生物炭与氮肥配施对盐碱胁迫下甜菜生长及土壤特性的影响

论文摘要

甜菜是我国重要的糖料作物,耐盐碱能力较强,所以对于盐碱地开发和利用有十分重要的意义。甜菜对于氮素需求最大,具有需肥量大、吸肥力强和吸肥时间长的特点,近年来发现生物炭不仅对于土壤理化性质改良效果明显,且具有缓释化肥的作用。因此,研究盐碱胁迫下生物炭与氮肥配施对甜菜土壤环境和甜菜生长的影响,既有利于今后对盐碱地的改良和开发利用,也为进一步研究生物炭与肥料的互作奠定基础。本试验选用甜菜品种KWS0143进行桶栽试验,共设置7个处理,分别为正常土壤（CK）、盐碱胁迫处理（Alk）、盐碱胁迫下施加生物炭（N180）、盐碱胁迫下施加生物炭并减施氮肥10%,20%,30%,40%（N162、N144、N126、N108）,其中CK、Alk和N180三个处理均为正常施氮（施氮180kg/hm2）。盐碱处理以中性盐和碱性盐按物质的量比2:1加入土壤,使Na+含量为3g/kg,其中碱性盐使用Na2CO3、NaHCO3物质的量比为1:2;中性盐使用Na2SO4、NaCl物质的量比为1:2。生物炭的施用量为风干土壤重量的3%。处理后土壤碱化度（ESP）为32.6%,盐分为0.39g/kg,电导率（EC）为781μS/cm,pH为9.14。研究盐碱胁迫下生物炭与氮肥配施对土壤基本理化性质、根际微生物数量、土壤酶活性、土壤速效氮含量,甜菜出苗率、干质量、叶绿素含量、光合特性、氮无机代谢关键酶活性、产量、产糖量和品质的影响。研究结果如下:（1）盐碱土壤在加入生物炭后,土壤的电导率和容重均显著降低（p<0.05）,土壤孔隙度和速效氮的含量显著增加（p<0.05）,但土壤pH值没有明显的变化。随着施氮量的下降,土壤理化性质没有明显变化规律,土壤速效氮含量呈下降趋势。土壤中细菌和放线菌的数量总体与施氮量呈正相关关系,而真菌数量则随着氮肥施用量的减少呈先增加后下降的趋势,减少10%氮肥用量（N162）,细菌和真菌数量与不减施氮肥处理（N180）差异不显著。土壤脲酶与转化酶活性随施氮量的减少先增加后降低,氮肥用量减少10%时（N162）酶活性最高且显著高于不减施氮肥处理（N180）或与不减施氮肥处理（N180）差异不显著。过氧化氢酶活性则呈相反的趋势,施加生物炭的各处理间磷酸酶活性差异不显著且与对照（CK）差异不显著或显著高于对照（CK）处理。由相关性分析可知,细菌数量、真菌数量、脲酶活性、转化酶活性彼此之间都呈极显著正相关的关系,放线菌数量只与过氧化氢酶活性呈极显著正相关的关系,与其他三种土壤酶呈负相关或显著负相关的关系。根际土壤过氧化氢酶与细菌数量、真菌数量、脲酶和转化酶活性呈显著或极显著负相关关系。（2）盐碱胁迫施加生物炭后甜菜出苗率显著增加（p<0.05）,但不同施氮量的处理之间无显著差异。施加生物炭后甜菜各个生育时期叶片与根干质量均显著增加（p<0.05）,施氮量降低干质量也随之下降,氮肥施用量减少了20%（N144）时总体仍显著高于盐碱处理（Alk）。（3）盐碱胁迫施加生物炭后甜菜叶片的叶绿素含量、Fv/Fm、Y（Ⅱ）、ETR、qL、光合速率、气孔导度以及RuBP羧化酶活性显著增加（p<0.05）,NPQ显著降低（p<0.05）。叶绿素含量、Fv/Fm、Y（Ⅱ）、ETR、qL、光合速率、气孔导度以及RuBP羧化酶活性均随施氮量的减少而下降。其中氮肥施用量减少10%（N162）时的叶绿素含量、Y（Ⅱ）和光合速率均与不减施氮肥处理（N180）差异不显著,两个处理的Fv/Fm仅在生育中期差异不显著。随着施氮量的降低叶片NR和GS呈下降趋势,在甜菜生育前期氮肥施用量对NR活性和GOGAT活性影响显著但对GS活性影响不显著,施氮量减少20%（N144）的处理GS活性与不减施氮肥的处理（N180）仍然差异不显著,而GOGAT活性则显著高于对照（CK）。（4）盐碱胁迫施加生物炭后甜菜的产量、含糖率和产糖量均显著增加（p<0.05）,且随着氮肥施用量的降低而下降,施氮量减少10%（N162）时甜菜块根产量和产糖量与不减施氮肥处理（N180）差异不显著,甜菜块根含糖率则在氮肥施用量减少20%（N144）时仍与不减施氮肥（N180）时差异不显著。甜菜块根中的有害氮在施加生物炭之后均显著降低（p<0.05）,而随着施氮量的降低甜菜块根中氨基酸和蛋白质含量呈先增加后降低的趋势、硝酸根含量则随施氮量的降低而下降、甜菜碱含量则与硝酸根呈完全相反的变化趋势,但四种有害氮含量在减少氮肥施用量的各个处理均显著低于盐碱处理（p<0.05）。相关分析表明,甜菜块根的产量和含糖率、产糖量彼此均呈极显著正相关关系,甜菜碱含量与产量、含糖率和产糖量均呈极显著负相关关系。综合甜菜块根产量、产糖量和品质,在盐碱土中施加生物炭,可减少10%的氮肥施用量。

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摘要

英文摘要

1 前言

1.1 研究目的与意义

1.2 国内外研究进展

1.2.1 盐碱胁迫对植物生长的危害

1.2.2 盐碱胁迫对土壤微生物和土壤酶的影响

1.2.3 甜菜耐盐碱胁迫研究进展

1.2.4 生物炭概述

1.2.5 生物炭对土壤微生物及土壤酶的影响

1.2.6 生物炭与氮肥互作效应

1.2.7 生物炭对盐碱土的改良研究进展

2 材料与方法

2.1 试验材料

2.2 试验设计

2.3 测定指标与方法

2.3.1 土壤理化性质的测定

2.3.2 根际土壤微生物测定

2.3.3 土壤酶活性测定

2.3.4 出苗率及植株干质量的测定

2.3.5 叶绿素含量的测定

2.3.6 光合指标的测定

2.3.7 氮代谢相关酶的测定

2.3.8 甜菜含糖率和品质的测定

2.4 主要仪器

2.5 数据分析

3 结果与分析

3.1 生物炭与氮肥配施对盐碱胁迫下甜菜生长的影响

3.1.1 对甜菜出苗率的影响

3.1.2 对甜菜地上部分干物重的影响

3.1.3 对甜菜根系干物重的影响

3.2 生物炭与氮肥配施对盐碱胁迫下甜菜光合特性的影响

3.2.1 对叶绿素含量的影响

3.2.2 对叶绿素荧光参数的影响

3.2.3 对光合速率影响

3.2.4 对气孔导度的影响

3.2.5 对RuBP羧化酶活性的影响

3.3 生物炭与氮肥配施对盐碱胁迫下甜菜叶片氮无机代谢关键酶的影响

3.3.1 对叶片NR活性的影响

3.3.2 对叶片GS活性的影响

3.3.3 对叶片GOGAT活性的影响

3.4 生物炭与氮肥配施对土壤理化性质的影响

3.4.1 对土壤容重和孔隙度的影响

3.4.2 对土壤pH值和电导率的影响

3.4.3 对土壤速效氮含量的影响

3.5 生物炭与氮肥配施对土壤生物特性的影响

3.5.1 对土壤微生物数量的影响

3.5.2 对土壤酶活性的影响

3.5.3 土壤微生物与土壤酶活性的相关性分析

3.6 生物炭与氮肥配施对盐碱胁迫下块根产质量的影响

3.6.1 对块根产量、含糖率、产糖量的影响

3.6.2 对甜菜块根有害氮含量的影响

3.6.3 甜菜块根产量、含糖率及块根有害氮含量的相关性分析

4 讨论

4.1 生物炭与氮肥配施对甜菜光合特性的影响

4.2 生物炭与氮肥配施对甜菜叶片氮无机代谢关键酶的影响

4.3 生物炭与氮肥配施对土壤生物特性的影响

4.4 生物炭与氮肥配施对甜菜生长及产质量的影响

5 结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 武沛然

导师: 李彩凤

关键词: 甜菜,盐碱胁迫,生物炭,氮肥,土壤特性

来源: 东北农业大学

年度: 2019

分类: 基础科学,农业科技

专业: 自然地理学和测绘学,农业基础科学,农艺学,农作物

单位: 东北农业大学

基金: 国家自然科学基金项目(31671622)

分类号: S566.3;S156.4

总页数: 61

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生物炭与氮肥配施对盐碱胁迫下甜菜生长及土壤特性的影响

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