【摘要】：城市生活污泥發(fā)酵物應(yīng)用于土壤改良,對有效消控城市污泥和改善土壤質(zhì)量具有重要意義。本論文以河南省沙質(zhì)潮土為研究對象,通過2013-2016年4年8季田間連續(xù)定位試驗(yàn)結(jié)合盆栽模擬試驗(yàn),在小麥-玉米輪作制度下,研究了添加不同量城市生活污泥發(fā)酵物(簡稱污泥發(fā)酵物)(SW)0t·hm-2(CK)、15t·hm-2(SW1)、30t·hm-2(SW2)和 45t·hm-2(SW3)對土壤基本理化性質(zhì)、土壤肥力、土壤酶活性及微生物群落結(jié)構(gòu)和功能的影響特征,以期為污泥發(fā)酵物培肥沙質(zhì)潮土提供科學(xué)依據(jù)。主要研究結(jié)果如下:1.施用污泥發(fā)酵物顯著改善了土壤肥力和環(huán)境質(zhì)量。連續(xù)定位施用污泥發(fā)酵物能夠提高土壤含水量,降低土壤pH,提高土壤有機(jī)碳(SOC)、全氮(TN)和速效磷和鉀含量。與CK相比,污泥發(fā)酵物處理土壤SOC、TN和綜合肥力指數(shù)(IFI)分別增加了 121.2%～265.8%、93.1%～284.3%和25.31%～55.51%,均隨污泥發(fā)酵物施入量增加而顯著增加(P0.05),培肥效果顯著;同時,經(jīng)過4年8季定位試驗(yàn),耕層土壤重金屬含量未發(fā)現(xiàn)顯著增加,遠(yuǎn)低于土壤環(huán)境質(zhì)量二級標(biāo)準(zhǔn),在本研究條件下污泥發(fā)酵物培肥沙質(zhì)潮土具有環(huán)境安全性。2.土壤活性有機(jī)氮組分含量隨污泥發(fā)酵物施入量的增大而增加,土壤活性有機(jī)氮組分在土壤全氮中的分配受污泥發(fā)酵物施入量影響顯著。污泥發(fā)酵物各處理土壤活性有機(jī)氮組分含量均顯著提高(P0.05),且與污泥發(fā)酵物施用量呈正比。施用污泥發(fā)酵物處理中活性有機(jī)氮各組分含量呈現(xiàn):顆粒態(tài)有機(jī)氮(PON)輕組有機(jī)氮(LFON)溶解性有機(jī)氮(DON)微生物生物量氮(SMBN)。污泥發(fā)酵物促進(jìn)顆粒態(tài)有機(jī)氮和微生物生物量氮分配,較CK處理,SMBN/TN分別顯著增加了 0.8～5.4倍(P0.05),而PON/TN增加幅度較小。污泥發(fā)酵物處理降低了 LFON/TN和DON/TN分配,分別顯著降低了 17.3%～33.4%和38.5%～71.3%(P0.05),表明在施用污泥發(fā)酵物培肥土壤過程中,顆粒態(tài)有機(jī)氮和微生物生物量氮對土壤活性有機(jī)氮庫存穩(wěn)定性發(fā)揮著重要作用,而溶解性有機(jī)氮更容易被吸收利用,能代替部分礦質(zhì)養(yǎng)分供給植物和微生物生長所利用。通過冗余分析表明,施用污泥發(fā)酵物改善土壤pH和土壤含水量等理化條件,有利于土壤有機(jī)氮組分以活性有機(jī)氮組分形式存在,從而提高土壤養(yǎng)分供應(yīng)能力。3.土壤15N豐度變化特征可作為污泥發(fā)酵物對沙質(zhì)土壤質(zhì)量提升效果的指示指標(biāo)。與CK處理相比,施用污泥發(fā)酵物SW1、SW2和SW3處理分別顯著降低了土壤15N豐度41.4%、47.7%和59.9%(P0.05);通徑分析和冗余分析結(jié)果表明,土壤15N豐度與土壤環(huán)境條件、土壤活性有機(jī)氮組分含量及分配存在顯著相關(guān)性,表明土壤δ15N變化可用于指示沙質(zhì)潮土培肥過程中土壤活性有機(jī)氮組分含量及轉(zhuǎn)化特征。4.施用污泥發(fā)酵物顯著影響了土壤胞外酶活性。較CK處理,SW3處理土壤蔗糖酶、β-葡糖苷酶和β-纖維二糖甘酶活分別顯著增加了 64.6%、89.8%和202.6%(P0.05);脲酶、乙酰葡糖氨糖苷酶和芳香胺基酶分別增加了 110.3%、357.8%和116.9%(P0.05);磷酸酶顯著增加了10.6%(P0.05)。污泥發(fā)酵物處理顯著降低土壤氧化酶活性,較CK處理,污泥發(fā)酵物處理酚氧化酶和過氧化物酶活分別降低了 28.5%～35.4%和31.1%～43.9%(P0.05),污泥發(fā)酵物處理間差異不顯著。相關(guān)性分析表明,土壤酶與土壤活性有機(jī)氮組分含量及分配顯著相關(guān),說明土壤養(yǎng)分循環(huán)過程受多種代謝酶共同參與調(diào)節(jié),同時,土壤氮酶與土壤15N豐度相關(guān)性均高于與其他土壤活性有機(jī)氮組分的相關(guān)性(R2=0.995),可見土壤15N豐度與土壤氮酶活性變化高度一致,可指示土壤氮養(yǎng)分循環(huán)過程。主成分分析和冗余分析證實(shí),土壤酶活性與污泥發(fā)酵物施入量和環(huán)境條件改變存在顯著相關(guān)性,污泥發(fā)酵物改善土壤環(huán)境條件,進(jìn)而調(diào)節(jié)土壤養(yǎng)分循環(huán)過程。5.施用污泥發(fā)酵物對土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)和代謝功能影響顯著。污泥發(fā)酵物處理降低土壤OTUs、Chao1豐度和香濃多樣性指數(shù),施入量增加降低細(xì)菌豐度,污泥發(fā)酵物施用量達(dá)45t·hm-2時效果最為顯著(P0.05),Chao1指數(shù)和香濃多樣性指數(shù)分別降低了8.69%和3.50%(P0.05)。較CK處理,污泥發(fā)酵物高施入量處理(SW2和SW3),變形菌門(Proteobacteria)、厚壁菌門(Firmicutes)、變形菌門中α變形菌綱和γ變形菌綱、芽孢桿菌綱(Bacilli)、擬桿菌門incertae_sedis菌綱、黃色單胞菌目(Xanthomonadales)和紅螺菌目(Rhodospirillales)和芽孢桿菌目(Bacillales)不同分類水平物種均具有最高豐度,較CK處理,豐度分別增加了 27.30%、100.07%、27.52%、81.53%、106.94%、108.45%、44.40%、80.25%和 93.06%(P0.05)。而 CK 處理下,放線菌門(Actinobacteria)、酸酐菌門(Acidobacteria)、Candidatus Saccharibacteria 和疣微菌門(Verrucomicrobia)具有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力,豐度分別為29.93%、12.22%、1.20%和1.38%,表明污泥發(fā)酵物施用抑制了其生長代謝�；谔幚睃c(diǎn)之間物種組成差異性分析和冗余分析可知,污泥發(fā)酵物高施用量促進(jìn)微生物群落結(jié)構(gòu)向養(yǎng)分循環(huán)過程有關(guān)的物種組成轉(zhuǎn)變,促進(jìn)養(yǎng)分循環(huán)和能量代謝相關(guān)基因表達(dá),同時,污泥發(fā)酵物施入改善了土壤環(huán)境條件、提高氮素供應(yīng)是微生物的群落結(jié)構(gòu)和基因差異表達(dá)的間接誘導(dǎo)因素,其中土壤DOC、DON含量及養(yǎng)分水平是影響物種組成的主要環(huán)境因素。綜上所述,在確保污泥發(fā)酵物施用量不存在環(huán)境風(fēng)險性的前提下,施用污泥發(fā)酵物可顯著改善沙質(zhì)潮土土壤物理特性,提高土壤養(yǎng)分供應(yīng)能力和土壤氮庫存,對沙質(zhì)潮土土壤質(zhì)量提升效果顯著,連續(xù)4年8季連續(xù)施用污泥發(fā)酵物后,以45 t·hm-2施入量效果最佳,通過分析微生物參與養(yǎng)分循環(huán)過程的代謝特征、物種組成和基因表達(dá)特征可證實(shí),污泥發(fā)酵物改善了土壤微生物學(xué)特性,促進(jìn)微生物群落結(jié)構(gòu)組成以參與養(yǎng)分循環(huán)過程的物種為主;研究結(jié)果對污泥資源化利用和沙質(zhì)土壤培肥具有重要理論和現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。
【學(xué)位授予單位】：中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：X703
【圖文】：

５５Ｎ邋（％ｔ）逡逑圖３．７邋５１ＳＮ與土壤活性有機(jī)氮組分的相關(guān)性分析逡逑Ｆｉｇ邋３．７邋Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｓｏｉｌ邋ａｃｔｉｖｅ邋ｏｒｇａｎｉｃ邋ｎｉｔｒｏｇｅｎ邋ｆｒａｃｔｉｏｎｓ邋ａｎｄ邋８１５Ｎ逡逑３．３．３邋土壤５１５Ｎ與土壤活性有機(jī)氮組分的通徑分析逡逑本文通過通徑分析，可以明確活性有機(jī)氮各組分對土壤氮庫的貢獻(xiàn)作用，以探明土壤氮庫對逡逑土壤養(yǎng)分的供應(yīng)能力。用ｙ表示土壤ＴＮ含量，Ａ表示ＬＦＯＮ含量，Ｘ２表示ＰＯＮ含量，ｘ３表示逡逑ＳＭＢＮ含量，々表示ＤＯＮ含量，ｊｃｓ表示土壤Ｓ１５Ｎ，通過逐步回歸，建立最優(yōu)回歸方程：逡逑決定系數(shù)Ｒ２＝０．９５１，說明對土壤ＴＮ含量有影響的變量為ＬＦＯＮ、逡逑ＰＯＮ和土壤５１５Ｎ。由通徑分析圖３．８可知，ＬＦＯＮ和５１ＳＮ對土壤ＴＮ含量的直接貢獻(xiàn)作用達(dá)到顯逡逑著水平，直接通徑系數(shù)分別為０．４３１和－０．５１７（Ｐ＜０．0５＞間接通徑分析可知，＆和ｈ通過Ａ＇ｌ對？逡逑的間接貢獻(xiàn)作用分別達(dá)０．３６５和０．３３５，邋ｑ和通過文５對ＴＮ貢獻(xiàn)分別為０．４０２和－０．４９１，說明土壤逡逑活性有機(jī)氮組分對土X蹋裕尾苯雍圖浣佑跋熳饔

本文編號：2802105