長期不同施肥對中國東北黑土甲烷氧化菌群落特征與功能的影響.pdf

1、不同施肥方式對我國旱地農(nóng)田土壤甲烷氧化影響的微生物機(jī)制尚不明確。本研究以“黑龍江省黑河農(nóng)科所長期定位試驗(yàn)站”與“哈爾濱黑土肥力長期定位試驗(yàn)站”的長期定位施肥試驗(yàn)為研究對象，采集以下四個施肥處理：1）對照（CK，不施肥）；2）有機(jī)肥（M）；3）無機(jī)肥（黑河：NP；哈爾濱：NPK）；4）有機(jī)肥+無機(jī)肥（黑河：MNP；哈爾濱：MNPK），分別代表低投入、有機(jī)農(nóng)業(yè)、無機(jī)農(nóng)業(yè)和常規(guī)農(nóng)業(yè)施肥方式。利用氣相色譜測定土壤甲烷氧化速率，分別利用聚合酶鏈?zhǔn)?/p>

2、反應(yīng)（PCR）、變性梯度凝膠電泳（DGGE）和實(shí)時熒光定量PCR（QCR）技術(shù)測定甲烷氧化菌群落結(jié)構(gòu)與豐度，研究了長期不同施肥下土壤甲烷氧化速率與土壤物理化學(xué)性質(zhì)和甲烷氧化菌群落特征的關(guān)系。主要研究結(jié)果如下：
　　 1、與CK處理相比，長期無機(jī)肥處理（NP/NPK）后，黑河試驗(yàn)點(diǎn)土壤甲烷氧化速率變化不明顯，而哈爾濱試驗(yàn)點(diǎn)土壤甲烷氧化速率下降了79.1％：長期M處理后黑河和哈爾濱試驗(yàn)點(diǎn)土壤甲烷氧化速率均無明顯變化；長期有機(jī)肥無機(jī)肥

3、配施處理（MNP/MNPK）后黑河和哈爾濱兩個試驗(yàn)點(diǎn)土壤甲烷氧化速率均顯著下降，分別下降了61.2％和52.9％。
　　 2、將土壤甲烷氧化速率除以甲烷氧化菌群落豐度（pmoA基因豐度）得到甲烷氧化菌的比活性，結(jié)果表明施用有機(jī)肥的黑河試驗(yàn)點(diǎn)土壤（M和MNP）甲烷氧化菌的比活性顯著低于不施有機(jī)肥的土壤（CK和NP）；與CK相比，哈爾濱試驗(yàn)點(diǎn)土壤M處理顯著降低了甲烷氧化菌比活性，而NPK和MNPK處理無顯著變化。
　　 3、

4、DGGE圖譜表明，與CK相比，黑河試驗(yàn)點(diǎn)長期施用有機(jī)肥處理（M和MNP）土壤條帶數(shù)量顯著增多，NP處理無明顯變化；哈爾濱試驗(yàn)點(diǎn)M和MNPK處理也增加了條帶數(shù)量，而NPK處理土壤條帶數(shù)量明顯減少。DGGE圖譜數(shù)字化結(jié)果表明，黑河試驗(yàn)點(diǎn)M和MNP處理Shannon指數(shù)顯著提高，NP處理變化不明顯；與CK相比，哈爾濱試驗(yàn)點(diǎn)MNPK處理土壤的Shannon指數(shù)顯著提高，而NPK處理的Shannon指數(shù)顯著下降，M處理則無明顯變化。
　　

5、 4、定量PCR結(jié)果表明，與CK相比，黑河試驗(yàn)點(diǎn)M和MNP處理pmoA基因豐度顯著提高，NP處理變化不明顯；哈爾濱試驗(yàn)點(diǎn)M處理顯著提高了土壤pmoA基因豐度，NPK和MNPK處理變化不明顯。
　　 5、黑河試驗(yàn)點(diǎn)土壤甲烷氧化速率與甲烷氧化菌比活性呈顯著正相關(guān)，相關(guān)性系數(shù)及顯著性為0.685（р：0.014）；哈爾濱試驗(yàn)點(diǎn)土壤甲烷氧化速率與甲烷氧化菌群落豐度和甲烷氧化菌群落結(jié)構(gòu)呈顯著正相關(guān)，相關(guān)性系數(shù)及顯著性分別為0.648（p=

6、0.032）和0.304（р=0.020），表明供試土壤甲烷氧化速率與甲烷氧化菌群落特征存在密切的聯(lián)系。
　　 6、冗余分析結(jié)果表明，甲烷氧化菌群落結(jié)構(gòu)與黑河試驗(yàn)點(diǎn)土壤pH、TN、OM呈顯著正相關(guān)，相關(guān)性系數(shù)及顯著性分別為0.825（р=0.002，pH）、0.620（р=0.002，TN）和0.500（р=0.006，OM）；與哈爾濱試驗(yàn)點(diǎn)土壤Moisture、pH呈顯著正相關(guān)，相關(guān)性系數(shù)及顯著性分別為0.359（р=0.00

7、6，Moisture）、0.303（р=0.010，pH）。此結(jié)果明確表明土壤物理和化學(xué)性質(zhì)影響了土壤甲烷氧化菌群落結(jié)構(gòu)。
　　 7、黑河試驗(yàn)點(diǎn)土壤甲烷氧化菌pmoA基因系統(tǒng)發(fā)育樹表明，施用有機(jī)肥使土壤中Ⅰ型甲烷氧化菌由原來的Cluster2全部轉(zhuǎn)換為甲基暖菌屬，而施用有機(jī)肥對于Ⅱ型甲烷氧化菌沒有明顯的影響。
　　 綜上所述，本研究表明長期不同施肥可以通過改變黑土土壤物理和化學(xué)性質(zhì)影響甲烷氧化菌群落特征，進(jìn)而改變土壤甲烷