退化设施蔬菜地土壤修复过程中温室气体排放及相关微生物研究
发布时间：2020-08-27 12:01
【摘要】：设施蔬菜地生产因其集约化程度高、复种指数高、单位产量高、经济效益高、受季节影响小等优点,在我国的种植面积持续扩大。但是不合理的轮作、大量氮肥施用使得土壤出现严重的次生盐渍化、酸化、板结化等土壤退化现象,乃至土传病害频繁发生引起蔬菜减产或绝产。近年来,一种称为强还原土壤灭菌(Reductive Soil Disinfestation,RSD)的退化蔬菜地土壤修复技术快速发展,该技术采用短期淹水(或覆膜)并添加有机物料的方法,制造强还原环境来快速修复退化设施蔬菜地土壤,达到消除连作障碍、杀灭土传病害、提高作物产量的目的。因此,研究RSD方法的修复效果及修复过程的环境效应十分必要。为此,本研究选取退化设施蔬菜地土壤为研究对象,采用有机物料+淹水RSD法及有机物料+饱和水覆膜RSD法对退化土壤进行修复,比较上述两种RSD法修复效果及修复过程中温室气体的排放规律,明确生物炭添加对于RSD修复过程中温室气体的减排效果及机制,把握RSD法修复前后土壤温室气体排放功能微生物及总细菌、总真菌群落的变化规律。本研究结果如下:(1)盆栽实验和田间实验结果显示,有机物料+淹水RSD法和有机物料+饱和水覆膜RSD法修复退化设施蔬菜地土壤,均能显著改善土壤退化现象,两种方法对于土壤理化性质改善和土传病原菌杀灭效果无明显差异。两种RSD法修复过程中土壤温室气体排放规律不一致,其中有机物料+饱和水覆膜RSD法修复过程中处理的土壤N2O累计排放量呈现先上升后下降趋势,而有机物料+淹水RSD法修复过程中N2O累计排放量逐渐上升,然后维持恒定;两种方法RSD修复过程中土壤CH4累计排放量均呈逐渐上升趋势,凭借较强的还原环境,有机物料+饱和水覆膜RSD法修复过程中CH4排放量上升速率显著高于有机物料+淹水RSD法。相关功能微生物分析显示,在退化设施蔬菜地强还原修复过程中,反硝化微生物一氧化氮还原酶活性可能决定着土壤N2O排放规律,而产甲烷古菌活性可能决定着土壤CH4排放规律。(2)RSD法修复(i)显著降低了土壤细菌和真菌丰度。(ii)显著提高了土壤细菌群落丰富度而降低其群落均匀度。(iii)降低了土壤真菌群落丰富度而显著提高其群落均匀度。(iv)改变了土壤细菌群落结构和组成。其中隶属于Bacteroidetes 的 Macellibacterides和Bacteroides、隶属于 Firmicutes的Bacillus和Clostridium、隶属于Euryarchaeota的MethanosarcineI等细菌类群相对丰度显著上升;而隶属于 Proteobacteria 的 Nitrosomonadaceae、,隶属于 Actinobacteria的Nocardioides和Arthrobacter等细菌类群相对丰度显著降低。(v)改变了土壤真菌群落结构和组成。其中Ponturostyla,Scizoplasmodium等7个真菌属相对丰度呈上升趋势,而Chaetomium等3个属相对丰度呈下降趋势。(vi)相比于有机物料+淹水RSD法,有机物料+饱和水覆膜RSD法修复对于土壤真菌丰度抑制更为显著,而有机物料+淹水RSD法与有机物料+饱和水覆膜RSD法修复对退化设施蔬菜地土壤细菌和真菌群落多样性和群落结构无显著影响。(3)施加5%生物炭提升了土壤pH、改变了反硝化关键功能微生物丰度,缓解了土壤退化的同时也有效降低了退化设施蔬菜地土壤及其强还原修复过程中的N2O排放。施加生物炭显著改变了土壤norB和nosZ基因,线性回归分析表明,非强还原修复过程和强还原修复过程中土壤N20排放的微生物机理不同,前者显著受nosZ基因丰度影响,而后者显著受norB基因丰度影响。通过上述研究,我们探明了有机物料+淹水和有机物料+饱和水覆膜这两种RSD方法修复过程中的温室气体排放规律及其微生物学机制,明确了 RSD法修复对退化设施蔬菜地土壤微生物群落的影响,明确了生物炭对于退化设施蔬菜地土壤及RSD法修复过程中N2O减排效果及机制。上述研究为RSD法施用的环境效应评价提供了基础,也为RSD法在退化设施蔬菜地土壤中的规模化应用提供数据支撑。
【学位授予单位】：南京师范大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X144;X172
【图文】：
逑总的来说，土壤中Ｎ２０的主要来源于生物途径，主要产生途径有硝化作用、反逡逑硝化作用和硝化微生物的反硝化作用（图１－１）。硝化过程和反硝化过程一般是土逡逑壤Ｎ２０产生的主要途径；而在厌氧环境中，反硝化作用是Ｎ２０产生的主要途径逡逑（Ｚｈｕ邋ｅｔ邋ａｌ．，邋２０１３）0逡逑’逦１邋ＮＨ，邋１逡逑0７逡逑丨ＮＨ：ＯＨ丨ｉ邋１邋Ｎ？０邋Ｉ逦x夯体义县啊⒁唬义县睿海耄睿蓿榉澹弁咭趸⑸锏姆聪趸鳎义希ュ澹邋五邋五邋五义希卞澹危希澹保澹诲澹
本文编号：2806077
【学位授予单位】：南京师范大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X144;X172
【图文】：
逑总的来说，土壤中Ｎ２０的主要来源于生物途径，主要产生途径有硝化作用、反逡逑硝化作用和硝化微生物的反硝化作用（图１－１）。硝化过程和反硝化过程一般是土逡逑壤Ｎ２０产生的主要途径；而在厌氧环境中，反硝化作用是Ｎ２０产生的主要途径逡逑（Ｚｈｕ邋ｅｔ邋ａｌ．，邋２０１３）0逡逑’逦１邋ＮＨ，邋１逡逑0７逡逑丨ＮＨ：ＯＨ丨ｉ邋１邋Ｎ？０邋Ｉ逦x夯体义县啊⒁唬义县睿海耄睿蓿榉澹弁咭趸⑸锏姆聪趸鳎义希ュ澹邋五邋五邋五义希卞澹危希澹保澹诲澹
本文编号：2806077
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