土壤短程有序矿物形成与微生物的关系初探

发布时间：2020-05-05 01:33

【摘要】：据调查显示,在现有的中国耕地中,中低产田占耕地总面积的70%左右。粗放的耕作方式,特别是化肥过量施用,是造成我国耕地质量退化的重要原因之一。现阶段,我国的耕地退化面积占耕地总面积的40%以上。因此,急需增加土壤有机质的含量以达到提高土壤地力的目的。但是,对于土壤有机质的运转和累积的机制目前还缺乏理解,所以迫切需要深入理解土壤有机质的运转和累积的机制,以指导发展提升土壤有机质含量的合理措施。从全球层面上来说,活性铁矿物(短程有序矿物)可以保护大约20%左右的有机碳,然而土壤中短程有序矿物的调控机制仍未有共识。本论文基于室内盆栽实验,研究了丛枝菌根真菌(AMF)、根系和秸秆等要素在促进土壤短程有序矿物形成中的重要作用;进一步利用室内菌矿培养实验,结合高分辨透射电镜(HRTEM)和同步辐射红外显微成像(SR-FTIR)等技术,初步探讨了室内菌矿培养实验中短程有序矿物的生物化学形成途径以及机制。本文的主要研究结果如下:1)在丛枝菌根真菌、秸秆和根系的不同处理方式的共同作用下,不同土壤的地上部和地下部的生物量出现显著差异。其中,秸秆可有效增加砂土中的植株地上部生物量,但在粘土中的作用相反。并且不同种类的土壤pH值出现了一定程度的变化,表明丛枝菌根真菌可以通过吸收铵态氮和硝态氮影响土壤pH值。粘土中的总碳、总氮以及碳氮比均最高,说明粘土体系加上丛枝菌根真菌、秸秆、根系的共同作用,可显著提高土壤中的总碳和总氮值。不同土壤类型的可溶性有机碳(DOC)的累积呈现出了显著性差异,根系和有机物可以有效地提升土壤中有机碳的含量。2)土壤有机碳与土壤胶体中的可溶性矿质元素没有显著的相关性。然而,不同形态的矿质元素,如短程有序铁、活性铁和有机络合态铁,与土壤有机碳呈现显著的相关性。同步辐射显微红外成像图谱表明了丛枝菌根真菌表面的碳氮和铁铝硅元素的分布情况,较为直观地表现了矿质元素与微生物之间的相互关系。丛枝菌根真菌和秸秆(碳)的降解以及根系作用能够促进土壤中短程有序矿物的形成。3)室内菌矿培养实验结果显示,在培养48h后,烟曲霉(Asperillus fumigatus Z5)菌丝体和培养液中都产生了大量的纳米矿物(2-5 nm)。在培养过程中产生了大量有机酸,使培养液的pH值降低,从而导致了纳米矿物的形成。真菌在生长的过程中,能产生酸性代谢产物,这些代谢产物对矿物的晶格有破坏作用,在这一过程中,纳米矿物的含量有明显的增加。综上所述,土壤中短程有序矿物能够促进碳的固持,而且土壤中添加的有机质可以促进土壤中的非晶形矿物的活化。同时,真菌在短程有序矿物形成过程中也起到关键作用。
【图文】：

四面体,四面体片

Ｆｉｇ．邋ｌ－ｌ．邋Ｔｈｅ邋Ｓｉ－０邋ｔｅｔｒａｈｅｄｒｏｎ逡逑层状硅酸盐矿物，如高岭石，具有二维网格状延展的Ｓｉ－０四面体骨架，由硅氧逡逑四面体包括３个角顶连接成二向展平的六方网层，称四面体片【４１１，如图１－１。四面体逡逑一侧的活性氧需要大小适宜的阳离子来与之配位，使电荷达到平衡，并且与氧和羟逡逑基构成配位八面体，八面体共棱连接构成八面体片［４２］，如图卜２。四面体片与八面体逡逑片体以活性氧为媒介，，组成层状硅酸盐的结构层，粘土矿物主要是由粒径小于２ｐｍ逡逑３逡逑

立体图,氢氧,立体图,八面体

——四面体空隙和八面体空隙，这两类空隙的产逡逑生如图１－３所示。由图可见，四面体空隙是由一层三个球和另一层一个球组合而成逡逑（如图１－４）邋［４９￣５１］。因为四个球的球心均指向正四面体的顶点，所以这四个球所包逡逑围形成的空隙就称为四面体空隙。八面体空隙是由一层三个球与另一层三个球所组逡逑合而成（如图１－５），因为六个球的球心均指向正八面体的顶点，所以此六个球所逡逑４逡逑
【学位授予单位】：南京农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S153.6;S154.3

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