长期定位施肥对设施土壤有机磷组分及phoD微生物多样性影响的研究

作     者：李鹏杰 

作者单位：沈阳农业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张恩平

授予年度：2022年

学科分类：07[理学] 09[农学] 0903[农学-农业资源与环境] 0713[理学-生态学] 

主      题：长期定位施肥 有机磷组分 phoD微生物 群落结构 

摘      要：在土壤环境系统中,土壤有机磷需要经过矿化作用才能转化为植物可利用或潜在可利用的磷源,其中碱性磷酸酶是完成这一过程的关键酶,携带编码碱性磷酸酶基因的微生物(pho D微生物)就显得至关重要。近年来,pho D微生物作为土壤磷素循环中的一大研究热点,在草原、林地、耕地和水稻土壤中多有研究,但在设施土壤中报道较少。本试验材料取自沈阳农业大学33年长期定位施肥的设施土壤(栽培作物为番茄‘孚瑞加804’),在不同施肥处理下(即长期不施肥、单施氮肥、单施磷肥、氮磷混施、单施有机肥、有机肥配施氮肥、有机肥配施磷肥、有机肥和氮磷肥混施处理),利用高通量测序等技术手段,研究长期定位施肥对设施番茄土壤环境因子和pho D微生物的影响,旨在明确长期定位施肥后环境因子和pho D微生物之间的影响关系,同时为提高磷素利用率提供理论支持。本研究主要研究结果如下:1.在土壤基本理化因子方面,长期单施无机肥导致土壤酸化现象严重,其中单施氮肥最甚。长期施加有机肥可缓解土壤酸化程度,减缓电导率的升高,增强土壤保水能力,同时增加土壤中的养分含量。2.在土壤碱性磷酸酶活性方面,添加有机肥有助于增加碱性磷酸酶的活性,且随着配施无机肥量的增加活性明显降低,磷肥的长期施用对碱性磷酸酶活性有明显抑制作用。3.在土壤磷素变化方面,添加化学磷肥可明显提高设施土壤的全磷和速效磷含量,并且配施有机肥对增加磷含量有促进作用。长期定位施肥处理下土壤各有机磷形态含量顺序为:中活性Po高稳性Po活性Po中稳性Po。全磷和速效磷与活性Po、中等活性Po、和高稳性Po含量变化显著相关,且速效磷和中等活性Po含量的相关性最强。总体来说在所有处理中,有机肥和磷肥配施,更利于提高设施土壤中容易被矿化吸收的活性Po和中活性Po的含量,有助于中稳性或高稳性Po向更易被植物吸收的组分转化。4.在pho D微生物多样性方面,添加磷肥增加了pho D微生物的物种多样性,添加有机肥虽降低了pho D微生物的物种多样性,但增加了功能优势菌属的丰度,从而影响碱性磷酸酶的含量,增加磷素的有效性。5.利用高通量测序分析后,本研究所有施肥处理在门水平上,放线菌门(Actinobacteria)、变形菌门(Proteobacteria)、未分类的细菌(unclassified＿d＿Bacteria)和unclassified为优势菌门。在所有处理属水平的分类中,共定义到13个属,未分类菌属(unclassified＿d＿Bacteria)的丰度最高,其次为慢生根瘤菌属(Bradyrhizobium)、中华根瘤菌属(sinorhizobium)、链霉菌属(Streptomyces)、剑菌属(Ensifer),和仅在不施肥处理中为优势菌属的溶杆菌属(Lysobacter)和甲单胞菌属(Pseudomonas),整体上,未分类细菌、慢生根瘤菌属为设施土壤中pho D微生物的优势菌属。6.本研究中,影响pho D微生物群落结构差异的主要环境因子包括:p H、有机质、有机碳、碱性磷酸酶等,各组分有机磷与pho D微生物菌属相关性的高低依次为:中稳性Po高稳性Po中活性Po活性Po。从优势菌属来看,慢生根瘤菌属(Bradyrhizobium)与SOM、SOC、ALP、中稳性有机磷均表现出不同程度正相关关系,Afipia和剑菌属(Ensifer)属与TP、AP、各组分有机磷均表现出显著正相关性,表明Afipia和Ensifer菌属对磷的有效性有重要作用。