长期施肥旱作塿土温室气体CO2和CH4排放特征及微生物机制

摘要

研究长期不同施肥处理下雨养旱地塿土CO2和CH4的排放特征及土壤细菌群落特征，建立合理的施肥和管理制度，通过施肥措施提高土壤肥力同时改善土壤生物学特性对于农田土壤潜在的减排增汇、促进土壤生态系统稳定和健康具有重要意义。利用长期施肥试验，运用静态暗箱—气相色谱法原位监测冬小麦—夏休闲单作体系旱作塿土对照（CK）、单施氮肥（N）、氮钾配施（NK）、磷钾（PK）、氮磷（NP）、氮磷钾（NPK）以及有机肥和氮磷钾配施（MNPK）不同处理土壤CO2和CH4的排放特征，通过理化性质测定结合高通量测序技术研究了长期施肥对旱作雨养农田塿土理化性质和细菌群落结构的影响及其相互关系。本研究得出以下结果与结论： （1）不同时期农田CO2的累积排放量和排放通量均表现为MNPK处理最高，显著高于NPK和NP，显著高于NK、PK和N，CK最低。全年不同施肥处理的NEP均为正值，为大气CO2的排放源。小麦季MNPK、NPK和NP处理的NEP为负值，为大气CO2的吸收汇，休闲不利于大气CO2的减排。 （2）雨养旱作塿土各处理CH4的排放均为负值，是大气CH4的吸收汇。不同时期中农田CH4的吸收通量和累积吸收量均表现为CK最大，显著高于NK、PK和N，显著高于NPK和NP，MNPK最低。 （3）MNPK、NPK、NP处理均能够增加土壤微生物量碳和可溶性有机碳等养分含量，降低土壤pH，提高土壤肥力，增加作物产量。农田CO2和CH4排放与土壤pH呈显著负相关，与其他环境因子正相关。 （4）长期施肥能够显著增加土壤细菌拷贝数，改变土壤细菌群落组成，有机无机配施还显著提高了土壤细菌多样性，降低优势度。农田生态系统CO2和CH4的排放与土壤拷贝数、Shannon指数、Chao1指数和ACE指数呈正相关，与Simpson指数和coverage指数呈负相关。 关中塿土区旱作雨养条件下，MNPK、NPK和NP处理能够显著影响农田土壤理化性质及CO2和CH4的排放，增加土壤细菌拷贝数和多样性，改善土壤环境，提高土壤肥力，增加作物产量，在作物季可实现对大气温室气体的吸收。有机无机配施、氮磷肥的同时施用对于维持农田土壤生态系统稳定健康以及生产力水平，实现温室气体的减排增汇和农业的可持续发展具有重要意义。

目录

声明

第一章 文献综述

1.1 引言

1.2 国内外研究进展

1.2.1 农田土壤CO2、CH4的产生机理

1.2.2 影响农田温室气体CO2和CH4排放的因素

1.2.3 温室气体排放通量的研究方法

1.2.4 影响农田土壤细菌多样性及群落结构的因素

1.2.5 土壤微生物研究的方法

1.3 研究内容及目的

1.3.1 研究内容

1.3.2 研究目的

1.3.3 技术路线图

第二章 材料与方法

2.1 研究区概况与试验设计

2.2 样品的采集及测定

2.2.1 气体样品的采集与测定

2.2.2 土壤样品的采集、测定与分析和温度的测定

2.2.3 土壤微生物总 DNA 的提取及细菌的高通量测序

2.2.4 高通量测序数据分析

2.3 数据处理与分析

第三章 长期施肥对雨养农田CO2和CH4排放及碳平衡的影响

3.1 引言

3.2 结果与分析

3.2.1 CO2排放通量动态

3.2.2 不同施肥下CO2排放累积量变化

3.2.3 不同施肥农田系统碳平衡

3.2.4 CH4排放通量动态

3.2.5 不同施肥处理下CH4累积吸收量

3.3 讨论

3.4 小结

第四章 旱地农田土壤理化性质对长期施肥的响应及与土壤CO2、CH4排放的关系

4.1 引言

4.2 结果与分析

4.2.1 土壤温度和含水量动态变化

4.2.2 土壤微生物量碳变化

4.2.3 土壤可溶性有机碳变化

4.2.4 长期施肥对收获后土壤理化性质的影响

4.2.5 CO2和CH4排放与有机质、全氮和pH之间的pearson相关性分析

4.2.6 CO2和CH4排放通量与土壤理化指标之间的pearson相关性分析

4.3 讨论

4.4 小结

第五章 农田CO2和CH4排放与土壤细菌群落的关系

5.1 引言

5.2 结果与分析

5.2.1 土壤细菌群落数量、多样性及丰富度的影响

5.2.2 长期施肥对土壤细菌群落结构的影响

5.2.3 CO2和CH4排放通量与细菌数量、多样性等之间的相关性分析

5.3 讨论

5.4 小结

第六章 主要结论和研究展望

6.1 主要结论

6.2 研究不足与展望

6.2.1 研究不足之处

6.2.2 研究展望

参考文献

致谢

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