發(fā)布時間：2020-11-05 13:53

　　 我國自20世紀80年代以來,持續(xù)大量氮肥的施用在換來高產(chǎn)的同時,也帶來嚴重的環(huán)境負效應。近年來,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,氨氧化細菌(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,結合長期氮肥定位試驗和室內(nèi)培養(yǎng)實驗,采用物理化學和生物的方法,基于微量熱和實時熒光定量PCR技術,系統(tǒng)地對華北平原地區(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)律進行了研究,以及氮肥對它們的影響進行深入探討,并且選取微生物活性和酶活性較高時期的土壤對AOB和AOA功能基因amoA拷貝數(shù)進行了定量分析,然后進一步了解生物炭的施用對兩種類型(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。主要研究結果如下：(1)不同施氮量對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最高值,不同施氮量對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)進一步相關功能基因及多樣性指數(shù)的研究顯示無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在氨氧化過程中占據(jù)重要位置,但前者的貢獻較大。(4)生物炭的室內(nèi)培養(yǎng)實驗表明生物炭在一定程度上減弱了過量施氮的影響,對土壤微生物起到了一定的促進作用。綜上所述,土壤微生物與不同施氮量間的關系在反映土壤環(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題。
【學位單位】：北京科技大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2016
【中圖分類】：S154.3
【文章目錄】：
致謝
摘要
ABSTRACT
縮寫和符號清單
1 引言
2 文獻綜述
    2.1 農(nóng)田土壤中氮肥的施用現(xiàn)狀及帶來的環(huán)境影響
        2.1.1 國內(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)境負效應
    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、生長及品質(zhì)
        2.5.4 對土壤微生物的影響
    2.6 分子生物學方法
        2.6.1. 末端限制片段長度多態(tài)性分析
        2.6.2 變性梯度凝膠電泳
        2.6.3 實時熒光定量PCR技術
3 研究思路與內(nèi)容
    3.1 研究思路
    3.2 研究內(nèi)容
        3.2.1 施氮量對土壤微生物活性的影響
        3.2.2 施氮量對土壤酶活性的研究
        3.2.3 施氮量對土壤AOB和AOA功能基因amoA的影響
        3.2.4 生物炭對土壤微生物的影響及施用效果研究
4 氮肥對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 試驗設計及土壤樣品采集
    4.2 結果與分析
        4.2.1 施氮量對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)間的關系
        4.2.3 施氮量對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)間的關系
    4.3 討論
    4.4 本章小結
5 氮肥對土壤酶活性的影響
    5.1 材料與方法
        5.1.1 研究區(qū)域概況
        5.1.2 試驗設計及土壤樣品采集
        5.1.3 土壤酶活性的測定
        5.1.4 土壤酶指數(shù)
        5.1.5 數(shù)據(jù)分析
    5.2 結果與分析
        5.2.1 施氮量對土壤脲酶活性的影響
        5.2.2 施氮量對土壤過氧化氫酶活性的影響
        5.2.3 施氮量對土壤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速率常數(shù)間的相關性分析
    5.3 討論
    5.4 本章小結
6 氮肥對土壤氨氧化細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 土壤硝化勢的測定
        6.1.4 多樣性
        6.1.5 數(shù)據(jù)分析
    6.2 結果與分析
        6.2.1 施氮量對土壤pH和含水量的影響
        6.2.2 施氮量對土壤有機碳、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 施氮量對土壤硝化勢的影響
        6.2.6 相關性分析
    6.3 討論
    6.4 本章小結
7 氮肥和生物炭對土壤微生物的影響
    7.1 材料與方法
        7.1.1 實驗土壤
        7.1.2 實驗材料
        7.1.3 室內(nèi)培養(yǎng)實驗設計
        7.1.4 分析指標的測定
    7.2 結果與分析
        7.2.1 生物炭對土壤pH值的影響
        7.2.2 生物炭對土壤微生物活性的影響
        7.2.3 生物炭對土壤酶活性的影響
        7.2.4 生物炭對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
8 結論
    8.1 主要研究結論
    8.2 創(chuàng)新點
參考文獻
作者簡歷及在學研究成果
學位論文數(shù)據(jù)集

【參考文獻】

相關期刊論文 前2條

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

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

本文編號：2871724