發(fā)布時間：2020-03-23 05:08

【摘要】：近年來,由于人類對耕地的不合理利用,導(dǎo)致土壤有機碳含量減少,對高產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)產(chǎn)生了不利影響,為增加土壤有機碳含量和避免秸稈焚燒引起的環(huán)境污染問題,國家提倡秸稈還田,目前,不少學(xué)者對秸稈還田進行了一系列研究,但是對低肥力土壤中,秸稈碳在土壤碳庫中的轉(zhuǎn)化與轉(zhuǎn)移的研究,以及秸稈添加后對微生物群落結(jié)構(gòu)的影響較少,鑒于此,本文選取不同施肥水平的低產(chǎn)田土壤,以小麥秸稈為研究對象,采用穩(wěn)定性同位素示蹤技術(shù),跟蹤標(biāo)記~(13)C-小麥秸稈在土壤各有機碳庫間的分配,探究秸稈碳對土壤碳庫的貢獻(xiàn)比例;同時,采用高通量測序和BIOLOG分析技術(shù),探明還田秸稈碳轉(zhuǎn)化過程對土壤微生物群落結(jié)構(gòu)及活性的影響,結(jié)合土壤理化性質(zhì),通過生態(tài)學(xué)統(tǒng)計分析方法解析在秸稈碳轉(zhuǎn)化過程中,引起土壤關(guān)鍵微生物結(jié)構(gòu)變化的主控因子。通過研究,主要得到以下結(jié)論:(1)小麥秸稈添加至不同施肥水平的低肥力土壤中后,SOC含量增加28.90%~33.30%,其中秸稈碳對SOC的貢獻(xiàn)為34.07%~45.20%,對不施肥水平土壤貢獻(xiàn)最高(38.49%~45.20%)。小麥秸稈添加7 d后,δ~(13)C-SOC迅速增加,是秸稈碳快速轉(zhuǎn)化階段;7~14 d,δ~(13)C-SOC緩慢增加至最大值,進入秸稈碳緩慢轉(zhuǎn)化階段;14~30 d以后,δ~(13)C-SOC略有下降,δ~(13)C-POC持續(xù)增加,此時秸稈碳向POC轉(zhuǎn)化增強;30 d后,秸稈碳轉(zhuǎn)化基本進入停滯階段。(2)小麥秸稈添加至試驗用低肥土壤7 d內(nèi),秸稈有機碳迅速進入土壤各有機碳庫,相較而言更易分配進入到土壤MBC(13.69%~14.69%),其次是POC(2.93%~4.06%)和DOC(1.24%1.99%);隨著秸稈腐解的進行,秸稈碳轉(zhuǎn)化進入土壤活性和緩性有機碳庫的比例有所下降,試驗?zāi)┢?180 d),秸稈碳轉(zhuǎn)化分配至各有機碳庫的比例依次為POC(4.68%~7.72%)、MBC(4.00%~5.37%)、DOC(0.12%~0.16%);不同施肥水平下,秸稈添加后的土壤有機碳庫含量間差異不大,但秸稈碳的轉(zhuǎn)化分配存在較大差異。不施肥或低施肥水平處理組土壤δ~(13)C-SOC、δ~(13)C-MBC和δ~(13)C-POC值均顯著高于高施肥水平,表明秸稈添加對低施肥土壤有機碳庫的增加貢獻(xiàn)相對更高;(3)秸稈添加后,土壤pH顯著下降。其中,高施肥水平土壤pH降低尤為顯著。秸稈添加還顯著增加了土壤TN、AN、AP和AK的含量。土壤TN和AN含量在不施肥水平土壤中增加較多;土壤AP和AK含量在秸稈添加后受施肥水平影響較小;(4)試驗用土壤主要細(xì)菌為Firmicutes(厚壁桿菌門),Proteobacteria(變形菌門)、Actinobacteria(放線菌門),Chloroflexi(綠彎菌門),Acidobacteria(酸桿菌門),Bacteroidetes(擬桿菌)、Planctomycetes(浮霉菌門),Gemmatimonadetes(芽單胞菌門),其中,參與秸稈碳轉(zhuǎn)化的細(xì)菌主要包括Proteobacteria、Acidobacteria、Bacteroidetes和Chloroflexi;土壤中主要的真菌為Ascomycota(子囊菌門)、Zygomycota(接合菌門)、Basidiomycota(擔(dān)子菌門),主要參與秸稈碳轉(zhuǎn)化的真菌為Ascomycota和Zygomycota;秸稈添加可顯著提高低肥土壤微生物的碳源代謝活性,主要表現(xiàn)為對羧酸、氨基酸和多聚物的利用率的增加。秸稈添加后14 d,微生物碳源代謝多樣性達(dá)最大。(5)秸稈添加顯著改變了土壤理化特性,進而對土壤微生物群落結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。冗余分析結(jié)果表明,秸稈碳轉(zhuǎn)化過程中,有機質(zhì)、堿解氮、速效鉀和pH是影響土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的顯著因子;有機質(zhì)、堿解氮和速效鉀是影響土壤真菌群落結(jié)構(gòu)的顯著因子。
【圖文】：

teroidetes 在試驗期間呈現(xiàn)上升趨勢，其相對豐度較無秸稈處理的豐度明顯增加，說稈腐解過程中其為優(yōu)勢種群；趙軍在研究中發(fā)現(xiàn)，秸稈還田和豬糞有機肥配施后處理在門的水平其細(xì)菌豐度存在差異，但優(yōu)勢群落結(jié)構(gòu)類似，為 Proteobacteria、dobacteria、Bacteroidetes 和 Chloroflexi(趙軍 2016)，研究表明，秸稈還田土壤中主細(xì)菌有 Proteobacteria、 Chlorobia、 Verrucomicrobia、Chloroflexi、Firmicutes 和inobacteria 等(TakanoriTanahashi et al. 2005, Qiao et al. 2013)，，研究發(fā)現(xiàn)秸稈添加可提物生長所必需的元素，作物根部器官生長旺盛，分泌物較多，相應(yīng)地提高了根系的活性，使得土壤細(xì)菌更加活躍，顯示出旺盛的生命力，進而改變了與根際效應(yīng)關(guān)系的 Proteobacteria、Acidobacteri 等(Long et al. 2010； Ding et al. 2013)，促進了相對的增加，與本試驗研究結(jié)果一致。研究發(fā)現(xiàn) Bacteroidetes 中的 Sphingomonas(鞘氨菌)具有纖維素分解和幾丁質(zhì)分解能力，Actinobacteria 能夠促進土壤中動植物殘體爛, 在秸稈還田后秸稈的腐解過程中起到重要作用, 同時在自然界氮素循環(huán)中也有的作用(Lauber et al. 2008)。

圖 4-2 秸稈添加對不同肥水平土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的影響re 4-2 Effect of straw addition on bacterial community structure at different fertilizer level同施肥水平土壤不同時間細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)差異顯著性分析發(fā)現(xiàn)，在秸稈添加0d 時，不同施肥水平土壤中細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)之間存在顯著差異。其中，秸稈Chloroflexi、Gemmatimonas、Parcubacteria、Verrucomicrobia、Nitrospira 在壤中的豐度明顯大于 M、L 兩種施肥水平的土壤中的豐度，造成這種現(xiàn)象高施肥水平土壤中含氮量較高，而 Nitrospira 可利用無機氮源進行硝化作用菌，導(dǎo)致 Nitrospira 在高施肥水平土壤中相對豐度增高；Gemmatimonas 主，高施肥水平土壤中，14d 時土壤含磷量較高，導(dǎo)致 Gemmatimonas 相對種水平的高；30d 時，Saccharibacteria 在中等施肥水平土壤中豐度高于 水平的土壤的豐度；180d 時，Planctomycetes 在不施肥水平土壤中較 H、平土壤中的豐度高，Parcubacteria、Bacteroidetes 在高施肥水平土壤中的豐L 兩種施肥水平土壤中的豐度，研究發(fā)現(xiàn)，Planctomycetes 屬于寡營養(yǎng)型肥力水平土壤中相對豐度較高。
【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：S141

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2596238