外源有机碳对滨海盐碱地土壤大团聚体形成的促进作用及其驱动因子研究

作     者：申超 

作者单位：扬州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：柏彦超;Yunlong Li

授予年度：2023年

学科分类：082802[工学-农业水土工程] 08[工学] 0828[工学-农业工程] 

主      题：滨海盐碱地 外源有机碳 团聚体形成 微生物群落 驱动因子 

摘      要：滨海盐碱地是我国重要的后备耕地资源。然而,滨海盐碱地具有高盐、高pH、低碳及团聚体性状差等特殊土壤属性,严重限制了其农业可持续发展。已有研究表明,施用外源有机碳在促进滨海盐碱地土壤大团聚体(0.25 mm)形成的过程中,增加土壤有机碳固持,并降低土壤盐分和pH,是滨海盐碱地改良的重要农业实践。然而,外源有机碳促进滨海盐碱地土壤团聚体形成及稳定的内在机制仍有待进一步研究和探讨。本研究选取江苏典型滨海盐碱地土壤作为研究对象,研究了不同外源有机碳(种类:生活污泥、污泥蚯蚓粪、醋渣;施用量:0、25、50、100、200 t ha-1)对滨海盐碱地土壤大团聚体(0.25-2,2 mm)、土壤理化性质、酶活性、微生物群落组成及结构的影响,探讨了外源有机碳对滨海盐碱地土壤大团聚体形成的促进作用及驱动因子。主要结果如下:(1)相较于未施有机碳处理组土壤,施用生活污泥、污泥蚯蚓粪、醋渣后,2 mm团聚体质量比均高于0.25-2 mm团聚体质量比,且平均重量直径(weight mean diameter,MWD)与几何平均直径(geometric mean diameter,GMD)均明显高于对照组。施用外源有机碳提高了滨海盐碱地大团聚体中活性和稳定性有机官能团的峰度,其中活性有机碳官能团有醇类和醚类、羧基、羟基、甲基;稳定性有机碳官能团有芳香族、烯烃。随着外源有机碳施用量的增加,大团聚体的形成及稳定呈上升趋势。其中施用量为200 t ha-1时,外源有机碳对滨海盐碱地大团聚体形成的提升效果最为明显。随着外源有机碳施用量的增加大团聚体中活性(醇类和醚类、羧基、羟基、甲基)和稳定性(芳香族、烯烃)有机官能团的峰度也明显上升,且在施用量200 t ha-1,有机官能团的峰度最大。(2)相较于未施有机碳处理组土壤,施用生活污泥、污泥蚯蚓粪以及醋渣,土壤大团聚体pH、EC及含盐量明显下降;大团聚体养分含量,酶活性也明显提升。施用生活污泥、污泥蚯蚓粪以及醋渣后,0.25-2 mm团聚体pH均低于2mm团聚体;2 mm团聚中含盐量均低于0.25-2 mm团聚体。施用生活污泥及污泥蚯蚓粪0.25-2 mm团聚体养分及酶活性含量明显高于2 mm团聚体。随着外源有机碳施用量的增加,大团聚体中的pH、EC及含盐量均呈下降趋势,养分含量及酶活性呈上升趋势。其中施用量为200 t ha-1时,对大团聚体降盐、降pH以及提升养分含量及酶活性的效果最为明显。(3)相较于未施有机碳处理组土壤,施用生活污泥、污泥蚯蚓粪以及醋渣,均降低了 0.25-2 mm团聚体中的真菌群落的组成多样性(Shannon指数);大团聚体中微生物群落组成均发生变化。施用生活污泥,真菌群落的Shannon指数均低于对照组,2 mm团聚体中的真菌群落的Shannon指数均高于0.25-2 mm团聚体。施用污泥蚯蚓粪,真菌及细菌大团聚体中所有处理组Shannon指数均低于对照组。施用醋渣,降低了 0.25-2mm团聚体中的真菌群落的Shannon指数。有机碳不同施用量处理组间:随着施用量的提高,其细菌和真菌的Shannon指数影响均呈现先下降后升高的趋势。施用生活污泥,细菌的Shannon指数在200 t ha-1时显著高于对照组;施用污泥蚯蚓粪,细菌及真菌的Shannon指数均低于对照组。(4)结构方程模型(Structural Equation Model,SEM)结果表明,外源有机碳施用后,滨海盐碱地土壤有机碳、全氮、细/真菌群落结构多样性对土壤大团聚体的形成有重要促进作用,pH、EC以及含盐量与大团聚体的形成呈负相关关系。综上,不同外源有机碳施用后有机碳、全氮、FDA酶、脲酶、细菌及真菌群落结构多样性是促进土壤大团聚体形成的主要因子。