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不同农业措施对丛枝菌根真菌群落结构和侵染效应的影响

作　者: 张贵云
导　师: 徐国华
学　校: 南京农业大学
专　业: 植物营养
关键词: 丛枝菌根水稻旱作保护性耕作有机肥群落结构侵染效应
分类号: S182
类　型: 博士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

丛枝菌根(Arbuscular mycorrhiza, AM)是植物根系与AM真菌(AM fungi, AMF)形成的一种互惠共生体,是自然生态系统中一个重要的组成成分。AMF能促进植物养分吸收,改善植物水分代谢,增强植物抗逆性,改善土壤理化性状,提高植物产量。农业生态系统中AMF多样性丰富,并以独特的群落结构发挥其功能。田间AM的形成与作用发挥的好坏,与相关的农业管理措施,如耕作方式、种植方式以及肥料施用等密切相关。本研究针对传统农业措施对资源、环境和粮食安全等造成不利影响的现状,利用茵根微生态理论和技术,对现代不同农业措施条件下(如保护性耕作、水稻旱作、无害化有机肥)的AMF群落结构和侵染效应的影响进行研究分析,旨在为现代农业管理措施的推广应用提供理论指导,从而更好地发挥AM在农业生产上的增产潜力,促进农业的可持续发展。主要研究结果如下：1.分析了位于江苏盐城的长期水稻旱作栽培条件下的AMF群落结构特征,发现其AM真菌可分3个属,18个种,其中球囊霉属(Glomus)有11个种,无梗囊霉属(Acaulospora)有2个种,盾巨孢囊霉属(Scutellospora)有1个种,尚有4个未知种；三个水稻旱作处理的AMF物种丰度均高于水作处理,但它们的优势种基本一致。地球囊霉(G. geosporum)、摩西球囊霉(G. mosseae)和沾屑球囊霉(G. spurcum)为水作处理0-20cm土层和旱作处理0-40cm土层的优势种,聚丛球囊霉(G. aggregatum)为水作和旱作处理20-80cm土层的优势种。2.深入分析了长期水稻旱作和水作田AMF的时空分布规律,发现同一土层旱作处理的AMF孢子密度均高于水作处理,大小依次为覆膜>裸露>覆草>水作；各处理均随土层加深,孢子密度逐渐降低。水作处理中AMF孢子主要集中在0-20cm土层,20-80cm土层的孢子密度显著降低,旱作处理下层孢子密度虽然也有降低趋势,但明显高于水作处理,尤其覆膜处理20-40cm土层的孢子密度比0-20cm土层还高。大麦季AMF孢子密度高于水稻季,且随作物生育期延长,大麦的AMF孢子密度趋增,而水稻的AMF孢子密度趋减；在大麦田,旱作与水作处理0-20cm土层的孢子密度差异不显著,在水稻田旱作覆草和旱作裸露两个处理0-20cm土层的孢子密度显著高于旱作覆膜和水作处理。对根系AM侵染率做了比较分析,结果表明大麦AM侵染率显著高于水稻AM侵染率；旱作处理的AM侵染率显著高于水作处理,其中,旱作覆膜处理的AM侵染率显著高于旱作覆草和旱作裸露两个处理。3.分析了以上长期试验水稻田土壤的环境因子与AMF孢子密度和AM侵染率的相关性,发现0-20cm土层的土壤有机质、温度、速效P、含水量及pH值不同,这些因子对AMF的发育和侵染均有一定影响。孢子密度与AM侵染率随土壤有机质含量,尤其是土壤水分含量的提高呈显著的下降趋势,但与土壤pH值、土壤温度间则呈一定程度的正相关,覆膜处理表层(0-20cm)高磷土壤环境对AMF的产孢和侵染具有一定的抑制作用。AMF孢子密度、AM侵染率与水稻产量呈不同程度的负相关,而与大麦产量呈显著正相关。分析认为,旱作处理中影响AMF侵染的关键因子是土壤水分。4.分析了位于山西临汾的长期免耕(15年以上)和传统耕作小麦田的AMF多样性特征,发现其AM真菌分为3个属,12个种,包括球囊霉属(Glomus)7个种,无梗囊霉属(Acaulospora)1个种,盾巨孢囊霉属(Scutellospora)2个种,尚有2个未知种。免耕和传统耕作处理的AMF优势种相同,均为摩西球囊霉(G. mosseae)、地表球囊霉(G. versiforme)和聚丛球囊霉(G. aggregatum),且摩西球囊霉和地表球囊霉主要出现在上层土壤,聚丛球囊霉主要在下层土壤。5.调查分析了长期免耕和传统耕作小麦的AMF时空分布规律,发现免耕处理的AMF物种丰度显著高于传统耕作处理,三个免耕处理间的AMF物种丰度基本一致；免耕处理和传统耕作处理的AMF物种丰度均随土层加深而逐渐降低。免耕处理的AMF孢子密度显著高于传统耕作处理,尤以免耕深松处理为高,但与其它两个免耕处理相比差异不显著；不同土层的AMF孢子密度不同,传统耕作20-40cm土层孢子密度低于0-20cm土层,但免耕处理20-40cm土层的孢子密度均稍高于0-20cm土层；40cm土层以下,所有处理的AMF孢子密度均明显降低,160cm土层以下没有发现AMF孢子；另外,100cm土层以下,所有处理都只有1个AMF物种出现,为聚丛球囊霉(G. aggregatum)。6.分析了小麦不同生长时期AMF侵染率和孢子密度的季相变化规律,结果显示免耕处理的AM侵染率和AMF孢子密度在小麦不同生长时期均显著高于传统耕作处理,免耕深松处理的AM侵染率和孢子密度显著高于免耕免压和免耕少压两个处理；侵染率在小麦拔节期达到最高,而孢子密度在小麦收获期达到最高。7.分析了不同免耕条件下土壤环境因子与AMF孢子密度和AM侵染率的相关性,结果表明土壤容重与AMF孢子密度和AM侵染率呈显著负相关,而土壤有机质与孢子密度和AM侵染率呈显著正相关。本研究中,免耕处理的土壤容重明显降低,有机质含量提高,这两个因素提高了土壤的保水性和透气性,有利于小麦根系AM的形成。8.通过盆栽试验,发现单施有机肥对摩西球囊霉(G. mosseae)及其寄主植物玉米的生长发育等有明显的影响,且影响程度随有机肥水平的改变而发生变化。当有机肥施用量<2.0g/kg时,接种处理的AM侵染率、AMF孢子密度、玉米株高、叶绿素含量、生物量以及磷含量均高于或显著高于相应水平的不接种处理,且随有机肥水平的提高而逐渐增高。然而,当有机肥施用量>2.0g/kg时,接种AMF处理的各项指标则与不接种处理相当或显著低于不接种处理。9.通过有机肥和等量氮磷钾无机肥对比试验,研究了两者对摩西球囊霉(Gmosseae)及其寄主植物生长发育的影响。结果显示,有机肥对AM侵染率、玉米株高以及生物量均有明显的影响。有机肥处理的AM侵染率和玉米生物量均显著高于无机肥处理,证明有机肥中的有机质部分(包括微量元素等其他营养成分)发挥着重要作用。以上研究结果表明不同农业措施对土壤AMF的群落结构产生了显著的影响。其中,南方水稻旱作和北方免耕覆盖处理对AMF的重要影响因素都是改善了土壤的水分状况和通气性,从而促进了AMF的繁殖、侵染及其寄主植物的生长发育；而施用有机肥对AMF的影响则表现为,有机肥含量较低时对AMF生长有促进作用,而含量较高时则有抑制作用。采用不同农业技术措施,适度调控表层土壤养分,有助于AMF的丰度和侵染效率的提高,从而促进农业的可持续发展。

全文目录

摘要  8-11
ABSTRACT  11-15
第一章文献综述  15-29
  1 菌根的起源、演化及其类型  15-17
  2 丛枝菌根及其特征  17-22
    2.1 丛枝菌根真菌的概念及其分类  17-19
    2.2 丛枝菌根的结构及丛枝菌根真菌生活史  19-21
    2.3 丛枝菌根真菌的生物多样性  21-22
  3 丛枝菌根在生态农业中的作用及前景  22-24
    3.1 改善植物的矿质营养  22-23
    3.2 改善植物的水分代谢  23
    3.3 提高作物的抗逆性  23
    3.4 改善土壤团粒结构  23-24
  4 氮、磷和碳对丛枝菌根共生体功能的调控机理  24-25
  5 农业措施对丛枝菌根及其寄主植物生长发育的影响  25-27
    5.1 耕作方式  25
    5.2 种植制度  25-26
    5.3 施肥  26-27
  6 研究目的及意义  27-28
  7 技术路线  28-29
第二章水稻旱作对丛枝菌根真菌群落结构和时空分布的影响  29-49
  1 引言  29-30
  2 材料与方法  30-33
    2.1 试验地情况及试验设计  30-31
    2.2 供试作物品种及水肥管理  31
    2.3 样品采集  31-32
    2.4 测定方法  32
    2.5 指标计算方法  32
    2.6 数据分析  32-33
  3 结果与分析  33-45
    3.1 水稻旱作对丛枝菌根真菌群落结构的影响  33-40
    3.2 水稻旱作对丛枝菌根真菌时空分布的影响  40-42
    3.3 水稻旱作对丛枝菌根真菌侵染率的影响  42-43
    3.4 土壤环境因子与丛枝菌根真菌侵染效应相关性分析  43-44
    3.5 丛枝菌根真菌孢子密度、侵染率与作物产量的关系  44-45
  4 讨论  45-49
第三章保护性耕作对丛枝菌根真菌群落结构及生物学效应的影响  49-67
  1 引言  49
  2 材料与方法  49-52
    2.1 供试材料  49-50
    2.2 试验地条件和试验设计  50-51
    2.3 样品采集  51
    2.4 测定方法  51
    2.5 指标计算方法  51-52
    2.6 数据分析  52
  3 结果与分析  52-64
    3.1 保护性耕作对丛枝菌根真菌群落结构的影响  52-59
      3.1.1 保护性耕作小麦试验地的丛枝菌根真菌种类  52-53
      3.1.2 保护性耕作对丛枝菌根真菌物种丰度及相对多度的影响  53-59
    3.2 保护性耕作对丛枝菌根真菌时空分布的影响  59-62
    3.3 保护性耕作对丛枝菌根侵染率的影响  62-63
    3.4 土壤环境因子与丛枝菌根真菌侵染效应的相关性分析  63-64
    3.5 丛枝菌根真菌孢子密度、侵染率与小麦产量的关系  64
  4 讨论  64-67
第四章有机肥对丛枝菌根真菌及寄主植物生长发育的影响  67-83
  1 引言  67
  2 单施有机肥对摩西球囊霉及玉米生长发育的影响  67-75
    2.1 材料与方法  67-69
      2.1.1 供试菌种  67-68
      2.1.2 供试肥料  68
      2.1.3 供试作物  68
      2.1.4 盆栽基质  68
      2.1.5 试验设计  68
      2.1.6 接种与玉米种植  68-69
      2.1.7 指标测定  69
      2.1.8 数据分析  69
    2.2 结果与分析  69-74
      2.2.1 不同有机肥水平对摩西球囊霉侵染率及孢子含量的影响  69-71
      2.2.2 有机肥和接种摩西球囊霉对玉米株高和叶绿素含量的影响  71-72
      2.2.3 有机肥和接种摩西球囊霉对玉米生物量的影响  72-73
      2.2.4 有机肥和接种摩西球囊霉对玉米P含量的影响  73-74
    2.3 讨论  74-75
  3 有机肥及其等量氮磷钾肥对摩西球囊霉及玉米生长发育的影响  75-83
    3.1 材料与方法  75-78
      3.1.1 供试菌种  75-76
      3.1.2 供试肥料  76
      3.1.3 供试作物  76
      3.1.4 盆栽基质  76
      3.1.5 试验设计  76-77
      3.1.6 试验方法  77
      3.1.7 指标测定  77-78
      3.1.8 数据分析  78
    3.2 结果与分析  78-80
      3.2.1 有机肥及其等量氮磷钾肥对摩西球囊霉侵染率的影响  78
      3.2.2 有机肥及其等量氮磷钾肥和接种摩西球囊霉对玉米株高的影响  78-80
      3.2.3 有机质及其等量氮磷钾肥和接种摩西球囊霉对玉米生物量的影响  80
    3.3 讨论  80-83
全文结论  83-85
创新点  85-87
参考文献  87-105
附录  105-115
在读期间发表的论文  115-117
致谢  117

不同农业措施对丛枝菌根真菌群落结构和侵染效应的影响

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