沼液对土壤改良作用研究

发布时间：2020-11-20 04:29

　　 近年来我国大中型沼气工程发展迅速,在新能源发展和农村环境改善等方面发挥了巨大作用,然而厌氧发酵剩余物(沼液)存在量大、集中的特点,其无害化消纳已成为制约沼气工程正常运行的瓶颈问题。沼液中含有多种作物所需的水溶性营养成分,速效营养能力强,养分可利用率高,进行田间施用时不仅能提高作物的产量和品质,还可以起到防病抗逆的作用,并且可以改善土壤结构,是一种理想的绿色有机肥料。但是目前沼液防病抑菌的机理和沼液施肥方式对其有效利用的影响都尚不能完全明确,为此本论文对沼液抑菌的机理进行了深入的研究；同时利用沼液暗灌施肥,研究了其对土壤肥力特性和土壤微生物群落结构的影响,并在此基础上提出了沼液暗灌施肥机的总体设计方案,对关键部件分配器进行了设计。获得的研究成果主要有以下几个方面： (1)沼液抑菌机理试验研究 1)沼液和沼液的离心上清液均随着浓度的增加,对5种病原菌(立枯丝核菌、雪腐镰刀菌、尖孢镰刀菌、茄腐镰刀菌和核盘菌)的抑制率也逐渐提高,且表现为浓度100%的处理抑制效果最好,但随时间延长抑制率有所下降。100%沼液对立枯丝核菌、雪腐镰刀菌、尖孢菌、茄腐镰刀菌的抑制作用显著,抑制率分别为70%、40%、68%、70%,对核盘菌的抑制效果较差,抑制率为25%；经过灭菌处理100%沼液的抑制作用较小,最高抑制率分别为30%、15%、35%、25%和10%；100%沼液离心上清液的抑制率较100%沼液略小,分别为48%、35%、47%、55%和18%,而100%沼液离心上清液灭菌处理后的抑制率远小于灭菌前,分别为23%、14%、22%、20%和13%。 2)为确定沼液中起抑制作用的因子,将沼液进行了5种处理即原沼液、沼液灭菌、离心上清液、无菌膜滤液和菌体溶液,并进行了抑菌试验。抑制效果表现为：菌体溶液最好,其它依次为原沼液、离心上清液、无菌膜滤液和沼液灭菌,菌体溶液的抑制率分别为74%、45%、68%、64%和24%,且抑制作用时间较原沼液长,说明对病原菌起主要抑制作用的是沼液中的微生物。 3)对沼液中微生物进行了筛选和纯化,最终获得到了48株细菌、8株真菌和3株放线菌,对其进行了编号,并分别与作物5种病原菌进行了对峙试验,在真菌与病原菌对峙试验中筛选出了2株具有强抑制作用的菌株nfd-9和nfd-16。电镜扫描结果表明：nfd-9的菌丝主要表现为牢牢的缠绕在供试的5种作物病原菌的菌丝上,有些菌丝则是穿过病原菌的菌丝,从空间上限制了病原菌的生长,同时还通过与病原菌竞争生长必需的营养物质,从而达到抑制作用的目的,说明重寄生、竞争作用是nfd-9菌具有抑制作用的一个重要机制。nfd-16的抑菌机制为不断覆盖、侵入各病原真菌的菌落,侵占各病原真菌的生长空间,形成包围圈,阻止其接触到植物根系和叶片表面,从而达到抑制的目的。细菌对立枯丝核菌、核盘菌的抑制效果最好,抑制率在90%以上,对茄腐镰刀菌、尖孢和雪腐镰刀菌的抑制率在70%～80%之间。 4)对具有抑制作用的菌株进行分子生物学鉴定,确定菌株nfd-9和nfd-16分别为米根霉(Rhizopus oryzae)和哈茨木霉(Trichoderma harzianum)。拮抗性细菌主要属于芽孢杆菌(Bacillus),其中对5种病原菌均有抑制作用的细菌有6株,沼液中的细菌中以芽孢杆菌(Bacillus)为主。 (2)沼液暗灌施肥对土壤肥力特性和土壤微生物多样性的影响 1).沼液可不同程度提高土壤的pH、铵态氮、速效钾、有机质的含量。T3处理能够使土壤的pH由初始的7.3提高到7.6左右,提高了4.11%；T2处理次之,可提高3.91%；T1处理最差,仅提高2.61%。3组清水对照组C1、C2、C3的pH基本没有变化；随着沼液施肥量的增加,铵态氮含量也相应提高,T3处理的土壤铵态氮含量最高,为34.52mg/kg,对照处理铵态氮的含量几乎没有变化；而沼液对速效磷的影响小于沼液对土壤氮的影响；T3处理对土壤速效钾的含量提高幅度最大,含量最高时可达到364.42mg/kg,与种植前相比提高了32.55%,其次为T2处理和T4处理,与种植前相比分别提高了26.98%和36.7%；沼液对提高土壤有机质的作用优于复合肥,T3处理的土壤有机质含量达到23.48g/kg,T2处理的土壤有机质含量达到23.13g/kg,T1处理的土壤有机质含量达到22.84g/kg,影响显著。 2)随着沼液施用量的增加,土壤中细菌的数量也相应增加,施肥后第一次进行土壤细菌计数时T3处理的细菌数量最多,由32×105CFU/g增加到59.97×105CFU/g,T2增加到53.13×105CFU/g,T1处理的细菌数量达到49.00×105CFU/g,而C1、C2、C3的细菌数量没有显著性变化；土壤真菌数量的变化规律与土壤细菌具有类似性,但增加程度较低。T3处理土壤真菌数量最大时约为31×104CFU/g,提高约40.91%,而T2处理和T1处理分别提高了36.36%和31.81%。复合肥处理的真菌数量略有下降。放线菌的初始数量平均值为23.67×104CFU/g,施肥后最大可达27×104CFU/g左右,与初始值相比增加了26.09%,对照处理和复合肥处理的放线菌数量变化较小,基本在22～24×104CFU/g范围内,且低于沼液处理的数量。 3)对土壤细菌的DGGE图谱分析得出细菌主要由27类菌种构成,多样性指数(Dsh)为4.16。沼液施肥后DGGE图谱的条带清晰、明亮,但条带数有所减少,说明沼液施肥降低了土壤中细菌的种类；土壤真菌DGGE图谱中主要的条带共计13条,较清晰明亮,且多数属于共同条带,特异性条带较少,沼液对土壤真菌的影响较细菌影响小。 (3)沼液施肥机的设计 提出沼液施肥机总体方案为拖拉机牵引沼液罐车提供前进和转弯动力,施肥机具悬挂在沼液罐车后面进行施肥和其他作业。并针对沼液黏度大、易堵塞等问题,设计了转子防堵型分配器,对其原理和结构进行了分析。
【学位单位】：东北农业大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2013
【中图分类】：S158;S216.4
【文章目录】：
目录
CONTENTS
摘要
Abstract
1 引言
    1.1 研究背景
    1.2 研究目的和意义
    1.3 国内外沼肥研究概况
        1.3.1 国内沼肥研究概况
        1.3.2 国外沼肥研究进展
    1.4 沼肥应用存在的问题及发展前景
        1.4.1 存在的问题
        1.4.2 发展前景
    1.5 课题来源、主要研究内容
        1.5.1 课题来源
        1.5.2 主要研究内容
        1.5.3 研究技术路线
2 材料与方法
    2.1 抑菌试验材料
        2.1.1 菌种来源
        2.1.2 试剂及培养基
        2.1.3 抑菌试验方法
        2.1.4 沼液微生物的分离与纯化
        2.1.5 平皿对峙培养与扫描电镜观察
        2.1.6 菌株的分子生物学鉴定
        2.1.7 PCR扩增
        2.1.8 试验仪器与试剂
    2.2 土壤理化性质的测定内容及方法
        2.2.1 有机质的测定
        2.2.2 土壤氮的测定
        2.2.3 土壤磷的测定
        2.2.4 土壤钾的测定
        2.2.5 土壤pH的测定
    2.3 土壤微生物量的计数与分析
    2.4 土壤微生物多样性分析
        2.4.1 土壤微生物总DNA的提取与纯化
        2.4.2 PCR扩增
        2.4.3 DGGE电泳
3 沼液抑菌试验研究
    3.1 试验设计
        3.1.1 菌种的活化
        3.1.2 沼液的处理
    3.2 结果分析与讨论
        3.2.1 不同浓度沼液的抑菌作用
        3.2.2 沼液不同处理的抑菌作用
        3.2.3 沼液中菌种的筛选与纯化
        3.2.4 对峙试验与扫描电镜
        3.2.5 菌株的分子生物学鉴定
        3.2.6 沼液中细菌的抑菌作用
        3.2.7 细菌的分子学鉴定
    3.3 小结
4 沼液施肥对土壤肥力的影响
    4.1 试验设计
        4.1.1 试验方案
        4.1.2 沼液的肥力特性
        4.1.3 土壤样品采集与处理
    4.2 结果分析与讨论
        4.2.1 沼液施肥对土壤pH的影响
        4.2.2 沼液施肥对土壤中氮含量的影响
        4.2.3 沼液施肥对土壤磷含量的影响
        4.2.4 沼液施肥对土壤钾含量的影响
        4.2.5 沼液施肥对土壤有机质含量的影响
    4.3 小结
5 沼液施肥对土壤微生物的影响
    5.1 试验设计
        5.1.1 土样处理
        5.1.2 培养基选择
        5.1.3 培养方法
    5.2 结果分析与讨论
        5.2.1 沼液施肥对土壤微生物数量的影响
        5.2.2 沼液施肥对土壤微生物多样性的影响
    5.3 小结
6 沼液暗灌施肥机的设计
    6.1 整机设计方案
        6.1.1 设计原则
        6.1.2 设计方案
    6.2 关键部件分配器的结构与原理
    6.3 小结
7 结论及建议
    7.1 结论
    7.2 建议
8 特色与创新
致谢
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文

【参考文献】

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本文编号：2890952