我國(guó)自20世紀(jì)80年代以來(lái),持續(xù)大量氮肥的施用在換來(lái)高產(chǎn)的同時(shí),也帶來(lái)嚴(yán)重的環(huán)境負(fù)效應(yīng)。近年來(lái),生物炭作為一種功能材料在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中得到了逐步應(yīng)用,它能有效改善土壤微生物的生存環(huán)境。土壤微生物是農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的重要組成之一,土壤微生物活性和酶活性是表征土壤狀況的重要指標(biāo),氨氧化細(xì)菌(AOB)和氨氧化古菌(AOA)是氮循環(huán)中硝化作用的重要執(zhí)行者。因此,本研究以土壤微生物為中心,結(jié)合長(zhǎng)期氮肥定位試驗(yàn)和室內(nèi)培養(yǎng)實(shí)驗(yàn),采用物理化學(xué)和生物的方法,基于微量熱和實(shí)時(shí)熒光定量PCR技術(shù),系統(tǒng)地對(duì)華北平原地區(qū)小麥玉米輪作體系下土壤微生物活性和酶活性的變化規(guī)律進(jìn)行了研究,以及氮肥對(duì)它們的影響進(jìn)行深入探討,并且選取微生物活性和酶活性較高時(shí)期的土壤對(duì)AOB和AOA功能基因amoA拷貝數(shù)進(jìn)行了定量分析,然后進(jìn)一步了解生物炭的施用對(duì)兩種類型(酸性和堿性土壤)土壤微生物的影響,以及比較生物炭和氮肥處理和僅施氮處理的施用效果,為農(nóng)業(yè)土壤的可持續(xù)發(fā)展提高理論參考。主要研究結(jié)果如下：(1)不同施氮量對(duì)土壤微生物活性和酶活性有顯著影響,且不同生育期的土壤微生物活性和酶活性也存在差異,不施氮處理和高氮處理的土壤微生物活性均低于其它施氮處理。適量氮肥施入(小麥土壤≤250 kg hm-2,玉米土壤≤210 kg hm-2)有利于土壤微生物活性的提高,超過(guò)該范圍后土壤微生物活性受到抑制。(2)土壤酶活性在作物生育旺盛期達(dá)最高值,不同施氮量對(duì)土壤酶活性的影響因酶類型的不同而存在差異。小麥季施氮250 kg hm-2土壤酶指數(shù)較高,玉米季施氮210 kg hm-2土壤酶指數(shù)較高。(3)進(jìn)一步相關(guān)功能基因及多樣性指數(shù)的研究顯示無(wú)論是小麥土壤還是玉米土壤,其AOB功能基因amoA拷貝數(shù)和硝化勢(shì)均隨施氮量的增加而增加,而AOA功能基因amoA拷貝數(shù)隨施氮量的增加而降低,AOA與AOB的比值均大于1,表明該地區(qū)AOB和AOA在氨氧化過(guò)程中占據(jù)重要位置,但前者的貢獻(xiàn)較大。(4)生物炭的室內(nèi)培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)表明生物炭在一定程度上減弱了過(guò)量施氮的影響,對(duì)土壤微生物起到了一定的促進(jìn)作用。綜上所述,土壤微生物與不同施氮量間的關(guān)系在反映土壤環(huán)境變化方面發(fā)揮著重要作用,生物炭的施入有利于減少過(guò)量氮肥造成的土壤pH值、土壤微生物活性、土壤酶活性和氨氧化微生物下降的問(wèn)題。
【學(xué)位單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2016
【中圖分類】：S154.3
【文章目錄】：
致謝
摘要
ABSTRACT
縮寫和符號(hào)清單
1 引言
2 文獻(xiàn)綜述
    2.1 農(nóng)田土壤中氮肥的施用現(xiàn)狀及帶來(lái)的環(huán)境影響
        2.1.1 國(guó)內(nèi)外氮肥施用現(xiàn)狀
        2.1.2 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中氮肥利用率現(xiàn)狀
        2.1.3 氮在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中的作用
        2.1.4 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中氮肥所產(chǎn)生的環(huán)境負(fù)效應(yīng)
    2.2 土壤微生物
        2.2.1 土壤微生物活性
        2.2.2 土壤微生物活性的研究方法
    2.3 土壤酶活性
        2.3.1 土壤酶的來(lái)源和種類
        2.3.2 土壤酶活性在農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中的作用
        2.3.3 土壤酶活性的影響因素
    2.4 土壤中與氮相關(guān)的微生物
        2.4.1 氨氧化微生物
        2.4.2 反硝化微生物
    2.5 土壤施加生物炭的效果研究
        2.5.1 減少溫室氣體的排放
        2.5.2 降低硝態(tài)氮淋溶及氮素淋失
        2.5.3 提高農(nóng)作物產(chǎn)量、生長(zhǎng)及品質(zhì)
        2.5.4 對(duì)土壤微生物的影響
    2.6 分子生物學(xué)方法
        2.6.1. 末端限制片段長(zhǎng)度多態(tài)性分析
        2.6.2 變性梯度凝膠電泳
        2.6.3 實(shí)時(shí)熒光定量PCR技術(shù)
3 研究思路與內(nèi)容
    3.1 研究思路
    3.2 研究?jī)?nèi)容
        3.2.1 施氮量對(duì)土壤微生物活性的影響
        3.2.2 施氮量對(duì)土壤酶活性的研究
        3.2.3 施氮量對(duì)土壤AOB和AOA功能基因amoA的影響
        3.2.4 生物炭對(duì)土壤微生物的影響及施用效果研究
4 氮肥對(duì)土壤微生物活性的影響
    4.1 材料與方法
        4.1.1 研究區(qū)域概況
        4.1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及土壤樣品采集
    4.2 結(jié)果與分析
        4.2.1 施氮量對(duì)小麥土壤微生物活性的影響
        4.2.2 施氮量與微量熱參數(shù)間的關(guān)系
        4.2.3 施氮量對(duì)玉米土壤微生物活性的影響
        4.2.4 施氮量和微量熱參數(shù)間的關(guān)系
    4.3 討論
    4.4 本章小結(jié)
5 氮肥對(duì)土壤酶活性的影響
    5.1 材料與方法
        5.1.1 研究區(qū)域概況
        5.1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及土壤樣品采集
        5.1.3 土壤酶活性的測(cè)定
        5.1.4 土壤酶指數(shù)
        5.1.5 數(shù)據(jù)分析
    5.2 結(jié)果與分析
        5.2.1 施氮量對(duì)土壤脲酶活性的影響
        5.2.2 施氮量對(duì)土壤過(guò)氧化氫酶活性的影響
        5.2.3 施氮量對(duì)土壤FDA水解酶活性的影響
        5.2.4 土壤酶指數(shù)
        5.2.5 土壤酶活性和微生物生長(zhǎng)速率常數(shù)間的相關(guān)性分析
    5.3 討論
    5.4 本章小結(jié)
6 氮肥對(duì)土壤氨氧化細(xì)菌和氨氧化古菌的影響
    6.1 材料與方法
        6.1.1 土壤樣品
        6.1.2 AOB和AOA功能基因amoA的定量PCR分析
        6.1.3 土壤硝化勢(shì)的測(cè)定
        6.1.4 多樣性
        6.1.5 數(shù)據(jù)分析
    6.2 結(jié)果與分析
        6.2.1 施氮量對(duì)土壤pH和含水量的影響
        6.2.2 施氮量對(duì)土壤有機(jī)碳、銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量的影響
        6.2.3 土壤AOB和AOA功能基因amoA定量分析
        6.2.4 AOB和AOA多樣性分析
        6.2.5 施氮量對(duì)土壤硝化勢(shì)的影響
        6.2.6 相關(guān)性分析
    6.3 討論
    6.4 本章小結(jié)
7 氮肥和生物炭對(duì)土壤微生物的影響
    7.1 材料與方法
        7.1.1 實(shí)驗(yàn)土壤
        7.1.2 實(shí)驗(yàn)材料
        7.1.3 室內(nèi)培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
        7.1.4 分析指標(biāo)的測(cè)定
    7.2 結(jié)果與分析
        7.2.1 生物炭對(duì)土壤pH值的影響
        7.2.2 生物炭對(duì)土壤微生物活性的影響
        7.2.3 生物炭對(duì)土壤酶活性的影響
        7.2.4 生物炭對(duì)氨氧化微生物的影響
        7.2.5 施用生物炭后的效果分析
    7.3 討論
    7.4 本章小結(jié)
8 結(jié)論
    8.1 主要研究結(jié)論
    8.2 創(chuàng)新點(diǎn)
參考文獻(xiàn)
作者簡(jiǎn)歷及在學(xué)研究成果
學(xué)位論文數(shù)據(jù)集

【參考文獻(xiàn)】

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1 劉明;來(lái)永才;李煒;肖佳雷;畢影東;劉淼;李琬;;生物炭與氮肥施用量對(duì)大豆生長(zhǎng)發(fā)育及產(chǎn)量的影響[J];大豆科學(xué);2015年01期

2 王曉龍;徐力剛;白麗;張奇;;鄱陽(yáng)湖典型濕地植物群落土壤酶活性[J];生態(tài)學(xué)雜志;2011年04期

本文編號(hào)：2871724