土壤南北移位与施肥对玉米农田土壤微生物的影响研究
发布时间：2021-12-11 14:06
施肥与气候变化可改变土壤碳库及营养元素循环,影响农田土壤可持续利用。微生物是生物地球化学循环的主要驱动者,但施肥对微生物分解土壤有机碳的影响还没有一致结论,施肥与气候变化对土壤微生物的交互作用亦没有综合深入的研究,因此对土壤碳库变化的机理尚不明晰。土壤类型是影响微生物群落的重要因素,但尚不明确不同类型土壤中环境干扰对微生物群落的影响是否一致。人类活动对气候的影响使得气候突变发生概率增加。基于以上问题,本研究利用玉米农田土壤跨气候带南北移位试验模拟气候突变,叠加氮磷钾肥施加试验,采用基因芯片和高通量测序等环境基因组技术,探究模拟气候突变、施肥及其交互作用对我国三种典型的农田土壤类型,即黑土（取自黑龙江）、红壤（取自江西）、潮土（取自河南）的功能基因及微生物群落的影响。施肥在三种不同类型的农田土壤中对微生物具有较为一致的影响:鞘氨醇单胞菌属物种相对丰度升高,酸杆菌门Gp4纲物种相对丰度降低;与难降解有机碳分解相关的基因丰度降低,促进土壤有机质增加;与硝化过程、反硝化过程相关的基因丰度升高,表明氮素周转加快。土壤移位与施肥对微生物群落及功能基因均有交互作用,土壤移位对微生物的影响大于施肥的影...
【文章来源】：清华大学北京市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：151 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
（a）从1958年起在莫纳罗亚（19°32′N,155°34′W）和南极（89°59′S,24°48′W–黑色曲线）观测到的大气CO2浓度[1]；（b）1850-2012年间全球平均陆地和海表温度相对
第1章绪论2部地区降温现象仍普遍存在，例如在格陵兰岛北部、安第斯山脉邻近处和非洲大陆西部[3]。研究人员在南极大陆也发现了气候变冷现象，有数据证明在1986-2000年期间麦克默多干谷温度下降了0.7oC[4,5]。在全球气候逐渐缓慢变暖的同时，气候突变事件也可能会发生。仪器已记录的气候数据及古气候数据都显示历史上曾发生多次气候急剧变化事件。例如在20世纪20年代北极北大西洋一侧气候急剧变暖4oC[6]（图1.2a）。在距今12900-11500年前发生的新仙女木（YoungerDryas）事件使得北半球气温大范围急剧降低5oC甚至更多[7]（图1.2b）。在距今8200年前也发生了气候急剧变冷。新仙女木时期气候变冷持续1150-1300年后，气温在数年内急剧升高15°C[8]。除此以外，多次发生局部范围气候突变8-16oC。尽管引起气候急剧变化的原因很多，但毋庸置疑的是人类活动对气候的影响将使得气候突变事件发生概率大大增加[9]。图1.2(a)上图为格陵兰岛Upernavik（72o47’N，56o10’W）1890-2000年间气温记录，下图为1890-2000年间不同纬度地面气温区域平均异常值；（b）古气候数据显示历史上发生多次气候突变。下图为过去的110000年间格陵兰岛中部的气温，上图分别为8200年前（8ka）与新仙女木（YD）气候变冷事件前后的气温变化[9]在全球气候变暖的大背景下，全球陆地区域平均降水格局发生了急剧变化，北半球中纬度地区平均降水增加[1]。预测到21世纪末，高纬度地区、中纬度地区和部分洋面的年均降水量将会增加，相反，低纬度地区和干燥地区的年均降水量将会减少[10]。全球降水格局的变化与气候变暖紧密相关。由于温度每上升1oC，大气持水率将增加7%，随着气温持续升高，大气中的水蒸气含量将会增加。在湿润地区，这将促使云的生成，最终导致降?
第1章绪论4图1.31961-2005年(a)全球人口、(b)粮食产量、(c)种植面积和(d)化肥使用量的增长情况[14]1.1.2.1我国农田生态系统概况截至2016年底，我国的农作物总播种面积达1.56亿公顷，粮食总产量约6.16亿吨[26]，占世界粮食总产量的24%[27]。其中，玉米的种植面积为3676.8万公顷，总产量达2.20亿吨，是我国种植面积和总产量最大的粮食作物。我国玉米的种植分布广泛，主要有6个玉米种植区域：以内蒙古和东北三省为主的北方玉米区，以豫、鲁为主的中部平原玉米区，以云、贵、川为主的西南玉米区，以浙、赣、闵、台、粤为主的南方玉米区，以新、甘为主的西北玉米区，和以青、藏为主的青藏高原玉米种植区。土壤是农业生产的基矗我国土壤种类繁多，在全国第二次土壤普查中，百余名土壤科学家确立了12个土纲、61个土类的分类系统[28]。此后，以全国第二次土壤普查的研究结果为基础，我国于1998年首次发布土壤分类国家标准《中国土壤分类与代码》GB/T17296-1998，并先后于2000年和2009年进行两次修订，目前施行的GB/T17296-2009包括60个土类，例如红壤、棕壤、黑土、黑钙土、灰漠土、风沙土、沼泽土、潮土、草甸盐土、水稻土、寒钙土等。其中，黑土、潮土和
【参考文献】：
期刊论文
[1]基因芯片数据预处理方法（LnMR和RAln）的评估和比较[J]. 郑乔舒,岳淏伟,杨云锋. 微生物学通报. 2015(05)
[2]土壤分类研究回顾与中国土壤分类系统的修编[J]. 张维理,徐爱国,张认连,冀宏杰. 中国农业科学. 2014(16)
[3]中国玉米生产发展历程、存在问题及对策[J]. 赵久然,王荣焕. 中国农业科技导报. 2013(03)
[4]土壤氮素转化的关键微生物过程及机制[J]. 贺纪正,张丽梅. 微生物学通报. 2013(01)
[5]微生物介导的碳氮循环过程对全球气候变化的响应[J]. 沈菊培,贺纪正. 生态学报. 2011(11)
[6]末端限制性片段长度多态性技术（T-RFLP）在微生物群体分析上的应用与技术优化[J]. 李献梅,王小芬,崔宗均. 中国农业大学学报. 2009(04)
[7]我国东北地区黑土分布范围和面积的探讨[J]. 刘春梅,张之一. 黑龙江农业科学. 2006(02)
博士论文
[1]典型农田土壤微生物宏基因组及对人为扰动的响应研究[D]. 赵梦欣.清华大学 2016
硕士论文
[1]基于宏基因学的农田土壤微生物响应气候变化的机理解析[D]. 刘珊珊.清华大学 2014
本文编号：3534815
【文章来源】：清华大学北京市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：151 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
（a）从1958年起在莫纳罗亚（19°32′N,155°34′W）和南极（89°59′S,24°48′W–黑色曲线）观测到的大气CO2浓度[1]；（b）1850-2012年间全球平均陆地和海表温度相对
第1章绪论2部地区降温现象仍普遍存在，例如在格陵兰岛北部、安第斯山脉邻近处和非洲大陆西部[3]。研究人员在南极大陆也发现了气候变冷现象，有数据证明在1986-2000年期间麦克默多干谷温度下降了0.7oC[4,5]。在全球气候逐渐缓慢变暖的同时，气候突变事件也可能会发生。仪器已记录的气候数据及古气候数据都显示历史上曾发生多次气候急剧变化事件。例如在20世纪20年代北极北大西洋一侧气候急剧变暖4oC[6]（图1.2a）。在距今12900-11500年前发生的新仙女木（YoungerDryas）事件使得北半球气温大范围急剧降低5oC甚至更多[7]（图1.2b）。在距今8200年前也发生了气候急剧变冷。新仙女木时期气候变冷持续1150-1300年后，气温在数年内急剧升高15°C[8]。除此以外，多次发生局部范围气候突变8-16oC。尽管引起气候急剧变化的原因很多，但毋庸置疑的是人类活动对气候的影响将使得气候突变事件发生概率大大增加[9]。图1.2(a)上图为格陵兰岛Upernavik（72o47’N，56o10’W）1890-2000年间气温记录，下图为1890-2000年间不同纬度地面气温区域平均异常值；（b）古气候数据显示历史上发生多次气候突变。下图为过去的110000年间格陵兰岛中部的气温，上图分别为8200年前（8ka）与新仙女木（YD）气候变冷事件前后的气温变化[9]在全球气候变暖的大背景下，全球陆地区域平均降水格局发生了急剧变化，北半球中纬度地区平均降水增加[1]。预测到21世纪末，高纬度地区、中纬度地区和部分洋面的年均降水量将会增加，相反，低纬度地区和干燥地区的年均降水量将会减少[10]。全球降水格局的变化与气候变暖紧密相关。由于温度每上升1oC，大气持水率将增加7%，随着气温持续升高，大气中的水蒸气含量将会增加。在湿润地区，这将促使云的生成，最终导致降?
第1章绪论4图1.31961-2005年(a)全球人口、(b)粮食产量、(c)种植面积和(d)化肥使用量的增长情况[14]1.1.2.1我国农田生态系统概况截至2016年底，我国的农作物总播种面积达1.56亿公顷，粮食总产量约6.16亿吨[26]，占世界粮食总产量的24%[27]。其中，玉米的种植面积为3676.8万公顷，总产量达2.20亿吨，是我国种植面积和总产量最大的粮食作物。我国玉米的种植分布广泛，主要有6个玉米种植区域：以内蒙古和东北三省为主的北方玉米区，以豫、鲁为主的中部平原玉米区，以云、贵、川为主的西南玉米区，以浙、赣、闵、台、粤为主的南方玉米区，以新、甘为主的西北玉米区，和以青、藏为主的青藏高原玉米种植区。土壤是农业生产的基矗我国土壤种类繁多，在全国第二次土壤普查中，百余名土壤科学家确立了12个土纲、61个土类的分类系统[28]。此后，以全国第二次土壤普查的研究结果为基础，我国于1998年首次发布土壤分类国家标准《中国土壤分类与代码》GB/T17296-1998，并先后于2000年和2009年进行两次修订，目前施行的GB/T17296-2009包括60个土类，例如红壤、棕壤、黑土、黑钙土、灰漠土、风沙土、沼泽土、潮土、草甸盐土、水稻土、寒钙土等。其中，黑土、潮土和
【参考文献】：
期刊论文
[1]基因芯片数据预处理方法（LnMR和RAln）的评估和比较[J]. 郑乔舒,岳淏伟,杨云锋. 微生物学通报. 2015(05)
[2]土壤分类研究回顾与中国土壤分类系统的修编[J]. 张维理,徐爱国,张认连,冀宏杰. 中国农业科学. 2014(16)
[3]中国玉米生产发展历程、存在问题及对策[J]. 赵久然,王荣焕. 中国农业科技导报. 2013(03)
[4]土壤氮素转化的关键微生物过程及机制[J]. 贺纪正,张丽梅. 微生物学通报. 2013(01)
[5]微生物介导的碳氮循环过程对全球气候变化的响应[J]. 沈菊培,贺纪正. 生态学报. 2011(11)
[6]末端限制性片段长度多态性技术（T-RFLP）在微生物群体分析上的应用与技术优化[J]. 李献梅,王小芬,崔宗均. 中国农业大学学报. 2009(04)
[7]我国东北地区黑土分布范围和面积的探讨[J]. 刘春梅,张之一. 黑龙江农业科学. 2006(02)
博士论文
[1]典型农田土壤微生物宏基因组及对人为扰动的响应研究[D]. 赵梦欣.清华大学 2016
硕士论文
[1]基于宏基因学的农田土壤微生物响应气候变化的机理解析[D]. 刘珊珊.清华大学 2014
本文编号：3534815
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