生物炭添加对农田土壤微生物特征的影响

发布时间：2017-09-20 13:31

  本文关键词：生物炭添加对农田土壤微生物特征的影响

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【摘要】：生物炭在土壤固碳减排、作物增产、资源可持续发展等方面日益凸显出其巨大的生态效益、经济效益和环境效益,并逐渐受到各界的认可,但对农田土壤微生物生态系统稳定性的影响机制却并未达成共识。本研究采用田间微区试验的方法,设置不同的生物炭添加量梯度(CK(0thm-2)、C1(22.5t hm-2)、C3(67.5 t hm-2)和C5(112.5 thm-2))和不同的添加方式(C1-3：22.5 thm-2连续添加三年),探究生物炭添加后土壤微生物特征(土壤微生物生物量碳、磷脂脂肪酸和氨基糖)的变化情况。研究结果如下：1.生物炭的添加显著(p0.05)提高了整个生长期土壤微生物生物量碳(MBC)的含量,增幅为80.63%～107.24%,表现为：生物炭添加量越大,土壤MBC含量越高,这跟生物炭改变了土壤的理化性质(如含水量、土壤紧实度等)等有关。生物炭的添加也影响了土壤MBC的季节波动变化,表现为：同一生长期不同生物炭添加量水平下,土壤MBC含量的增加幅度不同,并且各生物炭添加处理下土壤MBC的增加幅度随季节波动而各异。处理C1-3土壤MBC显著高于C3(26.06%),表明生物炭连年添加方式对土壤MBC的促进作用要优于一次性添加方式。2.生物炭促进了土壤微生物的生长,改变了微生物的数量和群落结构,即改变了土壤微生物生态系统的稳定性,表现为：不同生长期土壤PLFA对生物炭添加的响应不同,土壤总微生物PLFA含量在生长前期(出苗期)随生物炭添加量的增大而降低,在生长旺盛期及后期随生物炭添加量的增大而升高,但土壤总PLFA随季节变化不明显；生物炭一次性添加方式对土壤PLFA的促进作用要高于连年添加方式,生物炭对土壤PLFA的影响是微生物、生物炭、土壤和植物体共同作用的结果。土壤Fun-PLFA (Fungal PLFA,真菌磷脂脂肪酸)和Bac-PLFA (Bacterial PLFA,细菌磷脂脂肪酸)含量与土壤总PLFA含量之间具有很好的相关性。土壤Fun-PLFA和Bac-PLFA含量受季节波动的影响较大,但土壤Fun/Bac-PLFA(真细菌磷脂脂肪酸含量比)除出苗期外,随季节的变化并不明显。同一生长期,不同生物炭添加量对真菌生长的促进作用要高于细菌,同一生长期土壤Fun/Bac-PLFA随生物炭添加量的增大而增大,表明生物炭对土壤PLFA的影响跟菌种有关。生物炭的添加增加了土壤中Act-PLFA (Actinomycelial PLFA,放线菌磷脂脂肪酸)和AMF-PLFA(Arbuscular Mycorrhizal Fungi,丛植菌根真菌磷脂脂肪酸)的含量,且AMF-PLFA含量随季节波动的变化较大,因为AMF的生长繁殖跟作物的长势有关。土壤中G+/G--PLFA(ratio of gram positive bacterial PLFA to gram negative bacterial PLFA)随生物炭添加量的增加而逐渐降低,出苗期降低幅度最大,随作物的生长逐渐趋于某一数值,表明G+/G--PLFA对生物炭添加的响应并无明显的季节波动现象并且革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌群落结构随作物的生长逐渐趋于稳定。3.整体上,生物炭施入土壤后,各生长期之间土壤总氨基糖含量随季节波动并无明显变化；而不同生物炭添加水平下,土壤总氨基糖含量均表现出不同的季节波动变化,且变化幅度跟生物炭添加量有关。生物炭添加基本促进了整个生长期土壤总氨基糖的积累(最大为10.92%),但各处理组土壤总氨基糖净积累量均小于对照组CK(15.72%)。生物炭对各个生长期土壤真菌来源的GluN含量的影响不一致,在生长前期和旺盛期生物炭促进了土壤GluN的积累,而生长后期生物炭的添加却降低了土壤GluN的积累,表明生物炭对土壤真菌的影响因生长期和生物炭添加量的不同而不同。土壤中细菌来源的MurA含量变化趋势与真菌来源的GluN相似,说明真菌和细菌对生物炭的响应具有同步性。生物炭对真菌和细菌的促进作用存在某一添加量阈值(C1),生物炭添加量低于或者超过Cl(22.5 t hm-2)都会减弱对真菌和细菌生长的促进作用甚至抑制真菌和细菌的繁殖。土壤真菌和细菌对生物炭的响应具有同步性,同时生物炭添加对土壤细菌残体积累的影响大于真菌,说明细菌残留物对土壤有机质的相对贡献要高于真菌,生物炭影响土壤有机质转化的过程是调节作用过程。虽然土壤中细菌残留物对土壤有机质的相对贡献高于真菌,但土壤中真菌残留物的绝对积累量远高于细菌。因此,真菌对土壤有机质的长期稳定保持仍然具有重要意义。4.对来源于土壤微生物的活体细胞膜成分磷脂脂肪酸(PLFA)和死亡残体细胞壁成分氨基糖的分析发现,土壤Fun/Bac-PLFA增大,而GluN/MurA减小。说明：相对细菌,生物炭的添加更促进了土壤中真菌的生长繁殖,但是生物炭对细菌的保护作用强于真菌。
【关键词】：生物炭 土壤 微生物生物量碳 磷脂脂肪酸 氨基糖
【学位授予单位】：沈阳农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S154.3
【目录】：

• 摘要10-12
• Abstract12-15
• 第一章 前言15-27
• 1.1 课题来源15
• 1.2 研究背景15-17
• 1.3 文献综述17-24
• 1.3.1 生物炭特性17
• 1.3.2 生物炭添加对土壤理化性质及作物生长的影响17-19
• 1.3.3 生物炭添加对土壤微生物生物量碳的影响19-20
• 1.3.4 生物炭添加对土壤磷脂脂肪酸的影响20-22
• 1.3.5 土壤氨基糖的研究综述22-24
• 1.4 研究目的、意义和技术路线24-25
• 1.5 生物炭应用的潜在风险25-27
• 第二章 材料与方法27-34
• 2.1 试验样地概况及供试材料27-28
• 2.2 试验试剂与器材28-29
• 2.2.1 试验试剂28
• 2.2.2 分析测定仪器28-29
• 2.3 试验方法29-33
• 2.3.1 土壤中微生物生物量碳的测定方法29-30
• 2.3.2 土壤中磷脂脂肪酸的测定方法30-32
• 2.3.3 土壤中氨基糖的测定方法32-33
• 2.4 数据分析33-34
• 第三章 生物炭添加对土壤微生物生物量碳的影响34-38
• 3.1 结果与分析34-35
• 3.1.1 各处理组土壤微生物生物量碳的含量34
• 3.1.2 各生长期土壤微生物生物量碳的含量34-35
• 3.2 讨论35-38
• 3.2.1 各处理组土壤微生物生物量碳的含量35-36
• 3.2.2 各生长期土壤微生物生物量碳的含量36-38
• 第四章 生物炭添加对土壤磷脂脂肪酸的影响38-51
• 4.1 结果与分析38-45
• 4.1.1 土壤总磷脂脂肪酸的含量38-39
• 4.1.2 土壤真菌磷脂脂肪酸的含量39-40
• 4.1.3 土壤细菌磷脂脂肪酸的含量40-41
• 4.1.4 土壤真细菌磷脂脂肪酸的含量比41-42
• 4.1.5 土壤放线菌磷脂脂肪酸的含量42-43
• 4.1.6 土壤丛枝菌根真菌磷脂脂肪酸的含量43-44
• 4.1.7 土壤革兰氏阳性菌和阴性菌磷脂脂肪酸的含量比44-45
• 4.2 讨论45-51
• 4.2.1 土壤总磷脂脂肪酸的含量45-46
• 4.2.2 土壤真菌磷脂脂肪酸的含量46-47
• 4.2.3 土壤细菌磷脂脂肪酸的含量47
• 4.2.4 土壤真细菌磷脂脂肪酸的含量比47-48
• 4.2.5 土壤放线菌磷脂脂肪酸的含量48-49
• 4.2.6 土壤丛枝菌根真菌磷脂脂肪酸的含量49
• 4.2.7 土壤革兰氏阳性菌和阴性菌磷脂脂肪酸的含量比49-51
• 第五章 生物炭添加对土壤氨基糖积累的影响51-59
• 5.1 结果与分析51-55
• 5.1.1 土壤总氨基糖的含量51-52
• 5.1.2 土壤氨基葡萄糖的含量52-53
• 5.1.3 土壤胞壁酸的含量53-54
• 5.1.4 土壤氨基葡萄糖与胞壁酸的含量比54-55
• 5.2 讨论55-59
• 5.2.1 土壤总氨基糖的含量55-56
• 5.2.2 土壤氨基葡萄糖的含量56-57
• 5.2.3 土壤胞壁酸的含量57
• 5.2.4 土壤氨基葡萄糖与胞壁酸的含量比57-59
• 第六章 结论59-61
• 6.1 生物炭添加对土壤微生物生物量碳的影响59
• 6.2 生物炭添加对土壤磷脂脂肪酸的影响59-60
• 6.3 生物炭添加对土壤氨基糖积累的影响60-61
• 参考文献61-68
• 致谢68-70
• 攻读硕士期间发表文章70

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