生物炭和有机肥对松嫩平原沙化土壤的改良效应及其机制研究

沙化土壤论文 有机改良剂论文 理化性质论文 土壤细菌论文 土壤真菌论文 丛枝菌根真菌论文
论文详情
松嫩平原西部与科尔沁沙地东段的交汇处,是半湿润与半干旱气候的过渡带,在自然因子和人为干扰的双重作用下,地表植被破坏、土地沙化严重,制约了土地生产力的提高,限制了社会经济与生态环境的可持续发展。本文以沙化土壤系统的改良途径和作用效果为主线,选取松嫩平原腹地吉林省西部地区作为野外大田实验区域进行随机区组实验,设置5个处理:不加改良剂,单独施加生物炭,单独施加有机肥,两种不同浓度的生物炭和有机肥联合施加。分析不同改良剂施加对松嫩平原沙化土壤物理、化学性质及土壤养分元素保持的影响,探讨改良剂对沙化土壤理化性质的改良效应及其作用机制。另设置不加改良剂、低浓度生物炭(10 t ha-1)+有机肥(40 t ha-1)及高浓度生物炭(20 t ha-1)+有机肥(40t ha-1)3个处理,选取4个作物品种设计裂区实验,采用高通量测序技术分析生物炭和有机肥联合施加对沙化土壤细菌、真菌以及丛枝菌根真菌群落多样性和组成的影响及作用机制,并结合作物对改良剂施加的响应分析改良剂的作用效果。主要结果如下:(1)生物炭和有机肥可改善土壤理化性质。改良剂的施加增加了土壤的田间持水量、团聚体稳定性、电导率、总有机碳、总氮、速效氮、速效磷和速效钾的含量,提高了土壤碳氮比,降低了土壤容重,特别是生物炭和有机肥联合施加的改良效果显著。单施生物炭及其与有机肥联合施加的处理土壤总有机碳含量、碳氮比和阳离子交换量有显著增加,生物炭与有机肥联合施加对土壤容重、田间持水量、团聚体稳定性、电导率、阳离子交换量、总有机碳、总氮和速效氮含量等体现出联合效应。(2)生物炭和有机肥的施加显著增加了土壤细菌群落多样性,改善了土壤细菌群落的结构组成。二者联合施加后土壤细菌群落的Chao1指数,Shannon指数,Richness指数显著高于对照,而且群落多样性指数与土壤理化指标显著相关,表明改良剂的施加通过改善土壤理化性质而增加了土壤细菌群落的多样性,不同受试作物对土壤细菌群落多样性的影响不显著。生物炭和有机肥联合施加使土壤变形菌门的柠檬酸杆菌属、不动杆菌属、假单胞菌属和马赛菌属细菌相对丰度显著降低,这些菌群多为致病菌,可见改良剂施加后可以一定程度上抑制致病菌菌群的增加,降低了病害的潜在发生率。二者的联合施加使变形菌门下的鞘氨醇单孢菌属、硝化菌属和根瘤菌属,酸杆菌门下的旱杆菌属、芽单胞菌门下的芽单胞菌属细菌相对丰度显著增加,这些菌属具有固氮或提高植物抗逆性的作用。物种丰富度聚类和主成分分析表明生物炭和有机肥的施加对土壤微生物类群产生的影响强于受试作物类型和生物炭施加量的影响。(3)生物炭和有机肥联合施加影响土壤真菌群落组成及丛枝菌根真菌群落结构。生物炭和有机肥联合施加土壤中真菌群落多样性未发生显著变化,而土壤中一些能引起作物土传病害的真菌相对丰度降低,同时改良剂对具有生防作用的一些真菌也产生抑制作用。改良剂施加后根际土壤中柄孢壳菌属真菌极显著增加,可提高对土传病害的抑制作用。偏小二乘辨别分析表明改良剂的施加与否及受试作物类型均对土壤真菌群落产生影响,其中以改良剂的影响作用更显著。生物炭和有机肥联合施加作物根系丛枝菌根真菌侵染率有所降低,但其群落多样性水平与对照土壤差异不显著。LEfSe判别分析表明,生物炭和有机肥联合施加使原囊霉属、地管囊霉属、双型囊霉属真菌相对丰度显著增加,两种绿豆根围土壤球囊霉属真菌的相对丰度显著高于两种红豆。偏小二乘辨别分析表明受试作物类型对土壤丛枝菌根真菌的影响作用显著。(4)生物炭和有机肥联合施加对受试作物生物量积累和产量指标的增效显著,即使少量生物炭和有机肥联合施加其效应也较强。高浓度的生物炭和有机肥联合施加显著增加受试作物不同时期各器官的生物量及单株荚数、单株产量、公顷产量和百粒重,低浓度生物炭与有机肥联合施加也可以显著增加作物的产量和生殖分配。相关分析表明,作物产量指标与土壤理化性质有显著相关关系。4种受试作物的产量与土壤总有机碳、总氮和总磷含量均相关显著,呈现幂函数或线性相关关系。两种绿豆的产量与土壤pH呈显著的线性负相关关系,与土壤电导率呈显著的线性正相关关系。表明一定比例的生物炭与有机肥联合施加通过改善土壤养分含量及土壤结构,调节pH和盐基离子含量,促进作物增产。本研究有助于生物炭和有机肥对沙化土壤理化性质改良及土壤微生物群落建成作用及机制的理解,丰富了恢复生态学的研究内容,可为土壤细菌及真菌群落组成研究、沙化土壤的生态恢复及其农业可持续利用提供理论依据和实践经验。
摘要第4-6页
Abstract第6-8页
第1章 文献综述第12-19页
    1.1 研究背景第12-13页
    1.2 生物炭和有机肥对退化土壤改良的潜能第13-17页
        1.2.1 生物炭对土壤的改良作用及机制研究进展第13-14页
        1.2.2 有机肥对土壤的改良作用及机制研究进展第14-15页
        1.2.3 生物炭和有机肥使用中存在的问题第15-16页
        1.2.4 生物炭和有机肥联合作用的潜能第16-17页
    1.3 土壤微生物对环境的指示作用第17-18页
    1.4 本研究的目的和意义第18-19页
第2章 材料与方法第19-29页
    2.1 研究区概况第19-20页
        2.1.1 地理概况第19页
        2.1.2 实验区土地沙化概况第19-20页
    2.2 实验材料第20-21页
    2.3 实验方案第21-23页
        2.3.1 生物炭和有机肥对沙化土壤理化性状的影响效应实验第21-22页
        2.3.2 生物炭和有机肥联合施加对沙化土壤微生物群落的影响实验第22-23页
        2.3.3 生物炭和有机肥对作物生物量及产量的影响效应实验第23页
    2.4 参数的测定方法第23-26页
        2.4.1 土壤理化指标的测定第23-24页
        2.4.2 植物根系丛枝菌根真菌侵染率的测定第24页
        2.4.3 土壤细菌DNA的提取与测序第24-26页
        2.4.4 土壤真菌DNA的提取与测序第26页
        2.4.5 土壤丛枝菌根真菌DNA的提取与测序第26页
    2.5 数据处理与分析第26-29页
        2.5.1 土壤理化指标及作物生长指标数据处理与分析第26-27页
        2.5.2 高通量测序数据处理与分析第27-29页
第3章 生物炭和有机肥对沙化土壤理化性状的影响第29-43页
    3.1 不同处理土壤物理性质的年际变化第30-32页
        3.1.1 土壤田间持水量的年际变化第30页
        3.1.2 土壤容重的年际变化第30-31页
        3.1.3 土壤团聚体稳定性的年际变化第31-32页
    3.2 不同处理土壤化学性质的年际变化第32-33页
        3.2.1 土壤pH的年际变化第32页
        3.2.2 土壤电导率的年际变化第32-33页
        3.2.3 土壤阳离子交换量的年际变化第33页
    3.3 不同处理土壤养分的年际变化第33-37页
        3.3.1 土壤总有机碳含量的年际变化第33-34页
        3.3.2 土壤总氮含量的年际变化第34页
        3.3.3 土壤碳氮比的年际变化第34-35页
        3.3.4 土壤速效氮含量的年际变化第35-36页
        3.3.5 土壤速效磷含量的年际变化第36页
        3.3.6 土壤速效钾含量的年际变化第36-37页
    3.4 不同处理土壤理化指标的主坐标分析第37-38页
    3.5 讨论第38-43页
        3.5.1 生物炭和有机肥对沙化土壤物理性状的改良作用分析第38-39页
        3.5.2 生物炭和有机肥对沙化土壤化学性质的改良作用分析第39-40页
        3.5.3 生物炭和有机肥对沙化土壤养分保持的作用分析第40-41页
        3.5.4 生物炭和有机肥改善土壤理化性质联合作用机制分析第41-43页
第4章 生物炭和有机肥对沙化土壤细菌群落的影响第43-67页
    4.1 不同处理土壤细菌OTU分布差异比较第43-44页
    4.2 不同处理土壤细菌群落多样性及结构组成比较第44-57页
        4.2.1 土壤细菌群落多样性水平第44-48页
        4.2.2 土壤细菌群落结构组成第48-49页
        4.2.3 土壤细菌群落结构差异比较第49-55页
        4.2.4 土壤细菌群落LEfSe分析第55-56页
        4.2.5 土壤细菌群落结构主成分分析第56-57页
    4.3 不同处理土壤细菌功能基因差异比较第57-59页
    4.4 土壤细菌与环境因子相互关系第59-62页
    4.5 讨论第62-67页
        4.5.1 生物炭和有机肥对土壤细菌群落多样性的影响第62-63页
        4.5.2 生物炭和有机肥对土壤细菌群落结构及代谢功能的影响第63-65页
        4.5.3 生物炭和有机肥改善土壤细菌群落的联合作用机制分析第65-67页
第5章 生物炭和有机肥对沙化土壤真菌和丛枝菌根真菌群落的影响第67-88页
    5.1 不同处理土壤真菌OTU分布差异比较第67-68页
    5.2 不同处理土壤真菌群落多样性及结构组成比较第68-74页
        5.2.1 土壤真菌群落多样性水平第68-69页
        5.2.2 土壤真菌群落结构组成分析第69-72页
        5.2.3 土壤真菌群落差异比较第72-74页
    5.3 土壤真菌与环境因子相互关系第74-76页
    5.4 不同处理土壤丛枝菌根真菌OTU分布差异比较第76页
    5.5 不同处理各作物丛枝菌根真菌侵染率第76-77页
    5.6 不同处理土壤丛枝菌根真菌多样性及群落结构组成比较第77-82页
        5.6.1 土壤丛枝菌根真菌群落多样性指数第77-78页
        5.6.2 土壤丛枝菌根真菌群落物种组成及相对丰度第78-80页
        5.6.3 土壤丛枝菌根真菌群落LEfSe分析第80-81页
        5.6.4 土壤丛枝菌根真菌群落PLS-DA分析第81-82页
    5.7 土壤丛枝菌根真菌与环境因子相互关系第82-83页
    5.8 讨论第83-88页
        5.8.1 生物炭和有机肥对土壤真菌群落的影响分析第83-85页
        5.8.2 生物炭和有机肥对丛枝菌根真菌群落的影响分析第85-86页
        5.8.3 生物炭和有机肥对土壤真菌群落的影响机制分析第86-88页
第6章 生物炭和有机肥对作物生物量及产量的影响第88-100页
    6.1 不同处理作物生物量及生物量分配比较第89-93页
        6.1.1 作物苗期生物量及生物量分配第89-90页
        6.1.2 作物乳熟期生物量及生物量分配第90-91页
        6.1.3 作物收获期生物量及生物量分配第91-93页
    6.2 不同处理作物产量性状指标比较第93-94页
    6.3 作物产量指标与土壤因子相互关系第94-97页
    6.4 讨论第97-100页
        6.4.1 生物炭和有机肥对作物生物量及产量性状的影响分析第97-98页
        6.4.2 生物炭和有机肥对作物生长和产量的影响机制分析第98-100页
第7章 主要结论及创新第100-103页
    7.1 主要结论第100-101页
    7.2 本研究的创新点第101-102页
    7.3 展望第102-103页
参考文献第103-119页
致谢第119-120页
在学期间公开发表论文及著作情况第120页
论文购买
论文编号ABS4086157,这篇论文共120页
会员购买按0.30元/页下载,共需支付36
不是会员,注册会员
会员更优惠充值送钱
直接购买按0.5元/页下载,共需要支付60
只需这篇论文,无需注册!
直接网上支付,方便快捷!
相关论文
    $False$

点击收藏 | 在线购卡 | 站内搜索 | 网站地图
版权所有 艾博士论文 Copyright(C) All Rights Reserved
版权申明:本文摘要目录由会员***投稿,艾博士论文编辑,如作者需要删除论文目录请通过QQ告知我们,承诺24小时内删除。
联系方式: QQ:277865656