生草制南丰蜜橘根际碳氮转化与关键微生物作用机制的研究

Interplanting grass can regulate micro-ecological carbon and nitrogen cycling in the rhizosphere soil of Nanfeng tangerine effectively.It is one of the important orchard soil management measures for avoiding negative effects,such as soil erosion,soil organic matter decrease,soil fertility reduction and deterioration of fruit quality induced by traditional orchard clean cultivation activities. Based on the previous studies,four main treatments(Trifolium repens,Medicago sativa,natural grass and clean tillage) were assessed in a randomized design,with additional labeling experiment of 13C-CO2 in Nanfeng tangerine garden in this study.The following studies will be conducted: 1)Analyzing the microbe-driving mechanism of the carbon transformation in the orchard rhizosphere soil under different sod-cultural conditions using stable isotope probing(SIP)combied with 455 high-through put sequence technology. 2) Analyzing the microbe-driving mechanism of the nitrogen conversion in the orchard rhizosphere soil under different sod-cultural condition using functional genes as a molecular marker combied with Miseq high-through put sequence technology. 3)Probing the difference between microbial diversity in rhizosphere and revealing the response mechanism of microbial diversity under sod-cultural practices.Thus,this study will provide the basis for solving the problems existing in Nanfeng tangerine production,speed up the promotion of orchard grass technology,promote the sustainable development of Nanfeng tangerine industry and deal with the global climate warming.

果园生草是有效解决果园长期清耕制带来的潜在负面危害的一项重要管理措施，而有效调控果园根际微生态碳、氮循环是我国生草栽培推广应用面临的首要问题。本项目在前期研究的基础上，以南丰蜜橘为研究对象，设种植白三叶草、紫花苜蓿和自然生草、清耕4种主试验，并附加13C-CO2标记试验进行研究：1）将稳定性同位素探针技术与454高通量测序技术相结合，分析不同生草条件下果园根际碳转化关键微生物作用机制；2）利用功能基因作为分子标记，结合Miseq高通量测序等技术，分析不同生草条件下果园根际氮转化关键微生物作用机制；3）采用宏基因组技术分析不同生草条件下根际土壤微生物多样性差异，揭示果园土壤微生物多样性对生草栽培措施的响应机制。从而，为解决南丰蜜橘生产中存在的问题，加快推广果园生草技术，促进南丰蜜橘产业可持续发展，应对全球气候变暖提供依据。

南丰蜜橘是我国宽皮橘类中的著名良种，是广大农民增收致富的重要来源。果园长期清耕制管理模式，导致出现了土壤质量下降、肥力降低、病虫害加重、系统抗逆性减弱等一系列生态环境问题，对南丰蜜橘产量、品质和种植效益带来严重影响。生草可以有效解决这些负面危害，而有效调控果园根际微生态碳、氮循环又是我国生草栽培推广应用面临的首要问题。本项目开展了生草栽培试验，系统研究了南丰蜜橘根际土壤有机碳及其组成、土壤团聚体特征、微生物群落结构与功能特征、根际固氮、氨氧化和反硝化等氮循环功能微生物及果实品质。.生草栽培能明显提高果园土壤有机碳、大团聚体占比及各粒径团聚体的养分含量和微生物生物量，增强土壤酶活性，促进土壤养分转化，改善土壤结构和质量；提高果实可溶性糖、可溶性固形物和维生素C含量，改善鲜食品质。.利用荧光定量PCＲ技术和 Illumina HiSeq 高通量测序技术，研究不同生草下果园土壤微生物的群落结构与功能特征及氮循环功能微生物。发现不同生草下土壤中均检测到 24个细菌门类，其中变形菌门、酸杆菌门、绿弯菌门和放线菌门为优势菌门;均检测到9个真菌门类，其中子囊菌门、担子菌门和被孢霉门为优势菌门，且不同生草果园土壤细菌和真菌相对丰度均发生了变化。分析土壤细菌群落ACE指数、真菌群落Chao1指数和Simpson指数，发现生草增加了微生物群落的丰富度和多样性，优化了土壤细菌和真菌群落结构。不同生草类型对土壤氮循环功能基因丰度产生了明显影响，黑麦草增加了土壤AOA-amoA、AOB-amoA、nosZ和nirK基因丰度，对土壤nirS基因丰度影响不显著；白三叶草增加了土壤AOA-amoA、AOB-amoA和nosZ基因丰度，对nirK和nirS基因丰度影响不显著；自然生草增加了土壤nosZ基因丰度，降低了nirK基因丰度，对AOA-amoA、AOB-amoA和nirS基因丰度影响不显著。果园土壤氮循环微生物物种组成较为单一，氨氧化古菌（AOA）优势菌门为泉古菌门，氨氧化细菌（AOB）和nirK、nirS、nosZ型反硝化微生物优势菌种均为变形菌门。.本项目的研究结果有助于了解不同生草类型果园根际土壤碳、氮转化关键微生物的作用机制，加深理解生草对果园根际生态系统运行规律的影响，为推广应用果园生草栽培技术，促进果业可持续发展提供了科学依据。