: 陕西省科技统筹计划基金(编号:2016KTCL02-11)

分类号: S565.1;S158;S154.3

总页数: 82

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