水稻土中光合微生物生长及铁还原过程对生物炭的响应

发布时间：2017-04-29 06:06

  本文关键词：水稻土中光合微生物生长及铁还原过程对生物炭的响应，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：生物炭是指动植物残体或者其他生物质在完全或部分缺氧的情况下,以相对“低温”(700℃)热解炭化后产生的一类高度芳香化难熔性固态高聚产物。目前,针对生物炭农业应用的研究十分广泛,主要表现在改良土壤、污染防控、温室气体减排和促进作物生长等方面,但是对生物炭施加到水稻土中对其中的铁氧化还原过程及稻田中光合微生物的生长的影响研究很少。在稻田生态系统中,由于淹水产生的厌氧环境可导致土壤中铁锰氧化物发生微生物介导的还原作用,鉴于铁在土壤中具有较高丰度,所以铁的氧化还原过程倍受关注。另一方面,与水生态环境密切相关的光合微生物及其代谢过程亦能够对稻田环境产生影响。光合微生物的产氧过程可改变土壤的氧化还原体系,使Mn(II)和Fe(II)氧化,从而影响到养分的有效性和重金属的形态。另外,水稻土在厌氧光照培养时可产生大量的蓝细菌,蓝细菌产生的藻毒素也会增加稻田土壤的环境风险。因此研究水稻田中光合微生物及铁还原过程对生物炭的响应对于生物炭在农田方面及抑制水体富营养化的应用有重要意义。本研究通过模拟水稻土淹水环境,采用泥浆厌氧培养探讨光合微生物生长及铁氧化还原过程对生物炭的响应,主要得到以下结论:1、生物炭的添加会影响水稻土中光合微生物的丰度和优势种群。生物炭对光合微生物叶绿素的合成有影响,且与土壤性质、培养时间、添加量及粒度有关。NX水稻土光照培养体系中,生物炭抑制叶绿素的合成,且抑制作用随添加量的增大而增大,生物炭添加量为4%时,0.25-0.5 mm的生物炭对叶绿素的合成抑制作用最小。TJ水稻土光照培养体系中,低生物炭添加的处理(1%、2%)能促进叶绿素的合成,随着添加量的增大抑制作用增大,生物炭添加量为4%时添加生物炭粒度较大的两个处理对叶绿素的合成有促进作用。SC水稻土光照培养体系中低生物炭添加处理(1%、2%)对叶绿素的合成有微弱促进作用,随着添加量增大,抑制作用增大,生物炭添加量为4%时添加生物炭粒度越大抑制作用越大。2、生物炭的添加能促进铁还原过程,且表现为添加量越大促进作用越大;生物炭添加会抑制光合作用过程,添加量越大抑制作用越大,生物炭对体系铁氧化过程的作用与生物炭添加量和土壤性质有关。TJ水稻土中,添加量为1%的处理对铁氧化的促进作用最大,添加量为4%的处理对铁氧化有抑制作用;NX水稻土中,添加量为8%和16%的处理对铁氧化有促进作用,其他处理均呈现抑制作用;SC水稻土中,添加量为1%的处理对铁氧化有抑制作用,其他处理均呈现促进作用,且添加量越大促进作用最大。3、光照条件下由于光合微生物大量生长,光合作用产生氧气能氧化体系中Fe(II),同时光合微生物的生长代谢过程能消耗CO2和HCO3-,使得体系pH上升。光合微生物物生长具有显著的抑制作用,粒度越大时对光合微生物生长抑制作用越明显。4、水溶性磷的固定与铁氧化过程呈负相关关系,与光合作用过程呈正相关关系。磷酸盐的添加能促进体系中水溶性磷酸盐的固定。避光条件下生物炭的添加能促进水溶性磷酸盐的固定;光照条件下生物炭的添加对水溶性磷酸盐的固定有抑制作用,一是生物炭能改变体系中的pH值,使得体系P的存在方式朝负电荷多的形态转化;二是生物炭会抑制光合微生物的生长,减少光合作用,进而抑制铁氧化物的生成,减少光合微生物与铁氧化物对水溶性磷的固定;三是铁-生物炭复合物的零点荷电低于单一铁氧化物,也会抑制光照条件下铁氧化物对水溶性磷酸盐的固定。
【关键词】：生物炭 光合微生物 铁还原过程 水稻土
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S154
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 文献综述12-24
• 1.1 生物炭的起源12
• 1.2 生物炭的物理化学性质12-13
• 1.3 生物炭的作用13-18
• 1.3.1 生物炭对土壤营养物质的改善13-16
• 1.3.2 生物炭对土壤化学性质的影响16
• 1.3.3 生物炭对土壤物理性质的影响16-17
• 1.3.4 水分相关17
• 1.3.5 生物炭与微生物的关系17-18
• 1.3.6 生物炭诱导作物产量的变化18
• 1.4 铁还原过程的环境意义18-21
• 1.4.1 抑制温室气体排放方面18-19
• 1.4.2 在无机污染防治方面的作用19-20
• 1.4.3 在有机污染防治方面的作用20
• 1.4.4 发展生物电池可生产清洁能源20-21
• 1.5 稻田中的光合微生物21-24
• 1.5.1 光合微生物的种类21
• 1.5.2 蓝细菌对稻田的潜在危害21-22
• 1.5.3 光合微生物与铁氧化还原的关系22-24
• 第二章 研究内容与方法24-28
• 2.1 研究目的及意义24
• 2.2 本研究中的主要科学问题24-25
• 2.3 研究内容25
• 2.3.1 添加不同用量生物炭对淹水土壤中蓝藻生长量的影响25
• 2.3.2 添加不同粒度生物炭对淹水土壤中蓝藻生长量的影响25
• 2.3.3 添加生物炭条件下淹水土壤中氧化铁还原与蓝藻生长量的关系25
• 2.3.4 添加生物炭对淹水土壤溶液中磷浓度及pH值的影响25
• 2.4 主要的研究方法25-27
• 2.4.1 供试材料25-26
• 2.4.2 试验设置与方法26
• 2.4.3 采样及测定方法26-27
• 2.5 拟解决的关键问题27
• 2.6 技术路线27-28
• 第三章 光合微生物的鉴定28-38
• 3.1 材料与方法28
• 3.1.1 供试材料28
• 3.1.2 光合色素吸收光谱特征比较试验28
• 3.2 结果与分析28-36
• 3.2.1 水稻土泥浆中光合微生物的镜检28-33
• 3.2.2 水稻土泥浆中光合微生物的光谱扫描33-36
• 3.3 讨论36-37
• 3.4 结论37-38
• 第四章 不同用量生物炭对光合微生物及铁还原的影响38-45
• 4.1 材料与方法38
• 4.1.1 供试材料38
• 4.1.2 试验设置与方法38
• 4.1.3 数据处理38
• 4.2 结果与分析38-42
• 4.2.1 添加不同用量生物炭处理中体系Fe(II)含量的变化38-40
• 4.2.2 添加不同用量生物炭处理中体系pH的变化40-42
• 4.2.3 添加不同用量生物炭处理中体系光合色素含量的变化42
• 4.3 讨论42-44
• 4.3.1 生物炭对体系pH的影响42-43
• 4.3.2 生物炭对体系铁还原过程的影响43
• 4.3.3 生物炭对体系铁氧化过程的贡献43-44
• 4.4 结论44-45
• 第五章 不同粒径生物炭对光合微生物及铁还原的影响45-55
• 5.1 材料与方法45
• 5.1.1 供试材料45
• 5.1.2 试验设置与方法45
• 5.1.3 数据处理45
• 5.2 结果与分析45-49
• 5.2.1 添加不同粒度生物炭处理中体系光合色素含量的变化45-47
• 5.2.2 添加不同粒度生物炭处理中体系pH值的变化47-48
• 5.2.3 添加不同粒度生物炭处理中体系Fe(II)含量的变化48-49
• 5.3 讨论49-54
• 5.3.1 光合微生物生长与土壤中铁氧化还原过程的关系49-50
• 5.3.2 添加生物炭对抑制光合微生物生产及铁氧化过程的贡献50-54
• 5.4 结论54-55
• 第六章 生物炭及磷酸盐的添加对光合微生物及铁还原的影响55-66
• 6.1 材料与方法55-56
• 6.1.1 供试材料55
• 6.1.2 试验设置与方法55-56
• 6.1.3 数据处理56
• 6.2 结果与分析56-60
• 6.2.1 添加磷酸盐及生物炭对体系Fe(II)含量的影响56-58
• 6.2.2 添加磷酸盐及生物炭对体系光合色素含量的影响58-59
• 6.2.3 添加磷酸盐及生物炭对体系水溶性磷酸盐含量的影响59-60
• 6.2.4 添加磷酸盐及生物炭对体系pH值的影响60
• 6.3 讨论60-64
• 6.3.1 生物炭的添加对水溶性磷酸盐的影响60-61
• 6.3.2 光合作用过程对水溶性磷酸盐的影响61-63
• 6.3.3 生物炭与磷酸盐的添加对培养体系生境的影响63-64
• 6.4 结论64-66
• 第七章 结论及未来研究展望66-68
• 7.1 研究获得的主要进展66-67
• 7.2 研究存在的不足之处67
• 7.3 未来研究展望67-68
• 参考文献68-77
• 致谢77-78
• 作者简介78

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