本文選題：干濕交替 + 干旱強(qiáng)度　； 參考：《浙江大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：干濕交替和凍融交替是自然條件或人為影響下土壤經(jīng)常遭受的水分和溫度脅迫的兩個典型過程。干旱半干旱地區(qū)或集約化的設(shè)施栽培條件下,表層土壤常常經(jīng)歷因水分蒸發(fā)蒸騰作用強(qiáng)烈而緩慢落干,又隨自然降雨或頻繁灌溉而快速濕潤的反復(fù)干濕交替過程。我國北方地區(qū)在秋冬之交和冬春之交因環(huán)境溫度低、晝夜溫差大,常導(dǎo)致土壤出現(xiàn)夜間結(jié)凍、日間融化的凍融交替現(xiàn)象。研究表明,干濕交替和凍融交替過程顯著影響土壤物理、化學(xué)和生物學(xué)性質(zhì),改變土壤微生物活性及其群落結(jié)構(gòu),影響土壤養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化遷移及其生物有效性,進(jìn)而影響肥料養(yǎng)分進(jìn)入土壤的歸趨及其環(huán)境效應(yīng)。以往關(guān)于干濕交替和凍融交替對土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化的影響已有不少研究報道,但是關(guān)于凍融交替以及干濕交替過程中干旱強(qiáng)度、溫度與施肥等因素對土壤碳、氮、磷養(yǎng)分轉(zhuǎn)化的影響機(jī)制,以及對活性磷庫及其生物有效性的影響尚不完全清楚。本論文以我國北方干旱、半干旱地區(qū)農(nóng)田、菜地、草地和林地土壤為研究對象,采用室內(nèi)微宇宙模擬試驗(yàn),運(yùn)用化學(xué)測試、酶學(xué)以及微生物生態(tài)學(xué)技術(shù)相結(jié)合的方法,研究了干濕交替過程中不同干旱強(qiáng)度、秸稈還田、溫度與施肥以及不同凍融循環(huán)條件下土壤碳、氮、磷的轉(zhuǎn)化、提取態(tài)有機(jī)磷的生物有效性、團(tuán)聚體分布、以及微生物群落變化。取得的主要結(jié)果如下:(1)以中國北方內(nèi)蒙古自治區(qū)典型草地土壤為材料,采用干旱梯度培養(yǎng)與土壤滅菌相結(jié)合的方法,研究了干濕交替過程中不同干旱強(qiáng)度[4%、10%、20%、30%、40%WHC(土壤持水量)處理以及60%WHC恒濕對照]對土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化的影響及其微生物學(xué)機(jī)制。結(jié)果表明,土壤可溶性有機(jī)碳、單糖、礦化氮、活性無機(jī)磷及有機(jī)磷含量隨干旱強(qiáng)度的增加而升高,土壤微生物生物量碳氮磷及溶解態(tài)有機(jī)氮含量隨干旱強(qiáng)度的增加而降低。土壤滅菌試驗(yàn)結(jié)果顯示,干濕交替條件下再接種土壤的可溶性有機(jī)碳、礦化氮、可溶性有機(jī)氮、可溶性總氮的變化幅度遠(yuǎn)大于滅菌土壤的變化幅度,但滅菌與再接種土壤活性磷庫的變化幅度相當(dāng)。干濕交替降低了再接種土壤微生物生物量碳、氮、磷含量,而對滅菌土壤無顯著影響。磷脂脂肪酸圖譜分析顯示,極度干旱條件下(4%WHC)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,脂肪酸16:0,18:0,18:1ω7c和18:1ω9c的含量升高。因此,干濕交替過程中土壤活性碳氮磷庫容的增加均與耐旱微生物類群豐度的增高有關(guān)。其中,土壤活性碳氮水平的增加主要與微生物生物量碳、氮的轉(zhuǎn)化有關(guān),而活性磷水平的增加與微生物生物量磷的轉(zhuǎn)化關(guān)系不明確。(2)以中國北方小麥/玉米輪作農(nóng)田、林地土壤為材料,通過室內(nèi)模擬試驗(yàn)與特異性酶解技術(shù)相結(jié)合的方法,研究了土壤干濕交替過程中不同干旱程度(5%、10%、20%、30%、40%WHC處理以及50%WHC恒濕對照)對土壤磷素轉(zhuǎn)化以及有機(jī)磷庫的生物有效性的短期影響。結(jié)果表明,供試鮮土的提取態(tài)無機(jī)磷和提取態(tài)有機(jī)磷含量分別在10.5～74.5 mg kg-1和11.3～37.3 mg kg-1之間,提取態(tài)有機(jī)磷占提取態(tài)總磷的33.3～56.4%,酶解態(tài)有機(jī)磷占提取態(tài)有機(jī)磷的34～79%,其中7.7～29.9%為單酯態(tài)磷,6.5～14.9%為磷酸二酯態(tài)磷,17.8～36.5%為植酸態(tài)磷,說明NaHCO_3-Po組分具有較高的潛在生物有效性。土壤干濕交替過程中極度干旱處理的土壤提取態(tài)無機(jī)磷和有機(jī)磷庫分別提高了26.3～48.1%和5.7～52.9%,其中,土壤單酯態(tài)磷、二酯態(tài)磷和植酸態(tài)磷含量分別提高了12.5～89.8%,0～65.2%和24.6～65.6%。相關(guān)性分析表明,干濕交替過程中土壤活性磷庫的增加主要與土壤有機(jī)碳及鐵鋁氧化物含量的變化有關(guān),而微生物磷酸二酯化合物的貢獻(xiàn)較小。(3)以中國北方小麥玉米輪作農(nóng)田、林地土壤為研究對象,通過室內(nèi)模擬土壤凍融交替試驗(yàn),結(jié)合特異性酶解技術(shù),研究了土壤凍融交替過程(-10℃/5℃)對土壤磷素轉(zhuǎn)化以及有機(jī)磷庫的生物有效性的短期影響。結(jié)果顯示,凍融交替可顯著提高提取態(tài)土壤活性總磷水平,土壤提取態(tài)無機(jī)磷和有機(jī)磷含量分別提高了0～73.8%和0～41.1%。其中,單酯態(tài)磷和植酸態(tài)磷分別提高了0～62.4%和0～63.7%,而磷酸二酯態(tài)磷在培養(yǎng)過程中變化較小。凍融交替過程中土壤活性磷庫庫容的增加主要與土壤有機(jī)質(zhì)、氧化鐵鋁含量、凍融交替循環(huán)數(shù)和土地利用類型的變化有關(guān)。(4)以河北省辛集市設(shè)施栽培的菜地土壤為材料,通過室內(nèi)模擬試驗(yàn),研究了不同施肥模式(對照、KH2PO4或豬糞)和環(huán)境溫度條件(10℃和25℃)對干濕交替過程中(50%-15%-50%WHC)土壤磷素形態(tài)轉(zhuǎn)化的影響及其機(jī)制。結(jié)果顯示,干濕交替顯著提高了對照和豬糞處理的提取態(tài)無機(jī)磷含量,但對KH2PO4處理無顯著影響。干濕交替條件下,對照和施肥處理的提取態(tài)有機(jī)磷含量均顯著升高,經(jīng)2～4次干濕交替循環(huán)后豬糞處理下的升幅更大,且豬糞處理下室溫處理的升幅更大。豬糞處理土壤的堿性磷酸酶活性、各磷脂脂肪酸組分含量以及脂肪酸a15:0和不飽和脂肪酸(16:1ω5c、16:1ω7c、18:1ω7c、18:1ω9c和18:2ω6,9c)的相對豐度顯著高于KH2PO4和對照處理。提高溫度可增加施用豬糞土壤的堿性磷酸酶活性、i-分支脂肪酸、和16:1ω5c脂肪酸含量。由此可知,施肥和溫度可顯著影響干濕交替過程中土壤活性磷庫容大小。施用有機(jī)肥主要通過提高磷酸酶活性、增加具有機(jī)質(zhì)降解和溶磷能力的微生物類群豐度,進(jìn)而促進(jìn)干濕交替過程中土壤磷素的釋放;升高溫度則主要通過提高磷酸酶活性以及真菌、芽孢桿菌等異養(yǎng)微生物類群的豐度,從而提高干濕交替過程中施用有機(jī)肥土壤的活性磷水平。(5)以中國北方小麥玉米輪作農(nóng)田土壤為材料,通過室內(nèi)模擬小麥秸稈還田試驗(yàn),研究了作物秸稈對干濕交替過程中土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和功能、土壤團(tuán)聚體分布的影響及其機(jī)制。結(jié)果顯示,秸稈處理提高了土壤持水量、大團(tuán)聚體含量(2000μm)、可溶性有機(jī)碳含量、微生物生物量碳含量、胞外酶活性、單不飽和脂肪酸(16:1ω5c,18:1ω7c,18:1ω9c)和多不飽和脂肪酸(18:2ω6,9c)的相對豐度。秸稈處理促進(jìn)了干濕交替過程中土壤可溶性有機(jī)碳含量的增加、土壤落干速率的減緩、復(fù)水后cy19:0/18:1ω7c比值的降低以及mono/sat比值和微生物代謝熵qCO2的提高。干濕交替過程中,落干降低了微生物生物量碳、胞外酶活性,但秸稈處理促進(jìn)了其在復(fù)水后的恢復(fù)。干濕交替過程中,大部分脂肪酸含量隨大團(tuán)聚體含量的增減而升降,且此協(xié)同效應(yīng)在秸稈處理土壤中尤為明顯。到培養(yǎng)結(jié)束時,秸稈處理提高了干濕交替土壤的脂肪酸i15:0、i17:0、16:1ω5c和18:1ω7c含量以及大團(tuán)聚體(2000μm)含量。磷脂脂肪酸主成分分析表明,秸稈處理增強(qiáng)了土壤微生物群落的耐旱能力,但無論秸稈添加與否土壤微生物群落均具有較強(qiáng)的恢復(fù)能力�？梢�,秸稈處理可通過增加碳源供應(yīng)、提高土壤大團(tuán)聚水平進(jìn)而改善微生物棲息環(huán)境、驅(qū)動土壤微生物向真菌為主導(dǎo)的群落結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變,從而增強(qiáng)微生物群落對土壤干濕交替脅迫的適應(yīng)能力;秸稈處理可通過促進(jìn)落干土壤復(fù)水后具有較強(qiáng)水解酶分泌能力的異養(yǎng)微生物類群的增殖,從而增加胞外酶的分泌,并促進(jìn)土壤大團(tuán)聚體形成。
[Abstract]:The effects of dry - wet alternation and freeze - thaw alternation on soil carbon , nitrogen and phosphorus were studied . The changes of soil microbial biomass carbon , nitrogen and phosphorus content in soil were studied . The results showed that the content of active carbon and phosphorus in soil was from 10.5 to 74.5 mg 路 kg - 1 and 11.3 - 37.3 mg 路 kg - 1 respectively . In this paper , the effects of soil freezing - thawing alternation process ( -10 鈩，

本文編號：1896550