长期不同施肥方式对红壤细菌微生物群落的影响开题报告

1. 研究目的与意义、国内外研究现状（文献综述）

红壤是我国中亚热带湿润地区分布的地带性土壤,其分布区域总面积达203万km2。红壤地区是我国重要的粮食作物生产基地，其作物产量占全国的50%以上，养活着全国22.5%的人口[1]。红壤属中度脱硅富铝化铁铝土，酸、粘、瘠、旱是其主要肥力特征[ 2-3]。稳定和增加作物生产力是我国农业生产面临的重要挑战。施肥是维持作物产量的重要途径之一，不同施肥制度显著影响土壤微生物群落结构和活性，从而影响土壤肥力和作物产量。土壤肥力是指土壤在植物生长发育过程中不断供给植物最大量有效养分和水分,同时自动协调植物生长发育过程中最适宜的土壤空气和土壤温度的能力。土壤肥力是土壤物理、化学、生物等性质的综合反映，土壤的各种基本性质直接或间接地影响植物的生长发育。普遍认为，通过施有机和无机肥可以很好地提高瘠薄红壤的肥力。因而如何评估各种施肥制度，以及寻找可以准确描述土壤质量的指标目前为人们所广泛关注。自然土壤中生存着大量微生物群体，它们进行着一系列复杂的生物化学反应，对土壤肥力的作用举足轻重。微生物一方面分解有机物质形成腐殖质并释放养分，另一方面又同化土壤碳素和固定无机营养，在其满足自身生长繁殖的同时行使生态功能与服务。众所周知，微生物还对土壤结构，尤其是团聚体的形成及其稳定性起着决定性作用。此外，土壤微生物特性还可以有效地指示气候和土壤环境条件的变化。由于利用土壤微生物能较早地预测土壤有机质变化过程，因而土壤微生物常常作为土壤质量的灵敏指标[4]。以往对南方红壤的研究主要集中于施肥管理对土壤微生物生物量、有机碳、养分含量和甲烷排放的影响，但是针对长期施肥对土壤微生物多样性及其群落结构影响的研究相对较少。近年来，随着分子生物学技术的迅猛发展，pcr-dgge、克隆文库技术、t-rflp 以及实时荧光定量pcr技术（q-pcr）已经被广泛运用于研究农田土壤中微生物生理、生态特性。研究表明，许多微生物指标如功能酶活性、生物量和生物群落功能多样性[5]等均可以很好地反映土壤肥力。土壤酶主要来自微生物释放，它与微生物多样性及其表达活性密切相关[6]。土壤酶活性可用来表征因农业措施而导致的土壤性质的早期变化。尽管在不同土壤类型条件下土壤酶活性与土壤质量之间的关系还没有明确，但土壤中许多酶与微生物呼吸、微生物种类及数量、有机碳含量之间存在显著相关性[7]。土壤脲酶、磷酸酶、过氧化氢酶在n、p和c转化以及描述微生物活性中起着重要作用[8]，可以很好地反映微生物活性[9]。国内外一些学者也认为，土壤酶活性可以表征土壤生物活性高低，用它作为土壤质量改变的早期预测指标是可行的[10]。但是对酶活性与土壤肥力之间的关系有着不同报道[11]，有待进一步研究。近年来一些研究表明，微生物群落结构和功能多样性可很好地描述土壤质量[12]。有关利用碳的微平板测定方法（biolog）是一种较为先进的研究土壤微生物群落功能多样性的方法，该方法已广泛应用于分析不同体系[13]、不同栽培作物和重金属污染等条件下微生物群落功能多样性的研究。施肥可影响和调控土壤养分循环，同时也影响土壤微生物活性及其群落多样性。为此，我们采用高通量测序技术（ngs）和q-pcr来综合的探究土壤微生物丰度、多样性及其群落结构，从而进一步揭示长期不同施肥制度对土壤微生物生态的影响规律，为中国南方耕作土壤科学施肥、维护土壤微生物生态系统及农业可持续发展提供重要理论和实践依据。

参考文献：

[1] lou, y., li, z., zhang, t. (2003). carbon dioxide flux in a subtropical agricultural soil of china. water, air, soil pollution, 149(1), 281-293.

2. 研究的基本内容和问题

1.研究目标

红壤是我国中亚热带湿润地区分布的地带性土壤,其分布区域总面积达203万km2。红壤地区是我国重要的粮食作物生产基地，其作物产量占全国的50%以上，养活着全国22.5%的人口。稳定和增加作物生产力是我国农业生产面临的重要挑战，施肥是维持作物产量的重要途径之一。但是，随着不同施肥制度的影响，导致土壤物理、化学和生物特性受到显著影响。近些年，大量研究结果表明，不同施肥制度显著影响土壤微生物群落结构和活性，从而影响土壤肥力和作物产量。特别是由于红壤属中度脱硅富铝化铁铝土，酸、粘、瘠、旱是其主要肥力特征。所以在红壤中，我们探究微生物群落结构及其胞外酶活性对不同施肥制度的响应，从而为中国南方耕作土壤科学施肥、维护土壤微生物生态系统及农业可持续发展提供重要理论和实践依据。

2.研究内容

3. 研究的方法与方案

1.研究方法与技术路线

1.1研究方法

1.1.1土壤养分和植物养分吸收分析（鲁如坤, 2000）土壤有机碳、全氮含量测定采用cns 元素分析仪分析；土壤硝态氮、铵态氮测定采用kcl溶液浸提-比色法；速效磷含量采用nahco3溶液浸提-钼锑抗比色法测定；速效钾含量采用nh4oa溶液浸提-火焰光度法测定；植物样品中氮、磷钾采用浓硫酸-双氧水消煮比色法测定。

4. 研究创新点

在农田生态系统中，不同的管理制度能显著影响土壤物理、化学和生物特性，从而进一步影响作物产量和土壤质量。

本研究拟解决的关键问题是如何将土壤物理、化学和生物特性结合起来。

综合探究在不同的施肥处理的土壤中土壤微生物群落结构、丰度和多样性的变化，以及这些改变与土壤微环境之间的关系。

5. 研究计划与进展

本项目主要以探究土壤微生物特性出发，通过研究同的施肥处理的土壤中土壤微生物群落结构、丰度和多样性的变化，以及这些改变与土壤微环境之间的关系。

从而从而为中国南方耕作土壤科学施肥、维护土壤微生物生态系统及农业可持续发展提供重要理论和实践依据。

年度计划如下： 2016年7月-12月 收集材料方法、开展实验设计、样品采集处理； 2017年1月-3月 实验分析；撰写开题报告； 2017年4月-5月 分析数据，整理试验结果，撰写论文； 2017年6月-7月 完成毕业论文，毕业答辩；