本文關(guān)鍵詞：土壤供氮特征與甜菜（Beta vulgaris L.）碳代謝關(guān)系研究

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【摘要】：黑土是東北地區(qū)糖料作物甜菜(Beta vulgaris L.)的主栽土壤類型,其最顯著的特點(diǎn)是有機(jī)質(zhì)含量高且土層深厚,但目前東北黑土區(qū)已經(jīng)出現(xiàn)水土流失、黑土退化等問(wèn)題,其退化最突出的表現(xiàn)之一就是土壤氮素養(yǎng)分的調(diào)控能力減退,最終導(dǎo)致氮肥利用率和土壤供氮能力下降。因此,如何根據(jù)土壤供氮特征,有效進(jìn)行氮素調(diào)控,達(dá)到甜菜高產(chǎn)、高糖、優(yōu)質(zhì)的效應(yīng)是目前急需解決的問(wèn)題。本文以甜菜主產(chǎn)區(qū)黑土為研究對(duì)象,在2010～2014年利用田間及室內(nèi)試驗(yàn)研究了黑土有機(jī)氮構(gòu)成及供氮特征,甜菜生長(zhǎng)季內(nèi)土壤不同形態(tài)氮素的遷移和轉(zhuǎn)化動(dòng)態(tài)變化,通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)研究了溫度和水分對(duì)有機(jī)氮礦化和遷移轉(zhuǎn)化的影響,同時(shí)利用15N示蹤技術(shù)分析了肥料氮在土壤有機(jī)氮庫(kù)中的遷移和轉(zhuǎn)化及對(duì)環(huán)境因子變化的響應(yīng),通過(guò)盆栽試驗(yàn)探索了甜菜生長(zhǎng)季內(nèi)不同形態(tài)氮對(duì)甜菜碳代謝影響,本項(xiàng)研究對(duì)于合理施肥、提高土壤氮供氮能力、通過(guò)生理調(diào)控改善甜菜產(chǎn)質(zhì)量,豐富甜菜氮素營(yíng)養(yǎng)理論具有重要意義。主要研究結(jié)果如下：1、土壤有機(jī)氮的礦化特征甜菜主產(chǎn)區(qū)黑土有機(jī)氮組分中的主體是酸解有機(jī)氮,其中各組分含量及比例的順序?yàn)榘被釕B(tài)氮氨態(tài)氮未知態(tài)氮氨基糖態(tài)氮。施氮肥處理(NPK)土壤酸解有機(jī)氮組分含量及比例有所增加,其中以氨基酸態(tài)氮和氨基糖態(tài)氮含量增加的幅度最高。甜菜生長(zhǎng)季內(nèi)土壤礦化氮以硝態(tài)氮為主,土壤累積礦化氮量呈指數(shù)函數(shù)增加,施氮肥提高了土壤供氮能力。兩階段一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程( Two pool模型)能夠很好地描述甜菜黑土有機(jī)氮礦化過(guò)程。施用氮肥既可以土增加壤氮素礦化勢(shì)(No),同時(shí)有利于易礦化有機(jī)氮(N1)的形成,可以改善甜菜黑土有機(jī)氮的品質(zhì)。土壤氮礦化勢(shì)(N0)與土壤有機(jī)氮各組分均關(guān)系密切,其中氨基酸態(tài)氮是土壤礦化勢(shì)的主要貢獻(xiàn)者。溫度和水分是影響土壤有機(jī)氮礦化的重要因子。溫度與水分對(duì)土壤氮礦化速率的單一作用大于二者的交互作用,溫度為30℃,水分在30%是甜菜黑土有機(jī)氮礦化的適宜溫度和水分水平。2、土壤不同形態(tài)氮的時(shí)空分布特征甜菜幼苗期施氮肥處理(NPK)可以增加0-30cm土壤銨態(tài)氮含量,促進(jìn)塊根糖分增長(zhǎng)期(7月)0-70cm土壤硝態(tài)氮的吸收。在甜菜生長(zhǎng)季內(nèi),施氮肥(NPK)可以提高0-30cm土壤氨態(tài)氮和氨基酸態(tài)氮的含量,同時(shí)非酸解態(tài)氮在甜菜生長(zhǎng)后期(7-9月)出現(xiàn)深層殘留。除氨基糖態(tài)氮和氨基酸態(tài)氮外,土壤有機(jī)氮其他組分含量隨甜菜生育時(shí)間變化規(guī)律遵循三次曲線方程的分布規(guī)律。甜菜生長(zhǎng)過(guò)程中,土壤有機(jī)氮組分中氨態(tài)氮和氨基酸態(tài)氮對(duì)無(wú)機(jī)氮貢獻(xiàn)較大。在甜菜幼苗期,施入化肥氮主要?dú)埩粼?-50cm土層中,并以氨態(tài)氮、氨基酸態(tài)氮和酸解未知態(tài)氮為主要方式結(jié)合到土壤有機(jī)氮庫(kù)中,在50-70cm土層以酸解未知態(tài)氮和非酸解態(tài)氮方式結(jié)合在土壤有機(jī)氮庫(kù)中；到甜菜收獲期(9月),0-50cm土層化肥氮的殘留量明顯下降,但仍有5.29%～33.92%的化肥氮?dú)埩粼谕寥乐?造成了氮肥資源浪費(fèi)的現(xiàn)象,并主要結(jié)合到氨態(tài)氮和酸解未知態(tài)氮有機(jī)氮庫(kù)中,而50-90cm土層化肥氮固持到難以分解的非酸解態(tài)氮的有機(jī)氮庫(kù)中。土壤各有機(jī)氮組分與化肥氮之間存在相互轉(zhuǎn)化關(guān)系。氨態(tài)氮對(duì)化肥氮在土壤有機(jī)氮組分中的轉(zhuǎn)化直接貢獻(xiàn)最大,其次是酸解未知態(tài)氮。當(dāng)土壤氮供應(yīng)不足時(shí),化肥氮固持在氨基酸態(tài)氮和氨基糖態(tài)氮可以通過(guò)礦化作用轉(zhuǎn)化為植物可吸收的氮�；实谕寥烙袡C(jī)氮組分中酸解未知態(tài)氮和非酸解態(tài)氮的轉(zhuǎn)化間接通過(guò)氨態(tài)氮起到暫時(shí)積累作用。在收獲期,植物吸收氮-15N與非酸解態(tài)氮-15N和氨基酸態(tài)氮-’5N關(guān)系密切,因此氨基酸態(tài)氮作為甜菜可吸收的有機(jī)氮源具有重要作用。3、土壤不同形態(tài)氮的遷移和轉(zhuǎn)化對(duì)溫度和水分變化的響應(yīng)不施肥(CK)處理0-90cm土層之間NH4+-N、NO3--N含量隨溫度和水分變化差異不顯著,施肥(NPK)后,NH4+-N在土柱內(nèi)的遷移距離主要發(fā)生在0-15cm土層內(nèi),NO3--N遷移距離主要發(fā)生在0-50cm土層內(nèi),對(duì)溫度和水分變化響應(yīng)顯著。不施肥(CK)處理0-30cm土層轉(zhuǎn)化速率(礦化速率、硝化速率和氨化速率)隨溫度的增加而增加,礦化速率和硝化速率隨水分的增加而降低,而在30-90cm土層以20℃為轉(zhuǎn)折點(diǎn),土壤轉(zhuǎn)化速率隨溫度增加顯著上升,硝化速率隨水分的增加變化顯著;施肥(NPK)處理0-30cm土層土壤礦化速率、硝化速率和氨化速率顯著高于不施肥(CK)處理。在高水分條件下,土壤轉(zhuǎn)化速率隨溫度的升高而升高。30-50cm土層在低含水量時(shí)礦化速率、氨化速率對(duì)溫度變化的響應(yīng)顯著,在設(shè)定溫度范圍內(nèi),硝化速率隨水分的增加而增加,50-90cm土層礦化速率、硝化速率與氨化速率在高含水量時(shí),隨著溫度的升高先升高后降低,在5-20℃范圍內(nèi),礦化速率、氨化速率和硝化速率隨水分的增加而增加,氨化速率受水分變化的響應(yīng)不顯著。在不同的溫度和水分條件下,不施肥和施肥土壤不同土層氮素轉(zhuǎn)化速率存在顯著差異,各因子之間具有不同程度的交互作用。4、土壤氮素形態(tài)與甜菜碳代謝的關(guān)系無(wú)機(jī)氮配施一定比例有機(jī)態(tài)氮可以促進(jìn)甜菜生長(zhǎng),增加甜菜地上和地下的干物質(zhì)積累；增加全生育期內(nèi)甜菜葉片的葉綠素含量,提高光合能力；在糖分增長(zhǎng)期之后,無(wú)機(jī)氮配施高比例有機(jī)氮(占總施氮量67%)處理甜菜塊根和葉片氮積累量最大,說(shuō)明氨基酸態(tài)氮也可以成為甜菜生長(zhǎng)的良好氮源；可以提高甜菜葉片蔗糖磷酸合成酶(SPS)、蔗糖合成酶(SS)活性和轉(zhuǎn)化酶活力,維持塊根營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)所需的碳源和能源：塊根中可溶性糖、蔗糖含量明顯增加,還原糖含量降低,對(duì)塊根蔗糖的積累有促進(jìn)作用：有助于甜菜產(chǎn)量和產(chǎn)糖量的提高。
【關(guān)鍵詞】：甜菜 黑土 有機(jī)氮 供氮特征 碳代謝
【學(xué)位授予單位】：東北林業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：S153.6;S566.3
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-14
• 1 緒論14-30
• 1.1 甜菜與土壤氮素關(guān)系研究現(xiàn)狀14-15
• 1.2 土壤有機(jī)氮及組分研究進(jìn)展15-18
• 1.2.1 土壤有機(jī)氮組分及有效性15-17
• 1.2.2 土壤有機(jī)氮組分的影響因素17-18
• 1.3 土壤有機(jī)氮礦化18-23
• 1.3.1 土壤有機(jī)氮與可礦化氮的關(guān)系18-19
• 1.3.2 土壤有機(jī)氮礦化研究方法19-20
• 1.3.3 土壤有機(jī)氮礦化主要影響因素20-23
• 1.4 土壤氮素形態(tài)的時(shí)空變化23-24
• 1.5 土壤氮素遷移與轉(zhuǎn)化研究24-25
• 1.6 肥料氮在土壤氮庫(kù)中的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)化25-26
• 1.7 土壤氮素形態(tài)與甜菜碳代謝效應(yīng)關(guān)系研究26-27
• 1.8 研究背景、目的與意義27-28
• 1.8.1 研究背景27
• 1.8.2 研究目的和意義27-28
• 1.9 研究?jī)?nèi)容與技術(shù)路線28-30
• 1.9.1 研究?jī)?nèi)容28-29
• 1.9.2 技術(shù)路線29-30
• 2 研究區(qū)概況與試驗(yàn)方法30-35
• 2.1 研究地概況30-31
• 2.2 試驗(yàn)方法31-35
• 2.2.1 土壤基本理化性質(zhì)31-32
• 2.2.2 土壤有機(jī)氮組分的測(cè)定32-33
• 2.2.3 葉片光合色素含量的測(cè)定33
• 2.2.4 碳代謝酶活性的測(cè)定33-34
• 2.2.5 糖代謝主要產(chǎn)物含量的測(cè)定34
• 2.2.6 甜菜塊根含糖率的測(cè)定34
• 2.2.7 試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理及分析34-35
• 3 土壤有機(jī)氮礦化特征35-55
• 3.1 材料與方法35-36
• 3.1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)35
• 3.1.2 樣品采集35-36
• 3.1.3 試驗(yàn)方法36
• 3.2 結(jié)果與分析36-53
• 3.2.1 土壤有機(jī)氮組分的構(gòu)成36-40
• 3.2.2 土壤有機(jī)氮礦化過(guò)程40-47
• 3.2.3 土壤氮礦化勢(shì)與土壤有機(jī)氮各組分的關(guān)系47-48
• 3.2.4 溫度和水分對(duì)土壤有機(jī)氮礦化的影響48-53
• 3.3 本章小結(jié)53-55
• 4 甜菜生長(zhǎng)季內(nèi)土壤不同氮形態(tài)時(shí)空分布特征55-77
• 4.1 材料與方法55-56
• 4.1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)55
• 4.1.2 樣品采集55-56
• 4.1.3 試驗(yàn)方法56
• 4.2 結(jié)果與分析56-75
• 4.2.1 甜菜生長(zhǎng)季內(nèi)土壤無(wú)機(jī)氮時(shí)空變異特征56-59
• 4.2.2 甜菜生長(zhǎng)季內(nèi)土壤有機(jī)氮各組分時(shí)空變異特征59-68
• 4.2.3 化肥氮素在土壤中的遷移轉(zhuǎn)化68-75
• 4.3 本章小結(jié)75-77
• 5 土壤不同形態(tài)氮素遷移和轉(zhuǎn)化對(duì)溫度和水分變化的響應(yīng)77-107
• 5.1 材料與方法77-79
• 5.1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)77-78
• 5.1.2 樣品采集78-79
• 5.1.3 試驗(yàn)方法79
• 5.2 結(jié)果與分析79-105
• 5.2.1 土壤無(wú)機(jī)氮遷移和轉(zhuǎn)化對(duì)溫度和水分的響應(yīng)79-94
• 5.2.2 化肥氮的遷移和轉(zhuǎn)化對(duì)溫度和水分的響應(yīng)94-105
• 5.3 本章小結(jié)105-107
• 6 土壤氮素形態(tài)與甜菜碳代謝關(guān)系107-117
• 6.1 材料與方法107-108
• 6.1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)107
• 6.1.2 樣品采集與處理107
• 6.1.3 試驗(yàn)方法107-108
• 6.2 結(jié)果與分析108-115
• 6.2.1 不同氮形態(tài)對(duì)甜菜生長(zhǎng)的影響108-109
• 6.2.2 不同形態(tài)氮對(duì)甜菜全氮的影響109-110
• 6.2.3 不同形態(tài)氮對(duì)甜菜碳代謝相關(guān)酶(SPS、SS和轉(zhuǎn)化酶)活性的影響110-111
• 6.2.4 不同形態(tài)氮對(duì)甜菜體內(nèi)碳代謝主要產(chǎn)物的影響111-112
• 6.2.5 不同形態(tài)氮對(duì)甜菜塊根產(chǎn)量、含糖率及產(chǎn)糖率的影響112-113
• 6.2.6 討論113-115
• 6.3 本章小結(jié)115-117
• 結(jié)論117-120
• 參考文獻(xiàn)120-129
• 附錄129-130
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文130-131
• 致謝131-132

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：836484