不同改良剂及玉米-花生轮作对氮转化功能基因群落结构和多样性的影响

来源 :沈阳农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yangxzguoli
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受到耕地面积、种植条件等综合因素的影响,连作已经成为农业生产中普遍存在的现象。大部分作物在重茬后会出现连作障碍,对作物生长状况、产量、品质等均有,严重制约农业的可持续发展。本研究以沈阳农业大学2011年建立的生物炭和炭基肥田间定位试验为依托,试验共设置5个处理:处理1(玉米连作)、处理2(玉米-花生轮作)、处理3(花生连作)、处理4(花生连作+化学改良剂),处理5(花生连作+生物改良剂)。采集2021年收获期土壤和植物样本,进行土壤肥力、细菌和真菌群落结构和多样性,AOBamo A、nir S、nir K、nar G等功能基因群落结构和多样性,作物养分吸收量和产量分析,结果如下:(1)施用化学改良剂和玉米-花生轮作均能显著抑制土壤酸化,提高土壤有机质及养分含量。与花生连作处理相比,玉米-花生轮作对土壤有机质、全磷含量的积极作用突出,分别增加24.50%、108.16%;施用化学改良剂对土壤速效养分的增加效果突出,增加了19.91%~52.57%,施用生物改良剂对土壤速效钾含量的提高效果突出,增加了18.18%。(2)长期轮作和施用不同改良剂对土壤微生物量碳、氮的含量有不同程度的影响。与玉米连作、花生连作处理相比,玉米-花生处理土壤微生物量碳、氮含量增加15.80%~81.88%;与花生连作处理相比,长期施用化学改良剂土壤的微生物量碳、氮分别增加35.67%和88.41%。与花生连作处理相比,施用生物改良剂处理微生物量氮含量增加33.83%。(3)长期轮作及施用不同改良剂对作物根际与非根际土壤细菌Alpha多样性无显著影响;长期轮作能提高花生根际与非根际土壤真菌Alpha多样性:与花生连作相比,玉米-花生轮作的花生根际多样性指数增加26.54%~42.27%,花生非根际多样性指数增加36.20%~51.09%。(4)对于细菌而言,有优势菌门变形菌门与土壤有机质含量呈正相关关系,长期轮作及施用不同改良剂处理的根际土壤中变形菌门的相对丰度均有不同程度提高,提高幅度为11.43%~16.49%;长期施用生物改良剂能显著增加花生非根际土壤中变形菌门的相对丰度,增幅为25.27%。对于真菌而言,担子菌门与土壤有机质含量呈负相关关系,玉米-花生轮作能显著减少花生根际土壤中致病真菌担子菌门的相对丰度,M-PR处理的担子菌门的相对丰度较PC处理减少21.58%。(5)长期玉米-花生轮作花生根际与非根际土壤中nirK基因的Alpha多样性显著增加108.51%、122.92%;根际土壤中amo A、nir S基因Alpha多样性显著减少15.48%~37.97%。长期施用化学改良剂花生根际土壤中amo A基因和根际与非根际nir S基因的Alpha多样性显著降低16.12%~76.82%;花生非根际土壤中amoA基因的细菌的Alpha多样性显著增加。长期施用生物改良剂花生非根际土壤中amoA、nirK基因的Alpha多样性显著增加50.80%~65.37%。(6)与花生连作处理相比,轮作对土壤NH4+-N、NO3--N含量无显著影响。施用改良剂均能显著减少土壤中NH4+-N含量。与花生连作的NH4+-N含量相比,施用化学改良剂处理减少35.30%,施用生物改良剂处理减少66.48%;长期施用化学改良剂土壤中NO3--N含量较花生连作处理显著增加42.06%。(7)长期轮作和施用不同改良剂能显著改变花生根际与非根际土壤中携带amoA、nir K、nir S和nar G基因的细菌的群落组成,花生根际与非根际土壤中携带amo A基因的亚硝弧菌属增加17.08%~184.40%、携带nir K基因的慢生根瘤菌属增加19.81%~111.09%,携带nir S基因的陶厄氏菌属的相对丰度34.11%~96.03%对丰度增加,携带narG基因Acidiphilium的相对丰度减少66.90%~85.44%。(8)长期玉米-花生轮作对花生荚果中养分累积的促进效果最好,较花生连作增加了39.29%~105.22%;长期施用化学改良剂处理花生茎叶中氮磷钾累积效果最佳,较花生连作增加57.90%~31.09%。长期采用玉米-花生轮作和长期施用改良剂均能提高花生产量,玉米-花生轮作对花生的增产效果更显著,与花生连作相比增加61.09%;不同改良剂对花生产量均有显著的促进作用,但二者间无显著差异。
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