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长期不同施肥制度土壤微生物学特性及其季节变化

作　者: 李娟
导　师: 赵秉强
学　校: 中国农业科学院
专　业: 植物营养学
关键词: 长期肥料试验 施肥制度 土壤微生物 土壤微生物多样性
分类号: S154.3
类　型: 博士论文
年　份: 2008年
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内容摘要


土壤质量或土壤健康是农业可持续发展的重要内涵,而土壤微生物学特性是土壤质量的重要表征。本论文以“北京昌平国家褐潮土土壤肥力与肥料效益监测基地”的长期肥料试验（15年）为平台,选择7个处理:（1）对照（CK）,不施肥;（2）氮磷钾（NPK）;（3）氮磷钾+小麦秸秆还田（NPKW）;（4）氮磷钾+增量小麦秸秆还田（NPKW+）;（5）氮磷钾+猪厩肥（NPKM）;（6）氮磷钾+增量猪厩肥（NPKM+）;（7）氮磷钾+玉米秸秆还田（NPKS）,并于小麦拔节期、小麦收获期、玉米抽雄期和玉米收获期采集耕层（020cm）土壤样品,系统研究了长期不同施肥制度的土壤微生物学特性及其季节变化,主要研究结果如下:（1）长期（15年）施用化肥（NPK）处理,耕层（020cm）土壤有机质（SOM）、全氮（STN）、全磷（STP）等养分含量显著高于长期不施肥的处理（CK）,小麦产量比CK增加307.4%。在施用化肥（NPK）的基础上配施有机肥（猪厩肥或作物秸秆）,其培肥增产的效果更为明显。施用化肥（NPK）显著降低了土壤C/N与pH值,化肥与有机肥配合施用土壤C/N与pH值又低于单施化肥处理。（2）小麦拔节期,长期施用化肥（NPK）比不施肥（CK）显著提高了土壤微生物量碳（SMBC）、微生物量氮（SMBN）、微生物商（qMB）、微生物量碳/氮（SMBC/SMBN）、土壤基础呼吸以及土壤脲酶（Urease）、转化酶（Invertase）、碱性磷酸酶（Alkaline phosphatase）的活性,降低了土壤的代谢商（qCO2）。长期有机无机配施的处理对上述土壤微生物学特性指标的影响更为明显,并且相同性质的有机物料投入下,投入数量增加,效果愈加明显,配施猪厩肥的效果又好于配施秸秆的效果。相关分析表明,上述土壤微生物学特性指标与土壤有机质、全氮、全磷等肥力因子密切相关;土壤微生物学特性指标较土壤有机质、全氮、全磷等肥力因子与作物产量的相关性更强,且达到了显著或极显著水平。（3）稀释平板法测试结果表明,长期施NPK的处理,土壤细菌数量与长期不施肥的CK相当,但显著增加了真菌、放线菌和自生固氮菌的数量;有机无机配施显著增加了细菌、真菌、放线菌和自生固氮菌的数量,其中配施猪厩肥的效果又好于配施秸秆处理。（4）小麦拔节期,应用PCR-DGGE与BIOLOG相结合的方法,研究不同施肥制度对土壤微生物多样性的影响。与CK相比,长期施用化肥（NPK）以及化肥（NPK）与有机肥配施不仅提高了土壤细菌群落多样性组成,而且增强了土壤微生物代谢活性,显著增加了微生物代谢功能多样性指数,土壤微生物利用碳源的能力升高,其中,有机无机结合的处理效果更明显。不同施肥处理土壤微生物利用的碳源成分也不相同。与单施化肥相比,长期有机无机肥料配施改变了土壤细菌群落结构组成,增强土壤微生物代谢活性及提高了微生物的代谢功能多样性。其中,长期NPK配施猪厩肥的效果要优于长期NPK配施作物秸秆的效果。聚类分析（UPGMA）表明,配施相同性质有机物料的处理土壤细菌群落组成相似性较高,NPK配施玉米秸秆处理与NPK配施猪厩肥处理土壤细菌群落组成相近,NPK与NPK配施麦秸处理土壤细菌群落组成相近,CK与施肥处理间土壤细菌群落结构相似性最低。（5）长期不同施肥制度土壤微生物量碳、微生物量氮、酶活性均表现出一定的季节变化,一般在6月到8月份的值较高。其中,土壤微生物量碳、氮变幅较大,SMBC变化介于96.49 mg·kg-1～567.36 mg·kg-1之间,SMBN介于35.89 mg·kg-1～132.41 mg·kg-1之间。虽然各施肥处理的SMBC、SMBN、酶活性随季节变化较大,但长期施肥处理的值在不同时期基本都高于长期不施肥处理的,有机无机结合的又高于单施NPK化肥的。不同施肥制度qMB、SMBC/SMBN的季节变化无明显规律。土壤微生物多样性也随季节的变迁而变化,各处理秋季（9月份）玉米收获期细菌群落结构组成和土壤微生物代谢功能多样性高于春季（4月份）小麦拔节期,但9月份单施NPK处理的土壤微生物功能多样性低于CK处理。

全文目录


摘要  6-8
Abstract  8-15
第一章引言  15-34
  1.1 长期定位施肥试验概况  15-16
  1.2 土壤微生物学特性及其在土壤质量监测和评价中的作用  16-22
    1.2.1 土壤微生物量  17-19
    1.2.2 土壤呼吸及代谢商  19
    1.2.3 土壤微生物多样性  19-21
    1.2.4 土壤酶  21-22
  1.3 长期施肥对土壤微生物学特性的影响  22-24
    1.3.1 长期施肥对土壤微生物量的影响  22-23
    1.3.2 长期施肥对土壤微生物多样性的影响  23
    1.3.3 长期施肥对土壤酶活性的影响  23-24
  1.4 土壤微生物生态学的研究概述  24-31
    1.4.1 土壤微生物生态学研究方法概述  24-30
    1.4.2 土壤微生物生态学的研究意义  30
    1.4.3 土壤微生物生态学各研究方法的组合应用  30-31
  1.5 本研究的目的意义、内容及技术路线  31-34
    1.5.1 研究的目的和意义  31-32
    1.5.2 研究内容  32
    1.5.3 技术路线  32-34
第二章 长期不同施肥制度对土壤养分、pH 值及作物产量的影响  34-39
  2.1 前言  34
  2.2 材料与方法  34-35
    2.2.1 试验区概况与试验设计  34
    2.2.2 土壤样品与前处理  34-35
    2.2.3 测产  35
    2.2.4 土壤基本养分测定  35
    2.2.5 数据处理  35
  2.3 结果与分析  35-37
    2.3.1 长期不同施肥制度对土壤养分含量和pH 的影响  35-36
    2.3.2 长期不同施肥制度对作物产量的影响  36
    2.3.3 土壤养分含量、pH 值与小麦产量的相关性分析  36-37
  2.4 讨论  37-38
  2.5 小结  38-39
第三章 长期不同施肥制度下土壤微生物学特性的变化  39-49
  3.1 前言  39
  3.2 材料与方法  39-41
    3.2.1 土样采集与处理  39-40
    3.2.2 土壤微生物量碳、氮的测定  40
    3.2.3 土壤酶活性测定  40
    3.2.4 土壤基础呼吸及代谢商的测定  40
    3.2.5 数据处理  40-41
  3.3 结果与分析  41-45
    3.3.1 长期不同施肥制度对土壤微生物量碳、氮的影响  41-42
    3.3.2 长期不同施肥制度对土壤酶活性的影响  42-44
    3.3.3 土壤基础呼吸与微生物代谢商  44
    3.3.4 土壤微生物量、酶活性与土壤养分含量和pH 的相关性分析  44-45
    3.3.5 土壤微生物量、酶活性与小麦产量的相关性分析  45
  3.4 讨论  45-48
  3.5 小结  48-49
第四章 长期不同施肥制度对土壤微生物多样性的影响  49-64
  4.1 前言  49-50
  4.2 材料与方法  50-55
    4.2.1 土壤样品采集与前处理  50
    4.2.2 主要仪器  50
    4.2.3 试验培养基  50-51
    4.2.4 试验方法  51-54
    4.2.5 数据处理  54-55
  4.3 结果与分析  55-62
    4.3.1 长期不同施肥制度对土壤可培养微生物种群数量的影响  55-56
    4.3.2 长期不同施肥制度对土壤细菌群落结构多样性的影响  56-59
    4.3.3 长期不同施肥制度对土壤微生物功能多样性的影响  59-62
  4.4 讨论  62-63
  4.5 小结  63-64
第五章 长期不同施肥制度下土壤微生物学特性的季节变化  64-74
  5.1 前言  64
  5.2 材料与方法  64-65
    5.2.1 采样时间与前处理  64-65
    5.2.2 数据处理  65
  5.3 结果与分析  65-69
    5.3.1 长期不同施肥制度下SMBC、SMBN 的季节变化  65-67
    5.3.2 长期不同施肥制度下土壤酶活性的季节变化  67-69
    5.3.3 长期不同施肥制度与季节变化对 SMBC、SMBN 和土壤酶活性的影响  69
  5.4 讨论  69-72
    5.4.1 长期不同施肥制度下SMBC、SMBN 的季节变化  69-70
    5.4.2 长期不同施肥制度下土壤微生物量商（qMB）、微生物量碳/氮的季节变化  70
    5.4.3 长期不同施肥条件下土壤酶活性的季节变化  70-72
    5.4.4 长期不同施肥条件与季节变化对 SMBC、SMBN 和土壤酶活性的影响  72
    5.4.5 季节变化的意义  72
  5.5 小结  72-74
第六章 长期不同施肥制度下土壤微生物多样性的季节变化  74-84
  6.1 前言  74
  6.2 材料与方法  74
    6.2.1 采样时间与前处理  74
    6.2.2 实验方法  74
    6.2.3 数据处理  74
  6.3 结果与分析  74-82
    6.3.1 PCR-DGGE 比较长期不同施肥制度下两个时期土壤细菌群落多样性的变化  74-77
    6.3.2 BIOLOG 解析长期不同施肥制度下两个时期土壤微生物功能多样性的变化  77-82
  6.4 讨论  82-83
  6.5 小结  83-84
第七章 全文结论及研究展望  84-88
  7.1 研究结论  84-86
  7.2 研究特色  86
  7.3 研究展望  86-88
参考文献  88-106
致谢  106-107
个人简历  107

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