【摘要】：水資源短缺與生態(tài)環(huán)境惡化是當(dāng)前中國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所面臨的重大挑戰(zhàn)和發(fā)展“瓶頸”。再生水中含有豐富的氮素等養(yǎng)分資源,如何合理利用再生水中氮素,減少氮肥施用,對(duì)于降低農(nóng)業(yè)面源污染、改善生態(tài)環(huán)境及提高土壤可持續(xù)生產(chǎn)力具有重要意義。針對(duì)上述問(wèn)題,本文主要研究了再生水灌溉條件下不同灌溉周期氮素生物有效性及其微生物群落的變化特征,揭示再生水灌溉氮素生物活性以及土壤微生物群落的變化規(guī)律,為科學(xué)利用再生水資源,緩解水資源供需矛盾,實(shí)現(xiàn)再生水灌溉農(nóng)田生態(tài)環(huán)境安全提供理論依據(jù)。本研究于2014-2015年在中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院河南新鄉(xiāng)農(nóng)業(yè)水土環(huán)境野外科學(xué)觀測(cè)試驗(yàn)站進(jìn)行。為探明再生水灌溉和氮素施用對(duì)土壤微環(huán)境的影響,通過(guò)溫室盆栽種植小白菜試驗(yàn),以清水為對(duì)照,研究了在5種施氮水平下再生水灌溉對(duì)土壤酶活性、微生物區(qū)系分布和土壤養(yǎng)分的影響,取得的主要研究結(jié)果如下:(1)不同處理土壤理化學(xué)性狀分析表明,再生水灌溉提高了土壤鹽分及土壤氮素含量,再生水灌溉下土壤鹽分為1.04 dS·m-1-1.32 dS·m-1,是清水灌溉土壤的1.5倍左右;相同氮素水平下,與清水灌溉相比,再生水土壤脲酶活性最大提高17.13%,過(guò)氧化氫酶活性最大提高14.39%,土壤蔗糖酶活性降低4.03%~18.69%;再生水灌溉下5種氮肥處理:0 mg.kg-1、80 mg.kg-1、100 mg.kg-1、120 mg·kg-1、180 mg.kg-1氮肥處理土壤呼吸均顯著強(qiáng)于對(duì)應(yīng)清水灌溉處理,分別為1.45、1.76、1.84、2.22、1.63μmol.m-2.s-1。(2)不同處理土壤微生物數(shù)量與土壤理化性狀相關(guān)分析表明,在低氮水平下,再生水灌溉對(duì)土壤真菌起促進(jìn)作用,對(duì)氨化細(xì)菌無(wú)明顯影響;在高氮水平下,再生水灌溉促進(jìn)土壤細(xì)菌、氨化細(xì)菌增長(zhǎng),抑制土壤真菌生長(zhǎng);細(xì)菌總數(shù)與總氮、硝態(tài)氮含量呈極顯著正相關(guān)(R2=0.477**,R2=0.488**),與有機(jī)質(zhì)、pH呈負(fù)相關(guān)(R2=-0.361*,R2=-0.469**);氨化細(xì)菌總數(shù)與硝態(tài)氮、溫度、細(xì)菌總數(shù)、過(guò)氧化氫酶活性呈正相關(guān),與有機(jī)質(zhì)含量呈負(fù)相關(guān)。(3)土壤微生物種類與土壤化學(xué)性質(zhì)的典范對(duì)應(yīng)分析(Canonical Correspondence Analysis,CCA)表明,硝態(tài)氮和總磷對(duì)疣微菌門(Verrucomicrobia)和芽單胞菌門(Gemmatimonadetes)的影響較大,pH和有機(jī)質(zhì)對(duì)厚壁菌門(Firmicutes)和放線菌門(Actinobacteria)的影響較大;氮素處理顯著影響土壤微生物豐富度和多樣性(P0.05);再生水灌溉下120 mg.kg-1氮肥處理更有利于土壤水分的保持和生物活性的提高,提升土壤肥力;土壤微生物群落結(jié)構(gòu)受灌溉水類型的影響,當(dāng)灌溉水源不同時(shí),再生水灌溉下的土壤微生物群落不相同。(4)應(yīng)用miseq高通量技術(shù)分析不同氮素水平長(zhǎng)期再生水灌溉下耕層(0-20cm)的土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)特征表明,再生水灌溉對(duì)土壤硝化螺菌門(Nitrospirae)、芽單胞菌門(Gemmatimonadetes)、厚壁菌門(Firmicutes)、變形菌門(Proteobacteria)和放線菌門(Actinobacteria)群落結(jié)構(gòu)的影響明顯,減少氮肥施用有利于土壤細(xì)菌種群豐富度和多樣性的增加;土壤微生物群落結(jié)構(gòu)受土壤化學(xué)特性的影響,pH對(duì)擬桿菌門(Bacteroidetes)和酸桿菌門(Acidobacteria)的影響較大;再生水灌溉能夠促進(jìn)與土壤碳、氮轉(zhuǎn)化相關(guān)的微生物的增長(zhǎng)和繁殖,改變土壤微生物的群落結(jié)構(gòu)。
【圖文】：

圖 1.1 再生水灌溉下氮素生物有效性的微生物機(jī)制技術(shù)路線Fig. 1.1 Technical route figure of the microbial mechanism of nitrogen biological effectiveness under recirrigation

CN11.80±0.15b 13.51±0.84a 0.13±0.01e 237±39.5b 101±5.9cd 9RN11.71±0.08bc 12.00±1.08b 0.13±0.01de 234±22.2b 39±5.1e 11CN21.51±0.11d 12.42±0.42ab 0.14±0.01cd 285±35.6a 122±17.6bc 4RN21.53±0.14de 10.42±0.55c 0.16±0.02b 129±19.9e 104±9.9cd 75CN31.73±0.08c 10.68±0.69c 0.18±0.03b 170±13.7de 98±1cd 59RN31.77±0.01bc 10.25±0.48c 0.19±0.03b 220±24.0bc 171±38.7a 62±CN41.49±0.07de 10.59±0.67c 0.23±0.01a 88±22.1cd 94±19.0cd 86RN41.37±0.13e 8.61±0.39d 0.22±0.01a 148±14.7de 144±16.4ab 813.2.3 再生水灌溉對(duì)土壤呼吸和土壤溫度的影響不同處理土壤呼吸和土壤溫度隨施氮水平動(dòng)態(tài)詳見圖 3.1。相同施氮水平，再生RN0、RN1、RN2、RN3、RN4土壤呼吸均顯著強(qiáng)于對(duì)應(yīng)清水灌溉處理，分別為 1.45，，2.22，1.63 μmol·m-2·s-1)；清水灌溉處理，土壤呼吸及土壤溫度隨著施氮量增加而逐漸水灌溉處理，N3處理土壤溫度最低為 26.11 ℃，土壤呼吸為 2.22 μmol·m-2·s-1。相同件下，土壤溫度表現(xiàn)為再生水灌溉處理高于清水灌溉處理。在相同施氮水平下，再生壤呼吸速率高于清水處理，這可能是因?yàn)榈土紫鄬?duì)豐富，在再生水處理中，微生物了提高。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：S274

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本文編號(hào)：2532562