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土壤有机营养添加物对土壤微生态的修复效果与机制分析

作　者: 焦伟
导　师: 蒋士君
学　校: 河南农业大学
专　业: 植物病理学
关键词: 土壤有机添加物烟草土壤微生物多样性土壤健康 PCR-DGGE
分类号: S143
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

丰富的土壤微生物多样性是土壤健康的基础,健康的土壤又是植物健康生长的基础。种植制度、施肥和施药等原因都能够不同程度地改变土壤微生态环境及微生物的多样性。连作栽培、过量使用化肥和农药是当今农田土壤健康恶化,病害加重的重要因素,而利用有机物添加物则可能是恢复土壤微生物多样性、抑制连作障碍的重要途径。本试验首先分析了连作对烟田土壤微生物多样性的不利影响。然后采用盆栽烟草,测定了秸秆炭、玉米淀粉、甲壳素3种有机碳源添加物和骨粉、豆面、胰蛋白胨、腐植酸4种有机氮源添加物对烟草根系发育以及地上部生长的效果,同时,采用传统的培养依赖法和不依赖培养的PCR-DGGE法分析了有机添加物对土壤微生物多样性的恢复作用。以上研究旨在初步探索有机添加物修复土壤微生态的技术与原理,为烟草的保健栽培提供依据。主要研究内容与结果包括:1、连作烟田土壤微生物的多样性显著降低,加重烟草病害的危害。通过对烟田连作1、3和5年的土壤进行平板分离培养发现,土壤可培养细菌数量明显受到连作的抑制,随着连作年限的增长,细菌数量显著降低;土壤中的放线菌和真菌的变化不明显,但总体呈下降趋势。同时,连作还加重了田间烟草病害的发病程度。2、土壤有机营养添加物能丰富土壤微生物多样性,改善烟草的生长发育。(1)在单因素试验中,碳源物质中的秸秆碳和玉米淀粉对土壤可培养细菌、真菌和放线菌有显著的富集作用,且刺激烟草根系的发育,促进茎叶生长。其中秸秆炭(6g/株)效果最好,玉米淀粉(3g/L)次之。甲壳素(400倍液)对土壤微生物也有一定的富集作用,但对烟草的生长发育促进效果较小。有机氮源物质中以腐殖酸(4g/株)、骨粉(2.5%)和豆面(90g/L)能显著丰富土壤细菌、真菌和放线菌,促进烟草茎叶和根系的发育,其中腐殖酸的效果最佳。此外,2.5g/L的八羟基喹啉丰富土壤细菌和放线菌的效果最佳,对真菌影响不大,对烟草生长发育表现有一定的促进作用。(2)多因素互作的正交试验结果的直观分析表明,不同的碳源、氮源具有不同的生物学活性和微生态学活性。影响根鲜重的因素依次是腐殖酸>骨粉>豆面>碳源;影响地上部分鲜重的因素依次是腐殖酸>碳源>豆面>骨粉。影响土壤细菌数量的因素依次是碳源>骨粉>腐殖酸>豆面;影响土壤真菌数量的因素依次是骨粉>碳源>豆面>腐殖酸;影响土壤放线菌数量的因素依次是腐殖酸>骨粉>豆面>碳源。(3)PCR-DGGE结果显示,土壤有机营养添加物单因素处理中,处理秸秆炭(4g/株和6g/株)、甲壳素(400倍液)、玉米淀粉(3g/L)、骨粉(2.5%)、豆面(90g/L)和腐殖酸(4g/株和12g/株)的条带均比空白对照CK的条带多,明显丰富了土壤中的细菌,其中处理C-6的条带多于处理C-2,处理F-4的条带多于处理F-12;土壤有机营养添加物多因素处理中处理C源(2.015g/株)+骨粉(0.5%)+豆面(15g/L)+腐殖酸(4g/株)、C源(2.015g/株)+骨粉(1.5%)+豆面(50g/L)+腐殖酸(8g/株)、C源(2.015g/株)+骨粉(2.5%)+豆面(90g/L)+腐殖酸(12g/株)和C源(4.045g/株)+骨粉(0.5%)+豆面(50g/L)+腐殖酸(12g/株)的条带均多于空白对照CK,对土壤中的细菌有明显的富集作用,且处理C源(4.045g/株)+骨粉(0.5%)+豆面(50g/L)+腐殖酸(12g/株)的条带最多。说明PCR-DGGE技术更能清晰地分析土壤细菌的丰富度。总之,烟草连作会降低土壤微生物多样性,还能加重田间病害的危害程度。有机营养添加物不仅能丰富土壤微生物多样性,促进土壤中的细菌、真菌和放线菌的生长,很好的修复了土壤微生态,还对烟草茎叶和根系的发育起到促进的作用,提高烟草生长质量。

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致谢 4-7摘要 7-91 文献综述 9-20 1.1 河南省烟草主要病害的发生危害现状 9-10 1.1.1 烟草主要病害的种类 9 1.1.2 烟草主要病害的发生与危害 9-10 1.2 烟草主要病害的防治现状 10-13 1.2.1 品种与抗性 10 1.2.2 农业防治 10-11 1.2.3 化学防治 11-12 1.2.4 生物防治 12-13 1.2.5 物理防治 13 1.2.6 综合防治 13 1.3 当前烟草病害防治的瓶颈制约因素 13-16 1.3.1 烟田连作的影响 13-14 1.3.2 烟田化肥过量和化学农药的影响 14 1.3.3 忽视有机肥料的作用 14-15 1.3.4 土壤健康的重要性与土壤微生物多样性 15-16 1.4 烟草保健栽培技术的发展 16-20 1.4.1 烟草保健栽培技术的重要意义 16 1.4.2 土壤微生物多样性与烟草保健栽培技术 16-20 1.4.2.1 烟草保健栽培技术的发展现状 16-19 1.4.2.2 烟草保健栽培技术存在的问题 19-202 引言 20-213 材料与方法 21-27 3.1 供试材料 21-22 3.1.1 供试植物 21 3.1.2 供试营养物质 21 3.1.3 培养基 21 3.1.4 试剂及仪器 21-22 3.2 试验方法 22-27 3.2.1 连作烟田土壤微生物多样性的常规分析 22 3.2.1.1 土样来源 22 3.2.1.2 样品处理 22 3.2.2 土壤有机营养添加处理设计 22-24 3.2.2.1 处理设计安排 22-23 3.2.2.2 土样采集方法 23-24 3.2.2.3 样品的处理 24 3.2.3 土壤有机营养添加对烟草生长发育的影响调查 24 3.2.4 土壤有机营养添加对土壤微生物的多样性的影响调查 24 3.2.4.1 土样采集方法 24 3.2.4.2 样品的处理 24 3.2.5 烟草土壤细菌多样性的DGGE 检测 24-27 3.2.5.1 土样来源 24 3.2.5.2 土壤总DNA 的提取 24 3.2.5.3 土壤微生物总DNA 巢氏PCR 扩增 24-25 3.2.5.4 土壤细菌多样性的PCR-DGGE 检测 25-274 结果分析 27-52 4.1 连作烟田土壤微生物多样性的分析结果 27-29 4.1.1 连作烟田微生物分离培养结果 27-28 4.1.2 连作烟田病害调查结果 28-29 4.2 有机营养添加物对烟草生长发育的影响 29-36 4.2.1 有机营养添加物单因素处理对烟草茎叶发育的影响 29-32 4.2.2 有机营养添加物单因素处理对烟草根系发育的影响 32-33 4.2.3 有机营养添加物多因素处理对烟草茎叶发育的影响 33-34 4.2.4 有机营养添加物多因素处理对烟草根系发育的影响 34-36 4.3 有机营养添加物对烟草土壤微生物多样性的影响 36-41 4.3.1 有机营养添加物单因素处理中烟草土壤微生物分离结果 36-38 4.3.2 有机营养添加物多因素处理中烟草土壤微生物分离结果 38-41 4.4 多因素试验结果筛选结果 41-47 4.5 烟草土壤细菌多样性的PCR-DGGE 鉴定结果 47-52 4.5.1 烟草土壤微生物总DNA 巢式PCR 扩增结果 47-50 4.5.1.1 烟草土壤微生物总DNA 第一轮扩增结果 47-48 4.5.1.2 烟草土壤微生物总DNA 第二轮扩增结果 48-50 4.5.2 烟草土壤微生物总DNA 巢式PCR 结果DGGE 检测结果 50-525 结论与讨论 52-55 5.1 结论 52-53 5.1.1 连作烟田土壤微生物的多样性显著降低，加重烟草病害的危害 52 5.1.2 土壤有机营养添加物能丰富土壤微生物多样性，改善烟草的生长发育 52-53 5.2 讨论 53-55 5.2.1 如何提高DGGE 分子方法的分辨率 53 5.2.2 土壤有机营养添加物修复土壤健康是一个复杂的微生态学过程 53-55参考文献 55-64ABSTRACT 64-65

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