粘土矿物对秸秆降解及团聚体形成的影响

论文摘要

土壤矿物与微生物的相互作用是地球表层系统中一个重要的生态过程。土壤微生物对陆地生态系统中元素循环和矿物形成、风化等方面起着非常重要的作用;同时,微生物的数量、活性、群落结构多样性、功能基因的表达等与矿物类型密切相关。土壤矿物颗粒细小,具有巨大的比表面和表面能,能够与土壤微生物发生吸附固定作用,控制着微生物在土壤中的生存和运移,制约着土壤微生物的活性和功能。因此,本文围绕土壤粘土矿物-微生物作用机理这一核心问题,以秸秆和土壤矿物（蒙脱石,高岭石,石英）为材料,通过室内模拟培养实验,研究了秸秆降解过程中,粘土矿物对微生物的生物量、胞外酶的酶活性和功能基因的相对丰度的影响,探究微生物对有机碳的周转和团聚体形成的影响。主要结果如下:（1）秸秆腐解过程中,人造土壤有机碳的含量显著降低,蒙脱石处理的有机碳含量从14.9 mg/g下降到8.7 mg/g,高岭石处理的有机碳含量从14.9 mg/g下降到7.7 mg/g;可溶性有机质的含量呈下降趋势,高岭石处理可溶性有机碳的含量从0.64 mg/g下降到0.28 mg/g,蒙脱石处理可溶性有机碳的含量从0.45 mg/g下降到0.37 mg/g,说明蒙脱石稳定有机碳的能力要高于高岭石。（2）秸秆降解过程中,微生物生物量碳先升高后下降,在培养的第七天达到峰值,不同粘土矿物微生物生物量碳最大值分别为0.57 mg/g（蒙脱石）、0.73 mg/g（高岭石）,说明蒙脱石对微生物的抑制能力更强。人造土壤胞外酶酶活性呈先上升后下降的趋势,其活性大小表现为β-1,4-D-葡萄糖苷酶（BG）和外切葡聚糖酶（CBH）>β-1,4-N-乙酰葡糖胺糖苷酶（NAG）>酸性磷酸酶（AP）,不同粘土矿物的胞外酶酶活性差异显著（高岭石>蒙脱石）。细菌的相对丰度呈下降的趋势,真菌的相对丰度呈先上升后下降的趋势,说明细菌在秸秆降解过程中的作用逐渐减弱。CBHI基因的相对丰度在培养期间先上升后下降,在培养第七天达到峰值,高岭石中CBHI基因的相对丰度显著高于蒙脱石,说明高岭石更有利于秸秆降解微生物的生长与繁殖。（3）秸秆降解过程中,不同粒径的团聚体的含量发生显著的变化,蒙脱石处理的平均重量直径（MWD）先升高后降低,从1.04 mm（Day 1）增加到1.50 mm（Day 7）,最后下降到1.22 mm（Day 360）。高岭石处理的平均重量直径（MWD）始终处于平稳上升的趋势,由1.48 mm（Day 1）增加到1.69 mm（Day 360）。蒙脱石处理中>2 mm大团聚体的比例为24.14%～50.24%,高岭石处理中>2 mm大团聚体的比例为46.02～78.66%,说明高岭石更有利于大团聚体的形成。（4）秸秆降解过程中,>2 mm的大团聚体中,蒙脱石处理有机碳含量从16.07mg/g下降到9.20 mg/g,高岭石处理从17.50 mg/g下降到6.97 mg/g,表明高岭石处理大团聚体中的有机碳更容易被矿化。在<0.053 mm的微团聚体中,蒙脱石处理有机碳含量从8.20 mg/g先上升到23.65 mg/g,然后下降到6.58 mg/g;高岭石处理有机碳含量从14.80 mg/g先上升到28.67 mg/g,然后下降到12.25 mg/g。表明微团聚体（<0.053 mm）有利于有机碳的固存。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 引言
•   1.1 秸秆降解的研究进展
•     1.1.1 秸秆降解过程中有机质的腐解特性
•     1.1.2 微生物降解纤维素的分子学机制
•   1.2 粘土矿物与微生物的作用机理研究进展
•     1.2.1 粘土矿物与微生物的作用机制
•     1.2.2 粘土矿物对土壤酶的影响
•     1.2.3 粘土矿物对有机质固存的影响
•   1.3 土壤团聚体形成的研究进展
•     1.3.1 土壤团聚体的概念模型
•     1.3.2 胶结物质对团聚体形成的影响
•     1.3.3 微生物在团聚体形成过程中的作用
•   1.4 研究内容与意义
• 2 材料与方法
•   2.1 研究方案
•     2.1.1 实验设计
•     2.1.2 人造土组分的表征
•     2.1.3 样品采集
•   2.2 样品分析与测定
•     2.2.1 人造土壤pH的测定
•     2.2.2 人造土壤胞外酶活性的测定
•     2.2.3 人造土壤微生物生物量的测定
•     2.2.4 人造土壤微生物功能基因的测定
•     2.2.5 人造土壤呼吸量的测定
•     2.2.6 人造土壤中TOC、TN的测定
•     2.2.7 人造土壤中团聚体的测定
•     2.2.8 人造土壤中可溶性有机碳的测定
•     2.2.9 人造土壤中可溶性有机质SUVA值和E2/E3 的测定
•   2.3 数据统计与分析
•   2.4 技术路线
• 3 结果与分析
•   3.1 人造土壤中秸秆的腐解特征
•     3.1.1 人造土壤TOC、TN的变化
•     3.1.2 人造土壤各粒径团聚体TOC、TN的变化
•     3.1.3 人造土壤pH的变化
•     3.1.4 人造土壤可溶性有机碳的变化
•     3.1.5 人造土壤可溶性有机质特征性紫外光谱吸收的变化
•   3.2 人造土壤微生物的数量与活性
•     3.2.1 人造土壤中微生物生物量碳的变化
•     3.2.2 人造土壤中胞外酶酶活性的变化
•     3.2.3 人造土壤中微生物呼吸速率的变化
•     3.2.4 人造土壤中基因丰度的变化
•   3.3 人造土壤团聚体的形成
•     3.3.1 不同粒径团聚体质量百分比的变化
•     3.3.2 团聚体平均重量直径的变化
• 4 讨论
•   4.1 粘土矿物类型对微生物数量与活性的影响
•   4.2 微生物对有机质含量和紫外特征的影响
•   4.3 粘土矿物和微生物对团聚体形成的影响
• 5 结论
• 6 存在不足与展望
• 参考文献
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 邱利峰

导师: 谭文峰

关键词: 粘土矿物,微生物,有机碳,团聚体,秸秆腐解,基因

来源: 华中农业大学

年度: 2019

分类: 基础科学,农业科技

专业: 生物学,农业基础科学,农业基础科学,农艺学,农艺学

单位: 华中农业大学

分类号: S154.3;S152

DOI: 10.27158/d.cnki.ghznu.2019.000856

总页数: 63

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