1,3-D消毒连作土壤对细菌群落及氮素转化的影响

摘要

由于在农业上禁止甲基溴的使用，1,3-二氯丙烯（1,3-D）成为潜在的替代品之一。前期研究发现1,3-D能有效防治土壤中的病虫害，提高作物产量，但关于1,3-D熏蒸后对土壤中细菌群落及氮素转化的影响了解甚少。因而，本文研究通过室内模拟试验和大田试验评估使用1,3-D后对土壤氮素转化的影响，并研究1,3-D使用后土壤理化性质、酶活、氮循环相关编码基因和细菌多样性的变化情况。结合qPCR（Real-time quantitative PCR）与高通量测序探讨使用1,3-D熏蒸后对细菌丰度和多样性的影响，采用16S功能预测分析1,3-D影响氮素转化的微生物学机制。本研究结果将为1,3-D环境安全评估提供理论依据，也为支撑其在我国获得农药登记提供技术支持。主要研究结果总结如下： （1）室内模拟试验与大田试验证明1,3-D在短期内抑制土壤中脲酶和蛋白酶活性，随后两种酶活逐渐恢复，表明1,3-D对参与氮循环的脲酶和蛋白酶无长期影响。在大田条件下土壤脲酶与蛋白酶恢复速度都比室内条件下快。 （2）在本研究中，观察到熏蒸后土壤中铵态氮含量增加而硝态氮减少，表明土壤硝化作用受到抑制。在试验前期，土壤中铵态氮含量与1,3-D浓度之间具有明显的剂量效应，随着1,3-D使用剂量的增加，铵态氮含量增加；随着取样时间的延长，熏蒸处理土壤中的铵态氮含量逐渐下降，最终与对照组之间没有显著差异。硝态氮具有相反的趋势。 （3）不同1,3-D剂量对土壤微生物有不同程度的抑制作用，使用1,3-D后能够显著降低土壤中的可培养细菌数量。qPCR分析表明使用1,3-D能够抑制土壤中的总细菌、氨氧化古菌和氨氧化细菌基因拷贝数，在随后的取样中，这些微生物基因拷贝数逐渐恢复。 （4）在试验前期，使用1,3-D能够降低土壤中微生物的多样性，改变物种的相对丰度，并能够改变微生物的群落结构，其中微生物多样性和群落结构与取样时间和1,3-D使用剂量存在很大联系。 （5）土壤中氮素转化相关酶的丰度随着1,3-D使用剂量和取样时间的改变而改变。在0、4、16WAT取样中，1,3-D的使用降低了土壤中氮转化相关酶的丰度，而在1、8、12WAT取样中，1,3-D的使用在一定程度上增加了氮素转化相关酶的丰度。其中反硝化相关酶丰度增加的速率高于氨单加氧酶丰度增加的速率，这也可以解释硝态氮含量下降的原因。

目录

声明

符号说明

1 引言

1.1 土壤化学熏蒸研究概况

1.1.1 土壤化学熏蒸发展历史

1.1.2甲基溴替代品

1.1.3甲基溴替代品及研究现状

1.1.4 1,3-D的研究与应用进展

1.2 化学熏蒸剂土壤熏蒸的作用机理与影响因素

1.2.1 作用机理

1.2.2影响熏蒸效果的因素

1.3 熏蒸剂消毒土壤对氮素转化的影响

1.3.1 熏蒸剂消毒土壤对氮素矿化作用的影响

1.3.2熏蒸剂消毒土壤对硝化作用的影响

1.3.3熏蒸剂消毒土壤对反硝化作用的影响

1.4 熏蒸剂消毒对土壤微生物多样性的影响

1.4.1 土壤微生物群落的研究方法

1.4.2土壤熏蒸与氮循环相关微生物的关系

1.5 研究目的和意义

2 材料与方法

2.1 供试材料

2.1.1 药品和试剂

2.1.2 仪器设备

2.1.3 供试培养基

2.1.4 供试土壤

2.2 试验方法

2.2.1 试验设计

2.2.2 土壤理化性质的测定

2.2.3土壤酶活性测定

2.2.4土壤可培养细菌数量的测定

2.2.5 qPCR分析土壤总细菌、氨氧化微生物基因拷贝数

2.2.6 高通量测序分析细菌群落

2.3 数据分析

3 结果与分析

3.1 室内模拟条件下1,3-D消毒对土壤氮素的影响

3.1.1室内模拟条件下1,3-D消毒对土壤铵态氮浓度的影响

3.1.2室内模拟条件下1,3-D消毒对土壤硝态氮浓度的影响

3.1.3室内模拟条件下1,3-D消毒对土壤矿质氮浓度的影响

3.2 室内模拟条件下1,3-D消毒对土壤酶的影响

3.2.1 室内模拟条件下1,3-D消毒对土壤脲酶活性的影响

3.2.2室内模拟条件下1,3-D消毒对土壤蛋白酶活性的影响

3.3 室内模拟条件下1,3-D消毒对土壤可培养细菌数量的影响

3.4 qPCR分析室内模拟条件下1,3-D消毒对土壤总细菌、氨氧化微生物基因拷贝数

3.4.1 室内模拟条件下1,3-D消毒对土壤总细菌基因拷贝的影响

3.4.2室内模拟条件下1,3-D消毒对土壤氨氧化古菌基因拷贝的影响

3.4.3室内模拟条件下1,3-D消毒对土壤氨氧化细菌基因拷贝的影响

3.5 大田条件下1,3-D消毒对土壤氮素的影响

3.5.1 大田条件下1,3-D消毒对土壤铵态氮浓度的影响

3.5.2大田条件下1,3-D消毒对土壤硝态氮浓度的影响

3.5.3 大田条件下1,3-D消毒对土壤矿质氮浓度的影响

3.6 大田条件下1,3-D消毒对土壤酶活的影响

3.6.1 大田条件下1,3-D消毒对土壤脲酶活性的影响

3.6.2大田条件下1,3-D消毒对土壤蛋白酶活性的影响

3.7 qPCR分析大田条件下1,3-D消毒对土壤总细菌、氨氧化微生物基因拷

3.7.1 大田条件下1,3-D消毒对土壤总细菌基因拷贝数的影响

3.7.2大田条件下1,3-D消毒对土壤氨氧化古菌基因拷贝数的影响

3.7.3大田条件下1,3-D消毒对土壤氨氧化细菌基因拷贝数的影响

3.8 高通量测序研究大田条件下1,3-D消毒对土壤细菌群落的影响

3.8.1 1,3-D消毒对土壤细菌多样性的影响

3.8.2 1,3-D消毒对土壤细菌群落结构的影响

3.8.3 16S功能预测分析土壤中氮循环相关基因的变化

4 讨论

4.1 1,3-D消毒对土壤酶活性的影响

4.2 1,3-D消毒对土壤氮素的影响

4.3 1,3-D消毒对土壤细菌和氨氧化微生物数量的影响

4.4 1,3-D消毒对土壤细菌群落结构和多样性的影响

4.5 16S功能预测分析1,3-D对土壤氮循环的影响

5 结论

6 研究创新之处

参考文献

致谢

攻读学位期间发表论文情况