生物炭施用对东北黑土土壤理化性质和微生物多样性的影响

发布时间：2017-12-15 22:17

  本文关键词：生物炭施用对东北黑土土壤理化性质和微生物多样性的影响

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【摘要】：生物炭被普遍认为是一种土壤改良剂,由于其具有较高pH、高度多孔性、较强吸附作用等优良特性,向土壤中施用生物炭能够改善土壤环境,促进植物生长。目前,东北黑土由于长期过度开发利用和不合理的农业措施等原因导致土壤肥力下降和土壤酸化等问题,严重威胁黑土区农业可持续发展。鉴于此,2012年建立长期定位试验小区,按耕层土壤质量的0%(C0)、2%(C2)、4%(C4)和8%(C8)一次性添加生物炭,本研究于2014年4月、6月、8月和10月分别采集大豆四个生长时期的土壤样品,测定了生物炭施用后土壤基础理化性质和土壤酶活性的变化,并采用实时荧光定量PCR和Illumina Miseq测序技术研究了不同添加量生物炭对我国黑土农田土壤中细菌、真菌和酸杆菌群落结构的影响,解析生物炭与土壤理化因子和微生物群落结构的关系。主要研究结果如下:1、生物炭施入土壤显著提高了土壤pH值,增加了土壤全碳、全氮、碳氮比、全磷、硝态氮和速效钾含量,而显著降低了全钾含量。生物炭对速效磷、速效氮和铵态氮影响较小。生物炭施用促进了作物生长,有助于增加作物产量。2、生物炭对土壤过氧化氢酶、脲酶和蔗糖转化酶活性影响较大,除了个别时期,生物炭整体上提高了这三种土壤酶的活性,尤其C8处理对土壤酶活性的提升效果最明显,而生物炭施用对碱性磷酸酶活性影响不显著。3、生物炭施入土壤后增加了细菌丰度,其中C4和C8处理的细菌丰度分别比C0处理增加了6.3%和15.2%。生物炭影响了土壤细菌群落组成,其中变形菌门、酸杆菌门、放线菌门、绿弯菌门和拟杆菌门是优势细菌门,且生物炭施用降低了酸杆菌门的相对丰度而增加了绿弯菌门的相对丰度。另外,生物炭还增加了一些功能细菌的相对丰度,如芽孢杆菌属和土微菌属等,降低了慢生根瘤菌相对丰度。典范对应分析(CCA)表明土壤细菌群落组成与土壤理化性质紧密相关,如土壤pH、全碳、全氮和全钾,并且这些土壤指标与生物炭施用量高度相关,说明生物炭对土壤细菌群落结构的影响可能是由土壤特性的改变间接驱动的。4、生物炭施用也增加了土壤真菌丰度,尤其C8处理整体上比C0处理提高了31.2%。添加生物炭在属水平和OTU水平上改变了真菌群落结构,但是在门水平上没有显著影响。生物炭降低了一些植物病原菌OTUs的相对丰度(如镰刀菌属的一些菌种),说明施用生物炭有利于抑制作物病原菌生长。此外,土壤真菌群落组成与土壤理化性质密切相关,如土壤pH、含水量、全碳、全氮、全钾和速效钾等,它们与生物炭施用高度相关,说明生物炭对土壤真菌群落结构的长期效应可能是由土壤理化性质的变化间接主导的。5、生物炭施用增加了土壤酸杆菌丰度,C2、C4和C8处理酸杆菌丰度分别比C0处理平均增加了4.5%、16.7%和20.9%。高通量测序检测到18个酸杆菌亚群,Gp4和Gp6为优势亚群,生物炭施用显著降低了Gp4的相对丰度。在OTU水平上酸杆菌也受到了生物炭的显著影响,其中相对丰度随生物炭变化较大的OTUs一般属于优势亚群Gp4和Gp6。CCA图谱显示土壤酸杆菌群落组成也与土壤理化性质密切相关,如土壤铵态氮、全磷、速效磷和含水量等,且生物炭处理对酸杆菌群落结构的影响力度强于大豆生育期即季节性变化。
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院东北地理与农业生态研究所)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S156.2
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本文编号：1293632