氨氧化微生物对毛竹林施肥及硝化抑制剂的响应及其与氮素转化的关系

摘要

近年来随着竹林产业迅速发展，竹林产业为产区农民及当地政府带来巨大的经济效益，80年代开始通过施肥、主要是氮肥或复合肥的方式来提高毛竹的产量、增加生产效益。然而，施肥引起的N2O气体排放以及硝态氮淋失，不仅产生氧化亚氮气体排放、水体富营养化等环境问题，同时降低了肥料利用率。本文应用PCR-DGGE和荧光定量PCR方法、结合土壤N2O排放通量、土壤氮素含量以及硝化势等参数，通过室内培养试验和毛竹林田间试验，揭示施肥和硝化抑制剂通过微生物过程对氮素转化以及N2O气体排放的影响，以期为毛竹林土壤管理和施肥提供理论依据，促进毛竹林地可持续利用。　　2种硝化抑制剂分别为3,4-二甲基吡唑磷酸盐（DMPP）和双氰胺（DCD），室内培养试验的6个处理为：（1）对照（CK）、（2）单施尿素（Urea）、（3）尿素+1％DMPP(DMPP占总N的1%，后同)、（4）尿素+DMPP1.5%、（5）尿素+10%DCD、（6）尿素+15%DCD；硝化抑制的毛竹田间试验的5个处理为：处理（1）对照(CK)、（2）单施用尿素（Urea）、（3）DCD（尿素+DCD15%）、（4）DMPP（尿素+DMPP1%）、（5）稳定型复合肥（stable compound fertilizer,记作SF）；粗放经营毛竹林进行田间肥料试验的设5个处理为：处理（1）对照(CK)、（2）单施用尿素（Urea）、（3）尿素+KCl（NK）、（4）尿素+saferock（NS）、（5）毛竹林专用复合微生物生态肥料。每个处理3次重复，随机区组。得到以下试验结果：　　（1）室内培养试验结果表明，尿素使用促使了氨氧化菌群尤其是AOB的迅速繁殖，增加了N2O排放总量。两种硝化抑制剂的使用均显著降低毛竹林土壤N2O排放，抑制土壤铵态氮向硝态氮的转化。两种硝化抑制剂均能显著降低土壤AOB丰度并改变其群落结构，而对AOA影响较小；AOB在前期的高N和微酸至中性土壤环境中起主要作用，但随着培养过程的进行，土壤pH和NH4+-N浓度的下降，AOA的作用得到发挥。DMPP对毛竹林土壤氨氧化作用的抑制效果比DCD持久高效。两种硝化抑制剂主要通过抑制AOB起作用，为了使硝化抑制剂效果持续时间更长，需要同时调节土壤pH至中性，推荐施用1%DMPP为理想用量。　　（2）2014年8月和2015年4月两次田间试验发现，硝化抑制剂添加与否对N2O排放、AOA和AOB的群落结构以及功能基因丰度的影响与培养试验相似，但N2O排放到达峰值的时间，DCD和DMPP抑制持续的时间不同，即使是不同季节也存在差异；室内培养比田间持续时间长，4月份持续时间比8月份持续时间长。DMPP和DCD在毛竹林地中抑制效果总体不如室内培养。稳定型复合肥处理土壤N2O排放通量与尿素相似，没有表现明显的减排作用，但对施肥后20天时的土壤AOB有一定抑制效果（丰度和DGGE结果显示），之后抑制作用消失。在田间状态下，DMPP对N2O排放控制作用最好，持续大约在60天左右，单纯从N2O的累计减排效果看并不理想，但由于延迟硝态氮的产生而避免淋溶损失，意义更大。如何能使DMPP的抑制作用持续更长时间值得进一步探讨。　　（3）毛竹林地不同施肥结果表明，长期单一施用尿素或与氯化钾配合施用都将引起土壤酸化，尿素与氯化钾能部分抑制氨氧化微生物活动；毛竹专用肥长期施用也可引起土壤酸化，但硝化作用较弱，可提高氮肥利用率，而综合效果最好的是尿素与Saferock配合施用，通过抑制土壤AOB活动控制硝化作用。建议在毛竹生产中推广应用。

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1 文献综述

1.1施肥对毛竹林氮循环影响研究进展

1.2硝化抑制剂研究进展

1.3施肥对土壤氮排放和氨氧化微生物群落的影响

2 立题依据和研究内容

2.1立体依据

2.2研究内容

2.3技术路线

3硝化抑制剂控制土壤氧化亚氮排放的微生物学机制

3.1材料与方法

3.2结果分析

3.3讨论

3.4结论

4硝化抑制剂对毛竹林土壤氨氧化微生物的影响

4.1材料与方法

4.2结果分析

4.3讨论

4.4结论

5 施肥对毛竹林土壤氨氧化微生物的影响

5.1材料与方法

5.2结果分析

5.3讨论

5.4结论

6 结论与展望

6.1主要结论

6.2研究展望

参考文献

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