不同水肥管理对设施蔬菜土壤氮循环功能微生物的影响

论文摘要

设施菜地是N2O排放的重要来源,主要由微生物的硝化和反硝化过程引起。不同的水肥管理会导致设施蔬菜土壤理化性质的改变,从而对土壤硝化和反硝化微生物产生影响。为了研究不同水肥管理下硝化反硝化菌群结构的变化以及对N2O排放的影响,为设施蔬菜生产找出科学的水肥管理模式,本论文在中国农业科学院顺义试验基地布设了对照处理（CK）、农民习惯处理（FP）、滴灌施肥处理（FPD）、优化滴灌施肥处理（OFPD）4种水肥管理模式。对比分析了土壤有机碳、铵氮、硝氮等理化性质,利用高通量测序的方法研究了土壤中氨氧化细菌（AOB）和古菌（AOA）、nirS型和nirK型反硝化细菌的群落组成,用定量PCR测定AOB和AOA的数量,并用统计学方法分析了环境因子对微生物群落结构的影响。研究获得以下几点结果:（1）OFPD处理土壤各元素（有机碳、速效钾、有效磷、氨氮、硝氮）含量最高,N2O排放量为4.94±1.69 kg·N/ha,高于CK和FP,低于FPD。部分有机肥代替化肥的施用会降低N2O排放量。滴灌减少氮淋溶,土壤氮保存量大,在氮肥投入量相等的条件下,N2O排放量增加。（2）硝化潜势趋势为OFPD>FPD>FP>CK。当硝化潜势增加时,N2O排放量会增加。部分有机肥代替化肥和滴灌显著提高土壤硝化潜势,而N2O排放量相较与FPD却降低,这可能与有机肥施用,增加了土壤硝氮残留量有关。（3）土壤pH值、有效磷含量对AOB的群落结构影响显著（P<0.05）。亚硝化螺菌属是AOB的优势菌属（33.3%50.7%）,OFPD处理丰度最高。有效磷、有机碳的含量对AOA群落结构影响显著（P<0.05）。AOA优势菌属是亚硝化侏儒菌属（17.7%39.6%）,在CK丰度最高。所以,施肥滴灌能显著增加AOB中亚硝化螺菌属丰度,减少AOA中亚硝化侏儒菌属丰度和增加亚硝化球菌属丰度。N2O排放量与AOB和AOA菌落结构变化有显著性影响（P<0.05）。（4）4种管理均是AOA的数量高于AOB的数量。分析发现,施肥能够显著增加AOB的数量,滴灌能够显著增加AOA的数量。当AOB的数量增加时,N2O的排放量会增加。（5）Rhodanobacter（罗河杆菌属）是CK、FP、FPD中的优势菌属,而OFPD的优势菌属是Pseudomonas（假单胞菌属）。施肥滴灌显著改变了土壤中nirS型反硝化细菌的群落结构。Rhizobium（根瘤菌）是nirK型反硝化细菌优势菌属（2.6%10.6%）,施肥滴灌增加了Rhizobium丰度。N2O排放量与nirK型反硝化细菌多样性呈显著正相关（R=0.6034 P=0.0452）,与nirS型反硝化细菌多样性影响不显著。综上所述,不同的水肥管理模式导致土壤AOB、AOA、nirS型和nirK型反硝化细菌群落结构的改变以及AOB和AOA数量的变化,对N2O排放量产生显著影响。部分有机肥代替化肥的施用N2O排放量相对较低,土壤营养元素含量高,是相对比较科学的管理模式。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 设施菜地中水肥的利用现状
• 2O的排放'>  1.2 设施菜地中氮循环与N₂O的排放
•   1.3 土壤氮循环功能微生物的研究进展
•     1.3.1 土壤氮循环功能微生物
•     1.3.2 土壤氮循环功能微生物的影响因素
•     1.3.3 土壤氮循环功能微生物多样性研究方法
•   1.4 研究目的与内容
•     1.4.1 研究目的
•     1.4.2 研究内容
•   1.5 创新点
•   1.6 技术路线
• 第二章 不同水肥管理对土壤理化性质及硝化潜势的影响
•   2.1 材料与方法
•     2.1.1 试验样地
•     2.1.2 土壤样品的采集与预处理
•     2.1.3 物理化参数的测定
•     2.1.4 硝化潜势的测定
•   2.2 结果与分析
•     2.2.1 土壤理化性质分析
•     2.2.2 土壤的硝化潜势分析
•     2.2.3 理化因子对硝化潜势的影响
•   2.3 讨论
•   2.4 本章小结
• 第三章 不同水肥管理对土壤氨氧化菌的数量和群落结构的影响
•   3.1 材料与方法
•     3.1.1 土壤样品采集与预处理
•     3.1.2 土壤样品DNA的提取
•     3.1.3 功能基因片段的扩增与测序
•     3.1.4 氨氧化菌的定量PCR
•     3.1.5 高通量测序数据分析
•   3.2 结果与分析
•     3.2.1 氨氧化菌的群落组成分析
•     3.2.2 氨氧化菌的群落组成与环境因子的关系
•     3.2.3 氨氧化菌的定量PCR分析
•   3.3 讨论
•   3.4 本章小结
• 第四章 不同水肥管理对土壤反硝化细菌群落结构的影响
•   4.1 材料与方法
•     4.1.1 土壤样品采集与预处理
•     4.1.2 土壤样品DNA的提取
•     4.1.3 功能基因片段的扩增与测序
•     4.1.4 高通量测序数据分析
•   4.2 结果与分析
•     4.2.1 反硝化细菌的群落组成分析
•     4.2.2 反硝化细菌的群落组成与环境因子的关系
•   4.3 讨论
•   4.4 本章小结
• 第五章 结论与展望
•   5.1 结论
•   5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 曹子敏

导师: 郝春博,李贵春

关键词: 水肥管理,设施蔬菜,氮循环功能微生物,高通量测序

来源: 中国地质大学(北京)

年度: 2019

分类: 基础科学,农业科技

专业: 生物学,农业基础科学,农艺学,园艺

单位: 中国地质大学(北京)

分类号: S626;S154.3

DOI: 10.27493/d.cnki.gzdzy.2019.001154

总页数: 73

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