旱作苹果园生草模式下土壤呼吸动态及土壤微生物群落结构特征

摘要

在旱作苹果园进行生草栽培，可以提高土壤养分、促进微生物活动，并在改善土壤环境的同时提高果品质量。为阐明旱作苹果园生草模式下土壤呼吸变化及土壤微生物群落特征，本研究在陇东黄土高原，以13龄旱作秦冠苹果园为对象，分析鸭茅（Dactylis glomerata）和白三叶（Trifolium repens）生草模式下土壤呼吸速率动态及其与0-5 cm土层土壤温度、土壤含水量间的关系，并采用高通量测序技术研究了生草模式下0-10 cm土层土壤微生物群落结构特征。研究得到以下主要结果：　　1、生长季内苹果园不同处理间土壤呼吸速率变化规律相同，均为先升高后降低。清耕、鸭茅和白三叶处理下 2017 年平均土壤呼吸速率分别为 3.33、6.58和8.83 μmol·m-2·s-1；在2018年分别为1.34、5.01和6.83μmol·m-2·s-1。生长季干湿循环过程中，随土壤含水量的增加，土壤呼吸速率显著增加。清耕、鸭茅和白三叶处理非生长季苹果园土壤呼吸占全年土壤呼吸的22.2%-27.7%，3个处理土壤呼吸速率平均值分别为0.46、0.82和0.93 μmol·m-2·s-1，处理间差异显著。非生长季冻融循环时期，3个处理土壤呼吸速率差异显著。　　2、清耕、鸭茅和白三叶处理下2017年平均土壤温度分别为16.17、17.65和17.21℃，2018年分别为14.68、15.26和15.96℃。生长季和非生长季土壤呼吸速率与土壤温度均呈显著正相关，生长季3个处理下土壤温度对土壤呼吸速率的解释率在64.6%-75.7%之间，非生长季为63.7%-77.3%。2017生长季清耕、鸭茅和白三叶处理下土壤呼吸速率对土壤温度的敏感性Q10值为1.92、2.39和2.18，2018年为2.29、2.59和3.10，非生长季为2.61、4.48和3.78。清耕、鸭茅和白三叶处理下土壤含水量在2017年平均分别为21.5%、25.29%和25.33%；2018年分别为23.17%、28.39%和 27.55%。土壤含水量与土壤呼吸速率也呈显著相关性，当土壤水分亏缺时，土壤含水量的增加会导致土壤呼吸速率显著提高；而在水分充足的条件下，土壤呼吸速率无显著差异。2017、2018 年生长季土壤含水量对土壤呼吸速率的解释范围为2.1%-42.4%，非生长季为41.8%-59.1%。在分析土壤呼吸速率，土壤温度和土壤含水量之间的关系时，双因素模型优于单因素模型，解释率在生长季为38.8%-79.8%，非生长季为65.7%-86.1%。　　3、采用高通量测序法（Illumina Hiseq PE250）检测苹果园土壤微生物群落，结果表明，鸭茅处理下土壤细菌Alpha多样性最高，白三叶处理下土壤真菌多样性最高。苹果园生草模式下土壤细菌优势菌门为变形菌门、拟杆菌门和酸杆菌门；土壤真菌优势菌门为子囊菌门和接合菌门。属水平土壤细菌群落组成以Kaistobacter、假单胞菌属和黄杆菌属为主；土壤真菌群落组成以Gloeotinia、镰孢霉属、被孢霉属为主。苹果园生草模式下土壤中均发现特异菌属，鸭茅处理中出现梭菌属和嗜热真菌属，前者能促进土壤氮素积累，后者与蛋白质和糖类降解有密切关系；白三叶处理的特异菌属有芽孢杆菌属、侏囊菌属、葡萄穗霉属和放射毛霉属，芽孢杆菌属与植物固氮有相关性，而葡萄穗霉属和放射毛霉属的分泌物均会对微生物生长产生影响。清耕、鸭茅和白三叶处理下土壤细菌和真菌群落结构相似，但在生草处理下有益特异菌属相对丰度增加，生草有利于土壤有益特异菌属产生。

目录

第一章 绪论

1.1研究背景

1.2国内外研究进展

1.2.1果园生草的应用

1.2.2果园生草对土壤呼吸的影响

1.2.3果园生草对土壤微生物的影响

1.2.4影响土壤呼吸的主要因素

1.3研究目的及意义

1.4研究内容

1.4.1苹果园生草模式下土壤呼吸变化

1.4.2苹果园生草模式下土壤呼吸与土壤温度、土壤含水量关系

1.4.3苹果园生草模式下土壤微生物群落结构特征

1.5技术路线

第二章 苹果园生草模式下土壤呼吸动态

2.1引言

2.2材料与方法

2.2.1试验地概况

2.2.2试验设计

2.2.3数据采集

2.2.4数据处理

2.3结果与分析

2.3.1监测期内苹果园生草模式下土壤呼吸速率动态

2.3.2生长季苹果园生草模式对土壤呼吸速率动态的影响

2.3.3非生长季苹果园生草模式对土壤呼吸速率动态的影响

2.4讨论

2.4.1苹果园生草模式下土壤呼吸速率的季节性变化

2.4.2生长季苹果园生草对土壤呼吸速率的影响

2.4.3非生长季苹果园生草对土壤呼吸速率的影响

2.5小结

第三章 苹果园生草模式下土壤温度和土壤含水量对土壤呼吸速率的影响

3.1引言

3.2材料与方法

3.2.1试验地概况

3.2.2试验设计

3.2.3数据采集

3.2.4数据处理

3.3结果与分析

3.3.1生长季苹果园生草模式下土壤温度对土壤呼吸速率的影响

3.3.2生长季苹果园生草模式下土壤含水量对土壤呼吸速率的影响

3.3.3非生长季苹果园生草模式下土壤温度对土壤呼吸速率的影响

3.3.4非生长季苹果园生草模式下土壤含水量对土壤呼吸速率的影响

3.3.5生长季苹果园生草模式下土壤呼吸速率与土壤温度、含水量的关系

3.3.6非生长季苹果园生草模式下土壤呼吸速率与土壤温度、含水量的关系

3.4讨论

3.4.1苹果园生草模式下土壤呼吸速率与土壤温度的关系

3.4.2苹果园生草模式下土壤呼吸速率与土壤含水量的关系

3.4.3苹果园生草模式下土壤呼吸速率与土壤温度、含水量的协同关系

3.5小结

第四章 苹果园生草模式下土壤微生物群落特征

4.1引言

4.2材料与方法

4.2.1试验地概况

4.2.2试验设计

4.2.3土壤样品采集与处理

4.2.4土壤微生物总DNA提取及16SrRNA和ITS rRNA基因高通量测序

4.2.5数据分析

4.3结果与分析

4.3.1土壤样品测序结果

4.3.2土壤微生物群落Alpha多样性分析

4.3.3土壤微生物类群组成

4.3.4土壤微生物特异菌组成

4.4讨论

4.4.1苹果园生草模式下土壤微生物多样性特征

4.4.2苹果园生草模式下土壤微生物类群组成

4.4.3苹果园生草模式下土壤微生物特异菌组成

4.5小结

第五章 结论与展望

5.1结论

5.2展望

参考文献

在学期间的研究成果

致谢