城市有机垃圾热解生物炭对紫色土氮素特征与微生物群落结构的影响

发布时间：2017-04-05 00:02

  本文关键词：城市有机垃圾热解生物炭对紫色土氮素特征与微生物群落结构的影响，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：以城市有机垃圾(OFMSW)为热解原料生产的生物炭含有丰富的氮素和有机质,当添加这种生物炭到氮素营养缺乏的紫色土中时,它也许能够通过直接引入氮素或者改变土壤理化性质来改变土壤的微生物群落结构,进而影响土壤的氮循环。为了研究这种生物炭对土壤微生物群落结构和土壤理化特征特别是氮营养元素特征的影响,本研究设计了一个为期12个月的土壤盆栽培养试验。试验使用了700°C终温制得的OFMSW热解生物炭来改良一种紫色土,共设置了4个处理,生物炭添加量分别为0%、1%、3%和5%(w/w),并分别命名为0%BC、1%BC、3%BC和5%BC。按试验设计进行土壤采样,检测土壤理化特性变化,并提取土壤DNA,采用高通量测序技术在Mi Seq平台上进行测序,分析土壤的微生物群落结构。试验的主要研究结果及结论如下:在试验的前5个月,含炭紫色土的p H略低于不含炭紫色土,但是之后4个处理的p H基本相同,维持在8.0左右;3%和5%的生物炭添加量显著提高了土壤有机质(SOM)和总氮(TN)含量,提高效果随添加量的上升而增强;供试生物炭降低了紫色土的NH+4-N吸附量,同时提高了土壤中可提取的氨氮和3NO-N-的含量,3%的生物炭添加量具有较好的提升效果,但改良土壤的氨氮和3NO-N-的绝对含量依然较低,仍需使用氮肥补充土壤氮素。培养期间,含炭紫色土和不含炭紫色土拥有不同的细菌群落结构。3%和5%含炭量的紫色土的细菌α-多样性降低,与硝化和反硝化作用关系比较密切的变形菌门、厚壁菌门和放线菌门的相对丰度也出现了不同程度上升,但当细化到纲时,相同门内的各个细菌纲对生物炭的施用做出了不同的响应。5%BC中硝化螺旋菌纲的相对丰度低于其他处理。在属水平,各菌属对环境变化的响应各不相同,典范对应分析(CCA)显示,能被环境变量很好解释的菌属大致可分为3组:第1组菌属在试验后半年的3%BC和5%BC中相对丰度较高,该组菌属对环境变化也更为敏感,另外它们的相对丰度正相关于土壤TN、SOM、3NO-N-含量和生物炭添加量。第2组菌属在1%BC和3%BC中更为丰富,对土壤TN、SOM和3NO-N-含量的变化不敏感,相对丰度正相关于土壤NH+4-N吸附量和环境温度;第3组菌属在试验前半年的0%BC和1%BC中相对丰度更高,其相对丰度负相关于土壤TN、SOM、3NO-N-、生物炭添加量和环境温度,正相关于土壤p H。CCA还显示,第一和第二排序轴加起来只能解释细菌属丰度变化的35.8%,这说明试验监测的环境变量只能解释部分细菌群落结构变化,细菌群落结构变化可能还受到其他环境变量的影响。各环境变量对菌属相对丰度变化的解释量排序如下:TN(16%)生物炭添加量(15.8%)SOM(15.7%)NH+4-N吸附量(13.3%)p H(11.5%)3NO-N-(10.3%)。
【关键词】：城市有机垃圾(OFMSW) 生物炭 紫色土 氮 微生物群落结构
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S151.9;X705
【目录】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-9
• 1 绪论9-19
• 1.1 概述9-10
• 1.2 国内外研究进展10-17
• 1.2.1 热解生物炭的理化特征及其土壤环境效应10-12
• 1.2.2 土壤中微生物介导的氮转化及生物炭对其的影响12-14
• 1.2.3 土壤中参与氮循环的菌群14-15
• 1.2.4 土壤微生物群落结构的研究方法15-17
• 1.3 研究目的、意义、内容、技术路线17-19
• 1.3.1 研究目的17
• 1.3.2 研究意义17
• 1.3.3 研究内容17-18
• 1.3.4 研究技术路线18-19
• 2 生物炭对紫色土理化特征及氮素特性的影响19-37
• 2.1 前言19
• 2.2 材料与方法19-24
• 2.2.1 试验材料19-21
• 2.2.2 试验设计和取样21-23
• 2.2.3 土样和生物炭性质的测定23-24
• 2.2.4 数据分析24
• 2.3 结果与讨论24-35
• 2.3.1 生物炭对紫色土pH值的影响24-26
• 2.3.2 生物炭对紫色土有机质含量的影响26-28
• 2.3.3 生物炭对紫色土铵态氮吸附量的影响28-30
• 2.3.4 生物炭对紫色土中氨氮含量的影响30-31
• 2.3.5 生物炭对紫色土中硝酸盐氮的影响31-33
• 2.3.6 生物炭对紫色土中全氮的影响33-34
• 2.3.7 土壤理化性质的相关性分析34-35
• 2.4 本章小结35-37
• 3 生物炭影响紫色土中细菌群落结构37-55
• 3.1 前言37-38
• 3.2 材料与方法38-39
• 3.2.1 试验材料38
• 3.2.2 试验设计和取样38
• 3.2.3 土壤样本DNA提取及PCR扩增38-39
• 3.2.4 数据处理与分析39
• 3.3 结果与分析39-53
• 3.3.1 生物炭对细菌群落结构的影响39-50
• 3.3.2 土壤理化特性变化与土壤细菌群落结构变化的关系分析50-53
• 3.4 本章小结53-55
• 4 研究结论与展望55-57
• 4.1 研究结论55-56
• 4.1.1 生物炭对紫色土理化及氮素特征的影响55
• 4.1.2 生物炭对紫色土细菌群落结构的影响55-56
• 4.2 不足之处与研究展望56-57
• 致谢57-59
• 参考文献59-69
• 附录69-79
• A. 作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文69
• B. 作者在攻读硕士期间参加的科研项目69-70
• C. 微生物群落组成70-79

【参考文献】

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