生物炭添加对半干旱区土壤酶活性及细菌多样性影响的定位研究

论文摘要

黄土高原半干旱区是水土流失较为严重的地区,土壤水分短缺、肥力有限、侵蚀严重等问题导致了该地生态环境脆弱,也在一定程度上限制了农业的发展。生物炭作为保水增肥、改善土壤质量的有效手段,应用于半干旱区可以缓解土壤的干旱和贫瘠。本文以半干旱区固原生态试验站生物炭修复4a的表层土壤为研究对象,分析了土壤理化性质、酶活性（脲酶、蔗糖酶、碱性磷酸酶）、微生物量对不同添加类型（槐树皮、梧桐锯末生物炭）和比例（1%、3%、5%,质量百分比）生物炭长期应用的响应,并采用了高通量测序、冗余分析等技术手段,研究了生物炭对细菌多样性及群落结构的影响,同时探讨了理化因子与土壤酶活性、细菌群落结构的关系。主要研究结果如下:（1）在土壤理化性质方面:生物炭应用4a后的0-20cm土层中土壤有机碳、有效磷、铵态氮含量分别显著提高了42.16%-237.69%、22.21%-331.60%、103%-497%,土壤全氮含量增加了0.82%-50.34%,对硝态氮含量的影响无明显规律,综合分析3%生物炭对硝态氮含量影响最大;有机碳、全氮含量随生物炭添加比例的增加而增加,总体而言,槐树皮生物炭对土壤理化性质的促进效果优于梧桐锯末生物炭,5%生物炭添加量最佳。（2）在土壤酶活性及微生物量方面:生物炭应用4a对土壤酶活性及微生物量的影响存在差异,但基本上未达到显著水平,两种生物炭均降低了土壤脲酶活性、土壤微生物量碳含量,增加了碱性磷酸酶活性、微生物量氮含量,增幅分别为0-28.63%、33.74%-135.76%,蔗糖酶活性的变化与生物炭种类有关,梧桐锯末生物炭对土壤酶活性的促进效果优于槐树皮生物炭。土壤脲酶、蔗糖酶、碱性磷酸酶活性、微生物量碳、微生物量氮含量随土层深度加深基本呈现下降趋势。不同土层间理化因子对酶活性、微生物量的相关关系不完全一致,总体而言脲酶与有效磷、有机碳、全氮显著相关,微生物量氮与有效磷显著相关,蔗糖酶与硝态氮呈现显著相关性。（3）在细菌多样性方面:生物炭应用提高了土壤细菌群落的多样性,梧桐锯末生物炭对细菌多样性的影响优于槐树皮生物炭,且3%梧桐锯末生物炭效果最佳,其香农指数为6.22;优势菌门主要为放线菌门（Actinobacteria）、变形菌门（Proteobacteria）、绿弯菌门（Chloroflexi）、酸杆菌门（Acidobacteria）和Saccharibacteria,相对丰度共占76.80%—85.31%;优势菌纲有放线菌纲（Actinobacteria）、α-变形菌纲（Alphaproteobacteria）、酸杆菌纲（Acidobacteria）,其相对丰度占48.13%—57.08%;属水平上,施用生物炭增加了芽孢杆菌属（Bacillus）、硝化螺旋菌属（Nitrospira）的相对丰度,降低了土微菌属（Pedomicrobium）、根瘤菌属（Rhizobium）的相对丰度;层级聚类及冗余分析（RDA）发现,施加生物炭对细菌群落结构有影响,其中,微生物量碳、含水率、铵态氮、有机碳对细菌群落结构的影响较大。细菌优势门与环境因子相关性heatmap图分析表明,铵态氮与放线菌门、绿弯菌门呈显著相关性。铵态氮是影响细菌群落的主要理化因子。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
•   1.1 研究背景、目的及意义
•   1.2 国内外研究进展
•     1.2.1 生物炭概述
•     1.2.2 土壤理化性质对生物炭应用的响应
•     1.2.3 酶活性及微生物量碳氮对生物炭应用的响应
•     1.2.4 土壤微生物对生物炭的响应
• 第二章 研究内容与方法
•   2.1 试验区概况
•   2.2 研究内容
•   2.3 试验设计
•   2.4 试验方法
•     2.4.1 样本采集与制备
•     2.4.2 测定项目及方法
•   2.5 数据处理
•     2.5.1 基本数据处理
•     2.5.2 测序数据处理
•   2.6 技术路线
• 第三章 生物炭添加对土壤理化性质的影响
•   3.1 生物炭添加对土壤有机碳含量的影响
•   3.2 生物炭添加对土壤有效磷含量的影响
•   3.3 生物炭添加对土壤全氮含量的影响
•   3.4 生物炭添加对土壤硝铵态氮含量的影响
•   3.5 讨论
•   3.6 小结
• 第四章 生物炭添加对酶活性特征及微生物量碳氮的影响
•   4.1 生物炭添加对土壤酶活性的影响
•   4.2 生物炭添加对土壤微生物量碳氮的影响
•   4.3 土壤酶活性与土壤理化性质的相关性
•   4.4 讨论
•   4.5 小结
• 第五章 生物炭添加对微生物群落的影响
•   5.1 细菌α多样性指数
•   5.2 细菌群落组成
•   5.3 不同生物炭处理的细菌群落结构及其与环境因子的关系
•   5.4 讨论
•   5.5 小结
• 第六章 结论与展望
•   6.1 主要结论
•   6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 王颖

导师: 郑纪勇

关键词: 生物炭,理化性质,酶活性,土壤细菌,多样性

来源: 西北农林科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学,农业科技

专业: 自然地理学和测绘学,农业基础科学,农业基础科学,农艺学,农艺学

单位: 西北农林科技大学

基金: 国家自然科学基金面上项目“生物炭对黄土高原不同质地土壤水文过程影响及机理的定位研究”(41571225),国家重点研发计划项目“黄土高原水土流失综合治理技术及示范”(2016YFC0501702),“鄂尔多斯高原砒砂岩区生态综合治理技术”(2017YFC0504504)

分类号: S156.2;S154

总页数: 63

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