洞庭湖区土壤微生物生物量氮及其与外源氮转化的关系

论文摘要

氮在土壤中的形态、周转和损失等均是土壤学家、植物营养学家和环境学家多年来经久不衰的研究热点。目前湿地作为土壤活性养分库和环境保护的作用越来越受到重视。洞庭湖区是我国湖泊地区中面积最大的湿地类型和重要的农产品生产基地，同时也是氮素化肥施用量较大的区域之一。因此，研究洞庭湖区自然与人工湿地土壤的微生物生物量氮状况与分布特点，揭示土壤微生物对外源无机和有机氮的同化和转化过程，对于正确评价土壤供氮水平，提高氮素的利用率，减少环境污染都具有十分重要的意义。本论文以洞庭湖区湿地土壤为研究对象，采用野外调查、模拟培养试验、盆栽试验、定位试验与15N同位素示踪技术相结合的方法，研究了洞庭湖区土壤微生物生物量氮及其与外源氮素转化的关系。主要研究结果如下：（1）洞庭湖区不同类型湿地（湖草洲滩地、芦苇洲滩地、垦殖水田）表层土壤（0-10 cm）微生物生物量氮含量为57.90-259.47 mg／kg，土壤微生物生物量氮占全氮的比例为3.1-6.4％。不同类型湿地土壤碳、氮和微生物生物量碳（BC）、氮（BN）差异明显，而且均随深度的增加而降低。湖草滩地表层有机碳、全氮含量明显高于芦苇滩地和垦殖水田，BC与垦殖水田接近，而远大于芦苇湿地，BN高于芦苇滩地和垦殖水田。土壤表层BC占有机碳的比例：垦殖水田高于湖草滩地，高于芦苇滩地。土壤BC、全氮、BN与有机碳之间存在极显著的线性相关关系；土壤容重与有机碳、全氮、BC、BN之间呈现极显著的指数负相关关系；＜0.001mm土壤粘粒与有机碳、全氮和BC、BN之间呈现极显著的指数或对数正相关关系。（2）洞庭湖区不同利用方式的农田土壤BN平均含量为115.47 mg／kg，主要分布区间在70-160 mg／kg，BN占全氮的比例为1.0-7.4％，平均3.8％。农田不同利用方式的土壤碳、氮和BC、BN存在差异，水田土壤碳、氮和BC、BN明显高于旱地（苎麻为主的旱地、油菜为主的旱地），双季稻高于一季稻。较高的碳、氮投入量是导致双季稻土壤碳、氮和BC、BN高于其它三种利用方式的主要原因。土壤BC、BN能够很好地反映洞庭湖区农田土壤碳、氮水平。（3）水稻土长期田间定位试验结果证明，有机无机肥料长期配合施用显著提高了土壤全氮和BN水平，也提高了土壤BN占全氮的比例，同时也显著增加酸解性氮含量。土壤有机氮以酸解性氮为主，酸解性氮中氨基酸态氦占优势，氨基糖态氮所占份额最低。土壤酸解性氮及其组分均与BN存在极显著的正相关关系。氨基酸氮和酸解未知氮对BN的影响最大。（4）淹水培养条件下，BN先迅速上升到一定峰值后逐渐下降，最后趋于稳定。其峰值大小为：稻草硫铵配施＞硫铵＞对照。微生物同化的标记底物硫铵氮，红黄泥为0.15-20.6％，紫潮泥为2.9-15.9％。化肥和秸秆配合施用能增强微生物对无机氮的同化，而紫潮泥微生物对硫铵氮的同化和固持快于红黄泥。红黄泥粘土矿物固定的标记底物氮最高为10.6％，紫潮泥30.0％。微生物同化的氮和粘土矿物固定的氮在试验期间均随时间的延长而减少。有机无机配施处理提高了标记底物氮的有机氮形态残留率，降低了无机氮形态（固定态铵和矿质氮）残留率。（5）盆栽条件下，BN在水稻不同生育期有明显变化。在水稻孕穗期出现较低值，到成熟期有所回升。红黄泥微生物同化的标记底物氮最高为8.3％，紫潮泥为19.2％，尿素和秸秆配合施用能增强微生物对无机氮的同化。红黄泥粘土矿物固定的标记底物氮最高为2.0％，紫潮泥为18.7％。有机无机配施提高了微生物对尿素氮的竞争能力，降低了粘土矿物的固氮能力。尿素氮和秸秆氮的残留以有机氮形态为主，红黄泥为80％以上，紫潮泥72％，酸解氮是尿素和秸秆氮残留主要有机氮形态。红黄泥尿素氮残留的主要无机形态是矿质氮，占总残留的15％，而紫潮泥为固定态铵，占总残留的20％。尿素配合施用秸秆提高了化肥的利用率和残留率，降低了尿素氮的无机氮形态残留。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1 研究目的和意义
• 2 国内外研究进展
• 2.1 微生物生物量碳、氮及其影响因素
• 2.1.1 微生物生物量碳、氮的测定方法
• 2.1.2 微生物生物量氮的含量变化
• 2.1.3 微生物生物量的形成与氮素转化
• 2.1.4 微生物生物量氮与土壤中其它形态氮的关系
• 2.1.5 微生物生物量氮的有效性及其供氮意义
• 2.2 有机无机肥配施对土壤碳、氮及水稻生长的影响
• 2.2.1 有机无机肥配施对土壤有机碳含量的影响
• 2.2.2 秸秆还田对土壤氮的影响
• 2.2.3 秸秆还田对水稻氮营养的影响
• 3 研究展望
• 4 研究内容
• 4.1 洞庭湖区典型湿地微生物生物量碳、氮及其垂直分布
• 4.2 农田不同利用方式对土壤微生物生物量碳、氮的影响
• 4.3 长期施肥对土壤氮和微生物生物量氮及有机氮的影响
• 4.4 淹水培养条件下微生物生物量碳氮动态及对土壤氮素转化的影响
• 4.5 盆栽条件下微生物生物量碳氮动态变化及对土壤氮素转化的影响
• 5 技术路线
• 第二章 试验设计、材料与方法
• 1 试验设计与试验材料
• 1.1 洞庭湖典型湿地土壤剖面采集与分析
• 1.2 洞庭湖区典型湖垸不同利用方式农田的面上调查与分析
• 1.3 有机无机肥长期配合施用田间定位试验
• 1.4 有机无机肥配合淹水培养试验
• 1.5 有机无机肥配合盆栽试验
• 2 分析测试方法
• 2.1 微生物生物量碳
• 2.2 微生物生物量氮
• 2.3 矿质氮
• 2.4 可矿化氮
• 2.5 有机氮
• 2.6 固定态铵
• 15N测定'>2.7¹⁵N测定
• 2.8 土壤基本理化性状
• 3 数据统计与分析
• 第三章 洞庭湖区典型湿地微生物生物量碳、氮及其垂直分布
• 1 引言
• 2 结果与分析
• 2.1 不同湿地生态系统的土壤碳和微生物生物量碳
• 2.2 不同湿地生态系统的土壤氮和微生物生物量氮
• 2.3 不同湿地生态系统的土壤机械组成与容重
• 2.4 湿地表层土壤物理性状与土壤碳、氮的相关关系
• 3 讨论
• 4 小结
• 第四章 不同利用方式对农田土壤碳、氮和微生物生物量碳、氮的影响
• 1 引言
• 2 结果与分析
• 2.1 不同利用方式的土壤碳、氮
• 2.2 不同利用方式的土壤微生物生物量碳、氮
• 2.3 微生物生物量碳、氮与土壤碳、氮的关系
• 3 讨论
• 4 小结
• 第五章 长期施肥对土壤碳、氮和微生物生物量碳、氮及有机氮组分的影响
• 1 引言
• 2 结果与分析
• 2.1 长期施肥对土壤碳和微生物生物量碳的影响
• 2.2 长期施肥对土壤全氮和微生物生物量氮的影响
• 2.3 长期施肥对土壤酸解性氮和酸不溶性氮的影响
• 2.4 长期施肥对土壤中氨基酸氮和氨态氮的影响
• 2.5 长期施肥对土壤中氨基糖氮和酸解未知氮的影响
• 2.6 微生物生物量氮与有机氮组分的关系
• 3 讨论
• 4 小结
• 第六章 淹水培养条件下微生物生物量碳、氮动态变化及对氮素转化的影响
• 1 引言
• 2 结果与分析
• 2.1 淹水培养条件下微生物生物量碳、氮及对肥料氮的固持
• 2.1.1 微生物生物量碳、氮动态
• 2.1.2 微生物对肥料氮的固持
• 2.2 淹水培养条件下有机氮组分动态
• 2.2.1 酸解氮和酸不溶性氮
• 2.2.2 土壤酸解氮组分
• 2.2.3 有机氮组分与微生物生物量氮的关系
• 2.3 淹水培养条件下矿质氮动态
• 2.4 淹水培养条件下可矿化氮动态
• 2.5 淹水培养条件下固定态铵动态
• 2.6 肥料氮的残留和损失
• 3 讨论
• 3.1 微生物生物量碳、氮
• 3.2 微生物和晶格对底物氮的固定与释放
• 3.3 土壤微生物生物量氮与矿质氮、可矿化氮、固定态铵的关系
• 4 小结
• 第七章 盆栽条件下土壤微生物生物量碳、氮动态变化及对氮素转化的影响
• 1 引言
• 2 结果与分析
• 2.1 水稻生长期间微生物生物量碳、氮动态及其对肥料氮的固持
• 2.1.1 水稻生长期间微生物生物量碳动态
• 2.1.2 水稻生长期间微生物生物量氮动态
• 2.1.3 微生物对肥料氮的固持
• 2.2 土壤有机氮组分动态
• 2.2.1 酸解氮与酸不溶性氮
• 2.2.2 酸解氮组分
• 2.2.3 微生物生物量氮与有机氮组分关系
• 2.3 矿质氮、可矿化氮、固定态铵动态
• 2.3.1 矿质氮动态和标记底物矿质氮
• 2.3.2 固定态铵动态和标记底物固定态铵
• 2.3.3 可矿化氮动态和标记底物可矿化氮
• 3 讨论
• 3.1 微生物生物量氮
• 3.2 有机氮
• 3.3 矿质氮、可矿化氮、固定态铵
• 3.4 微生物生物量氮与矿质氮、可矿化氮、固定态铵的关系
• 3.5 微生物和晶格对底物氮的固定与释放
• 4 小结
• 第八章 盆栽条件下有机无机氮源的去向
• 1 引言
• 2 结果与分析
• 2.1 水稻对土壤氮和肥料氮的吸收
• 2.1.1 水稻的吸氮量、秸秆生物量和产量
• 2.1.2 水稻对土壤氮和肥料氮的吸收动态
• 2.1.3 影响水稻吸氮量的因素分析
• 2.2 标记底物氮在水稻和土壤间的去向
• 2.2.1 残留底物氮形态
• 2.2.2 标记底物氮的平衡帐
• 3 讨论
• 4 小结
• 第九章 总体讨论、结论与创新点
• 1 总体讨论
• 1.1 洞庭湖湿地和农田土壤微生物生物量氮
• 1.2 有机无机肥长期配合施用对土壤全氮、微生物生物量氮的影响
• 1.3 微生物生物量氮对外源底物氮的固定
• 1.4 微生物生物量氮与土壤有机氮组分的关系
• 1.5 微生物生物量氮与土壤矿质氮、可矿化氮、固定态铵的关系
• 1.6 有机无机肥配合施用条件下氮的残留和损失
• 2 结论
• 3 创新点
• 4 前景展望
• 参考文献
• 作者简历
• 攻读博士学位期间承担的项目
• 攻读博士学位期间发表论文目录
• 致谢