大气CO 2 浓度升高条件下作物光合碳在黑土中转化过程及微生物群落结构特征
发布时间：2022-02-28 20:01
大气二氧化碳（CO2）浓度升高促进植物的光合作用过程,并改变植物光合同化碳向土壤中释放的质和量。在根际,根系脱落物为土壤微生物提供基础的养分和能量来源,高CO2浓度条件下根际及根系沉积物数量和质量的改变会相应影响到土壤微生物的活性、群落结构及功能。还田的秸秆在土壤微生物的作用下进行分解矿化,CO2浓度升高导致植物残体内物质组成发生相应的改变,继而引起参与降解残体微生物群落结构的响应。鉴于土壤微生物在影响土壤养分循环方面的关键作用,大气CO2浓度升高条件下参与植物光合同化碳转化的土壤微生物将很大程度上影响未来气候变化条件下土壤碳库的稳定性。本论文旨在揭示大气CO2浓度升高对作物光合碳在黑土中的转化过程及与之相关的细菌群落结构特征的影响。研究采用13C稳定同位素示踪技术结合Illumina高通量测序技术解析参与大豆光合碳转化的土壤细菌群落结构特征,明确不同CO2浓度条件下利用大豆光合碳的根际细菌群落结构及多样性差异。利用成熟后的作物秸秆在...
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院东北地理与农业生态研究所)吉林省
【文章页数】：118 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 引言
1.1 选题背景和意义
1.2 国内外研究进展
1.2.1 CO_2浓度升高对植物生育期内光合碳在土壤中转化的影响
1.2.2 CO_2浓度升高对土壤有机碳库的影响
1.2.3 微生物在植物残体降解中的作用
1.2.4 稳定性碳同位素技术在植物土壤系统碳循环中的应用
1.3 研究内容
1.3.1 CO_2浓度升高影响参与大豆光合碳转化的根际微生物分子生态特征
1.3.2 CO_2浓度升高下的大豆秸秆还田对黑土颗粒有机碳库的影响
1.3.3 CO_2浓度升高对参与大豆茎秆腐解的细菌群落结构的影响
1.3.4 CO_2浓度升高下的小麦秸秆还田对黑土颗粒有机碳库的影响
1.3.5 CO_2浓度升高下的小麦秸秆还田对土壤细菌群落结构特征的影响.
1.4 技术路线
1.5 论文创新点
第2章 CO_2浓度升高影响参与大豆光合碳转化的根际微生物分子生态特征
2.1 材料与方法
2.1.1 试验设计
2.1.2 试验土壤
2.1.3 大豆生长管理
2.1.4 ~(13)CO_2标记及取样
2.1.5 土壤铵态氮与硝态氮含量的测定
2.1.6 土壤MBC和DOC含量的测定
2.1.7 土壤DNA提取及DNA-SIP
2.1.8 高通量测序及数据分析
2.1.9 差异显著性比较
2.2 结果与分析
2.2.1 大豆生物量和根际土壤生物化学性质
2.2.2 ~(13)C-DNA的分层
2.2.3 ~(13)C-DNA组分中的细菌群落组成
2.2.4 ~(13)C-DNA组分中的菌属对CO_2浓度升高的响应
2.3 讨论
2.4 小结
第3章 CO_2浓度升高下的大豆秸秆还田对黑土颗粒有机碳库的影响
3.1 材料与方法
3.1.1 试验设计及OTC生长室
3.1.2 试验土壤
3.1.3 大豆品种
3.1.4 取样及土壤颗粒有机碳分组
3.1.5 计算与数理统计
3.2 结果与分析
3.2.1 CO_2浓度升高下秸秆还田对大豆产量的影响
3.2.2 CO_2浓度升高下秸秆还田对土壤全碳、全氮含量的影响
3.2.3 CO_2浓度升高对土壤颗粒有机碳库中碳含量的影响
3.2.4 CO_2浓度升高对土壤颗粒有机碳库中氮含量的影响
3.3 讨论
3.4 小结
第4章 CO_2浓度升高对参与大豆茎秆腐解的细菌群落结构的影响
4.1 材料与方法
4.1.1 试验设计
4.1.2 试验土壤与作物材料
4.1.3 土壤培养与试验装置
4.1.4 土壤DNA提取及DNA-SIP
4.1.5 高通量测序及数据分析
4.2 结果与分析
4.2.1 高CO_2浓度对细菌群落多样性总体影响
4.2.2 土壤细菌群落分布随残体和培养时期的总体变化规律
4.2.3 高CO_2浓度对土壤细菌整体群落结构的影响规律
4.2.4 高CO_2浓度对利用残体碳的土壤细菌群落结构的影响
4.3 讨论
4.4 小结
第5章 CO_2浓度升高下的小麦残体还田对黑土颗粒有机碳的影响
5.1 材料与方法
5.1.1 试验设计
5.1.2 试验土壤与作物材料
5.1.3 试验装置与土壤培养
5.1.4 土壤呼吸测定方法
5.1.5 土壤颗粒有机碳分组
5.1.6 计算与数理统计
5.2 结果与分析
5.2.1 土壤全C含量和生物化学性质的变化
5.2.2 土壤累积呼吸随时期变化过程
5.2.3 土壤颗粒有机碳各组分中有机碳和残体碳含量变化
5.3 讨论
5.4 小结
第6章 CO_2浓度升高下的小麦秸秆还田对土壤细菌群落结构特征的影响
6.1 材料与方法
6.1.1 试验设计
6.1.2 试验土壤与作物材料
6.1.3 试验装置与土壤培养
6.1.4 土壤DNA提取和实时荧光定量PCR
6.1.5 高通量测序及数据分析
6.1.6 计算与数理统计
6.2 结果与分析
6.2.1 土壤细菌16SrRNA拷贝数动态变化规律
6.2.2 土壤细菌群落结构总体变化
6.2.3 土壤细菌群落与土壤环境因子间相关分析
6.2.4 不同秸秆添加处理中细菌群落的分布
6.3 讨论
6.4 小结
第7章 结论与展望
7.1 研究结论
7.2 本研究的不足之处
7.3 研究展望
参考文献
附录
致谢
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]外源有机碳对黑土有机碳及颗粒有机碳的影响[J]. 曲晓晶,吴景贵,李建明,胡娟,张乐乐. 水土保持学报. 2017(05)
[2]黑土区水稻土水稳性团聚体有机碳及其颗粒有机碳的分布特征[J]. 徐文静,丛耀辉,张玉玲,段鹏鹏,范庆锋,张玉龙. 水土保持学报. 2016(04)
[3]大豆新品种东生7号的特征特性及栽培技术[J]. 刘立岩. 农村实用科技信息. 2014(10)
[4]不同施氮量下水稻分蘖期光合碳向土壤碳库的输入及其分配的量化研究:13C连续标记法[J]. 谭立敏,吴昊,李卉,周萍,李科林,王久荣,葛体达,袁红朝,吴金水. 环境科学. 2014(05)
[5]秸秆添加对土壤有机碳库分解转化和组成的影响[J]. 夏海勇,王凯荣,赵庆雷,张正. 中国生态农业学报. 2014(04)
[6]土壤活性有机碳分组及测定方法[J]. 胡海清,陆昕,孙龙. 森林工程. 2012(05)
[7]不同有机物料还田对东北黑土活性有机碳的影响[J]. 梁尧,韩晓增,宋春,李海波. 中国农业科学. 2011(17)
[8]长期施肥对小麦-玉米作物系统土壤颗粒有机碳和氮的影响[J]. 龚伟,颜晓元,蔡祖聪,王景燕,胡庭兴,宫渊波,冉华. 应用生态学报. 2008(11)
[9]利用方式对紫色水稻土有机碳与颗粒态有机碳的影响[J]. 黄雪夏,唐晓红,魏朝富,谢德体. 生态环境. 2007(04)
[10]垄作免耕下紫色水稻土有机碳的分布特征[J]. 唐晓红,邵景安,黄雪夏,魏朝富,谢德体,潘根兴. 土壤学报. 2007(02)
硕士论文
[1]小麦和玉米植株残体及其生物炭腐解对土壤碳氮含量的影响[D]. 把余玲.西北农林科技大学 2013
本文编号：3645488
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院东北地理与农业生态研究所)吉林省
【文章页数】：118 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 引言
1.1 选题背景和意义
1.2 国内外研究进展
1.2.1 CO_2浓度升高对植物生育期内光合碳在土壤中转化的影响
1.2.2 CO_2浓度升高对土壤有机碳库的影响
1.2.3 微生物在植物残体降解中的作用
1.2.4 稳定性碳同位素技术在植物土壤系统碳循环中的应用
1.3 研究内容
1.3.1 CO_2浓度升高影响参与大豆光合碳转化的根际微生物分子生态特征
1.3.2 CO_2浓度升高下的大豆秸秆还田对黑土颗粒有机碳库的影响
1.3.3 CO_2浓度升高对参与大豆茎秆腐解的细菌群落结构的影响
1.3.4 CO_2浓度升高下的小麦秸秆还田对黑土颗粒有机碳库的影响
1.3.5 CO_2浓度升高下的小麦秸秆还田对土壤细菌群落结构特征的影响.
1.4 技术路线
1.5 论文创新点
第2章 CO_2浓度升高影响参与大豆光合碳转化的根际微生物分子生态特征
2.1 材料与方法
2.1.1 试验设计
2.1.2 试验土壤
2.1.3 大豆生长管理
2.1.4 ~(13)CO_2标记及取样
2.1.5 土壤铵态氮与硝态氮含量的测定
2.1.6 土壤MBC和DOC含量的测定
2.1.7 土壤DNA提取及DNA-SIP
2.1.8 高通量测序及数据分析
2.1.9 差异显著性比较
2.2 结果与分析
2.2.1 大豆生物量和根际土壤生物化学性质
2.2.2 ~(13)C-DNA的分层
2.2.3 ~(13)C-DNA组分中的细菌群落组成
2.2.4 ~(13)C-DNA组分中的菌属对CO_2浓度升高的响应
2.3 讨论
2.4 小结
第3章 CO_2浓度升高下的大豆秸秆还田对黑土颗粒有机碳库的影响
3.1 材料与方法
3.1.1 试验设计及OTC生长室
3.1.2 试验土壤
3.1.3 大豆品种
3.1.4 取样及土壤颗粒有机碳分组
3.1.5 计算与数理统计
3.2 结果与分析
3.2.1 CO_2浓度升高下秸秆还田对大豆产量的影响
3.2.2 CO_2浓度升高下秸秆还田对土壤全碳、全氮含量的影响
3.2.3 CO_2浓度升高对土壤颗粒有机碳库中碳含量的影响
3.2.4 CO_2浓度升高对土壤颗粒有机碳库中氮含量的影响
3.3 讨论
3.4 小结
第4章 CO_2浓度升高对参与大豆茎秆腐解的细菌群落结构的影响
4.1 材料与方法
4.1.1 试验设计
4.1.2 试验土壤与作物材料
4.1.3 土壤培养与试验装置
4.1.4 土壤DNA提取及DNA-SIP
4.1.5 高通量测序及数据分析
4.2 结果与分析
4.2.1 高CO_2浓度对细菌群落多样性总体影响
4.2.2 土壤细菌群落分布随残体和培养时期的总体变化规律
4.2.3 高CO_2浓度对土壤细菌整体群落结构的影响规律
4.2.4 高CO_2浓度对利用残体碳的土壤细菌群落结构的影响
4.3 讨论
4.4 小结
第5章 CO_2浓度升高下的小麦残体还田对黑土颗粒有机碳的影响
5.1 材料与方法
5.1.1 试验设计
5.1.2 试验土壤与作物材料
5.1.3 试验装置与土壤培养
5.1.4 土壤呼吸测定方法
5.1.5 土壤颗粒有机碳分组
5.1.6 计算与数理统计
5.2 结果与分析
5.2.1 土壤全C含量和生物化学性质的变化
5.2.2 土壤累积呼吸随时期变化过程
5.2.3 土壤颗粒有机碳各组分中有机碳和残体碳含量变化
5.3 讨论
5.4 小结
第6章 CO_2浓度升高下的小麦秸秆还田对土壤细菌群落结构特征的影响
6.1 材料与方法
6.1.1 试验设计
6.1.2 试验土壤与作物材料
6.1.3 试验装置与土壤培养
6.1.4 土壤DNA提取和实时荧光定量PCR
6.1.5 高通量测序及数据分析
6.1.6 计算与数理统计
6.2 结果与分析
6.2.1 土壤细菌16SrRNA拷贝数动态变化规律
6.2.2 土壤细菌群落结构总体变化
6.2.3 土壤细菌群落与土壤环境因子间相关分析
6.2.4 不同秸秆添加处理中细菌群落的分布
6.3 讨论
6.4 小结
第7章 结论与展望
7.1 研究结论
7.2 本研究的不足之处
7.3 研究展望
参考文献
附录
致谢
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]外源有机碳对黑土有机碳及颗粒有机碳的影响[J]. 曲晓晶,吴景贵,李建明,胡娟,张乐乐. 水土保持学报. 2017(05)
[2]黑土区水稻土水稳性团聚体有机碳及其颗粒有机碳的分布特征[J]. 徐文静,丛耀辉,张玉玲,段鹏鹏,范庆锋,张玉龙. 水土保持学报. 2016(04)
[3]大豆新品种东生7号的特征特性及栽培技术[J]. 刘立岩. 农村实用科技信息. 2014(10)
[4]不同施氮量下水稻分蘖期光合碳向土壤碳库的输入及其分配的量化研究:13C连续标记法[J]. 谭立敏,吴昊,李卉,周萍,李科林,王久荣,葛体达,袁红朝,吴金水. 环境科学. 2014(05)
[5]秸秆添加对土壤有机碳库分解转化和组成的影响[J]. 夏海勇,王凯荣,赵庆雷,张正. 中国生态农业学报. 2014(04)
[6]土壤活性有机碳分组及测定方法[J]. 胡海清,陆昕,孙龙. 森林工程. 2012(05)
[7]不同有机物料还田对东北黑土活性有机碳的影响[J]. 梁尧,韩晓增,宋春,李海波. 中国农业科学. 2011(17)
[8]长期施肥对小麦-玉米作物系统土壤颗粒有机碳和氮的影响[J]. 龚伟,颜晓元,蔡祖聪,王景燕,胡庭兴,宫渊波,冉华. 应用生态学报. 2008(11)
[9]利用方式对紫色水稻土有机碳与颗粒态有机碳的影响[J]. 黄雪夏,唐晓红,魏朝富,谢德体. 生态环境. 2007(04)
[10]垄作免耕下紫色水稻土有机碳的分布特征[J]. 唐晓红,邵景安,黄雪夏,魏朝富,谢德体,潘根兴. 土壤学报. 2007(02)
硕士论文
[1]小麦和玉米植株残体及其生物炭腐解对土壤碳氮含量的影响[D]. 把余玲.西北农林科技大学 2013
本文编号：3645488
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/nykj/3645488.html
