不同管理模式对茶园土壤微生物多样性及昆虫群落的影响

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茶叶是我国的重要经济作物之一,茶园害虫数量以及茶树土壤微生物群落功能直接影响着茶树生长和茶叶产量。目前,伴随着国内管理模式不规范的现状,茶园土壤养分状态和微生物群落结构已经发生了很大的变化,成为影响茶产业可持续发展的重要因素。科学合理的管理模式,能够提高茶园宏观生态系统以及微生态系统的物种多样性,增加茶园生态系统稳定性,对于害虫的爆发以及病害的发生有较强的抗性,从而提高茶叶的产量和品质。本文通过对不同管理模式下的茶园进行研究,其研究结果如下:1、长期施用不同肥料对茶园土壤微生物多样性和群落结构的影响机制尚不明晰。本研究利用高通量16S rRNA基因Illumina测序结合微生物网络分析的方法研究长期不同的施肥处理(有机肥(OF)、化肥(CF)和不施肥(NF))对茶园土壤微生物多样性和群落结构的影响。结果表明,与其他处理方式下的土壤相比,OF处理下的土壤具有更高的微生物多样性水平。主坐标分析(PCoA)结果显示,在三种施肥处理的茶园土壤微生物群落结构之间存在明显的分离。土壤理化性质与微生物群落的关系分析表明,pH和NO3-N是影响微生物多样性和群落结构的关键因子。此外,网络分析表明,OF处理土壤的网络具有比CF处理更多功能相关的微生物模块(module),并且特征OTU和关键微生物物种的拓扑作用在CF和OF处理之间显著不同。此外,与CF处理相比,OF处理茶园土壤中的化能异养、发酵、固氮和好氧亚硝酸盐氧化功能组微生物拥有较高的相对丰度(p<0.05)。以上结果表明,OF处理可以改善微生物多样性和群落结构,改变茶园土壤微生物网络结构和潜在功能。本研究首次提供了不同施肥模式调控茶园土壤群落的微生态效应。2、植物栽培品种影响土壤微生物群落多样性和结构。土壤微生物与植物生长、健康和生产力密切相关。然而,目前与不同茶树(Camellia sinensis)品种相关的土壤微生物群落结构和多样性尚少见报道。利用高通量16S rRNA基因Illumina测序,系统研究和比较了5个茶树品种的土壤微生物群落组成、结构和多样性。茶树品种为碧香早(BXZ)、早逢春(ZFC)、肉桂(RG)、毛蟹(MX)和白毫早(BHZ)。在土壤群落中,BXZ、BHZ和其他三个品种之间6个优势门放线菌门(Actinobacteria)、侯选师菌门(candidate division WPS-2)、绿弯菌门(Chloroflexi)、浮霉菌门(Planctomycetes)、变形菌门(Proteobacteria)和齐古菌门(Thaumarchaeota)的相对丰度存在显著差异(p<0.05)。BXZ土壤中亚硝化菌属的相对丰度显著高于其他茶树土壤。根据Chao1和Richness多样性指数,BXZ土壤具有最高的α多样性。基于加权unifrac距离微生物群落的主坐标分析(PCo A)揭示了BXZ与其他栽培品种土壤微生物群落结构之间的明显分离,而ZFC,RG,MX和BHZ品种土壤之间存在部分重叠。Pearson关系分析表明,pH值,含水率(Moisture)和总有机碳(TOC),总氮(TN),有效磷(AP)含量是影响不同茶树品种微生物多样性的主要环境因子。采用原核微生物分类的功能注释预测结果显示:BXZ品种土壤中好氧氨氧化、硝化和发酵功能菌的相对丰度百分比显著高于其他品种。本研究系统地评价了不同茶树品种间土壤微生物群落结构和多样性的差异,为研究不同茶树品种对茶园土壤群落的根际效应提供了理论依据。3、茶园内害虫、天敌种类及数量是构成茶园生态系统的重要组成部分。采用实地调查法研究湖南省有机茶园、无公害茶园和普通茶园节肢动物群落的差异。结果表明:有机茶园、无公害茶园和普通茶园生境的节肢动物群落具有一定的差异性;3类茶园皆以同翅目、鳞翅目、鞘翅目、膜翅目、蜱螨目和啮虫目为优势类群,黑刺粉虱、茶橙瘿螨、茶尺蠖和小绿叶蝉的数量分别占有机茶园、无公害茶园和普通茶园节肢动物总数的59.83%、56.17%和71.43%,天敌昆虫的数量分别占总数的10.76%、7.59%和5.79%。有机茶园的物种丰富度和多样性指数分别为102和1.56,显著高于无公害茶园(82和1.31)和普通茶园(79和1.23),害虫发生的数量明显低于其余两类茶园,主要天敌昆虫的发生频度明显高于其余两类茶园。本研究为茶园生物多样性保护与利用及茶树害虫可持续防治提供基础数据及理论依据。
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