长期施肥对华北潮土土壤真菌群落结构和数量的影响

摘要

施肥对作物产量、土壤肥力和生态环境的影响十分重要，实际生产中常常面临有机肥与化肥的合理配比，以及广泛存在的不平衡施肥问题。土壤真菌对土壤生态系统具有重要作用，常用来作为衡量土壤肥力好坏的指标。特别是丛枝菌根(Arbuscular mycorrhizas，AM)真菌，其菌丝在土壤中构成一个庞大的菌丝网络，对生态系统中的不同组分之间的物质交换，能量与信息的传递，保持农业生态系统生态平衡和可持续发展具有重要意义。
　　本研究以华北潮土长期(21年)不同施肥管理的小麦-玉米轮作农田土壤生态系统为对象，共7种处理：有机肥(OM)、化肥NPK(NPK)、有机肥和化肥配施(1/2OMN)、不平衡施肥NP、NK、PK和不施肥(CK)。运用变性梯度凝胶电泳(DGGE)、荧光定量PCR等方法，研究了土壤真菌及AMF的群落结构和数量的变化，旨在揭示不同施肥措施对土壤真菌的影响，探讨其变化对土壤质量的指示作用。
　　结果显示，长期不同的施肥处理改变了土壤的营养状况。平衡施肥(NPK、1/2OMN、OM）降低了土壤pH，而非平衡施肥(NK)却相反地提高了土壤pH，其中，OM处理的土壤pH最低。经平衡施肥处理后，有机C和总N明显高于非平衡施肥的处理，尤其是OM处理对有机C和总N含量作用最明显。C/N值在长期有机肥(OM)处理下最低。表明有机肥(OM)对土壤的营养状况影响非常显著且平衡施肥和非平衡施肥对之的影响存在显著性差异。
　　真菌及AMF的群落结构和多样性在不同的施肥处理下发生了显著的变化。真菌DGGE图谱显示，与对照组(CK)比较，不同施肥处理都使得多样性指数(H′)值有所提高。在1/2OMN处理中H′达到最大值。H′值在平衡施肥处理中大于在非平衡施肥处理中。AMF中，和CK相比各种不同施肥处理都在一定程度上降低了H′，H′值在1/2OMN的处理最小。说明，施肥对土壤真菌的多样性有促进的作用而对AMF多样性却有相反的作用。系统发育分析表明，真菌主要类群包括子囊菌门(Ascomycota)和担子菌门(Basidiomycota)，其中，子囊菌门是真菌的主导类群，包括子囊菌纲(Ascomycetes)、粪壳菌纲(Sordariomycetes)、座囊菌纲(Dothideomycetes)和茶渍纲(Lecanoromycetes)。1/2OMN和OM处理中包括的类群最多，且茶渍纲(Lecanoromycetes)仅存在这两个处理的土壤中。说明，化学肥料和有机肥料对土壤真菌的群落结构有不同的影响。AMF类群主要包括球囊菌门(Glomeromycota)和未分类的AM真菌(unclassified AMF)。其中，球囊菌门又包括球囊霉属(Glomus)和多孢囊霉属(Diversispora)，在球囊菌门中球囊霉属(Glomus)数量最多，对应条带数目占球囊菌门条带总数的70％。球囊霉属(Glomus)在缺P(CK、NK)处理中分布比较广泛，而在P肥处理中是未分类的AM真菌，表明P肥对土壤AMF群落结构具有显著作用。
　　不同的施肥处理对真菌及AMF的数量也有很大的影响。定量PCR结果显示每克土壤中真菌基因拷贝数范围是1.28×109-9.58×109。1/2OMN或OM处理，可明显增加土壤真菌的数量；化学肥料对真菌数量的影响不显著(P<0.05)。AM真菌繁殖体数在非平衡施肥处理(NK、PK和NP)下相对提高了，其中缺P处理（NK）最高；平衡施肥(NPK、1/2OMN和OM)处理下则低于CK，但三者间差异不显著(P<0.05)。此外，土壤真菌的数量与总N和总有机C呈显著正相关(P<0.01)；AMF的数量与pH呈显著正相关(P<0.01)与总有机C呈显著负相关(P<0.05)，表明施肥显著影响了土壤营养状况并进而影响了真菌的数量。
　　总之，长期不同施肥显著改变了土壤的营养状况，并显著影响了土壤真菌的群落结构和数量。有机肥和P肥分别对土壤真菌和AMF的群落结构影响较大。长期施用有机肥(1/2OMN和OM)显著提高了真菌的数量，但却相对降低了AMF的数量。

目录

声明

1 前 言

1.1 土壤真菌概述

1.2 丛枝菌根(AM)的概述

1.3 AMF在农业生态系统中作用

1.3.1 AMF与植物的营养

1.3.2 AMF增强植物的抗病性

1.3.3 AMF提高植物抗逆性

1.3.4 AMF改善土壤结构

1.4 国内外长期定位施肥试验的概述

1.5 长期定位施肥对土壤真菌和AMF的多样性及数量的影响

1.6 长期施肥对土壤真菌和AMF的群落及数量影响的研究方法

1.7 研究目的与意义

2 材料与方法

2.1 实验材料

2.1.1 实验的样地

2.1.2 土壤样品采集与处理

2.1.3 培养基和溶液的配制

2.1.4 主要仪器设备

2.1.5 引物及序列

2.2 实验方法

2.2.1 土壤理化性质的测定

2.2.2 土壤样品总DNA的提取

2.2.3 巢氏PCR

2.2.4 变性梯度凝胶电泳(DGGE)和真菌群落结构分析

2.2.5 AMF繁殖体数的测定

2.2.6 真菌的real-time PCR

2.2.7 统计分析

3 结果与分析

3.1 长期不同施肥土壤的主要理化性质

3.2 长期不同施肥对AMF的群落结构和数量的影响

3.2.1 AMF的18S rDNA的巢氏PCR结果

3.2.2 不同施肥对AMF的群落结构的影响

3.2.3 不同施肥对AMF繁殖体数的影响

3.3 长期不同施肥对土壤真菌的群落结构和数量的影响

3.3.1 土壤真菌rDNA的ITS区的巢氏PCR结果

3.3.2 不同施肥对土壤真菌的群落结构的影响

3.3.3 土壤真菌定量PCR检测分析

4 讨论

4.1 长期定位施肥对土壤理化性质和微生物的影响

4.2 土壤AMF的群落结构及数量的变化

4.2.1 土壤AMF的群落结构的变化

4.2.2 土壤AMF的繁殖体数的变化

4.3 土壤真菌的群落结构及数量的变化

4.3.1 土壤真菌的群落结构的变化

4.3.2 土壤真菌的数量的变化

5 总结

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间待发表的文章