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氯甲基吡啶对土壤的硝化抑制效应及其微生物机制认领

被引量： 2

作者：

顾艳

学位授予单位：

浙江大学

摘要：

施用硝化抑制剂可以有效延缓土壤中的硝化反应,通过调控氮素转化减少氮素流失。2-氯-6-三氯甲基吡啶,简称为氯甲基吡啶(CP),是目前最常见的硝化抑制剂之一。以前的CP原料纯度较低,含有很多杂质使其硝化抑制效率不高,浙江奥复托化工有限公司改良生产工艺使CP原料纯度高达98%,CP的硝化抑制效率得到提高,在生产实践中具有良好的效果。黄泥田是我国南方广泛分布的低产水稻土类型之一,CP配施氮肥能够有效增加水稻产量,提高氮肥利用率。本文以高纯度CP为研究对象,分别在室内进行培养模拟试验,研究CP的乳油剂和水乳剂在不同质地土壤上的剂量效应和硝化抑制效果;探究pH和含水量等环境条件对CP的施用效果影响;连续5年施用CP对黄泥田水稻土中氨氧化微生物基因丰度和群落结构的影响;双季稻试验中施用CP对不同生育期土壤养分和氨氧化微生物的动态变化影响。得出了以下主要结论:(1)CP的乳油剂和水乳剂都能显著抑制砂土和粘土中的硝化作用过程。在培养的第30d时,不同剂量的乳油剂在砂土上的硝化抑制率为55.6%-91.4%,在粘土上的硝化抑制率为18.5%-50.9%。不同剂量的水乳剂在砂土上的硝化抑制率为40.0%-79.0%,在粘土上的硝化抑制率为35.7%-52.5%。从总体上来说,两种剂型的硝化抑制效果均表现为砂土>粘土;乳油剂在砂土和粘土上的剂量效应都非常明显,剂量越大,硝化抑制率越高.水乳剂在砂土上的剂量效应比较明显,但是在粘土上的剂量高于0.2%后继续增加,其硝化抑制率没有显著提高。二者在砂土和粘土上的最佳用量均为纯氮用量的0.3%;在砂土上,培养30 d后0.3%乳油剂的硝化抑制率为88.1%,显著高于0.3%水乳剂的74.9%。在粘土上,0.3%水乳剂的硝化抑制率为53.3%,显著高于0.3%乳油剂的47.7%。因此,两种硝化抑制剂在砂土上的施用效果是乳油剂>水乳剂,而在粘土上的施用效果是水乳剂>乳油剂。(2)在pH4.66到pH7.70范围内,表观硝化率随着pH的上升而增加,CP的硝化抑制效果初始在高pH 土壤上更高,而后在低pH 土壤上效果更好并且持续时间更长。在不同含水量(WHC,田间最大持水量)上,表观硝化率表现为60%WHC>40%WHC>80%WHC,即硝化作用在高pH和60%WHC含水量的土壤上更加强烈,CP的硝化抑制效果表现为40%WHC>60%WHC>80%WHC,即当土壤含水量较低时CP的硝化抑制效果更好。因此,建议CP适合施用在酸性及旱地土壤上。(3)在连续五年施用尿素和CP的黄泥田水稻土中,氮肥的施用促进了硝化作用,显著地增加了氨氧化古菌(AOA)和氨氧化细菌(AOB)aamoA基因的丰度以及土壤硝化势,施用CP显著地降低了 AOAaamoA的基因丰度和土壤硝化势,对AOB无显著影响。土壤硝化势与AOA和AOB amoA的基因丰度呈显著正相关关系。黄泥田水稻土中AOA和AOB的优势种群分别归属于Nitrosotalea cluster和Nitrosospira cluster,占比达到90%以上,土壤中氨氧化微生物的物种多样性较低,形成了一个很稳定的氨氧化群落结构,由此尿素和CP对AOA和AOB的群落结构均没有显著影响。(4)CP配合尿素一次性基施较普通尿素分次施肥显著地增加了双季稻的产量和氮肥利用率。在整个生育期中,CP对土壤中的全氮,硝态氮和有效磷含量无显著影响,但显著增加了土壤中碱解氮的含量和水稻分蘖期铵态氮的含量。CP显著地抑制了水稻分蘖期和孕穗期AOA和AOB的amoA基因丰度并且对AOA的抑制作用更强。双季稻产量与土壤中碱解氮含量和分蘖期铵态氮含量呈显著地正相关关系。CP可能主要是通过抑制氨氧化菌的amoA基因丰度来延缓硝化反应,使得在水稻的分蘖期保证高浓度的有效态氮以促进植株吸收利用,从而提高水稻产量和氮肥利用率。

摘要译文

关键词：

氯甲基吡啶; 硝化作用; 表观硝化率; 硝化抑制率; 黄泥田; 氨氧化微生物; 氮肥利用率

学位年度：

2018

学位类型：

博士

学科专业：

植物营养学

导师：

吴良欢

中图分类号：

S153[土壤化学、土壤物理化学];S154.3[土壤微生物学]

学科分类号：

090301[土壤学];0713[生态学];083606[微生物发酵工程]