一、土壤氮素生物地球化学循环的研究现状与进展(论文文献综述)
鲍珊珊[1](2021)在《水土环境中氮素迁移转化分布式模型(SWAN-N)的开发研究》文中进行了进一步梳理全球范围内氮污染状况呈现愈演愈烈趋势,随着对不同环境和介质中氮素污染来源、途径和机理研究的不断深入,氮素迁移转化过程模型开发和应用也取得了一定进展。目前,氮素迁移转化模型多是针对包气带、地下水和地表水分别建立,而水土环境一体化的模型相对较少。氮素从大气和地表环境进入土壤层和地下含水层的环境行为全过程认识对农业面源污染的定量评估极为重要,因此,需要开发一个区域尺度模拟氮素在土壤-地表水-地下水中迁移转化过程模型。本文基于对国内外应用广泛的若干(半)分布式水文模型综合比较,选择英国地质调查局(British Geological Survey,BGS)2012年发布的分布式流域水文模型(The Soil and Land-use based rainfall-runoff and recharge Model,SLIM)模拟水文过程(本人参与SLIM开发少部分工作);基于硝酸盐氮和氨氮在水土环境中的迁移转化机制,将氮素迁移转化过程嵌入到水文过程,构建了基于SLIM水文过程氮素迁移转化概念模型;开发了一个适用于区域尺度的模拟氮素迁移转化过程的分布式模型(Soil Water and Nitrogen cycling and leaching model,SWAN-N);提出了分布式模型参数优化率定的系统性技术方案;以英格兰Eden流域作为研究区,检验了该模型的合理性和可靠性。主要研究内容如下:(1)水土环境中氮素迁移转化过程及概念模型构建从水土环境中氮素迁移转化理论研究进展、氮素迁移转化概念模型、氮素模拟模型开发及应用现状等方面,系统总结了水土环境中氮素迁移转化机制,构建了氮素迁移转化概念模型,为水土环境中“三氮”迁移转化的数值模拟提供理论支撑。(2)SLIM水文模型与分布式模型参数率定方案设计阐述了分布式水文模型SLIM的原理、结构和特点。通过GLUE分析模型模拟能力、敏感性分析识别关键参数、自组织映射网络确定参数取值空间、遗传算法优化参数等一系列技术方法完成模型参数优化率定,提出可以解决分布式模型参数优化率定系统性的技术方案。(3)氮素迁移转化过程与水文过程耦合机制以水作为载体、水文循环作为迁移路径,基于水量平衡原理,将氮素在土壤、地下水和河道中的主要反应过程嵌入SLIM水文过程中,建立氮素迁移转化分布式模型SWAN-N。(4)氮素迁移转化分布式模型(SWAN-N)的程序开发在SLIM水文模型程序源代码基础上对部分数据的输入格式和产汇流过程程序进行改进,在讨论水土环境中氮素迁移转化机制基础上,独立开发了氮素迁移转化模块,完成水土环境中氮素迁移转化分布式模型(SWAN-N)的程序开发。该模型由一个主程序和若干独立子程序组成,模型可以根据需要划分网格单元大小,输入和输出文件设置默认项和可选项,使用C#语言完成代码编写,在Visual Studio 2015平台完成开发。(5)SWAN-N模型的应用与检验以英格兰Eden流域为研究区,Eden流域从上游至下游4个观测站点Great Musgrave Bridge、Temple Sowerby、Great Corby和Sheepmount出口断面模拟流量的R2和NSE均大于0.7;4个站点的硝酸盐氮和氨氮浓度的平均误差值均较小,可在接受范围之内;论证了模型的合理性和可靠性,模型精度满足英国地质调查局和英国农业部需求。SWAN-N可以直接使用GIS数据层,极大地简化了建模过程,从而提高了建模效率。SWAN-N适合在中国、英国或其它国家开展应用探索,同时,SWAN-N代码具有较好的兼容性,为灵活适应区域复杂情况、模型改进及模型耦合提供了基础。
李彬彬[2](2021)在《黄土高原植被恢复过程中土壤碳氮水耦合机制及恢复力研究》文中研究指明土壤碳氮水是生态系统中最为关键的生源要素之一,决定生态系统的稳定性和可持续性。作为干旱半干旱黄土高原植被恢复过程中的限制性土壤资源,土壤碳氮水的可利用性是该区生态建设成效的关键。因此,理解植被恢复过程中土壤碳氮水变化动态、耦合关系及恢复力是明确黄土高原生态系统稳定性和可持续性的重要环节。本研究针对我国干旱半干旱地区生态建设需求及生态学前沿问题,以退耕后恢复生态系统(人工乔木、人工灌木、撂荒草地)为研究对象,通过历史资料收集和野外调查采样,构建了以土壤碳氮水为主的多因子数据库,研究了植被恢复过程中土壤碳氮水演变过程、耦合关系及恢复力,探讨如何实现土壤碳氮水可持续利用与协同发展,并提出基于限制性资源可持续利用的人工植被管理对策,可为黄土高原人工植被可持续经营提供科学依据。取得的主要结论如下:(1)人工植被建设对深层土壤有机碳储量变化影响较大,植被恢复年限是影响剖面土壤固碳的关键因子,在植被恢复过程中,人工乔木林地深层土壤固碳潜力较高。耕地转为人工乔木、人工灌木和撂荒草地后,0-100 cm土层有机碳储量分别增加46.2%,23.9%和27.3%,100-400 cm有机碳储量分别增加19.8%,12.0%和7.9%,约占表层土壤固碳量的42.9%,50.3%和28.8%。人工乔木和人工灌木林地0-200 cm土层的土壤有机碳储量随植被恢复年限增加而增加,而200-400 cm土层土壤有机碳储量则随植被恢复年限先增加后降低,其拐点出现在植被恢复25年时;初始有机碳储量、降雨量、恢复年限、植被类型是影响剖面土壤有机碳储量的重要因素;植被恢复过程中浅层与深层土壤有机碳储量显着相关,0-100cm土层每增加1Mg C ha-1,100-400 cm土层则增加0.45 Mg C ha-1。(2)黄土高原人工植被恢复可增加浅层与深层土壤氮储量,且土壤固氮潜力随植被恢复时间的延长而增加,人工乔木和灌木的土壤固氮潜力高于撂荒草地。在0-200 cm土层内,耕地转为人工乔木、人工灌木和撂荒草地后,土壤氮储量随植被恢复年限的增加而增加,尤其是在植被恢复后期(>30年)氮累积量较高,较坡耕地分别增加55.8%、68.4%和36.6%;土壤氮固存与有机碳含量、土壤水分含量和初始氮储量显着相关,且受不同植被类型、降雨、温度、恢复年限及其交互效应的影响;0-20 cm土壤氮固存每增加1Mg N ha-1,20-200 cm则增加0.33 Mg N ha-1。(3)深层土壤水分亏缺限制了黄土高原人工植被的可持续性,植被类型、恢复年限和降雨量是影响区域尺度深层土壤水分的关键因子。植被恢复方式和林分显着影响0-1000 cm剖面土壤水分含量,其中人工乔木和灌木对土壤水分的负效应强于撂荒草地;与人工刺槐、油松和柠条相比,人工侧柏和沙棘在深层土壤水分维持方面具有明显的优势;人工乔灌土壤水分亏缺程度随恢复年限的增加而加剧,在恢复至20-30年时,土壤水分大幅降低,并在恢复30年后保持稳定;区域尺度上,人工乔木、人工灌木、撂荒草地土壤水分变化速率分别为-0.08~-0.11 g 100g-1 yr-1、-0.05~-0.20 g 100g-1 yr-1和-0.02~-0.07 g100g-1 yr-1;当考虑植被类型与降雨梯度的交互效应时,在降雨量高于480 mm的地区,可以种植人工乔木和人工灌木;在低于480 mm的地区,撂荒草地是最优的恢复方式。(4)人工植被建设导致土壤碳氮耦合关系发生改变,深层土壤碳氮耦合关系对气候变化的响应较浅层土壤更加敏感。在植被恢复过程中,土壤碳氮耦合关系由相对稳定逐渐向不稳定发展,在恢复20年后,土壤碳氮解耦趋势明显,尤其是在深层土壤中。与人工植被相比,长期的自然恢复(地带性顶极森林和顶极草地群落)能够保持浅层和深层土壤碳氮耦合关系的稳定性。此外,人工植被土壤碳氮耦合关系非线性响应于降雨和温度的变化,且土壤碳氮耦合关系对温度变化的敏感性高于降雨变化。与人工乔木和灌木林地相比,撂荒草地土壤碳氮耦合关系对降雨和温度的变化表现出较高的稳定性和适应性。(5)植被恢复方式影响土壤碳水耦合关系,与人工植被相比,撂荒草地在气候变化背景下表现出较强的土壤碳水调控能力。黄土高原人工植被建设导致土壤碳水耦合协调度显着降低,处于失调状态,且显着低于耕地和地带性顶极植被。整体而言,在植被恢复过程中,土壤碳水耦合协调度在恢复的前30年呈持续解耦趋势,以10-20年期间解耦趋势最为明显;降雨和温度显着影响土壤碳水耦合关系,其影响程度随植被类型和土壤深度的变化而变化。撂荒草地土壤碳水耦合关系对降雨和温度变化的敏感性高于人工植被,表现出较强的土壤碳水调控能力。(6)人工植被建设在促进土壤碳氮协同恢复的同时,却导致土壤水分恢复力降低;综合来看,撂荒草地是实现土壤碳氮水同步恢复的较优方式。基于“历史动态本底”和“地带性顶极生态本底”,构建了区域尺度植被恢复过程中土壤碳氮水恢复力评估框架;在黄土高原植被恢复过程中,土壤碳氮呈协同恢复趋势,但与地带性顶极植被相比,人工植被土壤碳氮恢复程度不足50%;土壤水分呈退化趋势,尤其是人工乔木和灌木,而撂荒草地具有较为可持续的水分恢复力。随着植被恢复年限的增加,0-200 cm土壤碳氮恢复力逐渐增加,而土壤水分恢复力逐渐降低。在降雨和温度梯度上,不同植被类型、不同深度土壤碳氮水恢复力变化趋势各异,与人工乔木和撂荒草地相比,人工灌木0-200 cm剖面土壤碳氮水恢复力在气候梯度上呈增加趋势。综合土壤碳氮水恢复力来看,撂荒草地是实现三者同步恢复的较优方式。
雷豪杰[3](2021)在《水肥一体化对设施菜地氮素淋失的影响及其机制模拟研究》文中研究说明农田氮素淋失引发地下水污染、土壤肥力下降和资源浪费等一系列问题,受到了各国学者的普遍关注。与其他系统相比,设施菜地系统高产导向下的“大水大肥”模式存在氮素淋失的高风险。因此,如何在保证高产量的基础上,减少氮素淋失是当前研究热点和难点。水肥一体化被认为是一种能够降低氮素淋失减量的有效技术。基于此,本文以京郊设施菜地黄瓜-番茄轮作系统为研究对象,共设置对照处理(CK)、农民漫灌施肥(FP)、滴灌施肥(FPD)和滴灌优化施肥(OPTD)4个处理。在田间原位监测的基础上,结合DNDC模型,对设施菜地系统土壤NO3--N淋失进行定量评价,探索水肥一体化对土壤NO3--N淋失的影响,分析水肥一体化条件下土体中NO3--N的运移机制,以期为设施菜地水肥优化管理决策和氮素淋失阻控提供科学依据和参考。主要研究结果如下:(1)设施菜地黄瓜-番茄轮作系统氮素淋失较高,施肥和灌溉事件能引发氮素淋失,NO3--N是设施菜地系统氮素淋失的主要形态。农民漫灌处理单季NO3--N淋失总量范围为48.55~392.09kg N ha-1。滴灌和滴灌优化施肥处理能够有效降低氮素淋失风险,单季NO3--N的淋失总量可分别减少55.51%和66.61%。节水节肥是设施菜地氮素淋失减量的重点。(2)DNDC模型能较好地模拟设施菜地系统氮素淋失过程。利用田间原位试验数据校验后的DNDC模型能够较好地模拟出设施菜地系统的蔬菜产量、5 cm土壤温度和0~20 cm土壤水分变化以及NO3--N的淋失量,漫灌施肥下模拟值和实测值之间的RMSE值分别达到了12.85%、29.76%、32.21%和15.04%。校验后的DNDC模型对设施菜地土壤氮素淋失和运移过程具有较好的模拟效果。(3)灌溉水量和氮肥施入量是影响设施菜地土壤NO3--N累积运移的主要因子。在土壤氮素盈余的条件下,灌溉水量是影响设施菜地土壤NO3--N淋失的关键因子。较低的灌溉量易导致NO3--N在土壤表面累积,提高灌溉量明显加快土壤中NO3--N的向下运移速度。增加施氮量既促进了NO3--N的表聚现象,又提高了土壤20 cm深处NO3--N的累积量。(4)不同管理措施对设施菜地NO3--N淋失减量的贡献不同,各因子对土壤氮素淋失的影响具有叠加效应,不同措施结合氮素淋失减排潜力巨大。模拟结果表明,相比农民漫灌措施,同时降低20%化肥和灌溉水投入量能够减少59.04%的NO3--N淋失量。将节水节肥与滴灌、提高土壤有机碳等措施综合可实现NO3--N淋失量减少69.04%,具有更好的降低氮素淋失效果。总体而言,DNDC模型适用于设施菜地氮素淋失评价。在保证产量的基础上,改变传统漫灌为滴灌,能够有效提高作物的水肥利用效率,减少氮素淋失。优化施肥量、灌溉量和施肥灌溉方式,可以调节土体中NO3--N的运移过程,从源头和过程中减少氮素养分的损失。再结合提高土壤有机碳含量,能更有效的减少设施菜地氮素淋溶损失。
黄少辉[4](2021)在《小麦-玉米轮作体系生态集约化管理下碳氮循环特征研究》文中研究说明华北小麦-玉米轮作高度集约化种植体系氮肥用量高,肥料利用率低,环境污染风险高等现状限制了其可持续发展,急需优化氮素管理,发展生态集约化管理。生态集约化管理是在集约化农区通过采用优化的养分管理和其他管理措施,实现产量持续增长同时减少环境风险的综合管理模式。本研究建立了以养分专家系统为基础,结合选用新品种、优化种植密度等农艺措施的生态集约化(EI,Ecological Intensification)管理模式,通过十一年定位试验,与农民习惯(FP,Farmers’Practices)对比,研究了EI处理下的作物产量、氮素吸收与利用,土壤碳氮固存,土壤氮素供应,以及碳氮环境效应,并利用DNDC模型模拟产量和活性氮损失,提出了小麦-玉米轮作体系优化管理方案。论文取得如下进展:1.EI处理减少氮肥用量的同时能够维持小麦和玉米产量,提高氮肥利用率。与FP处理相比,EI处理在保证小麦和玉米产量的同时,氮肥用量减少22.4%,氮素表观回收率和累积回收率分别提高9.7和8.3个百分点,氮素农学效率和偏生产力分别提高32.3%和30.1%,氮素当季利用率和残留利用率分别提高6.6和2.7个百分点,表观损失率降低9.3个百分点,年损失量降低87 kg/ha。2.EI处理显着提高小麦-玉米体系土壤固碳速率和固碳效率。2018年玉米收获后所有处理0-20 cm土壤有机质含量均比2009年显着提高,2018年EI处理碳库储量显着高于FP,且EI处理固碳速率和固碳效率(分别为1.04 t/ha/year和18.6%)显着高于FP处理(分别为0.68 t/ha/year和0.4%)。EI处理和FP处理0-20 cm土壤碳库储量差异不显着,土壤氮素矿化潜力随培养温度升高而升高,两处理间差异也不显着。3.EI处理优化了小麦和玉米种植体系的氮素供应,降低环境风险。综合分析不同来源氮素,建立总氮供应量指标,并通过量化总氮供应量、相对产量、氮输入与输出关系,确定小麦和玉米适宜的总氮供应量分别为330-482 kg/ha和291-361 kg/ha,在此范围内,可保障作物高产、高氮素利用率和低环境氮素损失。EI处理总氮供应量趋近适宜水平,而FP处理总氮供应量较EI处理高21.7%-30.2%,环境风险较高。4.EI处理降低小麦、玉米生产碳氮足迹。与FP处理相比,EI处理小麦和玉米土壤氧化亚氮(N2O)排放分别降低1.5%和13.4%,氨挥发损失分别降低14.9%和19.3%,氮足迹分别降低20.5%和27.2%,碳足迹分别降低9.7%和22.1%,年净收益增加14.5%,是一种协调环境和经济效益的可持续管理模式。5.应用DNDC模型模拟小麦、玉米产量、氮素吸收和氮素环境排放,并提出了优化管理方案。DNDC模型在模拟小麦-玉米体系作物产量、氮素吸收、N2O排放和氨挥发损失方面表现良好。敏感性分析结果表明,产量和活性氮损失对播种日期和施氮量最敏感,在氮肥用量为180 kg/ha时玉米和小麦均获得较高产量,继续增加施氮量产量不再增加。在本试验基础上将小麦播期调为10月10日左右,耕作深度调至5 cm,可继续增加作物产量2.9%,降低活性氮损失10.5%。综上所述,生态集约化管理通过合理优化养分管理和其他管理措施,在保障作物产量同时,减少了氮肥施用量,提高了氮素利用率,增加了土壤碳氮固存,降低了碳氮环境损失,增加了净收益,是一种协调农学、经济和环境效应的可持续管理模式。
赵彬洁[5](2021)在《汉江流域金水河与淇河氮循环过程及微生物驱动机制》文中进行了进一步梳理氮循环是自然界中最为重要的元素循环之一。河流作为陆地与海洋系统的联系枢纽,对氮素的生物地球化学循环发挥着重要作用。反硝化、厌氧氨氧化(ANAMMOX)和硝酸盐异化还原成铵(DNRA)统称为硝酸盐异化还原,可使硝态氮与铵态氮相互转化,或将其从水体中去除。温室气体N2O是氮循环中硝化作用和硝酸盐异化还原作用的中间产物,所以N2O的产生及释放与氮素的生物地球化学过程以及人类对氮循环的干扰密切相关。了解这些过程及其与环境因子和关键微生物的关联,对于改善和维持河流系统的生态健康至关重要。但目前在河流生态系统中鲜有将氮循环关键过程结合起来的研究。该研究所选择的研究地点为南水北调中线工程水源地汉江流域的两个支流金水河及淇河,水源地水资源保护是南水北调工程发挥效益的关键。本研究通过分析不同人为干扰程度的河流(金水河及淇河)从源头到河口纵向梯度及季节间的主要环境因子和氮素转化途径的变化特征,结合宏基因组测序分析参与氮循环的微生物潜能,结合高通量测序分析参与反硝化的微生物群落结构,分析N2O排放特征,并设置控制实验,进而探讨河流在不同人为干扰强度下及不同季节主要环境因子、氮循环过程和关键微生物的关联。研究结果显示,人为干扰强度高的采样区域具有更高的水温、DOC和水体NO3-。河流沉积物中硝酸盐同化还原、硝酸盐还原+亚硝酸盐还原及氮矿化的潜能较高,而厌氧氨氧化、硝化和氮固定潜能较低。两条河流中伯克霍尔德菌是大部分氮循环功能的优势物种。而通过对人为干扰强度不同的金水河和淇河的比较发现,在人为干扰强度高的流域,其沉积物中的氮循环微生物、氮循环基因与氮循环潜能的上中下游的差异性较小,而人为干扰强度较低的流域氮循环微生物、氮循环基因与氮循环潜能上中下游的差异较大。沉积物中参与硝酸盐还原的基因丰度及硝酸盐还原潜力随着人为干扰的增加而升高,有机质降解与合成的基因丰度与氮同化潜能随着人为干扰强度的增加而降低。水体温度、水体硝态氮及有机碳含量对沉积物氮循环微生物及潜能的影响最为重要。反硝化作用、厌氧氨氧化和DNRA分别在夏季(8月)、秋季(11月)和春季(3月)较高。反硝化、厌氧氨氧化和DNRA对硝酸盐还原的相对贡献在不同季节有很大差异,反硝化在夏季贡献较大,DNRA在春季和秋季贡献较大。金水河流域(低人为干扰)夏季的N2O溶存度最高,但淇河流域(高人为干扰)没有显着的季节差异。不同功能基因丰度的季节变化不一致。硝化、反硝化、厌氧氨氧化速率、氮循环关键过程的功能基因丰度及水体N2O溶存浓度随着人为干扰的增加而升高。沉积物硝化及硝酸盐异化速率与功能基因丰度相关性不显着。水体温度、硝态氮、铵态氮、C/N、铁离子及硫化物是影响沉积物硝化及硝酸盐异化还原速率及功能基因丰度的重要因子。其中C/N在调控硝酸盐异化还原过程中起到了重要作用。水体N2O释放显着受到沉积物硝化与反硝化作用的影响。沉积物硝化、反硝化、ANAMMOX和DNRA作用在某些季节相互影响。沉积物中不同基因编码的反硝化微生物群落结构具有明显的季节及空间差异性。不同属、种的反硝化菌对人为干扰强度有不同的响应模式。具有nar G和nir S基因的潜在活性反硝化菌主要分布在人为干扰强的区域。反硝速率对人为干扰强度变化的响应不显着。影响沉积物反硝化细菌群落组成和反硝化速率的主要影响因素是水体温度和水体NO3-。高温、高水平的NO3-会抑制沉积物中某些反硝化微生物群落结构多样性,而高的DOC会使某些反硝化微生物群落结构多样性升高。沉积物中nar G和nir S型反硝化微生物群落结构多样性与沉积物反硝化速率呈负相关。这些研究结果揭示了环境因子与氮循环及氮循环微生物强的相关性,人为干扰对环境因子的改变间接地影响了河流生态系统的氮循环。该研究结果使得我们加深了对河流生态系统氮循环及微生物关键过程的认识,并从微生物角度揭示人为干扰对氮元素地球化学循环的影响。研究结果在控制水体氮素污染、加强河流生物净化功效和温室气体排放方面都将有重要意义。
罗梓琼[6](2021)在《油茶根际高效氨化细菌的筛选及培养条件研究》文中指出化肥的长期大量使用导致土壤板结、养分失调、产品品质降低以及环境污染等问题,而微生物肥料可以改善化肥带来的一系列负面影响,筛选出适宜菌种是研发微生物专用肥料的基础。油茶(Camelliaoleifera)是我国重要的木本油料树种,是典型的铵偏好植物。开发油茶专用微生物肥料是提高产量、品质和改善林地环境的重要措施。本研究首先进行油茶根际土壤氨化细菌分离纯化,然后筛选出具有高效转化能力的菌株,并对高效菌株的形态、生理生化特性、最优培养条件以及微生物菌剂的效应进行研究,以期为研发油茶专用微生物肥料、提高油茶氮利用效率提供参考依据。研究结果如下:1.通过传统的培养基分离纯化方法,筛选获得160株氨化细菌,然后通过纳氏试剂显色法进行初筛,得到显色较深的25株氨化细菌。氨化细菌的活性测定表明,编号为AHB、AHO、AHT、AHX的细菌活性较强。16 S rDNA测序表明,AHB、AHO、AHT、AHX的序列长度分别为 1385bp、1413 bp、1390bp和1418bp,分别属于Chryseobacteriumsp.(金黄杆菌属)、Stenotrophomonassp.(寡养单胞菌属)、Arthrobacter sp.(节杆菌属)和Bacillus sp.(芽孢杆菌属)。2.从pH、温度、转速、接种量、碳源、氮源等6个方面分别探讨了培养条件对4株高效氨化细菌生长的影响,结果表明:4个菌株在pH为5-9时均能生长,最适pH为7-8,说明4株氨化细菌适宜在中性条件下生长;4个菌株的最佳转速均为200-250r/min,最佳温度在25℃左右,但菌株AHX相对于其他菌株更耐高温;4个菌株的最适接种量为2%-3%,AHB的最适碳氮源为葡萄糖和尿素,AHO的最适碳、氮源为甘露醇和硝酸钾,AHT对于蔗糖和硝酸钾的利用程度显着高于其他碳、氮源;AHX对5种碳源的利用程度都较高,最适氮源为硝酸钾。3.对菌株AHB、AHO、AHT、AHX进行形态学、生理生化试验,结果表明:4株氨化细菌均为革兰氏阳性菌,均具有运动性,其接触酶、乙酰甲基甲醇(V-P)、明胶液化试验均表现为阳性,具有产氨能力,不具有淀粉水解、硝酸还原能力,吲哚试验表现为阴性。牛奶石蕊试验表现说明4株氨化细菌均具有产酸能力。拮抗试验表明,4株细菌互不拮抗,可以共同培养。4.通过盆栽试验研究了不同菌剂对油茶幼苗根际土壤理化性质的影响,结果表明:菌剂接种处理显着降低了根际土壤pH和全氮含量(p<0.05),AHT处理的pH下降幅度最大,为10.69%;在0-60 d菌剂接种处理能够显着提高土壤的氨氮、硝氮、速效磷、速效钾和碱解氮含量,且显着高于CK(p<0.05),从而提高土壤的肥力。在酶活性方面,菌剂接种处理的酶活性显着高于CK(p<0.05),且脲酶、过氧化氢酶、硝酸还原酶和蛋白酶活性均在接种60d后达到最大值。
徐万玲[7](2021)在《氮沉降、放牧和极端降水对羊草草地N2O排放的影响机制研究》文中指出土壤是大气氧化亚氮(N2O)的重要来源,全球范围内的土壤N2O排放受全球气候变化增强和土地利用加剧的影响,包括氮沉降、放牧和极端降水等。草地面积约占全球陆地面积的1/4,草地生态系统N2O通量对全球N2O的贡献不可小觑。N2O的产生和消耗主要受生物化学过程(硝化过程和反硝化过程等)的调节。虽然作用强度和途径存在差异,但是氮沉降、放牧和极端降水均能够改变硝化和反硝化过程的反应速率,从而影响土壤N2O与大气交换的速率和方向。目前,研究者已从单个因素角度关注这些气候变化和人类干扰因素对草地生态系统的影响,但多个影响因素交互作用研究相对较少;然而,氮沉降、放牧和极端降水往往同时发生在草地的管理和利用过程中,因此,认知草地生态系统N2O通量对多个环境因子共同变化的响应规律及其潜在生态学机制,对正确评估气候变化和人类干扰加剧情况下全球温室气体排放特征具有十分重要的意义。本研究在我国松嫩平原西部的天然羊草草地上开展,通过建立野外原位模拟氮添加(尿素,10 g N m-2 yr-1)和放牧(适度,牛)实验平台,开展氮添加和放牧多因素互作对土壤N2O通量的影响研究;在此基础上,利用自然偶发性极端降水和微宇宙人工模拟极端降水,研究极端降水事件对土壤N2O通量的长期和短期影响。通过比较不同处理下,土壤N2O通量的差异,分析其与植物群落特征、土壤理化性质、土壤养分含量和土壤微生物含量等相关生态因子的关系,解释羊草草地N2O通量对未来氮沉降增加、适度放牧和降水格局改变共同作用时的响应规律,确定其关键调控因子,探究这些因子的影响途径和作用机制。通过模拟氮沉降和放牧野外大型控制实验和模拟极端降水(60 mm d-1)、氮沉降和放牧的微宇宙实验,获得以下主要实验结果和结论:(1)松嫩羊草草地N2O年累积通量为1.31±0.015 kg ha-1,是大气N2O的排放源。N2O通量具有显着的季节变化,7月达到排放量的峰值,1月排放量最低,可见本研究区域的N2O通量对气温和降水具有较强的依赖性。生长季主导全年N2O累积通量,约占90%。造成这一结果的主要原因是研究区的高温和降水均集中在生长期;同时,冬季干冷的气候不利于N2O的产生。多数情况下,松嫩草地土壤孔隙含水量(WFPS)少于40%,表明土壤湿度有利于硝化过程的进行,硝化作用是N2O的主要来源。与对照样地相比,氮沉降处理显着地促进了N2O的排放;放牧处理也导致N2O通量的增加(13.7%),但影响未达到统计显着差异水平;氮添加和放牧对N2O通量交互作用显着。地上生物量、土壤容重、土壤温度、WFPS、铵态氮、矿化速率和硝化速率是影响N2O通量的关键控制因子。结构方程模型结果表明,氮添加和放牧主要通过增加土壤中铵态氮含量影响硝化过程,进而改变N2O通量。这一发现强调了放牧和氮沉降对N2O通量具有耦合作用,在未来全球变化背景下,即使是适度放牧也有增加温室气体排放的风险。(2)历史降水对当前生态系统结构和功能的影响称为降水的遗留效应,是土壤N2O通量时间变异性的重要驱动力。降水的遗留效应如何影响草地生态系统N2O通量很少得到定量评估。本研究连续监测了2017年4月6日-7月18日和2018年4月6日-7月18日羊草草地的气象、植物、土壤环境、土壤微生物和N2O通量等相关指标,进行了极端降水前后指标间的差异分析,以评估极端降水的年际遗留效应。结果表明:极端降水对N2O通量、地上和地下生物量均有显着的遗留效应,因为前一年的水分增加,刺激植物地下芽库的增加,在第二年生长季植物生长优势明显,导致微生物受到氮反应底物的限制而活性降低,抑制氮循环速率。氮沉降显着地抑制了极端降水对N2O的遗留效应,因为土壤无机氮的增加缓解了植物和微生物对氮底物的竞争。放牧显着地促进了极端降水对N2O的遗留效应,主要归因于动物采食促进植物的补偿性生长,导致微生物的氮底物限制加剧。在未来全球变化背景下,偶发性极端降水有利于草地增产的同时可能减缓草地的温室气体排放。极端降水能够缓解氮沉降对N2O通量的促进作用。适度的放牧虽然与极端降水具有耦合作用,有利于减少草地温室气体的排放,但是,动物在含水量大的草地上的践踏行为对牧草和土壤的物理伤害无法避免。因此,极端降水发生后,要谨慎管理放牧行为,以维持草地的可持续利用。(3)偶发性极端降水具有发生突然、持续时间短和变化幅度大等特点,未来极端气候事件的发生频率增加可能对生态系统结构和功能等产生显着的影响,可能改变生物地球化学过程的反应速率,甚至可能会改变生物地球化学过程反应的方向,其对草地生态系统温室气体的影响知之甚少。本研究利用微宇宙实验,通过人工浇水模拟极端降水、添加尿素模拟氮沉降和刈割模拟放牧处理,探究极端降水事件对不同管理模式下的土壤N2O通量的短期影响,结果发现:极端降水显着地增加了土壤N2O通量,在水淹后的排水期,土壤孔隙含水量、无机氮和可溶性有机碳对N2O通量具有强烈的联合效应,当它们达到一定水平时,形成硝化过程和共反硝化过程共同主导N2O产生的情形,促进N2O的排放。氮添加促进极端降水对土壤N2O通量的增加,主要因为氮添加为硝化过程和反硝化过程提供了物质基础。放牧能够缓解极端降水导致的N2O排放增加,放牧减少了植物的凋落物,导致土壤中的可利用氮减少,通过反应底物抑制氮循环过程的反应速率。因此,合理的放牧能够缓解极端气候带来的负面效应。综合以上研究结果,在未来全球气候变化的影响下,羊草草地的生产力会更多地受益于氮沉降的增加和极端降水的遗留效应。适当的放牧能够缓解氮沉降导致的多样性丧失,但是有增加N2O排放的风险。此外,在长期和短期时间尺度上极端降水对N2O通量存在不利影响,可能导致羊草草地温室气体排放的增加。在未来全球降水和氮沉降增加的背景下,对草地进行合理的放牧管理可以缓解极端气候事件和氮沉降增加对草地生态系统产生的不利影响。本研究为理解全球气候变化和人为干扰下羊草草地温室气体释放特征和影响因素提供了科学依据,为评估全球温室气体通量变化提供数据支持。
夏琦[8](2021)在《不同林龄杉木人工林土壤氮形态及氮转化特征研究》文中研究说明氮(N)是植物生长的重要养分元素之一,土壤N的供应能力影响森林生态系统生产力。特别是在人工林中,土壤N供应维持对森林长期生产力和可持续性经营具有重要意义。在林分的生长发育过程中,树木对N的需求不同,地上凋落物和地下细根周转对N归还的贡献也有较大差异,土壤N及其形态发生相应的变化。因此,研究人工林土壤N形态及其转化随林龄变化的特征,可为深入认识人工林生态系统N循环机制、提高人工林生产力和人工林经营管理提供科学依据。杉木(Cunninghamia lanceolata)是我国优良的速生用材树种,其造林面积位居全国第一,占全国人工林总面积18.01%。本研究采用空间代替时间法,选择5个不同林龄阶段(3、16、25、32和>80年生)的杉木人工林,建立20块长期观测研究样地(每个林龄重复4次)。在每个样地中,采集有机层和矿质层土壤样品,测定土壤全氮(TN)、溶解性有机氮(DON)、微生物生物量氮(MBN)和无机氮(铵态氮(NH4+)和硝态氮(NO3-)含量,采用15N同位素稀释法,测定土壤N转化速率,从而研究土壤N含量、转化随林龄的变化特征,确定土壤N动态变化的关键性驱动因素,提出杉木林可持续性经营的N管理措施。主要研究结果如下:(1)有机土各N形态的含量随林龄的变化比矿质土更明显。有机土 TN和DON随林龄稳定增长,MBN从3年生206 mg kg-1增加至25年生327 mg kg-1,此后趋于稳定。NH4+含量在1 6年生前急剧上升,随后趋于稳定,而NO3-含量随林龄呈线性上升趋势。土壤N动态变化受树木生长过程中N积累、凋落物N输入以及微生物N转化等多过程的共同调控。幼林树木生物量的快速积累极大地消耗了土壤N,而过熟林生长速度慢、凋落物归还量大,N在表层土壤重新积累。其次,在15N同位素稀释法测定总氮转化速率的结果中发现,有机土 TN与总矿化速率、NO3-与总硝化速率呈极显着正相关,表明土壤有机质矿化及硝化作用是控制土壤有效氮供应的主要微生物过程。较老林分中有机土 NO3-:NH4+大于1.0,且MBN:TIN显着降低,这说明随林龄的增加,土壤N循环逐渐由保守型N需求状态转变为开放型N循环状态。在人工林实际经营过程中,我们建议将杉木轮伐期适当延长,以保持土壤肥力,避免树木生长速度减缓以及NO3-淋溶风险增加。(2)在杉木人工林生态系统中,树木各器官N储量随林龄的增加而增加,地面凋落物各分解层N储量均随林龄的增加呈先增加后降低的趋势。这表明适当延长轮伐期将有助于杉木从土壤中吸收N,并通过凋落物归还的形式进入土壤。杉木树叶对树木总养分量的贡献率有所下降,但始终高于树干和树枝。因此,我们认为木材收获并不是人工林N损失的主要途径,建议在适当延长轮伐期的基础上,将砍伐后的树木残骸保留在样地中,使之分解归还至土壤,以便最大限度保留样地内养分。此外,我们发现凋落物养分输入造成的有机土 N浓度增加,可能是地表径流N输出量随林龄呈现出增长趋势的主要原因之一。尽管大气氮沉降可能在一定程度上能补偿土壤N的消耗,本研究仍建议采取适当措施,比如增加人工林林下植被的覆盖度,以缓解土壤淋溶程度,维持杉木人工林的可持续经营。综合杉木人工林生态系统中植被年N吸收量和凋落物年N归还量,除过熟林外其他林分均因植物吸收,土壤N输出的量(N吸收量)高于N输入量(N归还量),这一现象在近熟林中尤为明显。这是因为人工林在林分成熟前以从土壤中吸收N为主,而过熟林中的树木生长极为缓慢,树木对土壤N的需求量低,随着过熟林中凋落物的增加,N输入量随之增加,人工林生态系统N再循环能力得到增强。通过对杉木人工林N生物利用机制及转化特征的研究,得到如下的理论框架。幼林阶段,杉木相对生长速率较高,生物量快速积累,矿质层土壤N被大量消耗,由于该阶段凋落物积累量低,导致土壤N储量降低。在该生长阶段中,杉木人工林土壤N循环以保守型N需求状态为主。随杉木林分的发育,杉木相对生长速率低,N需求量小,对土壤N的消耗减少,而凋落物归还量大,成为杉木生长主要的N源,促使杉木人工林土壤N得到恢复,杉木人工林生态系统N再循环能力得到增强。
秦川[9](2021)在《稻田垄作免耕提高土壤氮素肥力的作用机制研究》文中提出水稻是世界上主要粮食作物之一,全世界水稻种植面积约占谷物种植面积的23%,水稻产量占粮食总产量的29%,我国水稻种植面积约占亚洲的31%。稻田生态系统是一种极其独特的生态系统,它的形成、演变和发展,与淹水灌溉、人为耕作、水稻栽培及水稻生长所要求的环境是分不开的。水稻土是在特殊的土壤管理措施下发育形成的,包括定期的淹水、排水、耕作、翻动和施肥等。“淹水条件下耕作”一直是水稻土利用中的最大难题,导致土壤大团聚体被破坏,易溶性养分淋失,土壤中微生物的数量及群落结构组成发生变化,使得水田的氮肥利用率不到旱地的一半。近些年来,稻田中大量化肥的施用更加剧了氨挥发、N2O排放和氮素淋溶等重大生态环境问题。稻田垄作免耕技术是一种保护性耕作技术,通过在田间起垄改变土壤的通气状况和水分利用条件,可以有效改善我国西南地区中低产稻田的土壤肥力状况和提高作物产量,但其作用机制并不完全清楚,尤其是垄作免耕对土壤氮素转化及氮循环转化相关微生物的影响尚缺乏深入研究。本文的研究目的为探索耕作措施提高土壤肥力的作用机制,构建长期垄作免耕下土壤综合肥力指数和作物生产力的量化关系,并以氮素为例研究耕作措施对水稻土中氮肥利用率的影响,以及反硝化和厌氧氨氧化反应导致的氮素损失及相关微生物的丰度、活性和群落结构组成,再利用宏基因组学方法研究耕作措施对稻田土壤中七种氮代谢途径特征的影响,初步解释垄作免耕提高土壤肥力的部分作用机理。本研究采用了Fuzzy综合评价法、15N同位素标记法、田间原位监测和室内培养法、定量PCR、宏基因组学和高通量测序等分子生物学技术,对垄作免耕下稻田土壤肥力时空演变规律、土壤综合肥力与作物生产力间的关系、反硝化和厌氧氨氧化作用的影响机理、氮代谢途径相关的微生物特征及提高氮肥利用率等方面进行了初步研究。主要结果如下:1、经过近30年的长期耕作,不同耕作措施下稻田土壤综合肥力指数和水稻产量变化存在较大差异,稻田土壤综合肥力指数(integrated fertility index,IFI)和水稻产量的平均值大小均表现为:垄作免耕>常规耕作>冬水田。垄作免耕、常规耕作和冬水田措施下水稻产量分别由1990年7000 kg hm-2分别增产至8993.3kg hm-2、8572.7 kg hm-2和8312.4 kg hm-2;垄作免耕措施下稻田土壤肥力综合指数平均值为0.66,分别比常规耕作和冬水田高0.09和0.18。说明长期垄作免耕能够显着提高稻田土壤综合肥力和水稻产量。2、从稻田土壤养分年际变化特征看,经过近30年的长期耕作,发现垄作免耕能够有效提高稻田土壤有机质、全氮、碱解氮和有效磷含量。垄作免耕措施下稻田土壤的有机质、全氮、碱解氮和有效磷含量的平均值分别为32.86 g kg-1、2.20g kg-1、143.35 mg kg-1和26.61 mg kg-1,均显着高于冬水田和常规耕作措施。三种耕作措施下稻田土壤有机质、全氮和速效钾含量年际变化规律均一致。从稻田土壤养分季节变化特征看,在整个水稻生长季(5-9月),相比于常规耕作措施,冬水田和垄作免耕措施均能有效利用氮磷钾等土壤养分,且土壤肥力的季节变化趋势一致;耕作措施对于土壤p H值和阳离子交换量CEC的季节变化并不明显,而耕作措施对稻田土壤的游离态氧化铁含量的季节变化影响较大。从稻田土壤养分空间变化特征看,三种耕作措施下稻田土壤有机质、全氮、有效磷和游离态氧化铁含量均随土壤深度的增加而逐渐降低,表现为0-10 cm>10-20 cm>20-40 cm,说明养分都有向土壤表层(0-10cm)富集和积累的趋势。3、通过15N同位素示踪标记、田间原位监测和室内培养分析等方法,发现垄作免耕可以显着提高氮肥利用率。垄作免耕措施下氮肥利用率为31%,分别比冬水田和常规耕作措施下氮肥利用率高11%和14%。三种耕作措施下随水损失的氮素占施入氮素总量的比例有显着性差异(P<0.05),其损失范围为19.5%-53.9%;垄作免耕措施下的NH3挥发损失最高,达到18.2%,分别比冬水田处理和常规耕作措施的NH3挥发损失高4.9%和7.73%,说明稻田生态系统中氮素随水损失和氨挥发损失是最主要的氮素损失途径。证明与长期冬水田和常规耕作相比,垄作免耕措施是一种较好的能够显着提高稻田氮肥利用率的耕作措施。4、利用15N同位素标记技术测定不同耕作措施稻田土壤中反硝化速率和厌氧氨氧化反应速率,发现三种耕作稻田土壤中均发生了反硝化反应和厌氧氨氧化反应,且水稻土的反硝化速率和厌氧氨氧化速率大小顺序均表现为:冬水田>常规耕作>垄作免耕;三种耕作稻田土壤中反硝化速率范围为2.85-4.20 nmol N g-1dry soil h-1,厌氧氨氧化速率的范围为0.42-1.09 nmol N g-1 dry soil h-1,且三种耕作措施下水稻土的厌氧氨氧化作用对N2产量的贡献率范围在12.85%-21.33%之间,耕作措施对稻田土壤中厌氧氨氧化作用对N2产生量的贡献率没有显着影响,同时证明了厌氧氨氧化作用是水稻土中氮素损失的重要途径之一。通过定量PCR和Illumina Hi Seq高通量测序等技术发现在三种耕作稻田土壤中均检测到了反硝化微生物和厌氧氨氧化微生物,在DNA水平上反硝化微生物nos Z功能基因(的丰度范围为4.86×107-7.56×107 gene copies·g-1(dry soil),厌氧氨氧化16S r RNA基因丰度的范围为6.91×105-8.52×105 gene copies·g-1(dry soil),反硝化微生物nos Z基因的丰度比厌氧氨氧化16S r RNA基因丰度高两个数量级;三种耕作稻田土壤中反硝化微生物nos Z基因和厌氧氨氧化微生物16S r RNA基因丰度最高的均为冬水田,最低的均为垄作免耕。而在c DNA水平上,三种耕作措施下的水稻土中nos Z功能基因转录丰度范围为4.21×105-7.43×105 gene copies·g-1(dry soil),厌氧氨氧化16S r RNA基因转录丰度的范围为3.07×105-7.44×105 gene copies·g-1(dry soil),反硝化微生物nos Z基因与厌氧氨氧化16S r RNA基因丰度没有显着性差异(P>0.05)。稻田土壤中反硝化微生物nos Z基因群落与固氮螺菌属(Azospirillum)和根瘤菌属(Rhizobium)有较近的亲缘关系,硝态氮和铵态氮是影响反硝化微生物群落结构的主要环境因子。稻田土壤中厌氧氨氧化微生物群落的优势种群为浮霉菌门Candidatus Brocadia属,全氮和p H值是影响厌氧氨氧化微生物群落结构的主要环境因子。耕作措施对反硝化微生物nos Z基因和厌氧氨氧化微生物16S r RNA基因的群落结构影响不显着,说明垄作免耕可能是通过影响反硝化细菌和厌氧氨氧化细菌的数量,而不是通过影响反硝化和厌氧氨氧化微生物群落组成来氮素循环。5、结合Hiseq高通量测序技术对三种不同耕作措施稻田土壤进行宏基因组测序,发现三种不同耕作措施稻田土壤具有相同的氮代谢途径:氨同化过程是检出频率最高的氮代谢途径,而厌氧氨氧化过程是检出频率最低的氮代谢途径。变形菌门(Proteobacteria)的微生物可以同时参与包括氨同化、硝酸盐异化还原和硝酸盐同化还原等7种氮代谢途径,变形菌门(Proteobacteria)、硝化螺旋菌门(Nitrospirae)、酸杆菌门(Acidobacteria)和放线菌门(Actinobacteria)的微生物可以同时参与包括氨同化、反硝化、硝酸盐异化还原和硝酸盐同化还原等4种氮代谢途径,体现了稻田土壤中氮代谢功能多样性。不同耕作措施下稻田土壤中同一氮代谢过程可由不同的微生物参与,且负责整个氮代谢途径的微生物的群落结构也并不完全相同。综上所述,在紫色土稻田生态系统中,与冬水田和常规耕作相比,长期垄作免耕显着提高了稻田土壤肥力和作物生产力,通过研究稻田生态系统中与氮循环相关的微生物作用,明确了耕作措施对与氮素损失相关的微生物丰度、群落结构组成及氮代谢途径的影响,在减少氮素损失的同时提升了水稻的氮肥利用效率,达到了利用耕作措施进行土壤综合培肥的目的。尽管现有的研究结果证明垄作免耕措施是一种有效提高氮肥利用率的耕作措施,仍然需要更多的数据和证据来证明在更大面积、更大尺度范围的稻田、跨越多个水稻种植季甚至是设置其他土壤类型同样能够提高水稻氮肥利用率,这是很有必要的。
刘明慧[10](2021)在《兴安落叶松林土壤微生物群落对模拟冻融的响应及与多功能性的关系》文中提出全球气候变暖引起的积雪厚度变薄导致了土壤冻融模式发生改变,尤其在高纬度和高海拔地区,将进一步影响这些地区土壤水热条件的变化,进而引发土壤微生物群落特征及其介导的土壤生物地球化学循环过程发生相应变化。但目前关于冻融对土壤碳氮周转影响的认识还有待提高,土壤微生物多样性与土壤多种功能对冻融的响应及二者间的关系了解甚少。本研究以大兴安岭的地带性植被兴安落叶松(Larix 林为研究对象,采用实验室模拟冻融研究土壤理化性质、碳氮组分和周转对冻融循环次数、冻融温度波动的响应;探究冻融对土壤微生物生物量、代谢活性、多样性指数、物种连通性及群落组成的影响效应及潜在驱动因素;分析冻融过程中土壤多功能的变化规律,并评估冻融过程中土壤微生物多样性对土壤多功能性的驱动作用。本研究主要获得以下几个结论:1)冻融温度波动对土壤氮周转速率(净氮矿化速率、净硝化速率、净氨化速率)产生了显着的影响(p<0.05),在深度冻融处理下显着高于温和冻融处理;且深度冻融处理下土壤氮周转速率随冻融循环次数的增加而显着增加(p<0.05),温和冻融处理下土壤氮周转速率在不同冻融循环次数间差异不显着(p>0.05)。土壤可溶性有机氮(DON)对土壤净氮矿化速率、净硝化速率、净氨化速率均产生了显着的正向影响,标准化系数分别为0.348、0.266和0.451。深度冻融处理下土壤总氮(TN)随冻融循环次数的增加而显着下降(p<0.05)。2)冻融循环次数和冻融温度波动对土壤碳矿化速率的影响均不显着(p>0.05),土壤总有机碳(TOC)库和活性有机碳、惰性有机碳及与TOC的比值在短期冻融处理下也没有显着变化(p>0.05),其中惰性有机碳占TOC的65.7-77.0%。短期的冻融中没有发生明显的碳库损失,土壤碳库能够保持相对稳定。土壤含水量(SWC)与TOC及各碳库组分存在显着的正相关关系(p<0.05),是对TOC及各碳库组分变化贡献率最大的环境因子,而土壤碳矿化速率的主要影响因子为微生物生物量碳(MBC)、微生物生物量氮(MBN)。SWC和微生物生物量是影响土壤碳库稳定性的主要因子。3)冻融循环次数对微生物群落特征变化的影响更大,其中循环次数、温度波动分别解释了土壤酶活性变化的22.9%,11.6%和微生物生物量变化的20.9%和10.8%。土壤微生物总生物量及各类群生物量、真细比(F/B)及C-,N-水解酶活性均随冻融循环次数的增加而降低。各类群微生物中,丛枝菌根真菌(AMF)对冻融响应最为敏感。SWC、TOC、TN是冻融过程中影响微生物量和代谢活性最重要的环境因子,土壤微生物对冻融的抗性程度很大程度上取决于土壤所处生态系统本身的水肥条件,充足的水肥条件有利于微生物抵御冻融的破坏作用。4)冻融对真菌和细菌的群落组成和多样性的影响程度不同。相较于细菌,真菌群落对冻融响应更敏感,真菌的群落组成、α多样性指数、β多样性在冻融过程中均发生了显着变化。分子生态网络分析表明,真菌群落共生网络在7、12次冻融循环后的复杂性明显升高,而细菌共生网络复杂性没有明显变化。Lefse分析也表明在真菌群落中有13个类群的相对丰度在不同冻融循环次数间发生显着变化,有8个类群的相对丰度在不同冻融温度波动间发生显着变化,而相同阈值下,细菌群落未检测到相对丰度发生显着变化的物种。5)冻融对土壤多功能产生了显着影响(p<0.05)。两种冻融温度处理下,土壤多功能性在第1次冻融循环后均显着低于对照(p<0.05),而后随冻融循环次数的增加而升高,都在第7次冻融循环时达到最大值。冻融温度波动和冻融循环次数对土壤多功能性的作用方式不同,冻融循环次数增加对土壤多功能性的影响效应(0.289)更大。随机森林分析、协方差分析及结构方程模型均表明真菌多样性指数是土壤多功能的主要影响因子,控制变量下土壤非生物因子(SWC、TOC)的变化也会对土壤微生物多样性与多功能的关系产生正负反馈。此外,土壤多功能还同时受到真菌群落网络复杂性的约束。
二、土壤氮素生物地球化学循环的研究现状与进展(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、土壤氮素生物地球化学循环的研究现状与进展(论文提纲范文)
(1)水土环境中氮素迁移转化分布式模型(SWAN-N)的开发研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第1章 绪论 |
1.1 研究背景及选题意义 |
1.2 国内外研究进展及存在问题 |
1.2.1 水土环境中氮素迁移转化规律 |
1.2.2 水土环境中氮素模拟模型 |
1.3 主要研究目的 |
1.4 主要研究内容 |
1.5 技术路线 |
1.6 创新点 |
1.7 本章小结 |
第2章 水土环境中氮素迁移转化过程及概念模型构建 |
2.1 物理运移机制 |
2.1.1 对流运移 |
2.1.2 水动力弥散 |
2.2 化学转化过程 |
2.2.1 土壤环境 |
2.2.2 地下水环境 |
2.2.3 河流环境 |
2.3 概念模型构建 |
2.4 本章小结 |
第3章 SLIM水文模型与分布式模型参数率定方案 |
3.1 SLIM水文模型结构和特点 |
3.2 SLIM水文模型原理 |
3.2.1 土壤水计算 |
3.2.2 蒸散发计算 |
3.2.3 产流计算 |
3.2.4 汇流计算 |
3.3 分布式模型参数率定方案 |
3.3.1 模型初步校准 |
3.3.2 关键参数识别 |
3.3.3 参数合理取值空间确定 |
3.3.4 模型参数优化 |
3.3.5 模型精度评价 |
3.4 本章小结 |
第4章 氮素迁移转化过程与水文过程耦合机制 |
4.1 基于SLIM水文过程的氮素迁移转化概念模型 |
4.2 化学转化过程对氮素运移的影响 |
4.3 源汇过程对氮素运移的影响 |
4.4 氮素迁移转化与水文过程耦合数学模型 |
4.4.1 氮素在土壤中迁移转化的基本方程 |
4.4.2 氮素在地下水中迁移转化的基本方程 |
4.4.3 氮素在河道中迁移转化的基本方程 |
4.5 氮素迁移转化的分布式模型(SWAN-N) |
4.6 本章小结 |
第5章 氮素迁移转化分布式模型(SWAN-N)程序开发 |
5.1 模型开发环境 |
5.2 程序结构和设计 |
5.2.1 整体结构 |
5.2.2 输入结构 |
5.2.3 输出结构 |
5.3 计算机程序 |
5.3.1 主程序 |
5.3.2 子程序 |
5.4 本章小结 |
第6章 SWAN-N模型应用验证 |
6.1 Eden流域概况 |
6.1.1 自然地理概况 |
6.1.2 区域地质 |
6.1.3 区域水文地质 |
6.1.4 社会经济状况 |
6.1.5 氮污染研究现状 |
6.2 SWAN-N模型数据收集 |
6.2.1 DEM数据 |
6.2.2 土地利用数据 |
6.2.3 土壤类型 |
6.2.4 气象和水文数据 |
6.2.5 水质数据 |
6.2.6 数据处理方法 |
6.2.7 数据处理结果 |
6.3 Eden流域模型参数率定与验证 |
6.3.1 参数率定 |
6.3.2 模型验证 |
6.4 Eden流域模型计算结果及分析 |
6.4.1 流域内降雨和氮污染来源的时空分布特征 |
6.4.2 不同土地利用类型氮素迁移转化过程定量分析 |
6.4.3 氮淋失风险估算及空间分布特征 |
6.5 本章小结 |
第7章 结论与展望 |
7.1 结论 |
7.2 展望 |
参考文献 |
作者简介及攻读博士期间所取得的科研成果 |
致谢 |
(2)黄土高原植被恢复过程中土壤碳氮水耦合机制及恢复力研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 研究背景与意义 |
1.2 国内外研究进展 |
1.2.1 植被恢复过程中土壤碳、氮、水动态变化 |
1.2.2 植被恢复过程中土壤碳、氮、水耦合关系 |
1.2.3 植被恢复过程中土壤恢复力 |
1.3 研究中亟待解决的问题 |
第2章 研究内容与方法 |
2.1 研究目的与内容 |
2.1.1 研究目标 |
2.1.2 研究内容 |
2.2 研究思路与技术路线 |
2.3 研究区概况 |
2.4 数据获取 |
2.4.1 文献整合数据 |
2.4.2 历史积累数据 |
2.4.3 野外实测数据 |
2.5 数据处理与统计方法 |
第3章 植被恢复过程中土壤有机碳固存特征 |
3.1 引言 |
3.2 材料与方法 |
3.2.1 数据获取 |
3.2.2 数据计算 |
3.3 结果与分析 |
3.3.1 不同植被类型土壤有机碳储量剖面分布特征 |
3.3.2 土壤有机碳固存对不同植被类型的响应 |
3.3.3 土壤有机碳固存对植被恢复年限的响应 |
3.3.4 土壤有机碳固存对初始有机碳储量的响应 |
3.3.5 不同气候带土壤有机碳固存差异性分析 |
3.3.6 浅层与深层土壤有机碳固存的关系 |
3.4 讨论 |
3.4.1 不同植被类型对土壤有机碳固存的影响 |
3.4.2 恢复年限、初始有机碳储量、气候带对土壤有机碳固存的影响 |
3.4.3 本研究对生态系统管理及全球变化的借鉴价值 |
3.5 本章小结 |
第4章 植被恢复过程中土壤氮固存特征 |
4.1 引言 |
4.2 材料与方法 |
4.2.1 数据获取 |
4.2.2 数据计算 |
4.3 结果与分析 |
4.3.1 不同植被类型下土壤氮储量及剖面分布特征 |
4.3.2 土壤氮固存对退耕还林草的响应特征 |
4.3.3 土壤氮固存对植被恢复年限的响应 |
4.3.4 土壤氮固存的驱动因素 |
4.3.5 浅层与深层土壤氮固存相关关系 |
4.4 讨论 |
4.4.1 退耕还林草后深层土壤氮储量增加机制探讨 |
4.4.2 植被恢复过程中土壤氮固存驱动因素 |
4.4.3 深层土壤氮素累积对缓解植被生长氮限制潜力的探讨 |
4.4.4 本研究对生态系统管理及全球变化的借鉴价值 |
4.5 本章小结 |
第5章 植被恢复过程中土壤水分变化动态 |
5.1 引言 |
5.2 材料与方法 |
5.2.1 数据获取 |
5.2.2 数据计算 |
5.3 结果与分析 |
5.3.1 不同植被类型土壤水分含量 |
5.3.2 不同植被类型土壤水分含量时间变化模式 |
5.3.3 土壤水分与年均降雨量的关系 |
5.3.4 不同植被类型剖面土壤水分含量变化速率 |
5.4 讨论 |
5.4.1 土壤水分对植被类型的响应 |
5.4.2 植被恢复过程中土壤水分对恢复年限的响应 |
5.4.3 降雨梯度上土壤水分的变化特征 |
5.4.4 植被恢复过程中水分降低速率 |
5.4.5 本研究对植被恢复管理的借鉴价值 |
5.5 本章小结 |
第6章 植被恢复过程中土壤碳氮耦合关系 |
6.1 引言 |
6.2 材料与方法 |
6.2.1 退耕植被土壤碳、氮、碳氮比数据库构建 |
6.2.2 顶极天然植被土壤碳、氮、碳氮比数据库构建 |
6.2.3 数据计算 |
6.3 结果与分析 |
6.3.1 不同植被类型土壤碳、氮和碳氮比变化特征 |
6.3.2 不同植被类型土壤碳氮比剖面分布特征 |
6.3.3 不同植被类型土壤碳氮比在年限梯度上的变化 |
6.3.4 有机碳、全氮、碳氮比与气候因子的关系 |
6.4 讨论 |
6.4.1 土壤碳氮耦合关系对植被类型的响应 |
6.4.2 气候梯度对土壤碳氮耦合关系的影响 |
6.5 本章小结 |
第7章 植被恢复过程中土壤碳水耦合关系变化 |
7.1 引言 |
7.2 材料与方法 |
7.2.1 数据获取 |
7.2.2 顶极天然植被土壤有机碳、水分数据库 |
7.2.3 土壤碳水耦合表征方法 |
7.2.4 构建基于耦合协调理论的碳水关系评估标准 |
7.3 结果与分析 |
7.3.1 不同植被类型各个土层土壤碳水耦合协调度特征 |
7.3.2 不同恢复阶段土壤碳、水耦合协调度动态变化 |
7.3.3 土壤碳水耦合协调度与气候因子的关系 |
7.4 讨论 |
7.4.1 不同植被类型对土壤碳水耦合关系的影响 |
7.4.2 土壤碳水耦合关系的一般变化模式 |
7.4.3 气候因子对土壤碳水耦合关系的影响 |
7.4.4 土壤碳水耦合关系对植被恢复的启示 |
7.5 本章小结 |
第8章 植被恢复过程中土壤碳氮水恢复力 |
8.1 引言 |
8.2 材料与方法 |
8.2.1 数据获取 |
8.2.2 黄土高原生物气候带划分 |
8.2.3 基于两个本底的土壤碳、氮、水恢复力评价体系构建 |
8.2.4 数据计算 |
8.3 结果与分析 |
8.3.1 不同植被类型土壤碳氮水恢复力指数 |
8.3.2 不同恢复阶段、不同气候带土壤碳氮水恢复力指数 |
8.3.3 土壤碳氮水恢复力指数变化速率 |
8.3.4 土壤碳氮水恢复力指数与降雨和温度梯度的关系 |
8.4 讨论 |
8.4.1 植被类型对土壤碳氮水恢复力的影响 |
8.4.2 植被恢复年限对土壤碳氮水恢复力的影响 |
8.4.3 气候因子对土壤碳氮水恢复力的影响 |
8.4.4 深层土壤功能恢复力对生态恢复的指示作用 |
8.5 本章小结 |
第9章 结论与展望 |
9.1 主要结论 |
9.2 创新点 |
9.3 有待进一步研究的问题 |
参考文献 |
致谢 |
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
(3)水肥一体化对设施菜地氮素淋失的影响及其机制模拟研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景与意义 |
1.1.1 设施菜地农田氮素淋失已成为当前研究热点 |
1.1.2 设施菜地环境管理条件对氮素运移和淋失影响复杂 |
1.1.3 水肥一体化条件下氮素淋失特征及机制需进一步研究 |
1.2 国内外研究进展 |
1.2.1 设施菜地土壤氮素淋失时空特征 |
1.2.2 设施菜地土壤氮素淋失影响因素 |
1.2.3 设施菜地氮素淋失的定量评价方法 |
1.3 研究切入点 |
1.4 研究目标 |
1.5 研究内容 |
1.5.1 明确设施菜地土壤NO_3~--N的淋失特征 |
1.5.2 校验DNDC模型对设施菜地氮素淋失的模拟 |
1.5.3 探明水肥一体化对NO_3~--N淋失的影响及其机制 |
1.6 技术路线 |
第二章 材料与方法 |
2.1 试验点概况 |
2.2 试验设计与数据获取 |
2.3 样品采集与分析方法 |
2.3.1 土壤样品的采集 |
2.3.2 淋溶水样的采集 |
2.3.3 DNDC模型法 |
2.3.4 情景设置 |
2.3.5 数据处理和分析 |
第三章 不同处理下设施菜地系统氮素淋失特征 |
3.1 结果分析 |
3.1.1 不同处理下的氮素淋失浓度水平 |
3.1.2 不同处理下的氮素淋失总量 |
3.1.3 灌溉对土壤NO_3~--N淋溶的影响 |
3.2 讨论 |
3.2.1 土壤NO3~--N淋失特征 |
3.2.2 不同处理对设施菜地系统氮素淋溶的影响 |
3.3 小结 |
第四章 DNDC模型对设施菜地N淋失过程的校验 |
4.1 DNDC模型的校正 |
4.1.1 DNDC模型的校准过程 |
4.1.2 对土壤温度、土壤孔隙含水率的校正结果 |
4.1.3 对蔬菜产量的模拟结果 |
4.1.4 对土壤剖面NO_3~--N累积量的模拟结果 |
4.2 DNDC模型的验证 |
4.2.1 对土壤温度、湿度和产量的验证 |
4.2.2 对土壤淋溶水量和NO_3~--N淋失量的模拟结果 |
4.3 讨论 |
4.4 本章小结 |
第五章 不同水肥管理情景下土壤氮素淋失及其机制 |
5.1 水肥一体化情景对NO_3~--N淋失的影响 |
5.1.1 不同水肥情景下NO_3~--N的淋失量 |
5.1.2 不同水肥情景下NO_3~--N的运移 |
5.1.3 水肥组合情景下NO_3~--N的淋失 |
5.2 讨论 |
5.2.1 影响设施菜地土壤氮素淋失的关键因子 |
5.2.2 设施菜地土壤中NO_3~--N运移机制 |
5.2.3 设施菜地土壤中NO_3~--N淋失及运移调控探索 |
5.3 本章小结 |
第六章 结论与展望 |
6.1 结论 |
6.2 展望 |
参考文献 |
致谢 |
作者简历 |
(4)小麦-玉米轮作体系生态集约化管理下碳氮循环特征研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
主要符号对照表 |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景及意义 |
1.2 国内外研究进展 |
1.2.1 氮素管理与氮素吸收利用 |
1.2.2 氮素管理与碳氮固存 |
1.2.3 氮素管理与土壤矿化供氮 |
1.2.4 氮素管理与碳氮环境损失 |
1.2.5 土壤-作物模型在氮素管理中的应用 |
1.3 研究契机与总体思路 |
1.3.1 研究契机 |
1.3.2 总体思路 |
第二章 不同管理模式下小麦-玉米体系产量、氮素吸收和利用 |
2.1 前言 |
2.2 材料与方法 |
2.2.1 试验点概况与试验设计 |
2.2.2 样品采集与分析方法 |
2.2.3 数据统计和分析 |
2.3 结果与分析 |
2.3.1 小麦-玉米体系施肥量和籽粒产量 |
2.3.2 小麦-玉米体系地上部氮素吸收 |
2.3.3 小麦-玉米体系氮素利用率 |
2.4 讨论 |
2.5 小结 |
第三章 不同管理模式下小麦-玉米体系土壤碳氮固存 |
3.1 前言 |
3.2 材料与方法 |
3.2.1 试验点概况与试验设计 |
3.2.2 样品采集与分析方法 |
3.2.3 数据统计和分析 |
3.3 结果与分析 |
3.3.1 小麦-玉米体系碳氮含量与储量 |
3.3.2 小麦-玉米体系固碳速率与固碳效率 |
3.3.3 不同处理土壤氮素矿化潜力 |
3.4 讨论 |
3.5 小结 |
第四章 不同管理模式下小麦-玉米体系氮素供应 |
4.1 前言 |
4.2 材料与方法 |
4.2.1 试验点概况与试验设计 |
4.2.2 样品采集与分析方法 |
4.2.3 数据统计和分析 |
4.3 结果与分析 |
4.3.1 小麦-玉米体系环境氮素供应 |
4.3.2 小麦-玉米体系土壤无机氮残留量 |
4.3.3 小麦-玉米体系总氮供应量 |
4.3.4 小麦-玉米体系总氮供应、相对产量、氮输入、氮输出间响应关系 |
4.3.5 小麦-玉米体系适宜总氮供应范围 |
4.3.6 小麦-玉米体系不同管理模式下总氮供应量 |
4.4 讨论 |
4.5 小结 |
第五章 不同管理模式下小麦-玉米体系碳氮环境效应 |
5.1 前言 |
5.2 材料和方法 |
5.2.1 试验点概况与试验设计 |
5.2.2 样品采集与分析方法 |
5.2.3 数据统计和分析 |
5.3 结果与分析 |
5.3.1 小麦-玉米体系二氧化碳、甲烷与氧化亚氮排放通量 |
5.3.2 小麦-玉米体系二氧化碳、甲烷与氧化亚氮累积排放量 |
5.3.3 小麦-玉米体系氨挥发通量及累积排放量 |
5.3.4 小麦-玉米体系活性氮排放与氮足迹 |
5.3.5 小麦-玉米体系温室气体排放与碳足迹 |
5.3.6 小麦-玉米体系环境成本与净收益 |
5.4 讨论 |
5.5 小结 |
第六章 小麦-玉米体系活性氮损失的DNDC模型模拟 |
6.1 前言 |
6.2 材料与方法 |
6.2.1 试验点概况与试验设计 |
6.2.2 DNDC模型模拟 |
6.2.3 模拟性能评价指标 |
6.2.4 敏感性分析 |
6.3 结果与分析 |
6.3.1 小麦-玉米体系产量和氮素吸收模拟 |
6.3.2 小麦-玉米体系氧化亚氮排放与氨挥发通量模拟 |
6.3.3 玉米敏感性分析与管理措施优化 |
6.3.4 小麦敏感性分析与管理措施优化 |
6.3.5 小麦-玉米体系不同管理模式比较 |
6.4 讨论 |
6.5 小结 |
第七章 全文结论与展望 |
7.1 全文结论 |
7.2 创新点 |
7.3 展望 |
参考文献 |
致谢 |
作者简历 |
(5)汉江流域金水河与淇河氮循环过程及微生物驱动机制(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第1章 引言 |
1.1 研究的背景及意义 |
1.2 国内外发展现状与趋势 |
1.2.1 硝化作用 |
1.2.2 反硝化作用 |
1.2.3 厌氧氨氧化作用 |
1.2.4 硝酸盐异化还原成铵(DNRA) |
1.2.5 氧化亚氮释放 |
1.3 研究内容、目标以及拟解决的关键科学问题 |
1.3.1 研究内容 |
1.3.2 研究目标 |
1.3.3 拟解决的科学问题 |
1.4 研究区域概况 |
1.5 技术路线 |
第2章 河流生态系统氮循环各过程潜能及影响因子 |
2.1 引言 |
2.2 材料与方法 |
2.2.1 野外采样 |
2.2.2 环境因子检测 |
2.2.3 氮循环微生物检测 |
2.2.4 数据分析 |
2.3 研究结果 |
2.3.1 环境因子 |
2.3.2 沉积物氮循环功能基因 |
2.3.3 沉积物氮循环优势微生物及各过程潜能 |
2.3.4 环境因子与氮循环微生物及氮循环潜能的相关性 |
2.4 分析与讨论 |
2.4.1 氮循环基因、氮循环微生物及氮循环潜能对人为干扰的响应 |
2.4.2 环境因子对氮循环微生物及氮循环潜能的影响 |
2.5 总结 |
第3章 河流生态系统硝化、硝酸盐异化还原过程及其影响因子 |
3.1 引言 |
3.2 材料与方法 |
3.2.1 野外采样 |
3.2.2 环境因子检测 |
3.2.3 潜在硝化速率测定 |
3.2.4 反硝化和厌氧氨氧化速率测定 |
3.2.5 DNRA速率测定 |
3.2.6 硝化、硝酸盐异化还原微生物关键基因丰度 |
3.2.7 硝化、硝酸盐异化还原关键酶活性检测 |
3.2.8 N_2O溶存浓度测定及交换通量计算 |
3.2.9 数据分析 |
3.3 研究结果 |
3.3.1 环境因子 |
3.3.2 硝化速率及硝酸盐异化还原速率 |
3.3.3 硝化及硝酸盐异化还原功能基因丰度 |
3.3.4 硝化及硝酸盐异化还原关键酶酶活 |
3.3.5 N_2O溶存度及通量 |
3.3.6 硝化速率、硝酸盐异化还原速率、功能基因、关键酶酶活及理化因子的相关性 |
3.3.7 各因子与N_2O溶存浓度的相关性 |
3.4 分析与讨论 |
3.4.1 硝化、硝酸盐异化还原及N_2O释放对人为干扰的响应 |
3.4.2 环境因子对硝化及硝酸盐异化还原速率的影响 |
3.4.3 环境因子对功能基因丰度及酶活性的影响 |
3.4.4 硝化、硝酸盐异化还原各过程的相关性及对硝酸盐移除的贡献 |
3.4.5 硝化、硝酸盐异化还原各过程对硝酸盐移除的贡献 |
3.4.6 N_2O溶存浓度的影响因子 |
3.4.7 功能基因丰度及酶活性对硝化、硝酸盐异化还原及N_2O释放的影响 |
3.5 总结 |
第4章 反硝化微生物群落结构的影响因子及其对反硝化作用的影响 |
4.1 引言 |
4.2 材料与方法 |
4.2.1 野外采样 |
4.2.2 水体环境因子检测 |
4.2.3 金水河沉积物反硝化速率测定 |
4.2.4 金水河沉积物反硝化微生物群落多样性测定 |
4.2.5 金水河沉积物反硝化功能基因相对表达量 |
4.2.6 数据分析 |
4.3 研究结果 |
4.3.1 水体环境因子 |
4.3.2 反硝化速率 |
4.3.3 金水河反硝化微生物 |
4.3.4 反硝化速率、反硝化微生物和理化因子的相关性 |
4.4 分析与讨论 |
4.4.1 反硝化微生物对人为干扰的响应 |
4.4.2 反硝化微生物对反硝化速率的影响 |
4.4.3 水体环境因子对反硝化微生物的影响 |
4.5 总结 |
第5章 反硝化对有机碳和硝态氮添加、低温及微生物群落多样性降低的响应 |
5.1 引言 |
5.2 材料与方法 |
5.2.1 沉积物样品采集及制备 |
5.2.2 制作沉积物悬浊液 |
5.2.3 微生物预培养 |
5.2.4 微生物分组培养 |
5.2.5 反硝化潜力检测 |
5.2.6 反硝化微生物群落结构及功能基因丰度检测 |
5.2.7 数据分析 |
5.3 研究结果 |
5.3.1 反硝化潜力 |
5.3.2 反硝化微生物群落 |
5.3.3 反硝化功能基因丰度 |
5.3.4 反硝化潜力与反硝化微生物的相关性 |
5.4 分析与讨论 |
5.4.1 碳氮源添加及低温处理对反硝化潜力的影响 |
5.4.2 碳氮源添加及低温处理对反硝化微生物的影响 |
5.4.3 反硝化微生物对反硝化潜力的影响 |
5.5 总结 |
第6章 结论与展望 |
6.1 主要结论 |
6.1.1 氮循环各过程的潜能及其对人为干扰及环境因子的响应 |
6.1.2 硝化及硝酸盐异化还原对人为干扰及环境因子的响应 |
6.1.3 反硝化微生物群落对人为干扰和环境因子的响应 |
6.1.4 反硝化微生物对反硝化作用的影响 |
6.2 研究展望 |
6.2.1 活性硝化、反硝化微生物的筛选 |
6.2.2 沉积物氮循环过程对人为干扰和环境因子的响应模型的构建 |
6.2.3 氮循环与碳循环的耦合研究 |
参考文献 |
致谢 |
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
附录 |
(6)油茶根际高效氨化细菌的筛选及培养条件研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
1 绪论 |
1.1 氮循环的重要性 |
1.1.1 氮循环对植物生长发育的重要性 |
1.1.2 土壤微生物在氮循环中的作用 |
1.1.3 影响土壤氮转化的主要因素 |
1.2 氨化细菌的研究进展 |
1.3 微生物肥料研究进展 |
1.3.1 微生物肥料的种类 |
1.3.2 微生物肥料的作用 |
1.4 研究目的及意义 |
1.5 研究内容及技术路线 |
1.5.1 研究内容 |
1.5.2 课题来源 |
1.5.3 技术路线 |
2 油茶根际土壤氨化细菌的筛选及鉴定 |
2.1 材料与方法 |
2.1.1 样品采集 |
2.1.2 所需样品与试剂 |
2.1.3 主要培养基 |
2.1.4 细菌的分离与纯化 |
2.1.5 菌株的复筛 |
2.1.6 菌株的保存 |
2.1.7 菌株的生理生化鉴定 |
2.1.8 菌株的16S rDNA序列测定及分析 |
2.1.9 数据处理 |
2.2 结果与分析 |
2.2.1 氨化细菌的初筛 |
2.2.2 氨化细菌的复筛 |
2.2.3 氨化细菌的生理生化测定 |
2.2.4 菌株系统进化树的建立 |
2.3 讨论与小结 |
3 高效氨化细菌培养条件的优化 |
3.1 材料与方法 |
3.1.1 供试材料 |
3.1.2 菌株生长曲线的测定 |
3.1.3 菌株生长条件的优化 |
3.1.4 菌株间拮抗试验 |
3.2 结果与分析 |
3.2.1 菌株生长曲线 |
3.2.2 pH对氨化细菌生长的影响 |
3.2.3 温度对氨化细菌生长的影响 |
3.2.4 接种量对氨化细菌生长的影响 |
3.2.5 转速对氨化细菌生长的影响 |
3.2.6 碳源对氨化细菌生长量的影响 |
3.2.7 碳源对氨化细菌生长量的影响 |
3.2.8 菌株间拮抗试验的测定结果 |
3.3 讨论与小结 |
4 4株高效氨化细菌的应用效果 |
4.1 材料与方法 |
4.1.1 供试材料 |
4.1.2 试验设计 |
4.1.3 取样与检测 |
4.1.4 数据处理 |
4.2 结果与分析 |
4.2.1 不同细菌菌剂对土壤pH的影响 |
4.2.2 不同细菌菌剂对土壤养分含量的影响 |
4.2.3 不同细菌菌剂对土壤酶活性的影响 |
4.3 讨论与小结 |
5 结论与展望 |
5.1 结论 |
5.1.1 氨化细菌的分离、筛选和鉴定 |
5.1.2 高效氨化细菌培养条件的优化 |
5.1.3 高效氨化细菌的应用 |
5.2 创新点 |
5.3 展望 |
参考文献 |
附录 |
攻读硕士期间的学术成果 |
致谢 |
(7)氮沉降、放牧和极端降水对羊草草地N2O排放的影响机制研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 引言 |
1.1 研究背景 |
1.2 研究现状与分析 |
1.2.1 土壤N_2O通量的产生机理 |
1.2.2 氮沉降对草地N_2O通量的影响 |
1.2.3 放牧对草地N_2O通量的影响 |
1.2.4 极端降水事件对草地N_2O通量的影响 |
1.2.5 氮沉降、放牧及极端降水事件对草地N_2O通量的交互作用 |
1.2.6 影响N_2O通量的其他因素 |
1.2.7 研究中存在的问题 |
1.3 研究目的、内容和意义 |
1.3.1 研究目的 |
1.3.2 研究内容 |
1.3.3 研究意义 |
1.3.4 技术路线 |
第二章 研究区域及样地 |
2.1 研究区域自然概况 |
2.1.1 地理位置 |
2.1.2 气候特点 |
2.1.3 土壤特征 |
2.1.4 植被特征 |
2.1.5 草地的利用历史 |
2.2 样地背景 |
第三章 氮沉降和放牧对N_2O通量的影响及作用机制 |
3.1 前言 |
3.2 研究方法 |
3.2.1 样地设置 |
3.2.2 土壤N_2O通量的采集与计算 |
3.2.3 植被调查与植物生物量的采集 |
3.2.4 土壤样品的采集 |
3.2.5 土壤温度与土壤孔隙含水量的测量 |
3.2.6 土壤p H的测定 |
3.2.7 土壤无机氮的测定 |
3.2.8 土壤微生物生物量碳的测定 |
3.2.9 土壤微生物生物量氮的测定 |
3.2.10 土壤净氮矿化速率和净氮硝化速率的测定 |
3.2.11 气象数据的采集 |
3.2.12 数据处理与统计分析 |
3.3 结果与分析 |
3.3.1 气象数据的变化 |
3.3.2 土壤温度与土壤孔隙含水量的变化 |
3.3.3 N_2O通量的时间动态变化 |
3.3.4 N_2O通量的季节累积变化 |
3.3.5 氮添加、放牧及二者互作对植物指标的影响 |
3.3.6 氮添加、放牧及二者互作对土壤指标的影响 |
3.3.7 平均N_2O通量对氮添加、放牧及二者互作的响应 |
3.3.8 氮添加、放牧及二者互作对平均N_2O通量的作用途径 |
3.4 讨论 |
3.4.1 羊草草地N_2O通量的排放特征 |
3.4.2 N_2O通量的季节分配特征对氮沉降、放牧及二者互作的响应 |
3.4.3 氮沉降对N_2O平均通量的影响 |
3.4.4 放牧对N_2O年平均通量的影响 |
3.4.5 氮沉降与放牧交互作用对N_2O年平均通量的影响 |
3.5 小结 |
第四章 氮沉降和放牧对N_2O通量极端降水遗留效应的影响 |
4.1 前言 |
4.2 研究方法 |
4.2.1 样地设置 |
4.2.2 土壤N_2O通量的采集与计算 |
4.2.3 植物生物量的采集 |
4.2.4 土壤理化性质的测量 |
4.2.5 数据处理与统计分析 |
4.3 结果与分析 |
4.3.1 2017 年的极端降水事件 |
4.3.2 取样期间的降雨量和气温 |
4.3.3 取样年份、氮沉降和放牧对植物和土壤特征的影响 |
4.3.4 氮沉降和放牧作用下植物和土壤特征对极端降水的响应 |
4.3.5 取样年份、氮沉降和放牧对N_2O通量的影响 |
4.3.6 氮沉降和放牧作用下N_2O通量对极端降水的响应 |
4.3.7 N_2O通量响应的驱动因子 |
4.4 讨论 |
4.4.1 极端降水的遗留效应 |
4.4.2 极端降水对N_2O通量的遗留效应 |
4.4.3 氮沉降和放牧作用下N_2O通量对极端降水遗留效应的响应 |
4.5 小结 |
第五章 模拟氮沉降和放牧作用下羊草草地N_2O通量对极端降水的短期响应研究 |
5.1 前言 |
5.2 研究方法 |
5.2.1 微宇宙实验 |
5.2.2 土壤N_2O通量的采集与计算 |
5.2.3 土壤样品的采集 |
5.2.4 植物生物量的测定 |
5.2.5 土壤孔隙含水量的测定 |
5.2.6 土壤无机氮的测定 |
5.2.7 微生物生物量碳的测定 |
5.2.8 微生物生物量氮的测定 |
5.2.9 数据处理与统计分析 |
5.3 结果与分析 |
5.3.1 实验处理对植物和土壤特征的影响 |
5.3.2 土壤N_2O通量的动态变化 |
5.3.3 土壤平均N_2O通量对不同处理的响应 |
5.3.4 土壤累积N_2O通量对不同处理的响应 |
5.3.5 N_2O通量与植物和土壤特征的相关关系 |
5.4 讨论 |
5.4.1 土壤排水状况对N_2O通量的影响 |
5.4.2 极端降水对N_2O通量的短期影响 |
5.4.3 极端降水与氮添加和放牧的交互作用 |
5.5 小结 |
第六章 结论与展望 |
6.1 本研究的主要结论 |
6.2 本研究的创新点 |
6.3 研究存在的问题与展望 |
参考文献 |
致谢 |
在学期间公开发表的论文 |
攻读博士学位期间参与的科研项目 |
攻读博士学位期间参加的国际、国内学术会议 |
(8)不同林龄杉木人工林土壤氮形态及氮转化特征研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
1 绪论 |
1.1 杉木人工林氮素研究背景 |
1.2 国内外研究进展 |
1.2.1 杉木人工林生态系统氮循环过程 |
1.2.2 杉木人工林生态系统氮的输入 |
1.2.3 杉木人工林生态系统氮的转化 |
1.2.4 杉木人工林生态系统氮的输出 |
1.3 研究目标与主要研究内容 |
1.3.1 研究目标 |
1.3.2 主要研究内容 |
1.3.3 研究技术路线 |
2 研究地概况与研究方法 |
2.1 研究地概况 |
2.2 样品采集及室内分析 |
2.2.1 植物样品 |
2.2.2 年凋落物样品 |
2.2.3 地面凋落物层凋落物样品 |
2.2.4 土壤容重测定 |
2.2.5 土壤样品 |
2.2.6 雨水样品采集 |
2.2.7 地表径流养分淋溶损失样品 |
2.3 样品养分含量分析 |
2.3.1 植物、凋落物、土壤和地表径流养分含量的测定 |
2.3.2 土壤总氮转化速率的测定 |
2.3.3 杉木人工林年生长量与氮素积累量估算 |
2.3.4 杉木人工林年氮归还量估算 |
2.3.5 杉木人工林乔木层、地面凋落物层、土壤氮储量估算 |
2.3.6 杉木人工林地表径流氮输出量估算 |
2.4 数据处理与分析 |
3 结果与分析 |
3.1 杉木人工林土壤氮含量随林龄的动态变化 |
3.1.1 土壤TN、AN、DON、MBN、NH_4~+、NO_3~-含量及其变化特征 |
3.1.2 杉木年生长量和杉木年氮积累量对土壤氮的影响 |
3.1.3 年凋落物量和凋落物氮归还对土壤氮的影响 |
3.1.4 微生物氮转化速率对土壤氮的影响 |
3.1.5 讨论与小结 |
3.2 不同林龄杉木人工林生态系统氮储量分配 |
3.2.1 杉木人工林土壤氮储量及分配 |
3.2.2 杉木人工林树木氮储量及分配 |
3.2.3 杉木人工林地面凋落物层氮储量及分配 |
3.2.4 杉木人工林生态系统氮储量及分配 |
3.2.5 讨论与小结 |
3.3 不同林龄杉木人工林生态系统氮转化特征 |
3.3.1 杉木人工林大气降水中氮湿沉降通量 |
3.3.2 杉木人工林地表径流氮输出通量 |
3.3.3 杉木人工林生态系统氮转化特征 |
3.3.4 讨论与小结 |
4 结论与展望 |
参考文献 |
攻读学位期间的主要学术成果 |
致谢 |
(9)稻田垄作免耕提高土壤氮素肥力的作用机制研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 立题依据 |
1.2 文献综述 |
1.2.1 稻田垄作免耕 |
1.2.2 土壤肥力演变 |
1.2.3 土壤质量评价 |
1.2.4 稻田土壤中的氮素循环 |
1.2.5 稻田土壤氮肥利用率 |
1.3 研究目标与研究内容 |
1.3.1 研究目标 |
1.3.2 研究内容 |
1.4 实验方案和方法 |
1.5 技术路线 |
第2章 垄作免耕下稻田土壤肥力与作物生产力变化关系 |
2.1 前言 |
2.2 材料与方法 |
2.2.1 采样地描述与地理信息 |
2.2.2 土壤样品分析测定 |
2.2.3 水稻产量分析测定 |
2.2.4 土壤肥力综合评价方法及计算 |
2.2.5 数据处理 |
2.2.6 统计分析 |
2.3 结果与分析 |
2.3.1 长期不同耕作措施下水稻产量与土壤养分的关系 |
2.3.2 不同耕作措施下稻田土壤肥力综合评价 |
2.3.3 不同耕作措施下水稻产量对土壤肥力综合指数的响应 |
2.4 讨论 |
2.5 小结 |
第3章 不同耕作下稻田土壤肥力时空演变特征 |
3.1 前言 |
3.2 材料与方法 |
3.2.1 采样地描述与地理信息 |
3.2.2 土样采集及处理 |
3.2.3 土壤样品化学分析 |
3.2.4 历史数据收集 |
3.2.5 数据处理及统计分析 |
3.3 结果与分析 |
3.3.1 不同耕作措施下稻田土壤养分年际变化特征 |
3.3.2 不同耕作措施下稻田土壤养分季节变化特征 |
3.3.3 不同耕作措施下稻田土壤养分空间变化特征 |
3.4 讨论 |
3.5 小结 |
第4章 垄作免耕下稻田氮肥利用率研究 |
4.1 前言 |
4.2 材料与方法 |
4.2.1 采样地描述与地理信息 |
4.2.2 实验设计与样品采集处理 |
4.2.3 NH_3采集和测定 |
4.2.4 N_2O气体采集和测定 |
4.2.5 氮气的测定 |
4.2.6 数据计算及统计分析 |
4.3 结果与分析 |
4.3.1 氮肥利用率及植物生物量指标分析 |
4.3.2 氮素土壤残留和氮素随水损失 |
4.3.3 氮素气体损失 |
4.4 讨论 |
4.5 小结 |
第5章 垄作免耕对水稻土反硝化和和厌氧氨氧化作用的影响 |
5.1 前言 |
5.2 材料与方法 |
5.2.1 采样地描述与地理信息 |
5.2.2 土样采集与处理 |
5.2.3 土壤化学性质分析 |
5.2.4 ~(15)N同位素标记法测定反硝化速率和厌氧氨氧化速率 |
5.2.5 土壤DNA和 RNA提取及定量PCR |
5.2.6 测序及系统发育分析 |
5.2.7 统计分析 |
5.3 结果与分析 |
5.3.1 耕作措施对土壤化学性质的影响 |
5.3.2 耕作措施对反硝化速率和厌氧氨氧化速率以及对N_2产生量的贡献率的影响 |
5.3.3 耕作措施对反硝化微生物和厌氧氨氧化微生物丰度的影响 |
5.3.4 耕作对反硝化微生物和厌氧氨氧化微生物功能基因群落结构的影响 |
5.3.5 耕作措施下反硝化微生物和厌氧氨氧化微生物的α多样性分析 |
5.3.6 稻田土壤中的微生物群落结构与环境因子间的关系 |
5.4 讨论 |
5.4.1 厌氧氨氧化作用对N_2产量的贡献 |
5.4.2 耕作措施对反硝化微生物丰度和群落结构的影响 |
5.4.3 耕作措施对厌氧氨氧化微生物丰度和群落结构的影响 |
5.5 小结 |
第6章 垄作免耕下稻田土壤微生物驱动的氮代谢途径特征 |
6.1 前言 |
6.2 材料与方法 |
6.2.1 采样地描述与地理信息 |
6.2.2 土壤样品采集 |
6.2.3 土壤性质分析测定 |
6.2.4 土壤总DNA提取及宏基因组测序 |
6.2.5 数据处理及统计分析 |
6.3 结果与分析 |
6.3.1 宏基因组测序基本数据分析 |
6.3.2 氮代谢途径基因的检出频率及功能基因丰度 |
6.3.3 氮代谢途径的微生物群落结构组成分析 |
6.4 讨论 |
6.5 小结 |
第7章 结论与展望 |
7.1 结论 |
7.2 研究中的创新点 |
7.3 展望 |
参考文献 |
致谢 |
在学期间研究成果及参与课题 |
(10)兴安落叶松林土壤微生物群落对模拟冻融的响应及与多功能性的关系(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
缩略词表 |
1 绪论 |
1.1 选题依据及研究背景 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 冻融对土壤理化性质的影响 |
1.2.2 冻融对土壤微生物多样性的影响 |
1.2.3 冻融对土壤碳氮赋存形态及周转的影响 |
1.2.4 土壤微生物多样性与土壤多功能性之间的关系 |
1.3 研究内容与意义 |
1.3.1 研究目的和意义 |
1.3.2 本研究的主要内容技术路线及创新点 |
2 土壤氮素周转对冻融的响应 |
2.1 前言 |
2.2 研究区概况与试验设计 |
2.2.1 研究区概况 |
2.2.2 试验设计 |
2.2.3 试验方法 |
2.2.4 数据分析 |
2.3 结果与分析 |
2.3.1 土壤理化性质的变化 |
2.3.2 土壤微生物量碳氮的变化 |
2.3.3 土壤全氮的变化 |
2.3.4 土壤氮周转速率的变化 |
2.3.5 土壤氮转化速率的驱动因子 |
2.4 讨论 |
2.4.1 土壤氮库对冻融的响应 |
2.4.2 土壤净氮矿化速率对冻融的响应 |
2.4.3 土壤净硝化速率对冻融的响应 |
2.5 本章小结 |
3 土壤碳库稳定性对冻融的响应 |
3.1 前言 |
3.2 研究区概况与研究方法 |
3.2.1 研究区概况 |
3.2.2 试验设计 |
3.2.3 试验方法 |
3.2.4 数据处理 |
3.3 结果与分析 |
3.3.1 土壤碳矿化速率的变化 |
3.3.2 土壤总有机碳及各碳库组分的变化 |
3.3.3 土壤各碳库组分、矿化速率的驱动因子 |
3.4 讨论 |
3.4.1 土壤碳矿化速率对冻融的响应 |
3.4.2 土壤碳库各组分对冻融的响应 |
3.5 本章小结 |
4 冻融对土壤微生物生物量及代谢活性的影响 |
4.1 前言 |
4.2 研究区概况与土样采集 |
4.2.1 研究区概况 |
4.2.2 试验设计 |
4.2.3 试验方法 |
4.2.4 数据分析 |
4.3 结果 |
4.3.1 冻融对土壤微生物代谢活性的影响效应 |
4.3.2 冻融对土壤微生物生物量的影响效应 |
4.3.3 土壤微生物代谢活性的变化 |
4.3.4 土壤微生物生物量的变化 |
4.3.5 土壤环境因子与代谢活性及微生物生物量的关系 |
4.4 讨论 |
4.4.1 冻融对土壤微生物生物量及代谢活性的影响效应 |
4.4.2 土壤微生物生物量及代谢活性的变化规律 |
4.4.3 土壤理化因子对土壤酶活性和微生物量的影响 |
4.5 本章小结 |
5 土壤真菌和细菌多样性对冻融的响应 |
5.1 前言 |
5.2 研究区概况与土样采集 |
5.2.1 研究区概况 |
5.2.2 试验设计 |
5.2.3 试验方法 |
5.2.4 数据分析 |
5.3 结果 |
5.3.1 土壤真菌多样性的变化 |
5.3.2 土壤细菌多样性的变化 |
5.4 讨论 |
5.4.1 土壤微生物多样性对冻融的响应 |
5.4.2 土壤微生物种间连通性对冻融的响应 |
5.5 本章小结 |
6 土壤微生物多样性与土壤多功能性之间的关系 |
6.1 前言 |
6.2 研究区概况与试验设计 |
6.2.1 研究区概况 |
6.2.2 试验设计 |
6.2.3 试验方法 |
6.2.4 数据分析 |
6.3 结果 |
6.3.1 土壤多功能性的变化 |
6.3.2 土壤多功能性变化的预测因子 |
6.4 讨论 |
6.4.1 土壤多功能性对冻融的响应 |
6.4.2 微生物多样性和多功能性之间的关系 |
6.4.3 冻融温度波动和循环次数对土壤多功能性的作用途径 |
6.5 本章小结 |
7 结论与展望 |
7.1 主要结论 |
7.2 研究展望 |
参考文献 |
攻读学位期间发表的学术论文 |
致谢 |
东北林业大学博士学位论文修改情况确认表 |
四、土壤氮素生物地球化学循环的研究现状与进展(论文参考文献)
- [1]水土环境中氮素迁移转化分布式模型(SWAN-N)的开发研究[D]. 鲍珊珊. 吉林大学, 2021
- [2]黄土高原植被恢复过程中土壤碳氮水耦合机制及恢复力研究[D]. 李彬彬. 中国科学院大学(中国科学院教育部水土保持与生态环境研究中心), 2021(02)
- [3]水肥一体化对设施菜地氮素淋失的影响及其机制模拟研究[D]. 雷豪杰. 中国农业科学院, 2021(09)
- [4]小麦-玉米轮作体系生态集约化管理下碳氮循环特征研究[D]. 黄少辉. 中国农业科学院, 2021(01)
- [5]汉江流域金水河与淇河氮循环过程及微生物驱动机制[D]. 赵彬洁. 中国科学院大学(中国科学院武汉植物园), 2021(01)
- [6]油茶根际高效氨化细菌的筛选及培养条件研究[D]. 罗梓琼. 中南林业科技大学, 2021(01)
- [7]氮沉降、放牧和极端降水对羊草草地N2O排放的影响机制研究[D]. 徐万玲. 东北师范大学, 2021
- [8]不同林龄杉木人工林土壤氮形态及氮转化特征研究[D]. 夏琦. 中南林业科技大学, 2021
- [9]稻田垄作免耕提高土壤氮素肥力的作用机制研究[D]. 秦川. 西南大学, 2021(01)
- [10]兴安落叶松林土壤微生物群落对模拟冻融的响应及与多功能性的关系[D]. 刘明慧. 东北林业大学, 2021(09)