稻田氮素流失特征及土壤微生物多样性的研究

论文摘要

本文选择上海市郊区广泛种植的水稻作为研究对象,经过测坑定位试验,通过两年的周期,定量研究了稻田氮素径流流失和渗漏流失的规律,同时探讨了不同施肥处理对稻田土壤微生物多样性的影响。主要研究结果如下:（1）稻田坑面水总氮含量基本呈现从最大值急剧下降,然后平稳的趋势,其最大值的大小受施肥种类和施肥量的影响。施肥后,稻田坑面水中的氮素以铵态氮为主。在各个施肥期,有机肥处理均表现为田间坑面较弱的硝化作用。无机肥处理下降最为剧烈,施肥第2天铵态氮含量平均减少了36.03%;有机肥处理处理最小,为16.48%。无机肥处理的氮素在稻田坑面水中减少1/2的时间约为1.89天。当增施有机肥后,氮素在稻田坑面水中减少1/2的时间约为6.43天。（2）稻田在施肥后第7天,有机肥处理的50cm剖面水总氮浓度下降最小,低于无机肥处理和混施肥处理。3种处理下降分别为,无机肥处理53.01%,混施肥处理52.57%,有机肥处理44.24%。稻田径流水中的氮素成分与坑面水氮素成分一致。在水稻生长期内,有机肥处理径流水总氮流失量最小,2009年为7.70kg/hm2,2010年为9.34kg/hm2。施用有机肥能明显减少稻田氮素径流流失。（3）在水稻生长期内,3种施肥处理的总氮渗漏量呈现先上升后下降,最后趋于平稳的走势。研究表明,有机肥处理的稻田径流氮素流失比无机肥处理减少39.05%～56.49%。3种施肥处理的总氮流失量分别为,无机肥处理1.02kg/hm2,混施肥处理0.87kg/hm2,有机肥处理0.11kg/hm2。施肥后的第1～4天是氮素流失的高峰时期。施肥后的第3天,各施肥处理的渗漏水硝态氮达到最大值,其中有机肥处理最小,平均为0.13mg/L。（4）稻田上层土壤的土壤容重变化趋势因不同的施肥处理而不同。3种施肥处理的变化均较大,均在烤田期降到最低值。施用有机肥有使土壤耕作层疏松的作用,而长期施用化学肥料易使土壤板结。不同施肥处理对稻田下层土壤容重的影响较小。各时期不同施肥处理的稻田土壤的总孔隙度均介于40.23%55.14%之间,性质接近于粘质土,属于比较理想的种植土壤。本试验证明长期施用化学肥料容易使表面土壤的总孔隙度下降,不利于充足的空气进入和水分的流通。（5）稻田不同施肥处理上下两层土壤有机质含量均在两年水稻生长旺期降到最低值。第一年水稻收获后显著上升,第二年水稻收获后恢复到种植前水平。水稻种植以后,有机肥处理的上下两层土壤的有机质含量均高于无机肥处理和混施肥处理。3种施肥处理的上层土壤全氮含量的变化趋势相同,两年均在水稻生长旺期打到最大值。其中无机肥处理的全氮含量最大,两年分别为1.60g/kg和1.53g/kg,分别比混施肥处理、有机肥处理多出了43.13%、29.38%和39.59%、27.77%。（6）不同时期稻田各处理土壤的EC值均不超过0.50mS/cm,属于正常范围。上层土壤的EC值明显高于下层土壤,两者在不同时期的变化趋势略有不同。不同施肥处理对稻田土壤pH值的变化影响较大。其中,各处理的上层土壤在每次施肥后pH值都有明显的下降,有机肥处理的上层土壤下降最多。（7）采用PCR-DGGE（聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳）的生物学研究手段,得出有机肥能提高土壤微生物的丰富度和多样性。施肥后,稻田上层土壤的土壤微生物群落结构发生了明显的改变。有机肥处理的土壤DNA丰富度最大,条带数为19;无机肥处理的最小,条带数为14。3种施肥处理的DNA序列Shannon—Weaver指数分别为:混施肥处理1.85,有机肥处理2.30和无机肥处理1.60,均匀度指数分别为:混施肥处理0.73,有机肥处理0.82和无机肥处理0.64。上层土壤中,无机肥处理和混施肥处理的微生物多样性相似系数为79%,而施用有机肥的处理与混施肥处理、无机肥处理的相似系数为62%,这表明施用有机肥能明显改变稻田土壤微生物的种群结构。对于下层土壤,各处理仍然具有较高的相似性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 引言
• 1.2 上海地区水稻种植情况
• 1.3 水稻施肥中存在的问题
• 1.4 农田氮素流失规律研究
• 1.4.1 氮素流失的机理
• 1.4.2 稻田氮素流失控制技术研究
• 1.4.3 农作方式对水稻的影响
• 1.5 施肥对土壤微生物的影响
• 1.5.1 土壤微生物的特点
• 1.5.2 微生物数量
• 1.5.3 土壤微生物生物量
• 1.5.4 土壤微生物多样性
• 1.5.5 土壤微生物多样性与土壤性质及土壤功能的关系
• 1.6 土壤微生物多样性的检测
• 1.6.1 平板分离和培养技术
• 1.6.2 BIOLOG微平板测试方法
• 1.6.3 DGGE 分析法
• 1.7 本文研究内容及意义
• 1.7.1 研究内容
• 1.7.2 研究意义
• 第二章 不同施肥处理对稻田系统氮素流失的影响
• 2.1 材料与方法
• 2.1.1 供试材料
• 2.1.2 试验设计
• 2.1.3 水样采集
• 2.1.4 测定方法
• 2.1.5 数据分析方法
• 2.2 结果与分析
• 2.2.1 稻田坑面水氮素动态变化
• 2.2.2 稻田剖面水氮素动态变化
• 2.2.3 稻田系统氮素渗漏流失
• 2.2.4 稻田系统氮素径流流失
• 2.3 小结
• 第三章 不同施肥处理对稻田土壤理化性质的影响
• 3.1 材料与方法
• 3.1.1 试验区概况
• 3.1.2 供试材料
• 3.1.3 试验设计
• 3.1.4 试验方法
• 3.2 结果与分析
• 3.2.1 不同施肥处理对稻田土壤物理性质的影响
• 3.2.2 不同施肥处理对稻田土壤化学性质的影响
• 3.2.3 不同施肥处理对水稻产量的影响
• 3.3 小结
• 第四章 稻田土壤微生物群落D G GE 分子指纹分析
• 4.1 材料和方法
• 4.1.1 供试材料
• 4.1.2 试验设计
• 4.1.3 实验试剂
• 4.1.4 仪器设备
• 4.1.5 土壤微生物基因组D NA 的提取与纯化
• 4.1.6 土壤微生物基因组DN A 的扩增
• 4.1.7 PC R 产物的D G GE 分析
• 4.1.8 土壤微生物群落D NA 序列多样性研究方法
• 4.1.9 统计分析
• 4.2 结果与分析
• 4.2.1 16SrDNA 的DGGE 指纹图谱分析
• 4.2.2 稻田土壤微生物群落D NA 多样性分析
• 4.2.3 稻田土壤微生物群落的聚类分析
• 4.2.4 稻田土壤微生物群落多样性的相关性分析
• 4.3 小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.1.1 稻田氮素流失规律
• 5.1.2 稻田土壤理化性质的变化
• 5.1.3 稻田土壤微生物多样性的变化
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文