半干旱区农耕地不同管理措施对自生固氮菌和总细菌群落的影响

There are close interactions among soil fertility, microorganisms and plants. Microorganisms could produce plant growth-regulating substances and supply nutrients in plant rhizosphere; moreover, plants could adjust their defense and growth according to the type of microorganisms. Thus, it has been a focus of attention that how to analyze and exploit the interaction mechanisms between microbes and plants in agricultural production. Nitrogen is one of the most important nutrient elements in plant growth. Plants obtain nitrogen relying mainly on the nitrogen-fixing microbes in natural ecosystems. Among them, the free-living nitrogen fixing bacteria can independently fix nitrogen in soil. It is also one of the hot spot in microbial research that how to activate the free-living nitrogen fixing bacteria, and thus enhance the nitrogen content of arable soil. The project focuses on analyzing the temporal and spatial dynamics of the diversity and activity between the total soil bacteria and the free-living nitrogen fixing bacteria in semi-arid land; and investigating the arable land management measures as well as the interaction mechanism between crop growth and soil microorganisms through the use of the different land management measures. The project could provide the scientific support for the reasonable agricultural production measures in the semi-arid land.

土壤肥力，微生物及植物之间有密切的互作关系。微生物在根际生产植物生长调节物质及养分，植物也根据所遇到微生物的不同而调整自己的防御和生长方式。因此，农业生产中微生物与植物的互作机制的解析利用这一问题一直是人们关注的热点。植物生长所需养分中氮是最主要的元素之一，自然生态系统几乎都依靠固氮微生物获取氮元素。其中自生固氮菌是土壤环境里能够独立固氮的细菌。活性化自生固氮菌。因此，提高耕地土壤氮的含量这一问题也是当今微生物研究的热点之一。本项目拟使用耕地不同的管理措施解析半干旱地土壤总细菌和自生固氮菌多样性和活性的时间，空间动态，探讨耕地管理措施，作物生长及土壤微生物之间的互作机制。为半干旱地的合理农业生产措施提供科学支撑。

通过不同管理措施的田间试验，分析了黄绵土耕地有机和无机肥料对土壤理化性质和、细菌群落和氮循环相关基因的影响。施肥制度是单施有机肥和无机肥及它们的混合物。评价了黄绵土耕地不同有机和无机肥施肥的6种处理方式下，细菌群落结构和氮循环相关基因与土壤理化性质变化的关系。结果表明，堆肥和无机肥料的施用土壤pH值具有降低趋势，但是降低幅度不大，此外显著提高有效磷的含量，在作物不同生长期不同处理之间都有显著差异。在发芽期，堆肥或无机肥处理的耕地土壤中NO3-的含量显著高于对照和单独秸秆处理，在同一个处理不同生长期之间具有显著差异，从发芽期到成熟期显著减少。NH4+的变化规律和NO3-的含量的变化规律相似。作物穗期细菌-多样性和相对丰度在不同处理之间有显著差异，相对丰度在同一处理的作物不同生长期之间具有显著差异。作物不同生长期细菌群落变化差异比较大。堆肥和无机肥料的施用显著影响了细菌群落的分布。玉米和土豆的轮作对土壤细菌群落优势种种类的影响不大，而对丰度具有显著影响，比如丰度最高的门从Proteobacteria变为Actinobacteria，作物不同生长期和不同处理中细菌群落优势物种相似，但相对丰度有差异。土壤温度是影响作物不同生长期土壤细菌群落结构的主要环境因子。此外，黄绵土耕地中碳氮的增加提高硝化（amoA，amoB和hao）和反硝化（narG，nirK和napA）部分相关基因的丰度，而减少氨同化基因gdh的丰度。在黄绵土耕地nifH基因的丰度非常少，相对丰度约2.9×10-7-4.8×10-7，耕地常规管理措施可能无法提高微生物固氮功能。在此研究没有发现固氮基因nifH的丰度的显著变化。