本文關鍵詞：生物炭施用對東北黑土土壤理化性質(zhì)和微生物多樣性的影響

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【摘要】：生物炭被普遍認為是一種土壤改良劑,由于其具有較高pH、高度多孔性、較強吸附作用等優(yōu)良特性,向土壤中施用生物炭能夠改善土壤環(huán)境,促進植物生長。目前,東北黑土由于長期過度開發(fā)利用和不合理的農(nóng)業(yè)措施等原因?qū)е峦寥婪柿ο陆岛屯寥浪峄葐栴},嚴重威脅黑土區(qū)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。鑒于此,2012年建立長期定位試驗小區(qū),按耕層土壤質(zhì)量的0%(C0)、2%(C2)、4%(C4)和8%(C8)一次性添加生物炭,本研究于2014年4月、6月、8月和10月分別采集大豆四個生長時期的土壤樣品,測定了生物炭施用后土壤基礎理化性質(zhì)和土壤酶活性的變化,并采用實時熒光定量PCR和Illumina Miseq測序技術研究了不同添加量生物炭對我國黑土農(nóng)田土壤中細菌、真菌和酸桿菌群落結(jié)構(gòu)的影響,解析生物炭與土壤理化因子和微生物群落結(jié)構(gòu)的關系。主要研究結(jié)果如下:1、生物炭施入土壤顯著提高了土壤pH值,增加了土壤全碳、全氮、碳氮比、全磷、硝態(tài)氮和速效鉀含量,而顯著降低了全鉀含量。生物炭對速效磷、速效氮和銨態(tài)氮影響較小。生物炭施用促進了作物生長,有助于增加作物產(chǎn)量。2、生物炭對土壤過氧化氫酶、脲酶和蔗糖轉(zhuǎn)化酶活性影響較大,除了個別時期,生物炭整體上提高了這三種土壤酶的活性,尤其C8處理對土壤酶活性的提升效果最明顯,而生物炭施用對堿性磷酸酶活性影響不顯著。3、生物炭施入土壤后增加了細菌豐度,其中C4和C8處理的細菌豐度分別比C0處理增加了6.3%和15.2%。生物炭影響了土壤細菌群落組成,其中變形菌門、酸桿菌門、放線菌門、綠彎菌門和擬桿菌門是優(yōu)勢細菌門,且生物炭施用降低了酸桿菌門的相對豐度而增加了綠彎菌門的相對豐度。另外,生物炭還增加了一些功能細菌的相對豐度,如芽孢桿菌屬和土微菌屬等,降低了慢生根瘤菌相對豐度。典范對應分析(CCA)表明土壤細菌群落組成與土壤理化性質(zhì)緊密相關,如土壤pH、全碳、全氮和全鉀,并且這些土壤指標與生物炭施用量高度相關,說明生物炭對土壤細菌群落結(jié)構(gòu)的影響可能是由土壤特性的改變間接驅(qū)動的。4、生物炭施用也增加了土壤真菌豐度,尤其C8處理整體上比C0處理提高了31.2%。添加生物炭在屬水平和OTU水平上改變了真菌群落結(jié)構(gòu),但是在門水平上沒有顯著影響。生物炭降低了一些植物病原菌OTUs的相對豐度(如鐮刀菌屬的一些菌種),說明施用生物炭有利于抑制作物病原菌生長。此外,土壤真菌群落組成與土壤理化性質(zhì)密切相關,如土壤pH、含水量、全碳、全氮、全鉀和速效鉀等,它們與生物炭施用高度相關,說明生物炭對土壤真菌群落結(jié)構(gòu)的長期效應可能是由土壤理化性質(zhì)的變化間接主導的。5、生物炭施用增加了土壤酸桿菌豐度,C2、C4和C8處理酸桿菌豐度分別比C0處理平均增加了4.5%、16.7%和20.9%。高通量測序檢測到18個酸桿菌亞群,Gp4和Gp6為優(yōu)勢亞群,生物炭施用顯著降低了Gp4的相對豐度。在OTU水平上酸桿菌也受到了生物炭的顯著影響,其中相對豐度隨生物炭變化較大的OTUs一般屬于優(yōu)勢亞群Gp4和Gp6。CCA圖譜顯示土壤酸桿菌群落組成也與土壤理化性質(zhì)密切相關,如土壤銨態(tài)氮、全磷、速效磷和含水量等,且生物炭處理對酸桿菌群落結(jié)構(gòu)的影響力度強于大豆生育期即季節(jié)性變化。
【學位授予單位】：中國科學院大學(中國科學院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所)
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：S156.2
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本文編號：1293632