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生物炭对褐土旱地玉米季氮转化功能基因、丛枝菌根真菌及N2O释放的影响

本站小编 Free考研考试/2021-12-31

摘要:以豫西旱地玉米农田为研究对象,设置不同生物炭施用量处理(T0:不施用生物炭;T1:施用生物炭20 t/hm2;T2:施用生物炭40 t/hm2),采用密闭式静态箱法测定N2O排放通量和荧光定量PCR法分析丛枝菌根(arbuscular mycorrhizal,AM)真菌、氨单加氧酶(amoA)、亚硝酸盐还原酶(nirSnirK)以及氧化亚氮还原酶(nosZ)的基因丰度,同时测定土壤理化性状的变化。研究结果表明,随着生物炭施用量的增加,土壤pH和含水量呈增加趋势,土壤有机碳、全氮和铵态氮含量显著提高,土壤容重和硝态氮含量显著降低。T1和T2处理土壤有机碳含量分别较T0显著提高38.44%和71.01%;T1和T2处理土壤铵态氮含量分别较T0显著增加15.89%和30.46%;T2处理土壤全氮含量较T0处理显著提高14.87%;T1和T2处理土壤硝态氮含量分别较T0减少10.57%和21.40%。随着生物炭施用量的增加,AM真菌侵染率显著增加,T1和T2处理分别较T0处理提高71.88%和115.88%;AOA、AOB、nirKnirS基因丰度显著降低;nosZ基因丰度增加。施加生物炭处理的N2O排放通量和累积排放量均低于不施生物炭处理,具体表现为:T0 > T1 > T2。相关分析表明,生物炭施用量与AM真菌基因丰度呈显著正相关;与nosZ基因丰度呈正相关;与AOA、AOB、nirKnirS基因丰度呈极显著负相关。N2O排放通量与AOA、nirKnirS基因丰度呈极显著正相关;与土壤含水量和土壤硝态氮含量呈显著正相关;与AM真菌、nosZ基因丰度、易提取球囊霉素含量、铵态氮含量呈极显著负相关。集成推进树(ABT)分析表明,AOA对N2O排放的影响最大,其次是AM真菌和nirS。总之,生物炭处理改善土壤理化性质、提高土壤AM真菌侵染率、调节硝化、反硝化相关功能基因的丰度,减少N2O气体排放,为旱地农田合理施用生物炭减少N2O气体排放提供理论依据。



Abstract:Biochar soil amendments are attracting the increased attention as one strategy to improve soil microbially ecological environment and regulate soil nitrogen cycle. The rainfed maize cropland in the western Henan was established to study the effects of biochar application rates (T0:0 t/hm2, T1:20 t/hm2, and T2:40 t/hm2) on soil physicochemical properties and N2O emission fluxes using the static chamber/gas chromatography method, and the function marker genes of arbuscular mycorrhizal (AM) fungi, ammonia monooxygenase gene (amoA), nirK, nirS and nosZ, which were responsible for nitrification and denitrification using real-time fluorescence quota PCR. The results showed that the soil pH and water content increased, soil organic carbon, total nitrogen and ammonium nitrogen content increased significantly, and soil bulk density and nitrate nitrogen content decreased significantly with increasing biochar applied. Compared with T0 treatment, soil organic carbon increased significantly by 38.44% and 71.01% under T1 and T2 treatments, respectively; soil ammonium nitrogen content increased significantly by 15.89% and 30.46% under T1 and T2 treatments, respectively; soil total nitrogen content increased significantly by 14.87% under T2 treatment; nitrate nitrogen content decreased by 10.57% and 21.40% under T1 and T2 treatments, respectively. Moreover, the AM fungi colonization rate and nosZ gene abundance increased significantly, and AOA, AOB, nirK and nirS gene abundance decreased significantly with increasing biochar applied. Compared with T0 treatment, AM fungi increased significantly by 71.88% and 115.88% under T1 and T2 treatments, respectively. The N2O emission fluxes and emission accumulations under biochar addition were all lower than those under no biochar, ranked as T0 > T1 > T2. The correlation analysis showed that the abundance of AM fungi was significantly positively (P<0.05) correlated with the biochar rate, and the abundance of nosZ gene and biochar rate was significant. There was a significantly negative correlation between AOA, AOB, nirK, nirS gene abundance and biochar rate (P<0.01). The N2O emission fluxes showed a significantly positive correlation (P<0.01) with AOA, nirK, nirS, soil water content and nitrate nitrogen, but significantly negatively (P<0.01) correlated with AM fungi, nosZ, ammonium nitrogen and extractable glomalin related soil protein content. Aggregated boosted trees (ABT) analysis showed that the relative influence of AOA on N2O emission fluxes was the largest, followed by AM fungi and nirK. In summary, the application of biochar improved soil physicochemical properties, increased soil AM fungi colonization rates, regulated nitrification and denitrification functional genes, and reduced N2O emission, which provided a theoretical basis for the rational application of biochar and reduction of N2O emissions in rainfed maize cropland.





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https://www.ecologica.cn/stxb/article/pdf/stxb202006041438

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    本站小编 Free壹佰分学习网 2022-09-19
  • 不同密度猪毛菜形态结构性状及生物量分配策略的异速关系
    摘要:植物的生长特性随环境条件的变化具有可塑性,而不同的环境因素对植物可塑性的影响也不尽相同。利用异速分析的方法,通过模拟退化草地恢复过程中猪毛菜(Salsolacollina)的不同种群密度(16、44、100、400株/m2),研究其形态结构性状及生物量分配策略的异速关系在种群密度间的差异。结果 ...
    本站小编 Free考研考试 2021-12-31
  • 麻栎和闽楠幼苗叶功能性状及生物量对光照和施肥的响应
    摘要:光照和养分条件是影响植物生长的重要环境因子,不同生活型植物对环境异质性的响应机制不同。以落叶阔叶树种麻栎和常绿阔叶树种闽楠幼苗为研究对象,设置2个光照梯度(全光照和45%全光照)和4个施肥梯度(不施肥、氮磷供应比为5、15和45)共8种处理,研究光照和施肥及其交互作用对麻栎和闽楠生物量和叶形态 ...
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  • 基于高分辨率遥感影像的北亚热带森林生物量反演
    摘要:以北亚热带湖北省太子山林场为研究对象,基于高空间分辨率GF-2与SPOT-6卫星影像,提取不同窗口大小下的纹理信息与光谱信息,利用随机森林回归算法,并结合野外实测106块样地的生物量数据,建立不同影像下的太子山林场森林生物量反演模型。结果显示:(1)GF-2和SPOT-6虽然空间分辨率有差异, ...
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  • 汉江流域景观格局变化对土壤侵蚀的影响
    摘要:在流域尺度上,景观格局变化是决定土壤侵蚀程度的重要因素。以汉江流域为研究区域,基于2000-2015年四期土地利用类型数据及环境气象数据,运用中国土壤流失方程和逐步回归法,探究景观格局变化对土壤侵蚀的影响。结果表明:(1)在2000-2015年间,汉江流域土壤侵蚀量下降,高值区分布在流域中部草 ...
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  • 香榧主产区林地土壤养分空间异质性及其肥力评价
    摘要:选取浙江省香榧(Torreyagrandiscv.Merrillii)主产区为研究对象,系统采集表层土壤(0-20cm)样品121个,基于地统计学及Moran'sI等空间分析方法揭示土壤养分的空间异质性,估算了香榧林地土壤综合肥力并分析其影响因素。结果表明:研究区土壤pH较低,有机质、碱解氮、 ...
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  • 苏干湖湿地土壤全盐含量空间异质性及影响因素
    摘要:土壤盐分的空间异质性是影响湿地植被格局形成和演变的主要因素之一,对于认识内陆盐沼湿地盐分的空间分布及其对环境的响应机制具有重要意义。利用经典统计学、地统计学和Kriging插值等方法研究了苏干湖盐沼湿地浅层剖面0-50cm土层全盐含量的空间异质性与地下水位埋深、植被覆盖度间的相互作用关系。结果 ...
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  • 土壤微生物群落对麻栎-刺槐混交林凋落物分解的影响
    摘要:以麻栎-刺槐混交林和麻栎纯林为研究对象,采用野外定点采样、室内分析与高通量测序的方法,对凋落物分解过程中土壤微生物菌群多样性特征及其对凋落物分解速率的影响进行了研究。结果表明:(1)麻栎-刺槐混交林凋落物的分解速率高于麻栎纯林。两种林分凋落物有机碳(TOC)、全氮(TN)发生释放,全磷(TP) ...
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  • 氮磷添加和栽植密度对大叶相思林土壤微生物群落功能多样性的影响
    摘要:土壤微生物群落是土壤质量潜在的生态指标,在维持生态系统功能和服务中起着关键的作用。采用Biolog-ECO微平板法,探讨氮磷添加与不同栽植密度交互对大叶相思林(Acaciaauriculiformis)土壤微生物功能多样性的影响,以便为建立合理的林分密度和氮磷施肥模式,提高土壤质量提供理论参考 ...
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  • 腾格里沙漠东南缘固沙植被区生物土壤结皮及下层土壤有机碳矿化特征
    摘要:植被恢复与重建是沙区退化土地修复的有效途径,是生物土壤结皮(BiologicalSoilCrusts,BSCs)拓殖和发育的关键影响因素。采用室内恒温培养-碱液吸收法研究了腾格里沙漠东南缘不同恢复年限固沙植被区BSCs及其下层0-5cm土壤的碳矿化特征,分析了其与水分及土壤理化性质的关系。结果 ...
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  • 武夷山不同林龄甜槠林土壤呼吸特征及影响因素
    摘要:为揭示中亚热带常绿阔叶林群落优势种一甜槠天然林不同林龄林下土壤呼吸(Soilrespiration,RS)差异及影响因素,采用LI-8100开路式土壤碳通量系统对武夷山自然保护区不同林龄(18、36、54、72a)天然甜槠林进行了1年的野外原位测定。结果表明:(1)不同林龄甜槠林RS季节动态呈 ...
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