长期不同施肥处理下南方典型水稻土有机碳积累的微生物学机制初探

论文摘要

土壤的固碳减排是当前应对全球气候变化的重要途径和措施。水稻土作为我国南方主要的农田土壤具有较强的固碳潜力。微生物是土壤有机碳循环转化的驱动力,在土壤固碳过程中有机碳转化的微生物过程尚不明确。本实验分别选取江苏吴江、湖南望城以及江西进贤等3个水稻长期肥料试验田,其中吴江试验点设置无肥（CK）、氮磷钾肥（NPK）、氮磷钾配施猪粪（NPKM）和氮磷钾配施秸秆（NPKS）四个处理；进贤试验点设置无肥（CK）、单施氮肥（N）、氮磷钾肥（NPK）和氮磷钾配施猪粪（NPKM）等处理；望城试验点设置无肥（CK）、施氮钾肥（NK）、施氮磷钾肥（NPK）、氮钾肥配施猪粪（NKM）和氮磷钾肥配施秸秆（NPKS）等处理,分析长期不同的施肥措施对土壤有机碳（SOC）和全氮（TN）含量的影响,测定土壤微生物量生物量和可培养真菌、细菌数量；田间监测土壤呼吸,同时通过PCR-DGGE的方法比较不同处理下土壤的真菌和细菌的多样性变化,主要结论如下：1、超过20年的持续施肥处理显著地改变了土壤有机碳与全氮含量,与单施化肥相比,化肥和有机肥配施处理下土壤的有机碳、全氮分别显著提高7.3%和7.4%。2、超过20年的不同施肥处理引起土壤微生物生物量碳、氮的显著变化,表现为有机无机肥配施>单施化肥>无肥处理,同时微生物生物量碳、氮均与土壤有机碳显著正相关。3、土壤可培养细菌的变化范围为0.84×107-6.90×107CFU·g-1。不同施肥处理间可培养细菌数变化差异较小。土壤可培养真菌的变化范围为4.66×104-27.84×104CFU·g-1,其中望城和吴江的化肥与猪粪配施和化肥与秸秆配施处理最高。而进贤无论是细菌还是真菌,各施肥处理间均没有显著差异。土壤可培养真菌细菌数之比在所有土壤样品中变化范围为1.5×10-3-12.5×10-3,在有机肥无机肥配施的处理下最高。4、土壤呼吸的变化范围为6.90-16.84 gCO2·m-2·d-1,矿化率的变化范围为0.09-0.27gCO2-C·gSOC-1·m2·d-1,土壤微生物代谢熵的变化范围为1.99-14.27mgCO2-C·mgSMBC-1·m-2·d-1,各试验点不同施肥处理间土壤呼吸、矿化率与微生物代谢熵变化无明显规律。不同施肥处理造成土壤真菌多样性显著变化,秸秆配施化肥处理的真菌多样性较高,而不同处理间细菌多样性差异不显著。5、土壤微生物量碳、氮及可培养真菌细菌比均与土壤有机碳显著正相关,土壤微生物代谢熵与土壤有机碳含量显著负相关。施肥处理条件下微生物量碳和微生物量氮与有机碳在施肥处理下的增加值呈显著正相关,这说明土壤有机碳的积累得益于有机无机肥配合施用下土壤中可培养真菌区系优势度的提高。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 研究背景
• 1.2 农业土壤固碳减排的意义
• 1.3 土壤固碳能力的影响因素
• 1.3.1 土壤呼吸与碳循环
• 1.3.2 土壤呼吸的影响因素研究进展
• 1.3.3 人类活动对土壤固碳能力的影响
• 1.4 土壤有机碳的积累机制与土壤微生物
• 1.4.1 土壤有机碳积累机制
• 1.4.2 土壤微生物多样性研究方法
• 1.4.2.1 平板培养法
• 1.4.2.2 直接观察法
• 1.4.2.3 微生物量法
• 1.4.2.4 生物化学法
• 1.4.2.5 分子生物学方法
• 1.5 研究意义
• 第二章 材料与方法
• 2.1 试验点概况
• 2.2 土壤采样与样品分析
• 2.2.1 土样采集
• 2.2.2 土壤微生物生物量的测定
• 2.2.3 可培养微生物平板计数
• 2.2.4 土壤呼吸强度的野外测定
• 2.2.5 土壤微生物的PCR-DGGE分析
• 2.2.5.1 土壤微生物基因组的提取
• 2.2.5.2 微生物16SrRNA基因的扩增
• 2.2.5.3 PCR产物的变性梯度凝胶电泳（DGGE）
• 2.2.6 数据处理与统计
• 第三章 结果与讨论
• 3.1 结果与分析
• 3.1.1 土壤有机质和全氮含量
• 3.1.2 土壤微生物生物量
• 3.1.3 土壤可培养微生物数量
• 3.1.4 土壤呼吸活性
• 3.1.5 土壤真菌和细菌多样性
• 3.2 讨论
• 3.2.1 土壤有机碳积累与微生物量与微生物区系的关系
• 3.2.2 土壤有机碳积累与有机碳生物学稳定性
• 3.2.3 土壤有机碳积累与土壤微生物的多样性的关系
• 第四章 全文结论、创新点与展望
• 4.1 全文结论
• 4.2 创新点
• 4.3 不足之处
• 4.4 研究展望
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的论文
• 致谢