生化抑制剂对稻田氮素转化的影响及机理
发布时间：2022-02-24 23:55
氮肥在稻田易于损失，其当季利用率低。施用缓/控释肥是提高稻田氮肥利用率的有效途径，然而适宜的缓/控释肥料种类少。本文以脲酶抑制剂（N-丁基硫代磷酰三胺，NBPT）和硝化抑制剂（3,4-二甲基吡唑磷酸盐，DMPP）为实验对象，采用15N示踪的微区试验研究了生化抑制剂对稻田氮素损失的影响；采用田间试验研究了添加脲酶抑制剂时稻田氮肥的减施潜力、稻田适宜的脲酶抑制剂施用比例、脲酶抑制剂与硝化抑制剂配施下的土壤氮素供应特征；采用分子生态学方法研究了脲酶抑制剂与硝化抑制剂对土壤微生物群落结构以及功能微生物多样性的影响。研究取得以下进展：（1）15N示踪微区试验表明，添加NBPT或NBPT与DMPP配施可以显著提高水稻地上部氮素回收率和土壤残留氮量。与单施尿素处理相比，添加NBPT处理的氨挥发速率峰值降低27.04%，累积氨挥发损失量降低21.65%；NBPT与DMPP配施时，氨挥发速率峰值降低12.95%，累积氨挥发损失量降低13.58%；而添加DMPP时，氨挥发速率峰值增加23.61%，累积氨挥发损失量与单施尿素的差异不显著。对于降低稻田氨挥发损失，添加NBPT或NBPT与DMPP配施的两个处理...
【文章来源】：中国农业科学院北京市
【文章页数】：111 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
博士学位论文评阅人、答辩委员会签名表
摘要
Abstract
图目录
表目录
英文缩略表
第一章 绪论
1.1 稻田土壤氮素损失特征
1.1.1 氨挥发损失
1.1.2 硝化-反硝化损失
1.2 肥料氮素的缓/控释途径
1.3 氮肥生化抑制剂的作用机理
1.3.1 脲酶抑制剂
1.3.2 硝化抑制剂
1.4 氮肥生化抑制剂的应用效果
1.4.1 脲酶抑制剂
1.4.2 硝化抑制剂
1.5 本文研究契机与总体思路
1.5.1 研究契机
1.5.2 总体思路
第二章 材料与方法
2.1 ~(15)N 同位素试验
2.1.1 试验地点
2.1.2 试验材料
2.1.3 试验设计
2.1.4 样品采集
2.2 田间试验
2.2.1 脲酶抑制剂作用下的氮肥减施潜力
2.2.2 添加不同比例的脲酶抑制剂对土壤氮素供应的影响
2.2.3 脲酶抑制剂与硝化抑制剂配施下土壤氮素供应特征与微生物变化
2.3 测定方法
2.3.1 氨挥发监测
2.3.2 氧化亚氮（N_2O）排放监测
2.3.3 地表水与土壤中铵态氮与硝态氮含量测定
2.3.4 土壤中脲酶与硝酸还原酶活性测定
2.3.5 土壤微生物量碳、氮含量测定
2.3.6 土壤残留氮量与氮素回收率测定
2.3.7 土壤磷脂脂肪酸含量（PLFA）测定
2.3.8 土壤氨氧化菌与反硝化菌群落结构检测
2.3.9 氨氧化菌与反硝化菌相关基因的定量检测
2.4 数据处理
第三章 生化抑制剂作用下肥料氮素转化研究
3.1 氨挥发
3.1.1 氨挥发速率与累积氨挥发损失量
3.1.2 氨挥发累计损失量的两种方法比较
3.1.3 温度对氨挥发速率的影响
3.1.4 地表水铵态氮含量、pH 动态变化
3.1.5 氨挥发影响因子与氨挥发速率的相关性分析
3.2 氧化亚氮排放
3.2.1 氧化亚氮排放通量
3.2.2 氧化亚氮累积排放量
3.2.3 土壤硝态氮含量动态变化
3.3 作物氮素吸收与土壤氮素残留
3.3.1 地上部氮素回收率
3.3.2 土壤残留氮量
3.4 肥料~(15)N 的去向
3.5 讨论
3.5.1 氨挥发
3.5.2 N_2O 排放
3.5.3 植株氮素回收与土壤氮素残留
3.5.4 肥料~(15)N 的去向
3.6 小结
第四章 生化抑制剂作用下土壤氮素供应特征
4.1 脲酶抑制剂作用下氮肥的减施潜力
4.1.1 水稻产量
4.1.2 氮素回收率
4.1.3 土壤脲酶与硝酸还原酶活性
4.1.4 土壤铵态氮和硝态氮含量
4.1.5 土壤微生物量碳、氮含量
4.1.6 土壤特性与产量的相关性
4.2 添加不同比例的脲酶抑制剂对土壤氮素供应的影响
4.2.1 水稻产量
4.2.2 氮素回收率
4.2.3 土壤脲酶与硝酸还原酶活性
4.2.4 土壤铵态氮和硝态氮含量
4.2.5 土壤微生物量碳、氮含量
4.2.6 土壤特性与产量的相关性
4.3 脲酶抑制剂与硝化抑制剂配施下土壤氮素供应特征
4.3.1 水稻产量
4.3.2 氮素回收率
4.3.3 土壤脲酶与硝酸还原酶活性
4.3.4 土壤铵态氮与硝态氮含量
4.3.5 土壤微生物量碳、氮含量
4.3.6 土壤特性与产量的相关性
4.4 讨论
4.4.1 脲酶抑制剂作用下氮肥的减施潜力
4.4.2 添加不同比例的脲酶抑制剂对土壤氮素供应的影响
4.4.3 脲酶抑制剂与硝化抑制剂配施下土壤氮素供应特征
4.5 小结
第五章 生化抑制剂作用下土壤微生物变化
5.1 土壤磷脂脂肪酸（PLFA）含量的变化
5.1.1 土壤中 PLFA 总量及各单体的含量
5.1.2 土壤中各单体 PLFA 的相对含量
5.1.3 不同菌群 PLFA 的相对含量
5.1.4 土壤 PLFA 的主成分分析
5.2 氨氧化细菌(AOB)与氨氧化古菌(AOA)的群落结构的变化
5.2.1 氨氧化细菌的 DGGE 图谱分析
5.2.2 氨氧化细菌 amoA 基因的定量分析
5.2.3 氨氧化古菌的 DGGE 图谱分析
5.2.4 氨氧化古菌 amoA 基因的定量分析
5.3 反硝化细菌（nirK 型）群落结构的变化
5.3.1 反硝化细菌 nirK 基因的 DGGE 图谱分析
5.3.2 反硝化细菌 nirK 基因的定量分析
5.4 讨论
5.4.1 土壤磷脂脂肪酸（PLFA）含量的变化
5.4.2 土壤氨氧化细菌、氨氧化古菌与反硝化细菌的群落结构变化
5.5 小结
第六章 全文结论
6.1 研究结论
6.2 创新点
6.3 展望
参考文献
致谢
作者简介
【参考文献】：
期刊论文
[1]Nitrogen Use Efficiency as Affected by Phosphorus and Potassium in Long-Term Rice and Wheat Experiments[J]. DUAN Ying-hua,SHI Xiao-jun,LI Shuang-lai,SUN Xi-fa,HE Xin-hua. Journal of Integrative Agriculture. 2014(03)
[2]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)
[3]我国双季稻生产机械化制约因子与发展对策[J]. 朱德峰,陈惠哲,徐一成,张玉屏. 中国稻米. 2013(04)
[4]土壤氮素转化的关键微生物过程及机制[J]. 贺纪正,张丽梅. 微生物学通报. 2013(01)
[5]硝化抑制剂对蔬菜土硝化和反硝化细菌的影响[J]. 杨扬,孟德龙,秦红灵,吴敏娜,朱亦君,魏文学. 生态学报. 2012(21)
[6]Effcts of Irrigation Patterns and Nitrogen Fertilization on Rice Yield and Microbial Community Structure in Paddy Soil[J]. I. H. SHAMSI. Pedosphere. 2012(05)
[7]长期施肥对玉米生育期土壤微生物量碳氮及酶活性的影响[J]. 马晓霞,王莲莲,黎青慧,李花,张树兰,孙本华,杨学云. 生态学报. 2012(17)
[8]Effects of Nitrogen Application Levels on Ammonia Volatilization and Nitrogen Utilization during Rice Growing Season[J]. LIN Zhong-cheng1,2,DAI Qi-gen1,YE Shi-chao1,3,WU Fu-guan2,JIA Yu-shu3,CHEN Jing-dou1,XU Lu-sheng2,ZHANG Hong-cheng1,HUO Zhong-yang1,XU Ke1,WEI Hai-yan1(1Key Laboratory of Crop Genetics and Physiology of Jiangsu Province /Innovation Center of Rice Cultivation Technology in Yangtze Valley,Ministry of Agriculture,Yangzhou University,Yangzhou 225009,China;2Agriculture Committee of Wujiang County,Jiangsu Province,Wujiang 215200,China;3Agriculture Bureau of Guannan County,Jiangsu Province,Guannan 222500,China). Rice Science. 2012(02)
[9]施肥对巢湖流域稻季氨挥发损失的影响[J]. 朱小红,马中文,马友华,张丽娟,汪丽婷,徐宏军,肖圣辉. 生态学报. 2012(07)
[10]不同施氮量下双季稻连作体系土壤氨挥发损失研究[J]. 王淳,周卫,李祖章,刘秀梅,孙刚,夏文建,王秀斌,刘光荣. 植物营养与肥料学报. 2012(02)
博士论文
[1]脲酶结构与功能的动力学研究及其抑制剂的设计筛选[D]. 吕婧.浙江大学 2011
[2]典型种植制度下长期施肥对土壤微生物群落多样性的影响[D]. 裴雪霞.中国农业科学院 2010
[3]优化施氮下冬小麦/夏玉米轮作农田氮素循环与平衡研究[D]. 王秀斌.中国农业科学院 2009
本文编号：3643707
【文章来源】：中国农业科学院北京市
【文章页数】：111 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
博士学位论文评阅人、答辩委员会签名表
摘要
Abstract
图目录
表目录
英文缩略表
第一章 绪论
1.1 稻田土壤氮素损失特征
1.1.1 氨挥发损失
1.1.2 硝化-反硝化损失
1.2 肥料氮素的缓/控释途径
1.3 氮肥生化抑制剂的作用机理
1.3.1 脲酶抑制剂
1.3.2 硝化抑制剂
1.4 氮肥生化抑制剂的应用效果
1.4.1 脲酶抑制剂
1.4.2 硝化抑制剂
1.5 本文研究契机与总体思路
1.5.1 研究契机
1.5.2 总体思路
第二章 材料与方法
2.1 ~(15)N 同位素试验
2.1.1 试验地点
2.1.2 试验材料
2.1.3 试验设计
2.1.4 样品采集
2.2 田间试验
2.2.1 脲酶抑制剂作用下的氮肥减施潜力
2.2.2 添加不同比例的脲酶抑制剂对土壤氮素供应的影响
2.2.3 脲酶抑制剂与硝化抑制剂配施下土壤氮素供应特征与微生物变化
2.3 测定方法
2.3.1 氨挥发监测
2.3.2 氧化亚氮（N_2O）排放监测
2.3.3 地表水与土壤中铵态氮与硝态氮含量测定
2.3.4 土壤中脲酶与硝酸还原酶活性测定
2.3.5 土壤微生物量碳、氮含量测定
2.3.6 土壤残留氮量与氮素回收率测定
2.3.7 土壤磷脂脂肪酸含量（PLFA）测定
2.3.8 土壤氨氧化菌与反硝化菌群落结构检测
2.3.9 氨氧化菌与反硝化菌相关基因的定量检测
2.4 数据处理
第三章 生化抑制剂作用下肥料氮素转化研究
3.1 氨挥发
3.1.1 氨挥发速率与累积氨挥发损失量
3.1.2 氨挥发累计损失量的两种方法比较
3.1.3 温度对氨挥发速率的影响
3.1.4 地表水铵态氮含量、pH 动态变化
3.1.5 氨挥发影响因子与氨挥发速率的相关性分析
3.2 氧化亚氮排放
3.2.1 氧化亚氮排放通量
3.2.2 氧化亚氮累积排放量
3.2.3 土壤硝态氮含量动态变化
3.3 作物氮素吸收与土壤氮素残留
3.3.1 地上部氮素回收率
3.3.2 土壤残留氮量
3.4 肥料~(15)N 的去向
3.5 讨论
3.5.1 氨挥发
3.5.2 N_2O 排放
3.5.3 植株氮素回收与土壤氮素残留
3.5.4 肥料~(15)N 的去向
3.6 小结
第四章 生化抑制剂作用下土壤氮素供应特征
4.1 脲酶抑制剂作用下氮肥的减施潜力
4.1.1 水稻产量
4.1.2 氮素回收率
4.1.3 土壤脲酶与硝酸还原酶活性
4.1.4 土壤铵态氮和硝态氮含量
4.1.5 土壤微生物量碳、氮含量
4.1.6 土壤特性与产量的相关性
4.2 添加不同比例的脲酶抑制剂对土壤氮素供应的影响
4.2.1 水稻产量
4.2.2 氮素回收率
4.2.3 土壤脲酶与硝酸还原酶活性
4.2.4 土壤铵态氮和硝态氮含量
4.2.5 土壤微生物量碳、氮含量
4.2.6 土壤特性与产量的相关性
4.3 脲酶抑制剂与硝化抑制剂配施下土壤氮素供应特征
4.3.1 水稻产量
4.3.2 氮素回收率
4.3.3 土壤脲酶与硝酸还原酶活性
4.3.4 土壤铵态氮与硝态氮含量
4.3.5 土壤微生物量碳、氮含量
4.3.6 土壤特性与产量的相关性
4.4 讨论
4.4.1 脲酶抑制剂作用下氮肥的减施潜力
4.4.2 添加不同比例的脲酶抑制剂对土壤氮素供应的影响
4.4.3 脲酶抑制剂与硝化抑制剂配施下土壤氮素供应特征
4.5 小结
第五章 生化抑制剂作用下土壤微生物变化
5.1 土壤磷脂脂肪酸（PLFA）含量的变化
5.1.1 土壤中 PLFA 总量及各单体的含量
5.1.2 土壤中各单体 PLFA 的相对含量
5.1.3 不同菌群 PLFA 的相对含量
5.1.4 土壤 PLFA 的主成分分析
5.2 氨氧化细菌(AOB)与氨氧化古菌(AOA)的群落结构的变化
5.2.1 氨氧化细菌的 DGGE 图谱分析
5.2.2 氨氧化细菌 amoA 基因的定量分析
5.2.3 氨氧化古菌的 DGGE 图谱分析
5.2.4 氨氧化古菌 amoA 基因的定量分析
5.3 反硝化细菌（nirK 型）群落结构的变化
5.3.1 反硝化细菌 nirK 基因的 DGGE 图谱分析
5.3.2 反硝化细菌 nirK 基因的定量分析
5.4 讨论
5.4.1 土壤磷脂脂肪酸（PLFA）含量的变化
5.4.2 土壤氨氧化细菌、氨氧化古菌与反硝化细菌的群落结构变化
5.5 小结
第六章 全文结论
6.1 研究结论
6.2 创新点
6.3 展望
参考文献
致谢
作者简介
【参考文献】：
期刊论文
[1]Nitrogen Use Efficiency as Affected by Phosphorus and Potassium in Long-Term Rice and Wheat Experiments[J]. DUAN Ying-hua,SHI Xiao-jun,LI Shuang-lai,SUN Xi-fa,HE Xin-hua. Journal of Integrative Agriculture. 2014(03)
[2]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)
[3]我国双季稻生产机械化制约因子与发展对策[J]. 朱德峰,陈惠哲,徐一成,张玉屏. 中国稻米. 2013(04)
[4]土壤氮素转化的关键微生物过程及机制[J]. 贺纪正,张丽梅. 微生物学通报. 2013(01)
[5]硝化抑制剂对蔬菜土硝化和反硝化细菌的影响[J]. 杨扬,孟德龙,秦红灵,吴敏娜,朱亦君,魏文学. 生态学报. 2012(21)
[6]Effcts of Irrigation Patterns and Nitrogen Fertilization on Rice Yield and Microbial Community Structure in Paddy Soil[J]. I. H. SHAMSI. Pedosphere. 2012(05)
[7]长期施肥对玉米生育期土壤微生物量碳氮及酶活性的影响[J]. 马晓霞,王莲莲,黎青慧,李花,张树兰,孙本华,杨学云. 生态学报. 2012(17)
[8]Effects of Nitrogen Application Levels on Ammonia Volatilization and Nitrogen Utilization during Rice Growing Season[J]. LIN Zhong-cheng1,2,DAI Qi-gen1,YE Shi-chao1,3,WU Fu-guan2,JIA Yu-shu3,CHEN Jing-dou1,XU Lu-sheng2,ZHANG Hong-cheng1,HUO Zhong-yang1,XU Ke1,WEI Hai-yan1(1Key Laboratory of Crop Genetics and Physiology of Jiangsu Province /Innovation Center of Rice Cultivation Technology in Yangtze Valley,Ministry of Agriculture,Yangzhou University,Yangzhou 225009,China;2Agriculture Committee of Wujiang County,Jiangsu Province,Wujiang 215200,China;3Agriculture Bureau of Guannan County,Jiangsu Province,Guannan 222500,China). Rice Science. 2012(02)
[9]施肥对巢湖流域稻季氨挥发损失的影响[J]. 朱小红,马中文,马友华,张丽娟,汪丽婷,徐宏军,肖圣辉. 生态学报. 2012(07)
[10]不同施氮量下双季稻连作体系土壤氨挥发损失研究[J]. 王淳,周卫,李祖章,刘秀梅,孙刚,夏文建,王秀斌,刘光荣. 植物营养与肥料学报. 2012(02)
博士论文
[1]脲酶结构与功能的动力学研究及其抑制剂的设计筛选[D]. 吕婧.浙江大学 2011
[2]典型种植制度下长期施肥对土壤微生物群落多样性的影响[D]. 裴雪霞.中国农业科学院 2010
[3]优化施氮下冬小麦/夏玉米轮作农田氮素循环与平衡研究[D]. 王秀斌.中国农业科学院 2009
本文编号：3643707
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