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40000字硕士毕业论文几种微生物元素对内蒙古草原土壤氨和酸碱度的影响

论文类型:硕士毕业论文
论文字数:40000字
论点:氮素,氧化,土壤
论文概述:

大气氮沉降的加剧使土壤中的氮素积累日益严重。由微生物催化的硝化作用是全球氮循环的一个重要环节,与土壤养分的供应和硝酸盐污染等问题有着紧密的联系,但是关于内蒙地区氮素积累对

论文正文:

1前言

1.1研究背景
40%的土地被草原覆盖,但是50%以上的草原已经变成牧场,并且已经处于退化状态。为了恢复土壤生产力和提高过度放牧造成的退化草地的植被覆盖率,一般都要添加氮。然而,氮的积累带来了生物多样性减少、生态恢复功能减弱等负面环境效应,其生态效应需要进行科学的综合评价。

1.1.1氮循环和草地农业生态系统
氮是大气中最丰富的元素,也是大多数农田和自然陆地生态系统中植物光合作用和初级生产中最受限制的营养元素之一。草地是继森林之后最重要的陆地生态系统。在草原生态系统中,氮的生物地球化学循环主要在大气、土壤、动植物和微生物之间进行。
大气中有取之不尽的分子氮供应,但只有少数原核微生物能够吸收和同化氮(N:)。土壤中的有机氮只有通过转化才能被植物利用,只有不断补充土壤中的盐和硝酸盐,即氮,植物才能生长良好。农业生产中无机氮的来源一方面是氮的添加,另一方面是氮的循环。氮循环(图11-1)主要包括:①固氮:大气中的分子氮固定在氨上;(2)同化:氨被植物吸收利用,合成有机氮进入食物链;(3)氨化:分解有机氮释放氨;(4)硝化:氨被氧化成硝酸;⑤脱氮:硝酸被还原成分子氮并返回大气。进入沉积物的氮通常不在生物循环的轨道上。
硝酸盐可被各种微生物在微氧或无氧条件下异化并还原成亚硝酸盐,并进一步还原成分子氮。这种反硝化作用经常导致土壤根层中氮肥的流失,同时其一些中间产物(一氧化氮和NZO)造成环境污染和不良后果。人们在发展农业生产的同时,也必须提高对氮循环各环节的认识,以便在氮肥的应用和管理上采取合理措施,有效利用氮肥,有利于环境保护。

1.1.2硝化及其农业和环境意义
硝化是氨的氧化过程,分两个阶段完成,即氧化(硝化)和硝化。氨氧化,也称为亚硝化,是硝化的第一步反应和限速步骤。它是全球氮循环的中心环节。氨氧化为作物生长提供氮营养,为硝酸和大量硝态氮提供肥料,有利于增产。然而,硝酸盐具有很强的溶解性,容易随雨水流失。硝态氮利用率低于40%,大部分被浪费掉了。硝酸盐迁移到水体,导致湖泊和近海水域富营养化和赤潮破坏。兼性厌氧微生物将水中硝酸盐还原为NOZ-1。食用后,N02会与血液中的氧气结合,影响血液中的转移,导致“高铁血红蛋白血症”,影响人体健康,导致婴儿死亡。因此,世界卫生组织规定饮用水中硝酸盐含量应低于lower升,当土壤中NO3含量过高,植物生长受到不利环境(如干旱、阴天和多云天气)的限制时,植物会积累过多的硝酸盐。硝酸盐含量过高的植物在青贮过程中会被反硝化细菌还原为NoZ,有毒气体会在青贮窖中形成并积累。那些硝酸盐含量严重的人在被人类储存和吸入后会死亡。

2长期不同氮梯度下氨氧化微生物数量及多样性分析

氮是许多生态系统(包括草原)中限制植物生长和生产力的重要因素。氮的添加是不可避免的,大气氮沉降的加剧也使得土壤中氮的积累日益严重。微生物催化的硝化是全球氮循环的重要环节,与土壤养分供应和硝酸盐污染密切相关。然而,对内蒙古土壤氮素积累对硝化过程及相关微生物的影响还缺乏深入研究。
氨氧化微生物是硝化过程的主要驱动力,可以将氨氮氧化成亚硝酸盐,亚硝酸盐不稳定,容易氧化成硝酸(,因此氨氧化微生物在硝化过程中起着关键作用。氨氧化微生物主要分为两类:氨氧化细菌(氨氧化细菌)和氨氧化古细菌(AOA)。近年来,AOA的发现动摇了氨氧化过程主要由细菌驱动的长期观点。虽然一些研究表明细菌是许多土壤氨氧化过程的主要驱动因素,但对土壤中丰富的AOA的功能仍知之甚少。同时,为了更全面地了解氨氧化过程,有必要对阿拉伯石油公司和AOA进行研究。为了分析AOB和AOA在复杂自然环境中的生理代谢和生态功能,有必要对影响其组成和活性的环境因素进行更多的研究。
本研究利用中国科学院内蒙古草原生态系统定位站长期氮添加实验平台,分析了不同氮添加浓度下土壤氨氧化细菌的组成及其与土壤氨氧化潜力和理化性质的关系,探讨了以下问题:不同氮积累水平如何影响内蒙古草原土壤氨氧化细菌的组成, 氨氧化活性白土和AOA的数量和群落结构的变化与氨氧化速率和土壤理化性质的变化有什么关系? 影响土壤氨氧化速率和氨氧化细菌组成的主要因素是什么?

[/比尔/] 3土壤中氨氧化微生物对酸碱度的响应31[/比尔/] 3.1.3土壤氨氧化潜力的测定31[/比尔/] 3.1.4总基因组脱氧核糖核酸的提取31[/比尔/]3材料和方法…… 37-38 4.1.2理化性质和其他指标的测定38[/比尔/] 4.1.3基因组DNA的提取38[/比尔/] 4.1.4实时定量聚合酶链反应分析38[/比尔/] 4.1.5克隆文库的构建和序列分析38[/比尔/] 4.1.6数据分析38[/比尔/] 4.2结果和讨论38[/比尔/]38-43[/比尔/] 4.2.1

结论

氮积累导致土壤中氨浓度的增加,这通常伴随着由于硝化作用增加而导致的土壤酸化。氨浓度和酸碱度的变化是影响氨氧化微生物组成和活性的重要因素,也可能成为氮积累影响氨氧化过程的主要机制。
利用田间长期不同浓度、不同酸碱度处理的氮肥添加试验平台,结合室内培养试验,研究了氮肥添加和土壤酸碱度调节对内蒙古典型草原土壤中氨氧化细菌和古细菌数量、群落结构和氨氧化活性的影响。得出以下主要结论:
(1)在不同浓度的长期施氮中,土壤酸碱度和氨氧化速率显著降低,氨氧化细菌数量增加,而氨氧化古菌数量仅在高氮浓度下显著减少。氨氧化细菌数量与土壤氨浓度呈极显著正相关,与土壤氨氧化速率和酸碱度呈极显著负相关。氨氧化古菌数量与土壤氨浓度呈极显著负相关,与土壤氨氧化速率和酸碱度呈极显著正相关。不同酸碱度处理的结果表明,随着土壤酸碱度的降低,氨氧化速率和氨氧化细菌数量均呈下降趋势,两者呈正相关。然而,古菌氨氧化细菌的数量明显增加,但与氨氧化速率无显著相关性,表明酸性环境有利于AOA生长,而AOA对氨氧化的贡献不大,其作用有待进一步研究。土壤酸碱度是决定PNR的主要因素,土壤中氨浓度的变化对氨氧化硼和AOA的数量有重要影响。
(2)氮的添加导致氨氧化细菌群落结构发生显著变化,主要组成群体从中等浓度添加氮时未添加氮的团簇3al逐渐变化到高浓度添加氮时的团簇3aZ。实验室模拟培养结果表明,中性条件下氨培养可促进团簇3aZ含量的增加,而酸性条件下培养可导致团簇3az含量的增加。这些结果证实了氨浓度和酸碱度在氮添加引起的氨氧化细菌群落结构变化中的作用。在氮添加和酸碱度平台上,氨氧化古菌的群落结构变化不大,对氨浓度和酸碱度的响应不如氨氧化古菌敏感。