不同耕作处理结合施肥、秸秆还田对土壤微生物多样性影响

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1、不同耕作处理结合施肥、秸秆还田对土壤微生物多样性影响摘要：为了探索不同耕作处理对土壤耕层和犁底层微生物数量及其多态性的影响，对吉林省公主岭周边和长春农安等地进行田间试验并采集土壤，通过室内实验对土壤进行PCR扩增以及DGGE图谱分析等研究。结果表明：不同耕作处理下，耕作层和犁底层土壤微生物均较农民常规耕作下土壤微生物种群结构多样性有所增加。通过DGGE图谱条带分析计算得出土壤香浓威尔多样性指数(香浓指数)，显示在耕作层土壤中同一层面不同样地的微生物种群结构具有较高的相似性；不同样地同一深度的犁底层土壤微生物种群结构同样具有较高的相似性。通过该试验的研究最终得出结论：旋耕一体机

2、配合作物根茬还田是增加土壤微生物种群结构多样性的最佳组合方式。关键词：土壤微生物；PCR-DGGE；聚类分析；香浓威尔指数中图分类号S15文献标识码A文章编号1007-7731(2013)24-65-04在土壤养分循环的过程中，土壤微生物发挥着积极的作用，是土壤肥力的重要指标[1],土壤微生物几乎是全部土壤生物化学过程的参与者，不但能提升土壤中有效养分的含量，还为作物生长和产量提供必要的物质保障［2］。由于人们长期对土壤进行农事操作，改变了土壤物理生物化学属性，因此对农田土壤微生物的主要类群和重要功能群的数量影响也愈见强烈，进而可能影响耕地质量保育与生态环境安全［3-4］o大

3、部分土壤微生物对耕作措施很敏感，会表现出不同的反应［5-6］。其多样性对生态系统的稳定性、生产力和应对压力与扰动的恢复力方面有着重要的影响［7］。Al-Kaisi和Liebig等研究都表明，保护性耕作较传统耕作更有利于增加土壤中微生物多样性和生物量且更集中于地表，进而提高土壤系统稳定性。加之长期高强度的农药化肥大量投入使用也极易降低土壤中微生物群落多样性，导致微生物功能丧失，进一步影响土壤质量，使得土壤障碍频发［8-9］o研究结果表明恰当的管理制度能够增加土壤微生物种群数量，进而有利于作物产量的提高，土壤质量也会随之改善［10-11］oSchutter等利用PLFA法对保护性

4、耕作和传统耕作下土壤微生物多样性进行了研究，发现对比传统耕作，保护性耕作更能增加土壤微生物种群数量。1993年，Muyzer等首次将PCR-DGGE(Polymerasechainreaction-denaturinggradientgelelectrophoresis)技术应用于微生物生态的研究，这一技术的出现克服了传统微生物培养技术的限制，由于PCR-DGGE具有可靠、方便快捷、重现性好等优点，迅速成为微生物群落多样性和动态分析的强有力工具[12],它利用PCR扩增产物中G+C含量的rDNA组分在电泳凝胶中移动的位置上的差异，不同G+C含量在胶中移动的速度不同，因此产生不

5、同代表微生物群落组成的条谱带。本试验通过测定不同耕作方式下土壤微生物数量以及在分子水平上利用PCR-DGGE技术研究不同耕作方式下的农田管理措施对土壤微生物群落多样性的影响，从理论上阐明适合的耕作方式和农田管理模式，为土壤质量的改善和生产力的提高，提供重要的理论基础。1材料与方法1.1试验区概况试验在吉林省农田进行，试验地土壤为典型黑土。全省大部分地区年平均气温为2〜6£,全年日照2200〜3000h,年活动积温平均在2700〜3200°C,年降水量一般在400〜1300mm。受季风气候影响，吉林省四季降水量以夏季最多，占全年降水量的60%以上，对作物生长十分有利。1.2供试

6、土壤与样品采集本研究选择4种处理：（1）陶家子（TH）：玉米收割后根茬还田，次年旋耕四位一体机进行播种施肥一次性作业；（2）永发乡（YH）：玉米收获后秸秆全部粉碎回田，两年播种前深翻一次后持续免耕；（3）农安（NH）：玉米收割后1/3秸秆粉碎还田，次年深翻；（4）公主岭（AH）：深翻配施有机肥。各处理设置的同时均有农民现行耕作对照。土壤样品采集于2011年10月中旬，供试土壤为中上层黑土，试验采取3点取样法，去除土样杂质、细根，将鲜土保存在4£冰箱中待测。1.3土壤DNA提取与PCR扩增采用FastDNASPINKitforSo订土壤DNA提取试剂盒。按试剂盒规定的实验步骤进

7、行土壤DNA的提取，所提取的DNA用试剂盒纯化后保存。每个样品3次重复，以341f,758r（生工合成）为引物，在PTC-200PCR仪（Bio-Rad,美国伯乐公司）上进行扩增。PCR反应体系为50nL,包括10Xbuffer5nL,lOmmoldNTP4uL,10pm正反引物各luL,taqDNA聚合酶0.4uL,无菌水37.5uL,模板luL。（大连宝生物公司）。PCR扩增程序为:94°C预变性5min；94°C变性lmin,65°C（-0.5°Cpercycle）退火lmin,72°C延伸lmi