设施菜地土壤硝化作用的特征及其微生物学机制
发布时间：2021-06-26 17:17
施用氮肥是蔬菜生产的关键农艺措施,氮肥施入土壤后会发生一系列转化过程,其中硝化作用是微生物驱动的氮素转化过程中重要的中间环节,不仅直接影响氮素利用效率,而且与氮素淋失、气态损失引起的生态环境问题密切相关。设施栽培是蔬菜的重要生产方式之一,对于保障我国周年均衡生产和供应数量充足、品质优良、品种多样的蔬菜产品发挥了极其重要的作用。在长期设施栽培下形成的不同于传统露地栽培的特殊环境条件必然会影响微生物活动,进而影响土壤硝化作用。虽然关于农田生态系统中土壤硝化作用和氨氧化微生物群落多样性的研究已有大量报道,但是针对蔬菜设施栽培这一集约化生产体系中土壤硝化作用及其微生物学特征的研究报道较少,对氨氧化微生物在设施菜地土壤氮素循环中的作用还不清楚。本论文以设施菜地土壤为研究对象,采用田间采样和室内模拟试验相结合的方法,运用化学测试和微生物分子生态学等技术[定量PCR、T-RFLP（末端限制性片段多态性分析）和克隆文库],较系统地研究了设施栽培与露地栽培菜地土壤硝化作用及其微生物学特征、不同类型的设施菜地土壤硝化作用的差异与微生物学特性的关系、生物质炭与氮肥配施、不同硝化抑制剂以及硝化抑制剂与水分互作...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：155 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
第1章 文献综述
1.1 土壤硝化作用的微生物过程
1.1.1 氨氧化微生物
1.1.2 氨氧化微生物在土壤中的分布
1.1.3 氨氧化微生物对土壤硝化作用的贡献
1.1.4 氨氧化微生物分子生态学研究方法
1.2 影响土壤硝化作用的主要因素
1.2.1 土壤温度
1.2.2 土壤水分和通气性
1.2.3 土壤pH值
1.2.4 土壤类型
1.2.5 土地利用方式
1.2.6 施肥
1.2.7 硝化抑制剂
1.2.8 生物质炭
1.3 菜地土壤氮肥施用现状
1.4 菜地土壤硝化作用特征
1.5 问题提出与技术路线
第2章 设施栽培与露地栽培菜地土壤硝化作用及其微生物学特征比较研究
2.1 引言
2.2 材料和方法
2.2.1 供试土壤
2.2.2 基本理化性质测定方法
2.2.3 土壤硝化势的测定
2.2.4 土壤总DNA的提取
2.2.5 实时荧光定量PCR(Real-time PCR)
2.2.6 T-RFLP分析
2.2.7 克隆文库构建和系统发育分析
2.2.8 数据处理
2.3 结果分析
2.3.1 露地与设施菜地土壤的理化性质
2.3.2 土壤硝化势
2.3.3 露地和设施栽培模式下菜地土壤AOA和AOB amoA基因拷贝数
2.3.4 露地和设施栽培模式下菜地土壤氨氧化微生物群落多样性
2.3.5 氨氧化微生物群落结构与环境因子的关系
2.3.6 AOA和AOB系统发育树分析
2.4 讨论
第3章 不同类型的设施菜地土壤硝化作用的差异及其与微生物群落结构多样性的关系
3.1 引言
3.2 材料和方法
3.2.1 供试土壤
3.2.2 基本理化性质测定方法
3.2.3 土壤硝化势的测定
3.2.4 土壤总DNA的提取
3.2.5 实时荧光定量PCR(Real-time PCR)
3.2.6 T-RFLP分析
3.2.7 克隆文库构建和系统发育分析
3.2.8 数据处理
3.3 结果分析
3.3.1 土壤基本理化性质
3.3.2 土壤硝化势和氨氧化微生物amoA基因拷贝数
3.3.3 AOA和AOB群落结构组成
3.3.4 AOA和AOB群落结构多样性与土壤环境因子的关系
3.3.5 AOA和AOB系统发育树分析
3.4 讨论
第4章 生物质炭与氮肥配施对设施菜地土壤硝化作用和氨氧化微生物群落多样性的影响
4.1 引言
4.2 材料和方法
4.2.1 供试土壤和生物质炭
4.2.2 试验设计
4.2.3 基本理化性质测定方法
4.2.4 土壤总DNA的提取
4.2.5 实时荧光定量PCR(Real-time PCR)
4.2.6 T-RFLP
4.2.7 克隆文库构建和系统发育分析
4.2.8 数据分析
4.3 结果分析
4.3.1 土壤NH_4~+-N、NO_3~--N含量和净硝化速率
4.3.2 氨氧化微生物amoA基因拷贝数的变化
4.3.3 氨氧化微生物群落结构多样性
4.3.4 氨氧化微生物系统发育分析
4.4 讨论
第5章 硝化抑制剂3,4-二甲基吡唑磷酸盐(DMPP)和双氰胺(DCD)对设施菜地土壤氨氧化微生物的影响
5.1 引言
5.2 材料与方法
5.2.1 供试土壤及试验设计
5.2.2 基本理化性质测定方法
5.2.3 土壤总DNA的提取
5.2.4 实时荧光定量PCR(Real-time PCR)
5.2.5 T-RFLP分析
5.2.6 克隆文库构建和系统发育分析
5.2.7 数据分析
5.3 结果与分析
5.3.1 土壤NH_4~+-N和NO_3~--N含量的动态变化
5.3.2 土壤氨氧化微生物amoA基因拷贝数的变化
5.3.3 AOB和AOA群落结构组成
5.3.4 AOB和AOA系统发育树
5.4 讨论
第6章 DMPP与水分互作对设施菜地土壤硝化作用和氨氧化微生物的影响
6.1 引言
6.2 材料和方法
6.2.1 供试土壤
6.2.2 试验设计
6.2.3 基本理化性质测定方法
6.2.4 土壤总DNA的提取
6.2.5 实时荧光定量PCR(Real-time PCR)
6.2.6 T-RFLP分析
6.2.7 克隆文库构建和系统发育分析
6.2.8 数据分析
6.3 结果分析
6.3.1 NH_4~+-N和NO_3~--N含量的变化趋势
6.3.2 AOB和AOA amoA基因拷贝数的变化趋势
6.3.3 AOB群落结构组成
6.3.4 AOA群落结构组成
6.3.5 氨氧化微生物系统发育分析
6.4 讨论
第7章 全文总结
7.1 主要研究结论
7.2 主要创新点
7.3 研究展望
参考文献
攻读博士学位期间主要成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]Differential Responses of Nitrifier and Denitrifier to Dicyandiamide in Short- and Long-Term Intensive Vegetable Cultivation Soils[J]. LIU Yi,YANG Yang,QIN Hong-ling,ZHU Yi-jun,WEI Wen-xue. Journal of Integrative Agriculture. 2014(05)
[2]两种硝化抑制剂在不同土壤中的效果比较[J]. 杨剑波,李学超,徐晶晶,陈欢,刘满强,胡锋,李忠佩,李辉信. 土壤. 2014(02)
[3]施肥对蔬菜产量的影响——以寿光市设施蔬菜为例[J]. 刘苹,李彦,江丽华,刘兆辉,高新昊,林海涛,郑福丽,石璟. 应用生态学报. 2014(06)
[4]培养条件下生物炭对红壤菜地土氨挥发和土壤性质的影响[J]. 何飞飞,梁云姗,荣湘民,刘强. 云南大学学报(自然科学版). 2014(02)
[5]设施蔬菜种植年限对氮素循环微生物群落结构和丰度的影响[J]. 王亚男,曾希柏,王玉忠,白玲玉,苏世鸣,吴翠霞,李莲芳,段然. 应用生态学报. 2014(04)
[6]不同水肥管理对京郊设施菜地氮素损失及氮素利用效率的影响[J]. 殷冠羿,胡克林,李品芳,刘荣豪. 农业环境科学学报. 2013(12)
[7]生物炭对菜园土化学肥力的影响(英文)[J]. 伏广农,程根,官利兰,张新明. Agricultural Science & Technology. 2013(12)
[8]Responses of Ammonia-Oxidizing Bacteria and Archaea in Two Agricultural Soils to Nitrification Inhibitors DCD and DMPP: A Pot Experiment[J]. GONG Ping,ZHANG Li-Li,WU Zhi-Jie,CHEN Zhen-Hua,CHEN Li-Jun. Pedosphere. 2013(06)
[9]双氰胺在农业生态系统中的应用效果及其影响因素[J]. 戴宇,贺纪正,沈菊培. 应用生态学报. 2014(01)
[10]基于BaPS系统黑土硝化、反硝化和呼吸作用研究[J]. 杨靖民,姜旭,张忠庆,刘金华,高强. 吉林农业大学学报. 2014(01)
硕士论文
[1]亚热带四种主要森林土壤氨氧化微生物群落结构及多样性研究[D]. 刘卜榕.浙江农林大学 2012
[2]不同农业生产方式下菜地土壤氮素转化过程与N2O排放的研究[D]. 过燕琴.南京农业大学 2011
[3]上海城郊土壤硝化、反硝化作用及其影响因素研究[D]. 施振香.上海师范大学 2010
[4]南京郊区菜地上氮素的主要转化过程及其气态损失[D]. 金雪霞.南京农业大学 2004
本文编号：3251749
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：155 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
第1章 文献综述
1.1 土壤硝化作用的微生物过程
1.1.1 氨氧化微生物
1.1.2 氨氧化微生物在土壤中的分布
1.1.3 氨氧化微生物对土壤硝化作用的贡献
1.1.4 氨氧化微生物分子生态学研究方法
1.2 影响土壤硝化作用的主要因素
1.2.1 土壤温度
1.2.2 土壤水分和通气性
1.2.3 土壤pH值
1.2.4 土壤类型
1.2.5 土地利用方式
1.2.6 施肥
1.2.7 硝化抑制剂
1.2.8 生物质炭
1.3 菜地土壤氮肥施用现状
1.4 菜地土壤硝化作用特征
1.5 问题提出与技术路线
第2章 设施栽培与露地栽培菜地土壤硝化作用及其微生物学特征比较研究
2.1 引言
2.2 材料和方法
2.2.1 供试土壤
2.2.2 基本理化性质测定方法
2.2.3 土壤硝化势的测定
2.2.4 土壤总DNA的提取
2.2.5 实时荧光定量PCR(Real-time PCR)
2.2.6 T-RFLP分析
2.2.7 克隆文库构建和系统发育分析
2.2.8 数据处理
2.3 结果分析
2.3.1 露地与设施菜地土壤的理化性质
2.3.2 土壤硝化势
2.3.3 露地和设施栽培模式下菜地土壤AOA和AOB amoA基因拷贝数
2.3.4 露地和设施栽培模式下菜地土壤氨氧化微生物群落多样性
2.3.5 氨氧化微生物群落结构与环境因子的关系
2.3.6 AOA和AOB系统发育树分析
2.4 讨论
第3章 不同类型的设施菜地土壤硝化作用的差异及其与微生物群落结构多样性的关系
3.1 引言
3.2 材料和方法
3.2.1 供试土壤
3.2.2 基本理化性质测定方法
3.2.3 土壤硝化势的测定
3.2.4 土壤总DNA的提取
3.2.5 实时荧光定量PCR(Real-time PCR)
3.2.6 T-RFLP分析
3.2.7 克隆文库构建和系统发育分析
3.2.8 数据处理
3.3 结果分析
3.3.1 土壤基本理化性质
3.3.2 土壤硝化势和氨氧化微生物amoA基因拷贝数
3.3.3 AOA和AOB群落结构组成
3.3.4 AOA和AOB群落结构多样性与土壤环境因子的关系
3.3.5 AOA和AOB系统发育树分析
3.4 讨论
第4章 生物质炭与氮肥配施对设施菜地土壤硝化作用和氨氧化微生物群落多样性的影响
4.1 引言
4.2 材料和方法
4.2.1 供试土壤和生物质炭
4.2.2 试验设计
4.2.3 基本理化性质测定方法
4.2.4 土壤总DNA的提取
4.2.5 实时荧光定量PCR(Real-time PCR)
4.2.6 T-RFLP
4.2.7 克隆文库构建和系统发育分析
4.2.8 数据分析
4.3 结果分析
4.3.1 土壤NH_4~+-N、NO_3~--N含量和净硝化速率
4.3.2 氨氧化微生物amoA基因拷贝数的变化
4.3.3 氨氧化微生物群落结构多样性
4.3.4 氨氧化微生物系统发育分析
4.4 讨论
第5章 硝化抑制剂3,4-二甲基吡唑磷酸盐(DMPP)和双氰胺(DCD)对设施菜地土壤氨氧化微生物的影响
5.1 引言
5.2 材料与方法
5.2.1 供试土壤及试验设计
5.2.2 基本理化性质测定方法
5.2.3 土壤总DNA的提取
5.2.4 实时荧光定量PCR(Real-time PCR)
5.2.5 T-RFLP分析
5.2.6 克隆文库构建和系统发育分析
5.2.7 数据分析
5.3 结果与分析
5.3.1 土壤NH_4~+-N和NO_3~--N含量的动态变化
5.3.2 土壤氨氧化微生物amoA基因拷贝数的变化
5.3.3 AOB和AOA群落结构组成
5.3.4 AOB和AOA系统发育树
5.4 讨论
第6章 DMPP与水分互作对设施菜地土壤硝化作用和氨氧化微生物的影响
6.1 引言
6.2 材料和方法
6.2.1 供试土壤
6.2.2 试验设计
6.2.3 基本理化性质测定方法
6.2.4 土壤总DNA的提取
6.2.5 实时荧光定量PCR(Real-time PCR)
6.2.6 T-RFLP分析
6.2.7 克隆文库构建和系统发育分析
6.2.8 数据分析
6.3 结果分析
6.3.1 NH_4~+-N和NO_3~--N含量的变化趋势
6.3.2 AOB和AOA amoA基因拷贝数的变化趋势
6.3.3 AOB群落结构组成
6.3.4 AOA群落结构组成
6.3.5 氨氧化微生物系统发育分析
6.4 讨论
第7章 全文总结
7.1 主要研究结论
7.2 主要创新点
7.3 研究展望
参考文献
攻读博士学位期间主要成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]Differential Responses of Nitrifier and Denitrifier to Dicyandiamide in Short- and Long-Term Intensive Vegetable Cultivation Soils[J]. LIU Yi,YANG Yang,QIN Hong-ling,ZHU Yi-jun,WEI Wen-xue. Journal of Integrative Agriculture. 2014(05)
[2]两种硝化抑制剂在不同土壤中的效果比较[J]. 杨剑波,李学超,徐晶晶,陈欢,刘满强,胡锋,李忠佩,李辉信. 土壤. 2014(02)
[3]施肥对蔬菜产量的影响——以寿光市设施蔬菜为例[J]. 刘苹,李彦,江丽华,刘兆辉,高新昊,林海涛,郑福丽,石璟. 应用生态学报. 2014(06)
[4]培养条件下生物炭对红壤菜地土氨挥发和土壤性质的影响[J]. 何飞飞,梁云姗,荣湘民,刘强. 云南大学学报(自然科学版). 2014(02)
[5]设施蔬菜种植年限对氮素循环微生物群落结构和丰度的影响[J]. 王亚男,曾希柏,王玉忠,白玲玉,苏世鸣,吴翠霞,李莲芳,段然. 应用生态学报. 2014(04)
[6]不同水肥管理对京郊设施菜地氮素损失及氮素利用效率的影响[J]. 殷冠羿,胡克林,李品芳,刘荣豪. 农业环境科学学报. 2013(12)
[7]生物炭对菜园土化学肥力的影响(英文)[J]. 伏广农,程根,官利兰,张新明. Agricultural Science & Technology. 2013(12)
[8]Responses of Ammonia-Oxidizing Bacteria and Archaea in Two Agricultural Soils to Nitrification Inhibitors DCD and DMPP: A Pot Experiment[J]. GONG Ping,ZHANG Li-Li,WU Zhi-Jie,CHEN Zhen-Hua,CHEN Li-Jun. Pedosphere. 2013(06)
[9]双氰胺在农业生态系统中的应用效果及其影响因素[J]. 戴宇,贺纪正,沈菊培. 应用生态学报. 2014(01)
[10]基于BaPS系统黑土硝化、反硝化和呼吸作用研究[J]. 杨靖民,姜旭,张忠庆,刘金华,高强. 吉林农业大学学报. 2014(01)
硕士论文
[1]亚热带四种主要森林土壤氨氧化微生物群落结构及多样性研究[D]. 刘卜榕.浙江农林大学 2012
[2]不同农业生产方式下菜地土壤氮素转化过程与N2O排放的研究[D]. 过燕琴.南京农业大学 2011
[3]上海城郊土壤硝化、反硝化作用及其影响因素研究[D]. 施振香.上海师范大学 2010
[4]南京郊区菜地上氮素的主要转化过程及其气态损失[D]. 金雪霞.南京农业大学 2004
本文编号：3251749
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