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微生物菌剂在作物化肥减量化技术上的应用研究

作　者: 雷先德
导　师: 曹林奎
学　校: 上海交通大学
专　业: 农药学
关键词: 微生物菌剂 菠菜 水稻 PCR-DGGE 土壤酶 微生物多样性
分类号: S144
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


通过从土壤和商品菌液中筛选和鉴定出两株具有固氮、溶磷和解钾功能的菌株,并适当条件下进行混合发酵,将该微生物菌剂应用在上海地区常见的绿叶菜菠菜和主要粮食作物水稻上,在部分替代化肥的情况下,研究了微生物菌剂对水稻和菠菜生长、土壤理化性质、土壤酶活性及其土壤微生物多样性的影响。（1）经测序鉴定,固氮菌为Paenibacillus mucilaginosus胶质芽孢杆菌,同源度达到98%,分类地位为Bacteria; Firmicutes; Bacillales; Paenibacillaceae; Paenibacillus。硅酸盐菌为Bacillus subtilis枯草芽孢杆菌,同源度达到98%,分类地位为Bacteria; Firmicutes; Bacillales; Bacillaceae; Bacillus。（2）菌剂经玉米豆饼粉发酵培养基发酵后,混合微生物菌剂的发酵产物含有丰富的有机酸种类,不同有机酸含量差异较大,有机酸总量大。混合菌液对难溶性的磷酸钙和钾矿石粉的持续溶解能力要好于硅酸盐原菌液。（3）通过化肥减量20%和40%,在菠菜生长后期,配施菌剂的处理的叶绿素含量（SPAD值）和叶绿素荧光参数（Fv/Fm）较高,其中,化肥减量40%+菌剂减量40%处理SPAD为52.856,化肥减量20%+菌剂减量40%处理Fv/Fm为0.797,而在生长前期则表现为化肥（T-1）处理较高;菠菜可食部分硝酸盐含量以不施肥对照处理最低,为1 009.21 mg·kg-1,添加微生物菌剂的处理都明显比常规化肥处理减少;对N、P、K养分的吸收利用率以化肥减量20%+菌剂处理最好;水稻叶绿素含量（SPAD值）,不同处理处理先上升后下降,添加微生物菌剂各处理则持续作用时间长。在孕穗期,多酚含量在不同处理间差异显著,以不施肥处理最高,达到1.021,而常规化肥处理为0.837,最低。水稻剑叶长、株分蘖数、株高和根系长均以化肥减量20%+菌剂处理为最大。（4）菠菜产量在化肥减量处理与常规化肥处理相同或增产,化肥减量40%+菌剂处理的增产量最大,均产量达到277.73g/盆,增加了170%。水稻产量以化肥减量20%+菌剂减量40%和化肥减量40%+菌剂处理为最高,达到9 447.00 kg/hm2,产量提高达59.1%。千粒重以不施肥为最高。施肥处理均有利于提高水稻综合经济系数,不施肥CK最低,以化肥减量20%+菌剂减量40%处理最好。（5）菠菜试验各处理的pH值除常规化肥处理为缓慢下降,由7.25下降到7.06以外,其余处理均为先上升后下降,而水稻试验土壤pH总体呈现先下降后上升,菌剂对避免因化肥使用而导致的土壤酸化有恢复作用;土壤Ec值呈常规化肥用量>化肥减量20%处理>化肥减量40%处理>不施肥（CK）,常规化肥处理前期达到了3.60ms/cm,后来仍然保持在3.20ms/cm的高电导率,远高于土壤合适的Ec值,稻田土壤Ec值在水稻生长期内呈现先上升后下降再上升的趋势;微生物菌剂有利于在作物收割时保持土壤较高含量的有效磷和速效钾养分;有机质含量以对照处理为最高,95.13g/kg,化肥减量40%+菌剂减量40%处理为最低42.89g/kg,水稻方面则以化肥减量40%+菌剂处理最好,而常规化肥处理则会导致当季土壤有机质含量的略微下降。（6）菠菜土壤过氧化氢酶和转化酶在化肥高浓度时,活性会相对被抑制,都低于微生物菌剂配施处理;而土壤脲酶活性则会相对被增强,保持在46.6mg/100gNH4+-N,而其余都降到了9.6-11 mg/100gNH4+-N;在试验后期,混合微生物菌剂能提高土壤过氧化氢酶和转化酶活性,而土壤脲酶活性降低。稻田土壤脲酶活性在水稻生长期呈现逐步上升趋势,以水稻收割时以常规化肥处理为最高。在整个水稻生长期内,不同处理的土壤转化酶活性总体呈现上升趋势,水稻抽穗期前以化肥减量20%+菌剂处理最高,抽穗后以化肥减量40%+菌剂处理最高,常规化肥处理则最低。（7）常规化肥处理的菠菜土壤微生物丰富度指数为最低,香农-威尔指数（Shannon-Wierner index）0.398相比对照处理0.498有所下降,而施用微生物菌剂的各处理为0.547-0.983的范围,以化肥减量20%+菌剂减量40%处理最好。施肥后,添加微生物菌剂的四个处理的最低相似系数为0.53,相似性较高。常规化肥处理导致稻田土壤微生物种群多样性的降低。菌剂处理的稻田土壤微生物丰富度指数为17,Shannon-Wiener指数为2.33,比常规化肥处理和植物生长素处理要好。植物生长素对当季稻田土壤微生物的影响不是很明显。（8）微生物菌剂和植物生长素都显著提高了水稻营养生长指标。植物生长素对水稻叶绿素SPAD值和多酚含量的提高效果比微生物菌剂要好。微生物菌剂更有利于促进水稻分蘖和水稻叶片生长。水稻产量方面,微生物菌剂处理﹥植物生长素处理﹥常规化肥处理,分别为7869.11kg/hm2,7473.31 kg/hm2和6471.99 kg/hm2。植物生长素对水稻经济系数的提高效果最好。

全文目录


摘要  3-7
ABSTRACT  7-15
第一章 文献综述  15-32
  1.1 引言  15-17
  1.2 上海地区农业施肥结构及面源污染现状  17-19
  1.3 农业面源污染控制技术  19-21
    1.3.1 源头控制  19-20
    1.3.2 过程与末端控制  20
    1.3.3 综合防治  20-21
  1.4 微生物技术在农业生态中应用  21-24
    1.4.1 堆肥  21
    1.4.2 沼气发酵  21-22
    1.4.3 光合细菌  22
    1.4.4 微生物发酵剂  22-23
    1.4.5 土壤微生物增肥剂  23
    1.4.6 基因工程技术  23-24
  1.5 微生物肥料的农业生态功能  24-28
    1.5.1 提供或活化养分  24-25
    1.5.2 产生活性物质  25
    1.5.3 促进种子萌发效应  25-26
    1.5.4 改善农产品品质  26
    1.5.5 提高作物抗逆性  26-27
    1.5.6 催熟有机物料  27
    1.5.7 改良和修复土壤  27-28
  1.6 微生物肥料的生态学  28-29
    1.6.1 国内外研究现状  28
    1.6.2 微生物肥料根际微生态  28-29
  1.7 本文研究内容及意义  29-32
    1.7.1 研究内容  29-30
    1.7.2 研究意义  30-31
    1.7.3 技术路线  31-32
第二章 微生物菌剂的筛选与优化  32-43
  2.1 材料与方法  32-34
    2.1.1 试验材料  32
    2.1.2 培养基  32
    2.1.3 主要仪器设备  32-33
    2.1.4 试验方法与设计  33-34
    2.1.5 16SrDNA 测序和鉴定  34
  2.2 结果与分析  34-42
    2.2.1 菌落形态  34-35
    2.2.2 抽提DNA  35
    2.2.3 测序鉴定  35-37
    2.2.4 溶磷解钾菌株生长条件  37-39
    2.2.5 固氮菌株生长条件  39
    2.2.6 发酵液中有机酸分析  39-41
    2.2.7 溶磷能力  41
    2.2.8 解钾能力  41-42
  2.3 结论  42-43
第三章 微生物菌剂在菠菜上的应用试验研究  43-62
  3.1 材料与方法  43-46
    3.1.1 主要试剂  43
    3.1.2 主要仪器  43
    3.1.3 试验概况与设计  43-44
    3.1.4 菠菜测定方法  44-45
    3.1.5 土壤样品采集与测定方法  45
    3.1.6 土壤总 DNA 的提取、16S rDNA V3 区片段 PCR 扩增  45
    3.1.7 DGGE 和染色  45-46
    3.1.8 指纹图谱的处理与分析  46
    3.1.9 数据统计分析  46
  3.2 结果与分析  46-60
    3.2.1 微生物菌剂对菠菜生长的影响  46-52
    3.2.2 微生物菌剂对菠菜土壤理化性质的影响  52-56
    3.2.3 微生物菌剂对菠菜土壤酶活性的影响  56-58
    3.2.4 微生物菌剂对菠菜土壤微生物多样性的影响  58-60
  3.3 小结  60-62
第四章 微生物菌剂在水稻上的应用试验研究  62-82
  4.1 材料与方法  62-65
    4.1.1 试验地点概况  62
    4.1.2 试验材料  62-63
    4.1.3 主要试剂与仪器  63
    4.1.4 试验设计  63-64
    4.1.5 样品采集与试验方法  64
    4.1.6 土壤总 DNA 的提取、16S rDNA V3 区片段 PCR 扩增  64
    4.1.7 DGGE 和染色  64-65
    4.1.8 指纹图谱的处理与分析  65
    4.1.9 数据统计分析  65
  4.2 结果与分析  65-80
    4.2.1 微生物菌剂对水稻土壤理化性质的影响  65-69
    4.2.2 微生物菌剂对水稻土壤酶活性的影响  69-71
    4.2.3 微生物菌剂对水稻土壤微生物多样性的影响  71-76
    4.2.4 微生物菌剂对水稻性状及产量的影响  76-80
  4.3 小结  80-82
第五章 化肥减量化技术在水稻大田上的对比试验研究  82-90
  5.1 材料与方法  82-85
    5.1.1 试验地点概况  82
    5.1.2 水稻测定方法  82
    5.1.3 主要仪器  82
    5.1.4 试验方案与设计  82-83
    5.1.5 土壤样品采集与处理  83
    5.1.6 土壤总 DNA 的提取、16S rDNA V3 区片段 PCR 扩增  83-84
    5.1.7 DGGE 和染色  84
    5.1.8 指纹图谱的处理与分析  84
    5.1.9 数据统计分析  84-85
  5.2 结果与分析  85-89
    5.2.1 对水稻植株生长的影响  85
    5.2.2 对水稻产量的影响  85-87
    5.2.3 稻田土壤微生物种群的 16SrDNA DGGE 图谱分析  87-88
    5.2.4 稻田土壤微生物种群的 16SrDNA 聚类分析  88
    5.2.5 稻田土壤微生物种群多样性分析  88-89
  5.3 小结  89-90
第六章 结论与讨论  90-94
  6.1 微生物菌剂的筛选与优化  90
  6.2 对作物生长特性的影响  90-91
  6.3 对作物产量的影响  91
  6.4 对土壤理化性质的影响  91-92
  6.5 对土壤酶活性的影响  92
  6.6 对土壤微生物多样性的影响  92-94
参考文献  94-101
致谢  101-102
攻读学位期间发表的学术论文  102-104

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中图分类: > 农业科学 > 农业基础科学 > 肥料学 > 微生物肥料（细菌肥料）
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