秸秆添加对高有机质酸性土壤理化性质及微生物多样性的影响研究

作     者：陈闺 

作者单位：湖南农业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：周冀衡;范伟

授予年度：2021年

学科分类：07[理学] 09[农学] 0903[农学-农业资源与环境] 0713[理学-生态学] 

主      题：高有机质酸性土壤 秸秆添加 胡敏酸提取 pH值 有机碳组分 微生物多样性 

摘      要：我国南方部分地区,比如云南腾冲,由于常年高降雨量、相对较低的气温和大量施用化肥等因素,使得当地土壤环境现状为有机质含量高、酸化较严重、腐殖质组成不合理,微环境遭到破坏。有机物料添加、腐殖质组分含量、土壤pH值与土壤微生物之间有着紧密联系,几者之间相互影响。针对高有机质酸性土壤的生态环境现状,对胡敏酸提取方法进行优化,及研究添加不同类型秸秆(新鲜、腐熟)对土壤pH值、有机碳组分、微生物群落的影响很有必要。为此,本研究以云南腾冲高有机质酸性土壤为研究对象,基于响应面法优化胡敏酸提取方法;采用室内培养试验,分析不同类型秸秆添加后对高有机质酸性土壤pH值、有机碳组分的影响,以及基于高通量测序法分析其微生物结构组成变化。通过试验,结果表明:(1)胡敏酸是土壤腐殖质中的活跃物质,其变化与土壤微生物和pH密切相关,尽可能完全提取出土壤中的胡敏酸是正确评价高有机质酸性土壤环境质量的基础。针对这一情况,本文进行了胡敏酸优化提取试验,运用Box-Behnken响应面法获得了高有机质酸性土壤胡敏酸的最优提取方案为:Na OH浓度0.16mol/L、碱提时间15.00 h、固液比0.08、碱提温度40℃。该回归模型方程的决定系数R=0.9911,变异系数为2.05,试验具有可靠性,能用于胡敏酸提取方案的优化分析。该优化方法提取完全及稳定性好,且对胡敏酸性质影响较小。(2)秸秆添加对高有机质酸性土壤pH及有机碳组分的影响试验,结果表明,相比CK处理,添加腐熟油菜秸秆处理对提高土壤有机质含量效果最好,提高了52.52%～101.23%;添加腐熟水稻秸秆处理对提高土壤pH值和可提取腐殖质的效果最好,pH提高了24.23%～30.96%,胡敏酸(HA)提高了44.30%～189.34%,富里酸(FA)提高了0.24%～127.22%;培养结束时,添加秸秆处理后的分子复杂程度更低,芳香核原子团更少,缩合度更低。(3)通过研究添加秸秆对土壤细菌、真菌多样性的影响,结果表明,细菌的优势菌门是变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、它们的相对丰度范围分别为28.89%-69.95%、5.81%-54.07%、4.91%-26.59%。真菌群落的优势菌门是子囊菌门(Ascomycota)、担子菌门(Basidiomycota)、接合菌门(Zygomycota),它们的相对丰度范围分别为21.76%-86.56%,5.20%-48.88%,0.48%-43.29%。基于OTU稀释曲线显示,相较CK处理,添加腐熟秸秆处理的细菌物种丰富度在培养30d时达到最高,而添加秸秆处理对真菌丰富度反而有所降低。培养90d结束时,样本中细菌、真菌种类的Chao1指数和Shannon指数显示各处理组间无显著差异。主成分、聚类分析表明,0～7d时,添加新鲜秸秆或腐熟秸秆的细菌群落结构较相似,30～90d时,同一处理组随着时间的推移,聚集在一起或在一个分支上,细菌群落组成相似并逐步达到稳定状态。添加腐熟油菜秸秆处理一直距离其他样本较远,说明其真菌群落结构明显有异于其他秸秆处理。冗余分析(RDA)结果表明,pH和有机碳组分(不含HA)对大部分处理组的细菌影响是呈负相关的,与肠杆菌属(Enterobacter)、污物假节杆菌属(Pseudarthrobacter)相关程度较高,与其他菌属无显著相关。pH和有机碳组分与真菌群落组成相关性较大,与添加腐熟油菜秸秆处理相关性较高。从本研究结果看,腐熟水稻秸秆还田对提高细菌多样性效果较好,腐熟油菜秸秆还田对真菌群落结构有一定改善作用。综上所述,本文中优化的胡敏酸提取方法提取完全及稳定性好,能替代传统IHSS法用于提取高有机质酸性土壤中的胡敏酸。添加腐熟水稻、油菜秸秆能改善腐殖质组成结构和组分比例,能够短期内提高细菌微生物多样性,又不会破坏原有微生态环境,并且提高了高有机质酸性土壤pH值。因此,4%腐熟水稻、油菜秸秆还田能替代直接还田用于高有机质酸性土壤改良中,具有推广应用价值。