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在农业生产过程中,施用化肥、有机肥以及二者配施不仅为土壤微生物的生长繁殖提供了营养物质,同时也改变了微生物生存的环境条件。施肥造成的土壤营养条件的改善和土壤环境条件的改变直接和间接的影响着土壤微生物区系。通过建立在―西南大学紫色土肥力与肥料效益监测基地‖的连续施肥7年的旱旱轮作试验和连续施肥23年的水旱轮作试验,来研究长期施用化肥和有机肥对土壤微生物群落多样性的影响,明确施肥造成的土壤养分条件的改善和pH的改变哪一个才是主导因子;并且通过建立在―加拿大农业与农品部Lethbridge研究中心‖的连续施用牛粪43年的定位试验,来分别研究长期施用牛粪和牛粪的残余效应对土壤微生物群落多样性和土壤抗生素抗性基因的累积的影响。主要结果如下:1.通过在三种不同紫色土(石灰性紫色土、中性紫色土和酸性紫色土)上连续7年的化肥、有机肥、50%化肥+50%有机肥和不施肥对照处理,来分析不同土壤类型上不同施肥处理对土壤细菌的群落多样性的影响。研究发现,虽然施用有机肥和有机肥+化肥处理较不施肥对照均显著的提高了土壤的有效和全量氮、磷、钾和有机碳含量,但在石灰性土壤上细菌的丰富度指数、多样性指数和群落结构并无显著差异。而在酸性和中性土壤上,施用化肥处理土壤细菌的丰富度和多样性指数显著的低于施用有机肥处理,并且不同施肥处理间细菌群落结构有显著性差异。其主要原因为长期施用化肥造成了酸性和中性土壤pH的降低,而石灰性土壤上各施肥处理pH均维持在7.8以上。研究表明,在石灰性土壤上,施肥虽然显著改善了土壤的养分状况,但由于其较高的酸化缓冲能力,pH并未发生大的改变,从而维持和稳定了土壤细菌的多样性;而在酸性和中性土壤上,由于pH的改变造成了细菌多样性的显著改变,可见土壤pH是调控细菌群落结构的主导因子。2.通过在水旱轮作的稻田土壤中施用化学氮肥、氮钾肥、秸秆还田、氮磷钾肥、氮磷钾+秸秆还田和1.5倍氮磷钾+秸秆还田处理,来分析土壤pH未发生显著变化下,连续23年施用无机磷肥和缺施无机磷肥处理对细菌、古菌和真菌多样性的影响。结果显示,虽然土壤pH并未发生显著改变,土壤细菌的丰富度和多样性指数在缺施无机磷肥处理中比施用无机磷肥处理显著高2.2-11.3%,并且这两个处理间土壤真菌群落结构具有明显差异,而细菌和古菌群落结构并无显著差异。在施用无机磷肥土壤中,Chloroflexi相对丰度比缺施无机磷肥土壤显著高7.1%,而土壤Methanocellales、Basidiomycota和Glomeromycota却分别比缺施无机磷肥土壤显著的低100.0%、184.6%和274.6%。研究表明,即便土壤pH没有发生显著改变,当土壤磷素严重缺乏时也会显著降低水旱轮作水稻土壤的Chloroflexi相对丰度,同时显著提高磷高效获取能力菌群的相对丰度。3.通过在土壤上连续43年的施用牛粪、连续施用牛粪30年后停止施用13年、连续施用牛粪14年后停止施用29年的定位试验,来研究长期施用牛粪和牛粪的残余效应对土壤微生物多样性的影响。结果表明,不同施肥处理间土壤pH均维持在中偏碱性范围,但施用牛粪显著改善了土壤营养状况。在秋季、春季及夏季,连续43年的施用牛粪处理与其他处理间原核生物和真菌群落结构均有显著性差异。与不施肥处理相比,连续43年的施用牛粪处理显著增加了富营养微生物的相对丰度,但却显著降低了贫营养微生物的相对丰度。停止施用牛粪13年后,土壤的原核生物和真菌群落结构和不施肥对照在秋季仍有显著性差异,并且土壤中的自生固氮和氨氧化微生物的相对丰度也显著的高于不施肥对照。研究表明,即便土壤pH维持在中偏碱性范围,由于连续施用牛粪显著改善了土壤的养分状况,使得土壤微生物群落和其他处理有显著性差异,并且停止施用牛粪13年后对土壤微生物部分菌群仍有持续性影响,但当停止施用牛粪29年后土壤微生物群落和不施肥对照并没有显著性差异。4.通过分析长期定位施用牛粪试验中历史保存的土壤样品,来定量研究不同牛粪施用量下土壤中抗生素抗性基因的累积规律。结果表明,随着牛粪施用量的增加,土壤中的抗生素抗性基因的丰度也显著提高,并且随着时间的增长,总抗性基因丰度呈显著的线性增加。不同的抗性基因累积规律并不相同,如氨基糖苷类和磺胺类总抗性基因丰度随时间的累积效应并不明显,而红霉素类总抗性基因丰度随时间的增加而呈显著的对数增长,四环素类抗性基因丰度则呈线性增长。另外,停止施用牛粪后,土壤氨基糖苷类、磺胺类和四环素类抗性基因相对丰度均出现了下降趋势,红霉素类抗性基因丰度也在10年后出现明显的下降。研究证实,长期施用牛粪造成了土壤中抗生素抗性基因的累积,并且停止施用牛粪后抗生素抗性基因丰度也会随时间的增加而逐渐降低。研究表明,当施肥造成土壤pH发生改变时,土壤pH是调控土壤细菌群落结构的主导因子。当土壤pH并未发生明显改变时,土壤养分状况也会对微生物区系有显著性影响。长期施用化肥造成的土壤酸化会降低微生物丰富度和多样性,而长期施用有机肥也会因抗生素抗性基因的累积对土壤生态安全产生负面影响。