秸秆还田配施氮肥对稻田土壤细菌基因多样性和温室气体排放的影响

发布时间：2017-10-07 19:08

  本文关键词：秸秆还田配施氮肥对稻田土壤细菌基因多样性和温室气体排放的影响

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【摘要】：本研究通过田间小区试验,利用PCR-DGGE、RT-PCR以及静态箱-气象色谱法研究全量油菜秸秆配施梯度量氮肥对土壤理化性质、土壤细菌基因多样性、氨氧化古菌amoA基因丰度及温室气体排放的影响,以探索适宜当地农业生产、生态条件及温室气体减排的秸秆还田措施,为完善当地秸秆还田技术、土壤培肥以及生态环境保护提供理论和依据。研究结果表明：秸秆还田显著影响稻田土壤细菌多样性,在水稻生育前期秸秆配施氮肥处理的丰富度指数、多样性指数总体高于单施氮肥处理,而在水稻生育后期秸秆配施氮肥处理的丰富度指数、多样性指数总体低于单施氮肥处理；秸秆配施氮肥处理和单施氮肥处理的丰富度指数、多样性指数在水稻生育期内随施氮量的增加分别呈现不同的变化趋势,而均匀度指数没有显著差异；在水稻不同生育期出现特异菌种,这些菌种主要归属于变形菌纲、放线菌纲、甲基单胞菌科、硝化螺菌属和硬壁菌门。分蘖期各处理氨氧化古菌amoA基因丰度显著高于其他时期,且秸秆配施氮肥处理的amoA基因丰度显著低于单施氮肥处理。秸秆还田和氮肥施用是影响稻田土壤固碳潜力和温室气体排放的重要农作措施。与单施氮肥(U1-U4)和单施秸秆处理(S)相比,秸秆还田配施氮肥(SU1-SU4)显著增加土壤固碳量,秸秆配施氮肥处理固碳量最高值为147.74 kg·hm~(-2),比单施氮肥处理平均高出38%。在降低温室效应方面,与单施氮肥相比,秸秆配施氮肥处理显著降低N20的累积排放量；与单一秸秆还田处理相比,秸秆配施氮肥处理显著降低CO2的累积排放量,但在一定程度上增加了CH4的排放。秸秆配施氮肥处理(SU3)的温室气体强度和综合温室效应分别为0.372、5394.22 CO2-eq kg·hm~(-2),显著低于单施氮肥(U3)处理的0.630、9339.94 CO2-eq kg·hm~(-2),和单--桔秆还田处理(S)的0.816、9872.2CO2-ce kg·hm~(-2),因此,秸秆还田配施氮肥是降低温室气体排放强度,减缓净温室效应的有效措施。
【关键词】：秸秆还田 PCR-DGGE RT-PCR 温室气体 土壤固碳 amoA基因
【学位授予单位】：山西农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S511;S154
【目录】：

• 摘要6-7
• 1 前言7-18
• 1.1 国内外秸秆资源的利用现状7-9
• 1.2 秸秆还田对农田土壤理化性质的影响9-10
• 1.2.1 秸秆还田对农田土壤物理性质的影响9
• 1.2.2 秸秆还田对农田土壤化学性质的影响9-10
• 1.2.3 秸秆还田对土壤微生物量及酶活性的影响10
• 1.3 土壤微生物多样性的研究内容、方法进展概况10-14
• 1.3.1 土壤微生物多样性的研究内容10-11
• 1.3.2 土壤微生物多样性的研究方法与进展11-14
• 1.4 秸秆还田对稻田土壤细菌基因多样性的影响14-15
• 1.5 秸秆还田对稻田土壤温室气体排放的影响15-16
• 1.6 研究的目的与意义16-17
• 1.7 研究内容17
• 1.8 技术路线17-18
• 2 材料与方法18-25
• 2.1 试验地概况18
• 2.2 供试材料18-19
• 2.3 试验设计19-20
• 2.4 取样方法20
• 2.5 研究方法及数据处理20-25
• 2.5.1 土壤理化性质的测定20-21
• 2.5.2 温室气体的研究方法21-22
• 2.5.2.1 土壤温室气体(CO_2、CH_4、N_2O)排放通量21
• 2.5.2.2. 温室气体综合效应和排放强度21
• 2.5.2.3 水稻季土壤固碳量21-22
• 2.5.3 土壤微生物遗传多样性的鉴定22-25
• 2.5.3.1 土壤总DNA的提取22
• 2.5.3.2 16SrDNA、amoA基因的PCR扩增22-23
• 2.5.3.3 PCR产物DGGE检测和条带的回收23
• 2.5.3.4 DGGE条带的纯化及克隆23-24
• 2.5.3.5 测序及序列比对24
• 2.5.3.6 氨氧化古菌amoA基因丰度的测定24
• 2.5.3.7 数据分析24-25
• 3 结果与分析25-41
• 3.1 秸秆还田配施氮肥对稻田土壤理化性质及土壤固碳量的影响25-26
• 3.1.1 稻田土壤理化性质25
• 3.1.2 稻田土壤固碳量25-26
• 3.2 秸秆还田配施氮肥对稻田土壤细菌群落遗传多样性的影响26-37
• 3.2.1 土壤总DNA的提取与细菌16S rDNA的扩增26-27
• 3.2.2 DGGE图谱、细菌遗传多样性指数及聚类分析27-32
• 3.2.3 稻田土壤细菌16SrDNA分析及系统发育树的构建32-35
• 3.2.4 氨氧化古菌amoA基因拷贝量及其主成分分析35-37
• 3.3 秸秆还田配施氮肥对稻田土壤温室气体排放效应的影响37-41
• 3.3.1 稻田生态系统温室气体(N_2O、CH_4、CO_2)排放通量37-38
• 3.3.2 稻田温室气体累积排放量38-39
• 3.3.3 稻田土壤固碳量、温室气体强度、综合温室效应39-41
• 4 讨论41-46
• 4.1 秸秆还田配施氮肥对稻田土壤理化性质的影响41
• 4.2 秸秆还田配施氮肥对稻田土壤固碳量的影响41-42
• 4.3 秸秆还田配施氮肥对稻田土壤细菌基因多样性的影响42-44
• 4.4 秸秆还田配施氮肥对稻田氨氧化古菌amoA基因丰度的影响44-45
• 4.5 秸秆还田配施氮肥对稻田温室气体效应的影响45-46
• 5 结论46-48
• 参考文献48-56
• Abstract56-58
• 致谢58-60
• 资助项目60-62
• 硕士期间发表论文62

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