甲基二磺隆对麦田根际微生物群落的影响及其与有机肥的联合效应研究

来源 :华中师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yuhy07
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甲基二磺隆作用于乙酰乳酸合成酶(Acetolactate Synthase,ALS),使用量大,降解半衰期长,可能会危害土壤生态。畜禽有机肥的使用对改良土壤肥力和改善土壤微生物组成具有重要的作用。甲基二磺隆与有机肥共同使用后,对土壤理化性质、土壤微生物影响尚不明确。因此,本试验选择东北黑土和河北潮土 2种土壤,设计了小麦全生育期的温室栽培试验,试验处理为:清水对照、低剂量甲基二磺隆处理、高剂量甲基二磺隆处理、添加有机肥的低剂量甲基二磺隆处理和添加有机肥的高剂量甲基二磺隆处理,分别于苗期、拔节期、花期和成熟期采集根际土和非根际土,结合分析化学、分子生物学和生物信息学技术开展研究,为评估生态风险提供依据。试验的主要结果如下:(1)有机肥可显著促进土壤对甲基二磺隆的吸附,并且随着有机肥含量的升高,吸附量升高。室内条件下,在黑土和潮土中添加四种不同比例的有机肥,添加量分别为0%、5%、20%和50%,按照美国环境保护署(U.S Environmental Protection Agency,EPA)推荐的批量平衡法进行吸附动力学和吸附等温试验。动力学试验结果表明,土壤对甲基二磺隆的吸附在48小时内达到平衡,当有机肥添加为5%时,黑土和潮土吸附量分别上升11.1%和6.8%,并且随着有机肥添加量的增加土壤吸附量升高。吸附等温试验结果表明,Freundlich方程对吸附数据的拟合度(0.8964≤R2≤0.9964)高于线性模型(0.7141≤R2≤0.9943)。可见,有机肥的使用会促进土壤对甲基二磺隆的吸附。(2)甲基二磺隆处理造成速效钾、总磷和有效磷水平显著降低;添加有机肥后土壤有机质、总氮、硝态氮、总钾、总磷和有效磷均显著升高。温室条件下在黑土和潮土中栽培小麦,分别在苗期、拔节期、花期和成熟期采集小麦非根际土壤,检测pH、有机质、总氮、硝态氮、铵态氮、总磷、有效磷、总钾和速效钾,结果表明甲基二磺隆对土壤理化指标的影响小于有机肥,有机肥施用后各个时期理化指标均显著高于对照组。(3)甲基二磺隆、甲基二磺隆与有机肥联合处理都对根际微生物物种组成、群落结构和生态功能造成影响。小麦苗期、拔节期、花期和成熟期温室试验采集的根际土,用试剂盒提取总DNA,在检测纯度和浓度后进行高通量测序,最后结合生物信息学技术进行分析。PCoA结果表明,甲基二磺隆、甲基二磺隆与有机肥联合处理都造成了细菌群落的显著变化;采用Lefse分析寻找指示物种,甲基二磺隆处理后Kribbella、Streptomyces等属显著减少,Cellvibrio和Acidovorax属显著升高,甲基二磺隆与有机肥联合处理后Kribbell和Chujaibacte等属降低,Aquabacterium和Arenimonas属升高;RDA结果表明,黑土细菌群落与有机质、全磷的相关性最强,与全钾的相关性最低,潮土细菌群落与铵态氮的相关性显著,细菌群落与全氮的相关性最弱。FPROTAX功能预测结果表明,甲磺隆处理后,植物病原菌升高,添加有机肥后,化学能异养功能增强。(4)根际中甲基二磺隆残留量显著的低于无肥组。结构方程模型解析有机肥造成小麦根际甲基二磺隆残留量低的原因:首先有机肥促进土壤对甲基二磺隆的吸附造成结合残留;其次,有机肥影响土壤理化性质进而影响甲基二磺隆降解;最后最重要的是有机肥添加和理化性质的变化都导致了土壤细菌群落结构的改变,促进甲基二磺隆的降解。相关分析结构表明,甲基二磺隆残留量与理化因子间存在显著的相关性;随机森林得到施肥显著影响黑土的12个Operational Taxonomic Unit(OTU)和潮土的45个OTU,它们的相对丰度和甲基二磺隆有显著的相关性。宏基因组测序结果表明,有机肥添加后土壤氨基酸代谢能力和泛醌的合成能力增强;碳水化合物活性酶-糖苷水解酶和糖基转移酶被显著的影响;细菌毒素水平降低。总之,施肥可以提高微生物代谢水平,并且提高抗病性。
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