茶園土壤微生物群落結(jié)構(gòu)對植茶年限、施肥和高溫條件的響應研究.pdf

1、茶樹(Camellia sinensis(L.)O.Kuntze)是我國重要的經(jīng)濟作物。茶樹的生長過程和施肥等茶園管理措施逐漸改變了茶園土壤性狀（如土壤酸化、富含鋁離子等），進而對土壤微生物群落產(chǎn)生影響。同時，氣候變化將會導致高溫等極端天氣出現(xiàn)的頻率增加，這也會對土壤微生物產(chǎn)生影響。因此，研究茶園土壤微生物群落結(jié)構(gòu)對植茶年限、施肥和高溫條件的響應，對深入了解茶園土壤微生物生態(tài)，促進茶葉種植產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。
　　本論

2、文以茶園酸性土壤微生物為研究對象，采用田間試驗與實驗室模擬相結(jié)合的手段，運用基于分子生物學的微生物研究方法，在比較具有相近土地利用年限的茶園生態(tài)系統(tǒng)與其他紅壤典型農(nóng)林生態(tài)系統(tǒng)（竹林、林地和稻田）土壤微生物群落結(jié)構(gòu)差異的基礎(chǔ)上，研究茶樹種植年限、施肥以及高溫條件對茶園土壤微生物群落結(jié)構(gòu)、土壤微生物硝化和反硝化作用相關(guān)功能酶基因的影響，主要研究結(jié)果如下:
　　與其他土地利用方式相比，種植茶樹顯著提高土壤有機碳（Soil organic

3、carbon，SOC）、全氮等養(yǎng)分含量、降低土壤pH并減少土壤細菌豐度。土地利用方式顯著影響土壤細菌(Global R=0.997，P＜0.01)和古菌（Global R=1，P＜0.01）的群落結(jié)構(gòu)。茶園土壤具有較高的細菌和古菌多樣性，并具有獨特的優(yōu)勢菌群。相關(guān)與回歸分析發(fā)現(xiàn)，土壤細菌和古菌香農(nóng)多樣性指數(shù)分別與土壤碳氮比(C∶N)和土壤pH呈顯著的負相關(guān)(P＜0.01)。綜合考慮土壤微生物多樣性和土壤養(yǎng)分的保持，種植茶樹是一種紅壤可持

4、續(xù)利用的土地利用方式。
　　應用Illumina MiSeq高通量測序平臺和熒光定量PCR(Quantitive PolymeraseChain Reaction，qPCR)技術(shù)研究了龍井茶區(qū)植茶年限分別為8年(Y8)、20年(Y20)、34年(Y34)和56年(Y56)的茶園和酸性林地土壤中細菌和真菌的群落組成和豐度。研究結(jié)果表明，低齡茶園（Y8和Y20）土壤細菌和真菌的豐度顯著大于高齡茶園（Y34和Y56），高齡茶園土壤細菌、

5、真菌群落結(jié)構(gòu)相似度較大，且與Y8和Y20茶園不同，說明高齡茶園土壤微生物群落結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定。
　　茶園土壤細菌主要由變形菌門(Proteobacteria)、酸桿菌門(Acidobacteria)、放線菌（Actinobacteria）、擬桿菌門(Bacteroidetes)、綠彎菌門(Chloroflexi)、芽單胞菌門（Gemmatimonadetes）和厚壁菌門(Firmicutes)等菌群構(gòu)成，其中 Proteobacter

6、ia在茶園土壤細菌中的含量達到50％。茶園土壤真菌主要由子囊菌門(Ascomycota)和擔子菌門(Basidiomycota)構(gòu)成，兩者約占90％的土壤真菌物種組成，其中Ascomycota在茶園土壤真菌中的含量達到42.67％-67.37％。從低齡茶園到高齡茶園，茶園土壤微生物群落向以下方向演替:Acidobacteria、Actinobacteria、Chloroylexi和Ascomycota菌群含量更高，Proteobacte

7、ria和Bacteroidetes含量更低。
　　在1年的田間試驗中，用有機肥(OF)、化肥(CF)和不施肥(CK)處理40年種植年限的茶園，每兩個月取一次土壤樣，應用末端限制性片段長度多態(tài)性（Terminal Restriction Fragment Length Polymorphism，T-RFLP）分析土壤細菌和古菌群落結(jié)構(gòu)。同時，采用qPCR技術(shù)檢測細菌、古菌和功能酶基因（細菌和古菌amoA基因、細菌narG、nirK、

8、nirS和nosZ基因）的豐度。試驗結(jié)果表明，由于優(yōu)勢菌群的變化，細菌和古菌的群落結(jié)構(gòu)隨季節(jié)和所用肥料種類的不同而表現(xiàn)出明顯差異(P＜0.01)，并且受到土壤溫度的顯著影響（P＜0.01）。所檢測基因的豐度也隨季節(jié)而變化，有的在7月份最低（細菌、古菌和古菌amoA基因），有的在9月份最低（細菌amoA基因和反硝化功能酶基因（除nirK基因））。施用有機肥可以增加土壤有機碳和全磷等的含量，緩解土壤酸化，提高土壤微生物的數(shù)量，從而改善茶園土

9、壤環(huán)境，但是化肥處理對這些基因豐度的影響相對較小。土壤養(yǎng)分以及土壤pH等化學性狀綜合影響了土壤細菌和古菌的群落結(jié)構(gòu)以及微生物豐度，其中土壤有機碳含量是土壤化學性狀中最為重要的一個因子，與除古菌amoA和nirK基因外的其余基因豐度均有顯著的相關(guān)性(P＜0.05)。
　　采用6周的實驗室模擬培養(yǎng)試驗，研究茶園土壤微生物群落對高溫的響應，培養(yǎng)條件包括:兩種培養(yǎng)溫度（25℃和35℃），每一培養(yǎng)溫度下，設(shè)置3種土壤孔隙含水量，即30％、5

10、5％和80％ WFPS(water-filled pore space)。采用qPCR分析3大菌群（細菌、古菌和真菌）及與氮素轉(zhuǎn)化相關(guān)的功能酶基因(細菌和古菌amoA，細菌nirK)的豐度。用T-RFLP分析土壤細菌、真菌和古菌群落結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明，高溫影響氮素轉(zhuǎn)化過程，抑制土壤銨態(tài)氮向硝態(tài)氮的轉(zhuǎn)化并提高了土壤pH。高溫、干旱減少硝化和反硝化功能酶基因(細菌和古菌amoA、細菌nirK)的豐度。但在80％WFPS條件下，在培養(yǎng)末期，35℃