發(fā)布時間：2020-03-23 04:41

【摘要】：我國土壤酸化現(xiàn)象具有分布廣、程度重、治理難的特點。土壤酸化會造成土壤肥力衰減顯著、營養(yǎng)元素流失急增、重金屬污染加劇等,進而嚴重危害作物產(chǎn)量和質(zhì)量。生產(chǎn)上施用過量氮肥會導(dǎo)致嚴重的土壤酸化現(xiàn)象,面對這一突出問題尋找合適的土壤改良措施迫在眉睫。生物質(zhì)炭作為新興的酸性土壤改良劑,因其特殊的理化性質(zhì)在緩解土壤酸化、提升土壤質(zhì)量、改善作物生長環(huán)境等方面具有重要的應(yīng)用價值。為了進一步研究生物質(zhì)炭對施加氮肥的酸性土壤的改良效應(yīng)和對土壤硝化作用的影響,我們(1)研究不同水平生物質(zhì)炭對施用尿素的酸化土壤的化學(xué)性質(zhì)的影響;(2)通過測定根際、非根際土壤氮指標的變化探究施加生物質(zhì)炭對土壤硝化作用的影響;(3)研究不同水平生物質(zhì)炭作用下微生物豐度和群落結(jié)構(gòu)變化,以及硝化功能微生物群落的演變,從而闡釋生物質(zhì)炭對土壤養(yǎng)分變化和作物生長的作用機制;(4)開展田間試驗驗證生物質(zhì)炭對酸化土壤的實際改良效果。研究結(jié)果為我國酸化土壤的改良和氮利用率的提升提供重要的理論依據(jù)與應(yīng)用前景。主要研究結(jié)果如下:(1)生物質(zhì)炭對酸性土壤化學(xué)性質(zhì)的影響。將三個水平(0、1%、3%)的小麥秸稈生物質(zhì)炭施加到施用三個水平(0、240、480kg N/ha)尿素的酸化土壤中,通過為期兩年的盆栽試驗探究不同水平的生物質(zhì)炭對酸性土壤化學(xué)性質(zhì)和大麥生長的影響。結(jié)果表明,施用3%生物質(zhì)炭在第一年和第二年成熟期分別提升土壤pH 0.4-0.9個單位和0.2-1.0個單位。生物質(zhì)炭的施加對交換性鹽基離子和總碳含量都有顯著的提升;然而,生物質(zhì)炭的堿性效果在施用尿素的土壤中被不同程度地弱化�？偟膩碚f,生物質(zhì)炭對低水平(240kg N/ha)尿素處理的酸化土壤比高水平(480kg N/ha)尿素處理的酸化土壤改良效果更顯著。(2)生物質(zhì)炭對土壤微生物豐度和多樣性的影響。提取兩年盆栽試驗其中三個時期根際、非根際土壤的DNA,通過高通量測序分析微生物對生物質(zhì)炭的響應(yīng)。結(jié)果表明生物質(zhì)炭對土壤微生物多樣性指數(shù)的影響不顯著,對微生物相對豐度有顯著的影響。在根際土壤中,生物質(zhì)炭的施加提升了與養(yǎng)分轉(zhuǎn)化相關(guān)的變形菌門的豐度,對生物質(zhì)炭響應(yīng)的敏感微生物豐度先增加后趨于穩(wěn)定;在非根際土壤中,生物質(zhì)炭提升了變形菌門和放線菌門的豐度,敏感微生物對生物質(zhì)炭的響應(yīng)具有滯后性。冗余分析(RDA)和Mantel檢驗都表明環(huán)境因子比如土壤pH、可溶性有機碳(DOC)、交換性鹽基離子、速效氮等都會影響土壤微生物群落結(jié)構(gòu)。(3)生物質(zhì)炭對土壤硝化作用的影響。生物質(zhì)炭對大麥籽粒、莖稈、根系生物量分別提升24-46、6-20、0.7-6倍,對株高和根長分別提升0.9-1.4和0.6-2倍。在測定了土壤總氮(Ntotal)和速效氮(NH4+、N03-)的基礎(chǔ)上,通過定量聚合酶鏈式反應(yīng)(qPCR)監(jiān)測了氨氧化細菌(AOB)、氨氧化古菌(AOA)基因拷貝數(shù)的動態(tài)變化。結(jié)果表明生物質(zhì)炭提升了土壤總氮含量,但生物質(zhì)炭施加顯著降低根際土壤中的NH4+和NO3-濃度,而它對非根際土壤中的速效氮濃度無顯著作用。生物質(zhì)炭提升了氨氧化微生物基因拷貝數(shù)(p0.05),且AOB基因拷貝數(shù)的增長速率大于AOA基因拷貝數(shù)的增長速率,AOA/AOB比值在240kg N/ha尿素+生物質(zhì)炭(N1C2)中最小;但高濃度尿素會弱化生物質(zhì)炭的作用,尤其表現(xiàn)在根際土壤中。生物質(zhì)炭的施加有利于土壤氮素的保持和生物可利用氮的增加。(4)生物質(zhì)炭對硝化微生物群落結(jié)構(gòu)的影響。研究將高通量測序數(shù)據(jù)中與硝化作用相關(guān)的功能微生物基因序列挑選出來,和NCBI數(shù)據(jù)庫進行比對,分別將氨氧化細菌(AOB)、氨氧化古菌(AOA)和亞硝酸鹽氧化菌(NOB)基因序列進行建樹分析。結(jié)果表明,AOB中的亞硝化螺菌屬(Nitrosospira)和亞硝化單胞菌(Nitrosomonas)是硝化作用優(yōu)勢菌,它們的豐度總和在大麥苗期和成熟期分別占了硝化微生物總豐度的60-85%和61-76%。在整個大麥生長期中,硝化微生物優(yōu)勢菌群從Nitrosospira向Nitrosomonas轉(zhuǎn)變,尤其表現(xiàn)在根際土壤中。在苗期,生物質(zhì)炭降低Nitrosomonas豐度、增加Nitrosospira豐度;在成熟期,生物質(zhì)炭促進了NOB多樣性。冗余分析表明在苗期,根際土壤的硝化微生物群落與土壤pH、交換性鹽基離子、N03-、DOC正相關(guān)(P0.01),而在成熟期它們和環(huán)境因子之間的相關(guān)性關(guān)系不顯著。非根際土壤的硝化微生物群落與土壤pH和交換性鹽基離子正相關(guān)(p0.01),而與土壤DOC的相關(guān)性關(guān)系不顯著。(5)生物質(zhì)炭對土壤肥力和作物生長的影響。大田試驗中將1%生物質(zhì)炭施加到施用不同氮肥(尿素、硝酸鉀和硫酸銨)處理的酸化土壤中,探究生物質(zhì)炭對酸化土壤的改良效果以及對作物生長的影響。田間試驗表明,生物質(zhì)炭對緩解土壤酸化和提升作物產(chǎn)量均有顯著的作用。其中,生物質(zhì)炭和硝酸鉀組合對土壤pH升高和土壤肥力提升的效果最佳。磷脂脂肪酸測定(PLFA)表明施加生物質(zhì)炭提升了微生物總磷脂脂肪酸、革蘭氏陰性菌特征磷脂脂肪酸、叢枝菌根真菌特征磷脂脂肪酸的豐度,降低了革蘭氏陽性菌/革蘭氏陰性菌、飽和脂肪酸/單一不飽和脂肪酸、環(huán)丙烯磷脂脂肪酸/含前體磷脂脂肪酸等比值。生物質(zhì)炭改良后的土壤環(huán)境有利于作物根系生長,根系和微生物的共同作用提升了根際土壤中作物可利用的氮濃度,從而促進作物的生長。
【圖文】：

１．２．３生物質(zhì)炭在土壤環(huán)境領(lǐng)域中的應(yīng)用價值逡逑目前，生物質(zhì)炭在土壤環(huán)境領(lǐng)域的應(yīng)用價值主要體現(xiàn)在減排固碳和提升肥力逡逑兩大方面，具體請見圖１－２。生物質(zhì)炭具有較高的碳含量，將生物質(zhì)炭施入土壤逡逑中，提升土壤的穩(wěn)定性碳庫，減少二氧化碳的排放，從而緩解溫室效應(yīng)（Ｇｌａｓｅｒ逡逑ｅｔａｌ．，２００２）。另一方面，，生物質(zhì)炭因其含有較高的堿度、比表面積和孔隙度，逡逑并含有鉀、鈣、鎂、磷等養(yǎng)分，在提高土壤ｐＨ，降低鋁毒危害（應(yīng)介官等，２０１６），逡逑提高土壤陽離子交換能力（Ｃａｔｉｏｎｅｘｃｈａｎｇｅｃａｐａｃｉｔｙ）（李力等，２０１１），增加養(yǎng)分逡逑固持能力等方面都具有顯著的效果。生物質(zhì)炭通過增加土壤的比表面積從而提高逡逑土壤對污染物質(zhì)的吸附能力（李力等，２０１１），同時可以提升土壤孔隙度從而促逡逑進土壤微生物的生長和繁衍（Ｓｔｅｉｎｅｒｅｔａｌ．，邋２００８），增加可利用的養(yǎng)分促進植物逡逑根系吸收進而增加植物生物量等。與其他酸性改良劑相比，生物質(zhì)炭的最大優(yōu)勢逡逑就是它具有全面綜合的改良效應(yīng)和原料多樣性。生物質(zhì)炭的原材料多種多樣

１．５．２技術(shù)路線逡逑為了系統(tǒng)探究生物質(zhì)炭對酸化土壤的改良效應(yīng)與作用機理，我們圍繞盆栽試驗和逡逑大田試驗制定了技術(shù)路線（圖１－３）。首先，通過連續(xù)兩年的盆栽試驗探究生物質(zhì)逡逑炭對酸化土壤基本理化性質(zhì)和微生物豐度、多樣性的影響；然后，通過設(shè)置根袋逡逑的方法區(qū)分根際和非根際土壤，分別測定氮指標和功能微生物的豐度，進而研究逡逑生物質(zhì)炭對作物生長的作用機理；第三，應(yīng)用高通量測序技術(shù)研究硝化微生物群逡逑落結(jié)構(gòu)動態(tài)變化和主導(dǎo)功能菌群等信息，從微生物層面解釋生物質(zhì)炭改良酸化土逡逑１２逡逑
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：S156.6;S154.3

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 盧許波;趙陽;德吉央金;格桑卓瑪;德吉;;拉薩扎葉巴溝瑞香狼毒根際土壤細菌的分離與鑒定[J];廣東農(nóng)業(yè)科學(xué);2016年10期

2 田苗;房敏峰;黃建新;;根際土壤微生物變化對西洋參種植的影響[J];生物學(xué)雜志;2011年05期

3 陳微微;陳傳奇;劉鵬;徐根娣;何芳;范銘;池慧;;蕎麥和金蕎麥根際土壤鋁形態(tài)變化及對其生長的影響[J];水土保持學(xué)報;2007年01期

4 左華清;王子順;;柑桔根際土壤細菌和放線菌的特性[J];西南科技大學(xué)學(xué)報(哲學(xué)社會科學(xué)版);1990年04期

5 馬義兵,鄢來斌,張福鎖;根際土壤化學(xué)研究進展[J];土壤;1993年05期

6 吳影梅;;海南島經(jīng)濟作物線蟲研究簡報[J];熱帶作物學(xué)報;1988年02期

7 徐寧;張方園;王闖;劉敏;劉國娟;豆惠敏;;不同蔬菜輪作對設(shè)施連作黃瓜根際土壤微生態(tài)的影響[J];北方園藝;2017年01期

8 白玉超;楊瑞芳;劉楠楠;李雪玲;李林林;佘瑋;崔國賢;;苧麻根際土壤浸提物的氣相色譜—質(zhì)譜(GC-MS)檢測分析[J];中國麻業(yè)科學(xué);2016年06期

9 段曦;畢煥改;魏佑營;李婷;王洪濤;艾希珍;;嫁接對辣椒根際土壤環(huán)境的影響及其與抗病性和產(chǎn)量的關(guān)系[J];應(yīng)用生態(tài)學(xué)報;2016年11期

10 陳戈巖;楊普秋;樊國盛;林開文;王澍;;劍湖濕地茭草根際土壤固氮菌多樣性分析[J];西部林業(yè)科學(xué);2014年03期

相關(guān)會議論文 前10條

1 潘華奇;張淼;劉麗;王楠;胡江春;竇德強;王書錦;;牛蒡根際土壤致害菌Fusarium solani分離鑒定[A];微生物實用技術(shù)生態(tài)環(huán)境應(yīng)用學(xué)術(shù)研討會論文集[C];2008年

2 龔玉蓮;楊中藝;;兩個蕹菜鎘積累典型品種的根際土壤化學(xué)特征[A];“第四屆重金屬污染防治及風(fēng)險評價研討會”暨重金屬污染防治專業(yè)委員會2014年學(xué)術(shù)年會論文集[C];2014年

3 趙華;谷巖;孔垂華;;水稻化感品種對根際土壤微生物的影響[A];中國第二屆植物化感作用學(xué)術(shù)研討會暨中國植物保護學(xué)會植物化感作用專業(yè)委員會成立大會論文摘要集[C];2005年

4 宋W

本文編號：2596203