关于控制土壤有机质矿化速率的“调节阀”假说的证明

发布时间：2017-03-30 12:23

  本文关键词：关于控制土壤有机质矿化速率的“调节阀”假说的证明，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：土壤有机碳库的含碳量大约是1500 Pg,约是大气中的两倍,因此土壤碳库在全球碳平衡中具有重要作用,尤其是土壤有机碳库。有机质矿化是土壤的一个基本过程,是地球化学循环中的一个关键过程,了解这一关键的过程对于我们管理和利用土壤这个巨大的碳库有重要的意义。1976年,“土壤经氯仿熏蒸杀死大量微生物后仍以相同速率持续矿化”这一矛盾现象的发现,挑战了学界普遍认同的土壤有机质矿化速率受土壤微生物活性控制这一观点,对此,有学者提出一种“调节阀”假说,认为土壤有机碳矿化是一个两阶段过程：包括非生物可利用有机碳向生物可利用有机碳的转化过程(K1)及生物可利用碳的微生物直接矿化过程(K2)。本论文从土壤有机碳的非生物释放规律、熏蒸土壤微生物量变化和环境因子(水分、温度和颗粒结构等)对有机质矿化速率的影响等方面深入研究,为证明或否证土壤有机碳矿化过程“调节阀”假说提供科学证据。获得的主要结果如下：(1)土壤微生物量与ATP作为土壤微生物量的有氧培养条件下,两者之间具有显著的线性相关性,且不同类型土壤的微生物量ATP浓度比较接近,均值为7.90±2.24 μmol ATP·g-1 SMBC,而厌氧培养环境下,微生物量碳与ATP之间没有显著的相关性,与自然环境中的水稻土之间也无规律性,且微生物量ATP浓度远低于有氧培养的土壤,均值为2.83±0.82μool ATP·g-1 biomass C,可能反映了厌氧条件下不同土壤类型之间微生物群落结构的变化、氧化还原电位的差异,以及土壤孔隙中空气体积的不同。(2)通过4次熏蒸培养杀死土壤中大部分微生物,缓慢打入饱和氯仿水抑制土壤中幸存微生物的活性同时提取溶解性有机质,经过60天的持续淋溶提取,6种不同性质的土壤均能持续稳定地释放溶解性有机碳；将4种土壤的渗滤液冻干后以大约0.04%(W/W)的添加量加回土壤,培养过程中CO2激发量分别占总C02释放量的53.02%、49.41%、39.97%和44.04%,虽然无法进行量化排除激发效应的干扰,但从结果来看说明有一部分C02来源于渗滤液中有机碳的矿化。在熏蒸土壤中接种等量新鲜土,同时对原土进行多次熏蒸培养,发现不同微生物量梯度土壤的矿化速率均与原土没有差异。分别测定连续三轮熏蒸培养过程的微生物量变化,结果显示只有第一次熏蒸能够杀死85%以上的微生物,后续的熏蒸只能杀死30%以下的微生物。结合接种和多次熏蒸处理。微生物量的大小不是有机碳的决定因素。(3)干湿交替、冻融和过筛等处理分别从水分、温度和颗粒结构等方面对土壤造成不同程度的扰动,间接地对微生物量有不同程度的影响,风干处理使微生物量平均降低了55.8±1.4%,熏蒸处理杀死了超过80%的微生物,冰冻对微生物量的影响相对较小,-80℃和-20℃冰冻处理使微生物量平均下降了-25.2±2.2%和15.6±1.8%,过筛处理对微生物量则基本没有影响,而土壤CO2释放速率仍然能够保持原有的水平不受影响,通过高通量测序结果可知即使在30天培养之后不同处理之间的群落结构尤其是干湿交替和熏蒸处理存在显著差异。以上试验结果表明土壤有机碳的矿化速率并不是由微生物活动控制的,土壤微生物量的大小及群落结构的变化不会对有机碳矿化速率造成较大的影响,为“调节阀”假说提供了有力的证据。
【关键词】：微生物量碳 ATP 氯仿熏蒸 有机碳矿化 土壤呼吸
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S154.1
【目录】：

• 致谢6-7
• 摘要7-9
• ABSTRACT9-14
• 第一章 引言14-31
• 1.1 研究背景14
• 1.2. 土壤有机碳库14-15
• 1.2.1 土壤有机碳库组成15
• 1.3 土壤溶解性有机碳15-21
• 1.3.1 土壤溶解性有机质的来源16-17
• 1.3.2 土壤溶解性有机质化学组成和结构特征17-18
• 1.3.3 土壤溶解性有机质含量的影响因子18-20
• 1.3.4 土壤溶解性有机质的提取方法20-21
• 1.4 土壤微生物生物量21-25
• 1.4.1 土壤微生物量碳21-22
• 1.4.2 土壤微生物量碳的测定方法22-24
• 1.4.3 土壤AIP24-25
• 1.5 土壤有机质矿化25-27
• 1.5.1 土壤有机质矿化机制25-26
• 1.5.2 土壤有机质矿化影响因素26-27
• 1.6 同位素检测技术在土壤有机质矿化中的应用27-28
• 1.7 论文主要研究内容28-31
• 1.7.1 研究目的及意义28
• 1.7.2 研究内容28-30
• 1.7.3 技术路线30-31
• 第二章 土壤ATP和微生物量碳关系的探索与验证31-38
• 2.1 引言31
• 2.2 试验材料31-33
• 2.2.1 供试土壤31
• 2.2.2 主要化学试剂31-33
• 2.2.3 主要试验仪器33
• 2.3 试验设计及方法33-35
• 2.3.1 试验设计33
• 2.3.2 试验方法33-35
• 2.3.2.1 样品处理33
• 2.3.2.2 ATP测定33-34
• 2.3.2.3 微生物量碳测定34-35
• 2.3.3 统计分析35
• 2.4 试验结果与分析35-37
• 2.5 本章小结37-38
• 第三章 熏蒸土壤有机碳的释放规律及矿化速率变化38-54
• 3.1 引言38-39
• 3.2 试验材料39-41
• 3.2.1 供试土壤39-41
• 3.2.2 主要化学试剂41
• 3.2.3 主要试验仪器41
• 3.3 试验设计及方法41-44
• 3.3.1 试验设计41-43
• 3.3.2 试验方法43-44
• 3.3.2.1 土壤薰蒸(同2.3.2.3(1))43
• 3.3.2.2 土壤淋洗43
• 3.3.2.3 土壤灌注43
• 3.3.2.4 土壤呼吸量测定43
• 3.3.2.5 ~(13)C土壤呼吸量测定43
• 3.3.2.6 Ba~(13)CO_3样品制备43-44
• 3.3.2.7 土壤ATP测定(同2.3.3.2)44
• 3.3.3 统计分析44
• 3.4 试验结果与分析44-53
• 3.4.1 熏蒸土壤溶解性有机碳的非生物释放44-47
• 3.4.2 渗滤液中有机质的生物可利用性47-48
• 3.4.3 不同微生物量土壤中的有机质矿化速率48-51
• 3.4.4 多次熏蒸培养处理过程中土壤有机质矿化51-53
• 3.5 本章小结53-54
• 第四章 土壤扰动对有机质矿化的影响54-73
• 4.1 引言54-55
• 4.2 试验材料55
• 4.2.1 供试土壤(同3.2.1)55
• 4.2.2 主要化学试剂55
• 4.2.3 主要试验仪器55
• 4.3 试验设计及方法55-57
• 4.3.1 试验设计55-56
• 4.3.2 试验方法56-57
• 4.3.2.1 土壤ATP测定(同2.3.2.2)56
• 4.3.2.2 土壤微生物量碳测定(同2.3.2.3)56
• 4.3.2.3 土壤呼吸测定56
• 4.3.2.4 DNA提取56
• 4.3.2.5 高通量测序分析56-57
• 4.3.3 统计分析57
• 4.4 试验结果与分析57-72
• 4.4.1 土壤扰动对有机质矿化速率的影响57-64
• 4.4.2 扰动土壤微生物结构群落分析64-72
• 4.5 本章小结72-73
• 第五章 全文总结与研究展望73-77
• 5.1 研究总结73-75
• 5.1.1 土壤ATP和微生物量碳关系的探索73
• 5.1.2 土壤非生物过程溶解性有机碳的释放73-74
• 5.1.3 不同微生物量和群落组成土壤中的有机质矿化速率74-75
• 5.2 问题和展望75-77
• 参考文献77-85
• 作者简介85

【参考文献】

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1 王艮梅,周立祥;陆地生态系统中水溶性有机物动态及其环境学意义[J];应用生态学报;2003年11期

  本文关键词：关于控制土壤有机质矿化速率的“调节阀”假说的证明，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：277125