不同培肥措施对采煤塌陷区复垦土壤微生物特性的影响

论文摘要

本文以山西省襄垣县洛江沟采煤塌陷区复垦土壤为研究对象,研究五种培肥措施对不同复垦年限土壤碳氮代谢相关酶活性、碳代谢微生物多样性、氮代谢功能基因丰度以及四种培肥措施对细菌群落结构多样性的影响,以期明确采煤塌陷区复垦土壤微生物学特性对培肥措施和复垦进程的响应关系,为复垦土壤微生态环境质量提升提供重要科学依据。主要研究结果表明:（1）土壤脲酶、蛋白酶、纤维素酶和蔗糖酶活性均随着土壤复垦年限的增加而增加,但4种酶活性仍总体低于周边农田熟土,高于未复垦生土。复垦8a土壤4种酶活性总体高于复垦4a土壤,同一复垦年限下不同培肥处理间4种酶活总体表现为化肥配施生物有机肥（MCFB）>化肥配施有机肥（MCF）>单施有机肥（M）>单施化肥（CF）>不施肥对照（CK）,其中复垦8a土壤MCFB处理下4种酶活性较CK处理分别高266.9%、214.7%、444.8%和443.3%,且与CF处理差异显著。不同培肥处理和复垦年限下4种酶活性则总体以蔗糖酶活性最高。综合来看,经过连续8年复垦,化肥配施生物有机肥较其他培肥措施更大程度上提高土壤酶活性。（2）利用Biolog-ECO技术,分析5种培肥措施下不同复垦年限土壤微生物的碳源利用特征、多样性指数的变化规律。表明复垦4a土壤AWCD值随着培养时间变化顺序为MCFB>MCF>M>CF>CK,而复垦8a土壤AWCD值表现为M>MCFB>MCF>CF>CK。复垦土壤糖类和氨基酸类碳源微生物活性相对较高,而利用胺类、双亲化合物类碳源微生物生物量活性相对较低。其中MCFB较其他处理可提高复垦土壤微生物对羧酸类、氨基酸类碳源的利用程度。主成分分析表明,相对于生土和熟土,不同培肥处理土壤中微生物对碳源利用差异性不大,但化肥配施生物有机肥（MCFB）处理土壤微生物能更大程度利用E4,L-苏氨酸、H1,a-D-乳糖、E4,L-苏氨酸、E1,a-环状糊精和G3,a-丁酮酸。复垦土壤氮代谢多样性指数结果表明,不同处理之间Simpson优势度指数（D）差异不显著,但M和MCF处理可相对提高Mclntosh指数（U）和香浓指数（H’）,表明有机无机配施或化肥配施生物有机肥培肥可更大程度提高复垦土壤的微生物群落多样性和均匀度。（3）采用荧光定量q-PCR技术,研究5种培肥措施对不同复垦年限土壤氮转化功能基因丰度,表明复垦土壤5种功能基因丰度总体表现为AOA-amoA>AOB-amoA>nisS、nirK>nifH,初步判断复垦土壤氮循环过程中硝化作用强于反硝化作用,并优于固氮作用。随复垦年限增加土壤中5种功能基因丰度均显著增加,复垦8a土壤AOAamoA和AOB-amoA基因拷贝数较复垦4a土壤增加1.62-4.92倍,nirS和nirK基因拷贝数分别增加1.57-3.49倍和1.70-3.15倍,nifH基因拷贝数增加了0.43-0.78倍,以AOAamoA和AOB-amoA基因增加幅度最大。不同培肥处理之间5种功能基因丰度均表现为MCFB>MCF>M>CF>CK,表明有机无机配施更有利于增加复垦土壤微生物多样性,经过连续8a复垦,化肥配施生物有机肥处理的nifH基因丰度与周边农田熟土差异不显著。（4）利用Illumina HiSeq高通量测序技术对土壤细菌群落进行测定,分析不施肥对照（CK）、单施化肥（CF）、单施有机肥（M）和有机肥配施菌肥（MB）4种培肥措施对不同复垦年限土壤（3a和7a）土壤细菌群落结构多样性的影响,深入揭示复垦区细菌群落多样性的关键因素。由细菌稀释曲线得出,测序量达到饱和后,OTU观测值以MB处理最多,其次为M和CFB处理,CK最少;在Alpha（α）多样性分析结果显示,丰富度指数均以MB处理最高,CF处理最低,说明有机肥配施菌肥有利于提高土壤细菌物种的数量,化肥的施用则降低了土壤细菌物种的数量。丰度前20热图分析中,变形菌门（Proteobacteria）在各施肥处理中均占较大比例,在M处理和MB处理中均升高;与CK相比,拟杆菌门（Bacteroidetes）在CF、M和MB处理中均降低,表明有机肥配施菌肥使得土壤细菌群落结构发生了变化。综上所述:化肥配施生物有机肥能显著提高复垦土壤4种酶活性以及氨氧化菌、反硝化细菌、固氮细菌基因丰度,从而有可能提高土壤碳代谢以及氮代谢能力;有机配施菌肥对土壤某些常见细菌种群多样性有显著提高;随着复垦年限增长,培肥效果更加显著。因此有机肥配施菌肥与化肥配施生物有机肥两种培肥方式是适合山西煤矿复垦区域农业持续发展有效培肥措施。

论文目录

• 摘要
• 英文缩略表
• 第一章 文献综述
•   1.1 研究目的和意义
•   1.2 施肥对土壤微生物特性的影响
•   1.3 施肥对土壤碳氮转化相关酶活性的影响
•     1.3.1 施肥对脲酶活性的影响
•     1.3.2 施肥对蛋白酶活性的影响
•     1.3.3 施肥对纤维素酶活性的影响
•     1.3.4 施肥对蔗糖酶活性的影响
•   1.4 施肥对微生物多样性的影响
•     1.4.1 施肥对微生物功能多样性的影响
•     1.4.2 施肥对微生物物种多样性的影响
•     1.4.3 施肥对微生物遗传多样性的影响
•   1.5 土壤微生物研究方法
•     1.5.1 传统纯培养方法
•     1.5.2 Biolog微平板方法
•     1.5.3 实时荧光定量
•     1.5.4 新一代测序技术
•   1.6 研究内容以及创新点
•     1.6.1 研究内容
•     1.6.2 研究创新点
•   1.7 技术路线
• 第二章 不同培肥措施对复垦土壤酶活性的影响
•   2.1 材料与方法
•     2.1.1 研究区概况
•     2.1.2 样品采集
•     2.1.3 试验设计
•     2.1.4 测定指标及方法
•     2.1.5 数据处理
•   2.2 结果分析
•     2.2.1 不同培肥措施对复垦土壤4 种酶活性的影响
•     2.2.2 土壤化学性质与酶活性的相关关系
•     2.2.3 不同培肥处理下土壤肥力质量评价
•   2.3 讨论
• 第三章 不同培肥对复垦土壤碳代谢功能微生物多样性的影响
•   3.1 材料与方法
•     3.1.1 研究区概况
•     3.1.2 样品采集
•     3.1.3 试验设计
•     3.1.4 测定方法
•     3.1.5 数据分析
•   3.2 结果与分析
•     3.2.1 不同培肥处理土壤微生物群落平均颜色变化率（AWCD）
•     3.2.2 不同培肥处理土壤微生物碳源利用特征
•     3.2.3 不同培肥处理碳代谢功能微生物多样性指数的变化
•     3.2.4 主成分分析
•   3.3 讨论
• 第四章 不同培肥措施对复垦土壤氮转化功能基因丰度的影响
•   4.1 材料与方法
•     4.1.1 研究区概况
•     4.1.2 样品采集
•     4.1.3 试验设计
•     4.1.4 测定方法
•     4.1.5 数据分析
•   4.2 结果与分析
•     4.2.1 不同培肥措施对复垦土壤AOA与 AOB的 amoA丰度的影响
•     4.2.2 不同培肥措施对复垦土壤反硝化细菌nirS与 nirK丰度的影响
•     4.2.3 不同培肥措施对复垦土壤固氮细菌nifH丰度的影响
•     4.2.4 不同培肥下5 种基因丰度与环境因子间关系
•   4.3 讨论
• 第五章 不同培肥措施对复垦土壤细菌群落多样性的影响
•   5.1 材料与方法
•     5.1.1 研究区概况
•     5.1.2 样品采集
•     5.1.3 试验设计
•     5.1.4 测定方法
•   5.2 结果与分析
•     5.2.1 测序结果和土壤细菌Alpha多样性指数
•     5.2.2 OTU丰度在门水平的变化分析
•     5.2.3 主成分分析
•   5.3 讨论
• 第六章 总结与展望
•   6.1 总结
•   6.2 展望
• 参考文献
• Abstract
• 致谢
• 附录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 李彦

导师: 李廷亮,张丽君

关键词: 复垦土壤,培肥措施,酶活性,碳代谢功能多样性,氮转化基因丰度,细菌群落结构多样性

来源: 山西农业大学

年度: 2019

分类: 基础科学,农业科技

专业: 生物学,农业基础科学,农艺学

单位: 山西农业大学

基金: 国家自然科学基金项目(41401342)

分类号: S154.3

DOI: 10.27285/d.cnki.gsxnu.2019.000188

总页数: 64

文件大小: 4610K

下载量: 32