有机肥和抑制剂对石灰性土壤氮素转化功能菌群及N 2 O和NH 3 排放的影响
发布时间：2023-09-17 06:40
【目的】我国矿质氮肥施用量过大带来的环境恶效应已引起高度重视。为此,如何减少氮素损失,提高氮素利用效率变得至关重要。从优化氮肥管理的角度上来说,采取化肥减量、配施有机肥或配施脲酶抑制剂(UI)/硝化抑制剂(NI)可以实现农田土壤的氮素养分高效利用。石灰性土壤上氮素转化剧烈,容易导致氮素损失,其中N2O释放和NH3挥发是重要氮素损失途径。然而,有机无机肥配施及添加UI、NI或双抑制剂组合(DIs)对石灰性土壤NH3和N2O排放的影响仍不清楚,氮素转化关键微生物群落(硝化和反硝化)对其响应尚不明确。因此,本论文研究了化肥配施有机肥以及添加UI、NI或DIs对石灰性土壤氮素转化功能微生物丰度、结构和多样性的影响及对NH3和N2O排放的影响,以期揭示石灰性土壤硝化-反硝化微生物群落特征对采用增施有机肥及添加抑制剂后的响应,为石灰性农田土壤施肥优化管理提供理论依据。【方法】本研究包括田间定位施肥试验和室内模拟培养试验两部分。通过田间定位施肥试验,运用荧光定量PCR技...
【文章页数】：132 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 土壤硝化/反硝化过程及其关键微生物群落研究进展
1.2.2 影响硝化/反硝化的环境驱动因子
1.2.3 脲酶/硝化抑制剂研究进展
1.2.4 抑制剂对土壤硝化/反硝化关键菌群的研究进展
1.2.5 温室气体N2O和NH3排放
1.2.6 抑制剂调控下土壤N2O和NH3释放的变化
1.2.7 有机肥对土壤氮素转化关键菌群和N2O排放的影响
1.2.8 有机肥、脲酶和硝化抑制剂协同应用
第二章 研究材料与方法
2.1 研究内容
2.1.1 有机无机肥配施及添加抑制剂下土壤理化性状变化
2.1.2 有机无机肥配施添加抑制剂对氮素转化酶活性的影响
2.1.3 有机无机肥配施添加抑制剂对氮素挥发气体影响
2.1.4 有机无机肥配施及添加抑制剂对氮素转化菌群群落特征的影响
2.2 技术路线
2.3 研究材料与方法
2.3.1 田间定位试验概况及试验设计
2.3.2 试验材料
2.3.3 模拟试验材料及试验设计
2.4 样品采集及预处理
2.4.1 大田样品采集与处理
2.4.2 模拟样品采集与处理
2.5 测试指标及方法
2.5.1 土壤理化性质测定
2.5.2 土壤微生物量、硝化潜势和氮素矿化能力测定
2.5.3 土壤酶活性的测定
2.5.4 土壤N2O和NH3测定
2.5.5 土壤总DNA的提取
2.5.6 实时荧光定量PCR(realtimePCR)
2.5.7 PCR扩增和高通量测序
2.6 计算公式
2.7 数据分析
2.7.1 功能基因群落结构和多样性分析
2.7.2 其他数据分析
第三章 有机肥耦合抑制剂对石灰性土壤氮素转化的影响
3.1 有机无机肥配施添加抑制剂下的土壤不同氮素形态变化
3.1.1 土壤尿素态氮含量随培养时间的变化
3.1.2 土壤铵态氮含量随培养时间的变化
3.1.3 土壤硝态氮含量随培养时间的变化
3.1.4 土壤总矿质氮含量随培养时间的变化
3.1.5 土壤微生物量碳和微生物量氮
3.1.6 土壤全氮含量
3.2 有机无机肥配施添加抑制剂对土壤氮素转化关键过程的影响
3.2.1 土壤表观硝化率随培养时间变化
3.2.2 土壤铵硝比随培养时间变化
3.2.3 土壤脲酶抑制率
3.2.4 土壤硝化抑制率
3.2.5 土壤矿化势
3.2.6 土壤潜在硝化势
3.3 讨论
3.4 本章小结
第四章 有机无机肥配施添加抑制剂对土壤氮素转化关键酶活性的影响
4.1 有机无机肥配施添加抑制剂对土壤脲酶活性的影响
4.2 有机无机肥配施添加抑制剂对土壤硝酸还原酶活性的影响
4.3 有机无机肥配施添加抑制剂对土壤亚硝酸还原酶活性的影响
4.4 有机无机肥配施添加抑制剂对土壤羟氨还原酶活性的影响
4.5 土壤环境因子与土壤氮素转化关键酶的关联分析
4.6 讨论
4.7 本章小结
第五章 有机无机肥配施及添加抑制剂下石灰性土壤AOA和AOB菌群特征
5.1 连续有机无机肥配施下土壤理化性质改变
5.2 氨氧化古菌(AOA)和氨氧化细菌(AOB)的丰富度和多样性
5.2.1 有机无机肥配施对石灰性土壤AOA和AOB菌群丰富度的影响
5.2.2 抑制剂调控下石灰性土壤AOA和AOB菌群丰富度的变化
5.3 石灰性土壤氨氧化细菌和古菌群落OTU数量的变化
5.3.1 连续有机无机肥配施下土壤AOA和AOB基因OTU数量
5.3.2 抑制剂调控下土壤AOA和AOB基因OTU数量
5.4 AOA和AOB基因数量
5.4.1 连续有机肥配施化肥下AOA和AOB基因数量变化
5.4.2 抑制剂调控下AOA和AOB基因数量的变化
5.5 AOA和AOB菌群群落结构
5.5.1 连续有机无机肥配施下AOA和AOB群落组成的变化
5.5.2 抑制剂调控下AOA和AOB群落结构的改变
5.6 AOA和AOB对石灰性土壤硝化反应的贡献
5.6.1 AOA和AOB对连续增施有机肥下土壤硝化反应的相对贡献
5.6.2 AOA和AOB基因数量对抑制剂调控下土壤硝化反应的相对贡献
5.7 讨论
5.7.1 有机无机肥配施及添加抑制剂下土壤氨氧化微生物菌群数量的变化
5.7.2 有机肥及添加抑制剂下AOA和AOB对石灰性土壤硝化反应的贡献
5.7.3 生化抑制剂调控对土壤氨氧化微生物菌群结构的影响
5.8 本章小结
第六章 有机无机肥配施及添加抑制剂对石灰性土壤反硝化菌群的影响
6.1 反硝化基因nirS、nirK和nosZ的丰富度
6.1.1 有机肥施用下石灰性土壤反硝化种群丰富度和多样性的变化
6.1.2 抑制剂调控下的土壤反硝化种群丰富度及多样性
6.1.3 有机无机肥配施添加抑制剂下土壤反硝化菌群功能多样性的聚类分析
6.2 反硝化基因的数量
6.2.1 有机无机肥配施下石灰性土壤反硝化基因拷贝数的变化
6.2.2 硝化抑制剂调控下土壤反硝化基因拷贝数的变化
6.3 反硝化基因种群的组成
6.3.1 连续增施有机肥下土壤反硝化基因组成的改变
6.3.2 抑制剂调控下土壤反硝化菌群群落的结构变化
6.4 讨论
6.4.1 有机肥及生化抑制剂调控下土壤反硝化菌群结构的变化
6.4.2 两种Nir基因(nirS/nirK)对土壤亚硝酸还原酶活性的影响
6.4.3 有机无机肥配施添加硝化抑制剂对反硝化菌群的影响
6.5 本章小结
第七章 土壤N2O和NH3排放对有机无机配施添加抑制剂的响应
7.1 抑制剂调控有机无机肥配施下土壤N2O排放速率的变化
7.2 土壤N2O排放累积量随培养时间的变化
7.3 有机无机肥配施添加抑制剂下N2O-N损失占输入N量的比变化
7.4 有机无机肥配施添加抑制剂对土壤NH3排放通量的影响
7.5 土壤NH3排放累积量随培养时间的变化
7.6 有机肥配施抑制剂对土壤NH3排放系数的影响
7.7 不同施肥制度下NH3-N和N2O-N氮素损失总量的变化
7.8 不同施肥制度下肥料氮素持有量的变化
7.9 讨论
7.9.1 有机无机肥配施模式下,添加UI/NI对N2O排放的影响
7.9.2 有机无机肥配施模式下,添加UI/NI对NH3排放的影响
7.10 本章小结
第八章 氮素转化功能菌群及N2O和NH3排放与土壤因子的关联分析
8.1 连续施肥下土壤因子对硝化微生物AOA和AOB群落结构的影响
8.2 连续施肥下土壤因子对土壤反硝化群落结构的影响
8.3 有机肥耦合抑制剂下土壤理化性状与硝化-反硝化菌群数量的相关分析
8.4 土壤因子和土壤N转化关键菌群数量对N2O释放的贡献
8.5 土壤因子对NH3排放的贡献
8.6 讨论
8.6.1 土壤理化因子影响AOA和AOB菌群群落的关联分析
8.6.2 土壤理化因子影响nirK、nirS和nosZ菌群结构的关联分析
8.6.3 土壤理化因子和微生物对土壤N2O和NH3排放的影响
8.7 本章小结
第九章 主要研究结论与展望
9.1 主要结论
9.2 本研究的创新点
9.3 研究展望
参考文献
致谢
作者简历
石河子大学博士研究生学位论文导师评阅表
本文编号：3847207
【文章页数】：132 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 土壤硝化/反硝化过程及其关键微生物群落研究进展
1.2.2 影响硝化/反硝化的环境驱动因子
1.2.3 脲酶/硝化抑制剂研究进展
1.2.4 抑制剂对土壤硝化/反硝化关键菌群的研究进展
1.2.5 温室气体N2O和NH3排放
1.2.6 抑制剂调控下土壤N2O和NH3释放的变化
1.2.7 有机肥对土壤氮素转化关键菌群和N2O排放的影响
1.2.8 有机肥、脲酶和硝化抑制剂协同应用
第二章 研究材料与方法
2.1 研究内容
2.1.1 有机无机肥配施及添加抑制剂下土壤理化性状变化
2.1.2 有机无机肥配施添加抑制剂对氮素转化酶活性的影响
2.1.3 有机无机肥配施添加抑制剂对氮素挥发气体影响
2.1.4 有机无机肥配施及添加抑制剂对氮素转化菌群群落特征的影响
2.2 技术路线
2.3 研究材料与方法
2.3.1 田间定位试验概况及试验设计
2.3.2 试验材料
2.3.3 模拟试验材料及试验设计
2.4 样品采集及预处理
2.4.1 大田样品采集与处理
2.4.2 模拟样品采集与处理
2.5 测试指标及方法
2.5.1 土壤理化性质测定
2.5.2 土壤微生物量、硝化潜势和氮素矿化能力测定
2.5.3 土壤酶活性的测定
2.5.4 土壤N2O和NH3测定
2.5.5 土壤总DNA的提取
2.5.6 实时荧光定量PCR(realtimePCR)
2.5.7 PCR扩增和高通量测序
2.6 计算公式
2.7 数据分析
2.7.1 功能基因群落结构和多样性分析
2.7.2 其他数据分析
第三章 有机肥耦合抑制剂对石灰性土壤氮素转化的影响
3.1 有机无机肥配施添加抑制剂下的土壤不同氮素形态变化
3.1.1 土壤尿素态氮含量随培养时间的变化
3.1.2 土壤铵态氮含量随培养时间的变化
3.1.3 土壤硝态氮含量随培养时间的变化
3.1.4 土壤总矿质氮含量随培养时间的变化
3.1.5 土壤微生物量碳和微生物量氮
3.1.6 土壤全氮含量
3.2 有机无机肥配施添加抑制剂对土壤氮素转化关键过程的影响
3.2.1 土壤表观硝化率随培养时间变化
3.2.2 土壤铵硝比随培养时间变化
3.2.3 土壤脲酶抑制率
3.2.4 土壤硝化抑制率
3.2.5 土壤矿化势
3.2.6 土壤潜在硝化势
3.3 讨论
3.4 本章小结
第四章 有机无机肥配施添加抑制剂对土壤氮素转化关键酶活性的影响
4.1 有机无机肥配施添加抑制剂对土壤脲酶活性的影响
4.2 有机无机肥配施添加抑制剂对土壤硝酸还原酶活性的影响
4.3 有机无机肥配施添加抑制剂对土壤亚硝酸还原酶活性的影响
4.4 有机无机肥配施添加抑制剂对土壤羟氨还原酶活性的影响
4.5 土壤环境因子与土壤氮素转化关键酶的关联分析
4.6 讨论
4.7 本章小结
第五章 有机无机肥配施及添加抑制剂下石灰性土壤AOA和AOB菌群特征
5.1 连续有机无机肥配施下土壤理化性质改变
5.2 氨氧化古菌(AOA)和氨氧化细菌(AOB)的丰富度和多样性
5.2.1 有机无机肥配施对石灰性土壤AOA和AOB菌群丰富度的影响
5.2.2 抑制剂调控下石灰性土壤AOA和AOB菌群丰富度的变化
5.3 石灰性土壤氨氧化细菌和古菌群落OTU数量的变化
5.3.1 连续有机无机肥配施下土壤AOA和AOB基因OTU数量
5.3.2 抑制剂调控下土壤AOA和AOB基因OTU数量
5.4 AOA和AOB基因数量
5.4.1 连续有机肥配施化肥下AOA和AOB基因数量变化
5.4.2 抑制剂调控下AOA和AOB基因数量的变化
5.5 AOA和AOB菌群群落结构
5.5.1 连续有机无机肥配施下AOA和AOB群落组成的变化
5.5.2 抑制剂调控下AOA和AOB群落结构的改变
5.6 AOA和AOB对石灰性土壤硝化反应的贡献
5.6.1 AOA和AOB对连续增施有机肥下土壤硝化反应的相对贡献
5.6.2 AOA和AOB基因数量对抑制剂调控下土壤硝化反应的相对贡献
5.7 讨论
5.7.1 有机无机肥配施及添加抑制剂下土壤氨氧化微生物菌群数量的变化
5.7.2 有机肥及添加抑制剂下AOA和AOB对石灰性土壤硝化反应的贡献
5.7.3 生化抑制剂调控对土壤氨氧化微生物菌群结构的影响
5.8 本章小结
第六章 有机无机肥配施及添加抑制剂对石灰性土壤反硝化菌群的影响
6.1 反硝化基因nirS、nirK和nosZ的丰富度
6.1.1 有机肥施用下石灰性土壤反硝化种群丰富度和多样性的变化
6.1.2 抑制剂调控下的土壤反硝化种群丰富度及多样性
6.1.3 有机无机肥配施添加抑制剂下土壤反硝化菌群功能多样性的聚类分析
6.2 反硝化基因的数量
6.2.1 有机无机肥配施下石灰性土壤反硝化基因拷贝数的变化
6.2.2 硝化抑制剂调控下土壤反硝化基因拷贝数的变化
6.3 反硝化基因种群的组成
6.3.1 连续增施有机肥下土壤反硝化基因组成的改变
6.3.2 抑制剂调控下土壤反硝化菌群群落的结构变化
6.4 讨论
6.4.1 有机肥及生化抑制剂调控下土壤反硝化菌群结构的变化
6.4.2 两种Nir基因(nirS/nirK)对土壤亚硝酸还原酶活性的影响
6.4.3 有机无机肥配施添加硝化抑制剂对反硝化菌群的影响
6.5 本章小结
第七章 土壤N2O和NH3排放对有机无机配施添加抑制剂的响应
7.1 抑制剂调控有机无机肥配施下土壤N2O排放速率的变化
7.2 土壤N2O排放累积量随培养时间的变化
7.3 有机无机肥配施添加抑制剂下N2O-N损失占输入N量的比变化
7.4 有机无机肥配施添加抑制剂对土壤NH3排放通量的影响
7.5 土壤NH3排放累积量随培养时间的变化
7.6 有机肥配施抑制剂对土壤NH3排放系数的影响
7.7 不同施肥制度下NH3-N和N2O-N氮素损失总量的变化
7.8 不同施肥制度下肥料氮素持有量的变化
7.9 讨论
7.9.1 有机无机肥配施模式下,添加UI/NI对N2O排放的影响
7.9.2 有机无机肥配施模式下,添加UI/NI对NH3排放的影响
7.10 本章小结
第八章 氮素转化功能菌群及N2O和NH3排放与土壤因子的关联分析
8.1 连续施肥下土壤因子对硝化微生物AOA和AOB群落结构的影响
8.2 连续施肥下土壤因子对土壤反硝化群落结构的影响
8.3 有机肥耦合抑制剂下土壤理化性状与硝化-反硝化菌群数量的相关分析
8.4 土壤因子和土壤N转化关键菌群数量对N2O释放的贡献
8.5 土壤因子对NH3排放的贡献
8.6 讨论
8.6.1 土壤理化因子影响AOA和AOB菌群群落的关联分析
8.6.2 土壤理化因子影响nirK、nirS和nosZ菌群结构的关联分析
8.6.3 土壤理化因子和微生物对土壤N2O和NH3排放的影响
8.7 本章小结
第九章 主要研究结论与展望
9.1 主要结论
9.2 本研究的创新点
9.3 研究展望
参考文献
致谢
作者简历
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本文编号：3847207
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