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长期不同施肥下我国典型农田土壤细菌和真菌群落的特征

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摘要

英文缩略表

第一章 引言

1.1 选题的目的与意义

1.2 国内外研究进展

1.2.1 长期定位施肥对土壤理化性状的影响

1.2.2 长期施肥对土壤细菌的影响及驱动因素

1.2.3 长期施肥对细菌及真菌关系的影响

1.3 研究问题的提出及研究目标

2.1 研究内容

2.1.1 长期施肥下三种类型土壤的优势菌种的形成及其驱动因素

2.1.2 长期施肥下典型农田土壤细菌群落变化的驱动因素

2.1.3 长期施肥下对黑土细菌和真菌群落间关系变化的影响及驱动因素

2.1.4 长期施肥下对潮土细菌和真菌群落间关系变化的影响及驱动因素

2.2 研究技术路线

2.3 研究方案

2.3.1 试验区概况

2.3.2 数据测定

2.3.3 数据分析

第三章 长期施用化肥和有机肥下三种典型农田土壤细菌群落的变化特征

3.1 长期施肥对作物产量和土壤化学性状的影响

3.2 长期施肥对细菌群落多样性的影响

3.3 三种类型土壤中细菌群落组成对施肥处理的共同响应

3.4 长期施肥通过改变土壤的理化性状进而改变细菌群落

3.5 长期不同施肥下通过细菌群落的改变进行的土壤功能预测

3.6 讨论

3.6.2 细菌群落组成对肥料的响应

3.6.3 土壤理化性质是改变细菌群落的主要因素

3.7 小结

第四章 黑土细菌及真菌群落对长期施肥响应的差异及其驱动因素

4.1 长期不同施肥对土壤理化性状及作物产量的影响

4.2 长期不同施肥下细菌和真菌的数量及多样性

4.3 长期不同施肥下细菌和真菌的群落结构

4.4 土壤养分含量与细菌及真菌群落结构的关系

4.5 讨论

4.6 小结

第五章 不同施肥处理下潮土细菌和真菌群落间的互作变化及其驱动因素

5.1 长期施肥对潮土理化性状和微生物生物活性的影响

5.2 长期施肥下潮土细菌和真菌群落的变化

5.3 驱动细菌和真菌群落变化的因素

5.4 长期不同施肥下潮土细菌和真菌群落的网络分析

5.5 讨论

5.5.1 长期不同施肥下潮土细菌和真菌数量的变化

5.5.2 驱动潮土细菌和真菌群落变化的主要因子是土壤磷

5.5.3 长期不同施肥条件下细菌和真菌群落间互作的变化

5.6 小结

6.1 主要结论

6.2 本研究的创新点

6.3 研究展望

参考文献

致谢

作者简历

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摘要

作为我国从北方到南方的典型旱地耕作土壤,黑土、潮土和红壤的质量状况决定了我国的粮食产量。但近几十年中,高强度的农耕和不合理施肥措施导致土壤酸化,也破坏了土壤微生物的群落结构,进而致使土壤耕地质量下降。土壤是地球生物圈中微生物种类和多样性最高的生态环境,微生物在地球生物化学循环中发挥着不可或缺的作用,其中细菌和真菌占微生物数量的比例高达80%,在农田土壤的养分循环中更是发挥着关键作用,且与土壤肥力及作物产量密切相关。通过第二代高通量测序技术研究哈尔滨黑土、莱阳潮土和祁阳红壤长期定位点的四个不同处理(不施肥CK、有机肥M、化肥N、有机化肥混施MN)的细菌和真菌群落结构特征。同时通过土壤的理化性状探究影响细菌和真菌群落的驱动因素,得到了以下结果:
  (1)有机无机配施(MN)是最佳的施肥处理,MN处理同时显著提高了黑土、潮土和红壤中产芽孢菌和α-变形杆菌的相对丰度;与只施用化肥(N)相比,MN显著提高了酸杆菌纲和浮霉菌纲的相对丰度,这些变化显著的细菌丰度都与土壤pH值的变化显著相关。土壤理化性状、肥料类型及二者之间的交互作用对细菌群落变化的解释率高达54%;同时,多元回归树(MRT)结果表明,土壤pH、砂砾含量、有效氮、速效钾及铵态氮的含量是决定三种类型土壤细菌群落变化的主要因子,其中最关键的是土壤pH值,其闽值为6.42。
  (2)N处理显著降低了黑土细菌和真菌的多样性,却使真菌的数量增加了24倍。与N处理相比,MN处理使细菌数量和多样性均显著增加;真菌的数量降低了14.2%,但其多样性提高了62%-237%。细菌群落结构在MN与N处理明显区别于CK和M处理,pH值为主要驱动因素,其阈值为6.07;真菌群落结构在CK、M和MN处理下相似,显著区别于N处理,两组处理之间差异由速效钾含量(125.5mg·kg-1)驱动。
  (3)添加有机肥的AM处理(MN和M)显著改变了潮土细菌或真菌群落,而N处理对真菌或细菌群落结构无显著影响,影响潮土细菌和真菌变化的主要因子为土壤总磷(TP)含量(0.89g·kg-1)。结构方程模型表明,AM通过提高潮土有机质含量、作物产量,进而显著影响了潮土磷的含量,磷进一步影响细菌和真菌群落。网络分析结果显示,有机肥通过有效调节真菌群落进而使得整个微生物群落联系更为紧密,更有效得进行养分转化。
  长期不同施肥对我国典型农田土壤细菌和真菌群落结构的影响表明一些优势菌群能够作为预测土壤肥力的生物指标之一。不同土壤类型下,驱动细菌和真菌群落演变的土壤因子不同,因此可以通过合理的施肥方式调节不同土壤类型的微环境,进而调控土壤微生物向高产高效的微生物区系演变。

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