生物炭对不同类型土壤理化性质和微生物多样性的影响

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导师姓名
陈温福
学科专业
作物学
文献出处
沈阳农业大学   2013年
关键词
生物炭论文  理化性质论文  微生物论文  种群结构论文  功能多样性论文
论文摘要

生物炭技术的应用,不仅可以大大减少二氧化碳等温室气体的排放,实现固碳减排,而且生物炭施入土壤后还可以改良土壤的理化及生物性状。近年来伴随着可再生能源的不断减少,生物炭在土壤中的应用受到人们的广泛关注。但是关于生物炭的施用效果观点不一,这可能与生物炭的性质、土壤类型以及土壤中微生物有关,关于这方面的研究相对较少。因此,本文就不同浓度梯度生物碳处理在四种不同类型土壤(白浆土、潮土、灰漠土和棕壤土)上的应用效果进行了研究,以期阐述生物炭引起土壤理化性质变化及土壤微生物多样性变化的规律,从而为生物炭在农业上的应用提供参考。主要研究结果如下:1、不同类型土壤添加生物炭后能有效提高土壤pH值。40t·hm-2处理pH最高,其次为20t·hm-2处理,0t·hm-2处理pH最低,处理间的差异显著性因不同土壤类型和不同取样时期而不同。其中40t·hm-2处理pH值分别比20t·hm-2处理和0t·hm-2处理升高0.17和0.35个单位,20t·hm-2处理比0t·hm-2处理升高0.19个单位。2、施用生物炭处理能够显著提高土壤有机质、全碳含量及C/N,其中40t·hm-2处理显著高于0t·hm-2处理。40t·hm-2和20t·hm-2处理土壤有机质较0t·hm-2处理分别增加了11.9%和8.3%,潮土分别增加了46.7%和26.2%,灰漠土分别增加了11.6%和1.7%,棕壤土分别增加了33.8%和9.1%。3、4种类型土壤在生物炭处理前期,土壤速效氮含量在添加生物炭处理与未添加生物炭处理中差异不显著,而在后期取样中,添加生物炭处理土壤速效氮的含量均显著高于未添加生物炭处理,全氮含量也高于未添加生物炭处理。速效氮含量40t·hm-2处理比20t·hm-2和0t·hm-2处理分别增加了0.2~99.2%和0.6~127%,20t·hm-2处理比0t·hm-2处理增加了0.4%~42%。全氮含量40t·hm-2处理比20t·hm-2和0t·hm-2处理分别增加了0.7~23.2%和0.5~38.6%,20t·hm-2处理比0t·hm-2处理增加了3.7%~24.7%。4、4种不同类型土壤中20t·hm-2和40t·hm-2处理均不同程度的提高了土壤中的速效磷、速效钾含量,而对土壤全磷和全钾含量的影响存在差异。白浆土20t·hm-2和40t·hm-2处理可以提高土壤中交换性Na、Ca和Mg含量,但降低了有效Zn含量;潮土中添加生物炭处理可提高土壤中交换性Ca、Mg和有效Zn含量而降低土壤有效Mn的含量。5、20t·hm-2和40t·hm-2处理均可增加土壤细菌、放线菌、氨化细菌和固氮菌的数量,从添加生物炭比例来看,40t·hm-2处理要高于20t·hm-2处理。但在白浆土和潮土中添加生物炭处理未能促进真菌的生长,表现为抑制真菌生长的现象。土壤微生物量碳的变化表现为添加生物炭处理要显著高于未添加生物炭处理,而40t·hm-2处理显著高于20t·hm-2处理。6、4种不同类型土壤添加生物炭初期,添加生物炭处理的AWCD、物种丰富度指数、均匀度指数、优势度指数和碳源利用丰富度指数均低于未添加生物炭处理,后期40t·hm之处理土壤微生物AWCD和多样性指标均高于20t·h-2处理和0t·hm-2处理。7、不同比例生物炭处理的四种土壤中,添加生物炭处理土壤微生物可利用的碳源的种类均比未添加生物炭处理多,其中白浆土、灰漠土和棕壤增加了对其他混合物类碳源的利用,潮土增加了对胺类碳源的利用。综合分析四种土壤不同生物炭处理土壤微生物可利用的特征碳源,其中添加40t·hm-2处理可利用的碳源有5类,糖类2种,氨基酸类2种,羧酸类4种,聚合物类3种,其他混合物类1种。20t·hm-2处理可利用的碳源有5类,糖类3种,氨基酸类4种,羧酸类4种,聚合物类1种,其他混合物1种。0t·hm-2处理可利用的特征碳源只有3类,糖类4种,氨基酸类2种,聚合物类2种。8、4种类型土壤添加生炭处理均不同程度提高了土壤微生物的种群结构多样性,同类型土壤随着不同取样时期的变化,生物炭的添加对土壤微生物数量和种群结构的影响也存在一定差异。此外,添加生物炭对不同类型土壤微生物群落结构影响也不尽相同。白浆土生物炭处理分离到12株特异性单菌落,分别为短小芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、类芽孢杆菌、简单芽孢杆菌、金黄杆菌属、放射性根瘤菌、纤维素杆霉、节杆菌、水栖黄杆菌、鞘氨醇杆菌、草酸青霉和绿脓杆菌。潮土经生物炭处理后分离得到6株特异性菌落,与GenBank中最相近的菌种相似度达99%-100%,分别为Chryseobacterium sp. WR9、Bacillus sp. DU26(2010)、Arthrobacter sp. CMJ2-1、Paenibacillus sp.9N4、 Brevibacterium sp.21014、Bacillus sp. CMJ1-5。通过对DGGE谱带荧光强度较亮的优势菌和特异性条带进行分析发现与测序条带相似度为100%的序列有6个,不可培养细菌(Uncultured bacterium)有20个。可培养的细菌有38个。四种土壤共有25条特异性条带,添加生物炭处理所特有的条带有20条,占总特异性条带的80%。

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目录

Contents

摘要

Abstract

第一章 文献综述

1.1 生物炭的概念、特性及环境效应

1.1.1 生物炭的概念

1.1.2 生物炭的基本特性

1.1.3 生物炭的环境效应

1.2 生物炭对土壤理化性质的影响

1.2.1 生物炭对土壤pH的影响

1.2.2 生物炭对土壤有机质的影响

1.2.3 生物炭对土壤矿质营养的影响

1.3 生物炭对土壤微生物数量和种群结构多样性的影响

1.3.1 生物炭对土壤微生物数量的影响

1.3.2 生物炭对土壤微生物种群结构多样性的影响

1.4 研究的目的意义

第二章 生物炭对白浆土理化性质和微生物多样性的影响

2.1 材料与方法

2.1.1 试验材料与处理

2.1.2 土壤样品的采集

2.1.3 土壤样品的处理

2.1.4 实验仪器

2.1.5 实验药品

2.1.6 测定方法

2.1.7 数据统计分析

2.2 结果与分析

2.2.1 生物炭对白浆土理化性质的影响

2.2.2 生物炭对白浆土微生物数量的影响

2.2.3 生物炭对白浆土微生物功能多样性的影响和特征碳源的筛选

2.2.4 生物炭对白浆土微生物种群结构多样性的影响

2.3 小结

第三章 生物炭对潮土理化性质和微生物多样性的影响

3.1 材料与方法

3.1.1 试验设计

3.1.2 试验方法

3.2 结果与分析

3.2.1 生物炭对潮土理化性质的影响

3.2.2 生物炭对潮土微生物数量的影响

3.2.3 生物炭对潮土微生物功能多样性的影响和特征碳源的筛选

3.2.4 生物炭对潮土微生物种群结构多样性的影响

3.3 小结

第四章 生物炭对灰漠土理化性质和微生物多样性的影响

4.1 材料与方法

4.1.1 试验设计

4.1.2 试验方法

4.2 结果与分析

4.2.1 生物炭对灰漠土理化性质的影响

4.2.2 生物炭对灰漠土微生物数量的影响

4.2.3 生物炭对灰漠土微生物功能多样性的影响和特征碳源的筛选

4.2.4 生物炭对灰漠土微生物种群结构多样性的影响

4.3 小结

第五章 生物炭对棕壤土理化性质和微生物多样性的影响

5.1 材料与方法

5.1.1 试验设计

5.1.2 试验方法

5.2 结果与分析

5.2.1 生物炭对棕壤土理化性质的影响

5.2.2 生物炭对棕壤土微生物数量的影响

5.2.3 生物炭对棕壤微生物功能多样性的影响和特征碳源的筛选

5.2.4 生物炭对棕壤土土壤微生物种群结构多样性的影响

5.3 小结

第六章 结论与讨论

6.1 生物炭对土壤理化性质的影响

6.1.1 生物炭对土壤pH值的影响

6.1.2 生物炭对土壤有机质和矿质元素的影响

6.2 生物炭对土壤微生物数量的影响

6.3 生物炭对土壤微生物群落代谢多样性和功能多样性的影响

6.4 生物炭对土壤微生物种群结构多样性的影响

参考文献

致谢

攻读博士学位期间发表的学术论文

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