导读:本文包含了菜园土壤论文开题报告文献综述、选题提纲参考文献及外文文献翻译，主要关键词:土壤,菜园,生物,重金属,微生物,大棚,紫色。
菜园土壤论文文献综述
张秀丽[1]（2019）在《大棚菜园地土壤改良技术》一文中研究指出大棚菜园地的土壤问题频发,为了改善当前大棚种植过程中由于土壤原因而出现的各种问题,介绍了各种土壤改良技术,通过秸秆还田、客土改良技术、肥料改良技术等方式解决大棚土壤出现的问题,同时还有针对性地解决一些大棚中常见的土壤问题,以保证大棚土壤健康。(本文来源于《农业开发与装备》期刊2019年04期）
黄容[2]（2019）在《有机替代对菜园土壤温室气体排放和氮转化的影响》一文中研究指出农业有机物料替代部分化肥及其替代后对耕地质量和作物产量的影响是目前农业科学工作者的研究重点。菜地生态系统具有复种指数高、灌水频繁、施肥量大(尤其是氮肥的高投入)等特点,全年的施氮量600-1300 kg·hm~(-2),是粮食农作物的3-4倍,加速了土壤氮素循环的各个过程的发生;不仅会增加土壤温室气体的排放,也会导致菜地生态系统中氮素盈余,造成土壤硝态氮的累积,同时也会伴随土壤酸化、土壤结构退化、土壤养分失衡、微生物(特别是涉氮功能微生物)群落结构及功能失调等情况发生。外源有机物料的投入是减少化肥施用量,改善土壤质量的重要途径之一,但有机物料还田对土壤温室气体排放、土壤氮形态及其微生物作用机制的研究结果存在差异。此外,由于我国菜地温室气体排放的田间观测资料的缺乏以及已有研究结果的不一致性,导致我国农田土壤温室气体排放总量的估算存在较大的不确定性。因此,在菜园土壤中开展农业有机物料替代部分化肥的研究,不仅可以改善因施用化肥带来的生态环境问题,控制化肥投入以缓解农田土壤温室气体排放具有重要的意义,而且还能大幅度提高我国农业废弃物资源化利用,响应国家提出的“到2020年,实现化肥零增长”的行动目标,为支撑生态文明建设提供技术保障。本研究以紫色菜园土壤为研究对象,通过田间试验,采用静态箱/气相色谱法,连续监测了2016-2018年间(莴笋(Ⅰ)-卷心菜-辣椒-莴笋(Ⅱ)-小白菜轮作)秸秆与化肥减量配施下(CK:对照;F:常规施肥;玉米秸秆分别配施100%,70%,60%和50%常规施肥量,标记为FS,0.7FS,0.6FS和0.5FS)菜园土壤N_2O、CO_2和CH_4温室气体排放的时序变化特征,并进一步对比了来自不同农业系统的有机物料包括玉米秸秆(SF)、菌渣(MF)、生物炭(BF)和牛粪(CF)等养分(氮、磷、钾)还田对温室气体排放的影响;同时运用室内分析和田间试验相结合的方法,分析了有机替代下土壤不同氮素形态、养分含量的动态变化特征和蔬菜养分含量、品质,并计算氮、磷、钾肥的农学利用率;从团聚体的角度,分析了有机替代处理的团聚体稳定性及不同粒级团聚体中矿质氮的分布特征;基于DNA克隆测序、qPCR技术和高通量测序技术,从微生物学角度,进一步探讨土壤硝化、反硝化功能微生物(AOA、AOB、nirK、nirS、nosZ)群落结构与丰度特征对化肥减量配施有机物料的响应,揭示有机替代对土壤氮转化的微生物学作用机制;以期通过有机物料替代部分化肥,为紫色菜园土壤养分管理及土壤耕地质量的提升提供理论依据和技术支撑,对促进我国农业节本增效、节能减排的现实需求有重要意义。论文主要的研究结论如下:(1)施肥灌水促进了菜园土壤温室气体排放,在常规化肥的基础上减量30%配施秸秆,在未显着影响蔬菜产量的条件下,可以降低菜园土壤CO_2和CH_4排放,缓解温室气体的增温潜势,但对N_2O减排效果不显着。试验观测期内(2016年11月至2018年2月),紫色菜园土壤N_2O、CO_2和CH_4温室气体排放高峰主要集中在4-8月,且在施肥灌水后均会出现排放峰,与水热因子密切相关。与常规施肥(F)处理相比,秸秆与化肥配施(FS、0.7FS、0.6FS、0.5FS)处理提高了N_2O排放量,累积排放量以及N_2O排放系数,其中FS处理的效果最为明显,试验期内N_2O平均排放通量高达65.45 kg·hm~(-2)。0.7FS处理降低了土壤CO_2和CH_4排放,缓解温室气体的增温潜势(GWP),而FS处理的GWP较F处理显着提高了34.1%。秸秆与化肥减量配施对各季蔬菜产量的影响不显着,通过计算温室气体排放强度(GHGI)发现,F和0.7FS处理的GHGI最低,明显低于其他处理,而FS处理的最高,较最低的F和0.7FS处理均显着增加了0.117 kg·kg~(-1)。(2)有机物料等养分(氮、磷、钾)还田条件下,生物炭、秸秆配施化肥处理相较于其他处理能减少温室气体的增温潜势,菌渣配施化肥对CH_4减排效果较为明显,而牛粪配施化肥会增加温室气体排放。试验期内,来源于不同农业系统的有机物料等养分投入的条件下,生物炭配施化肥(BF)处理较常规施肥(F)处理降低了N_2O排放,但平均排放通量差异不显着,牛粪配施化肥(CF)处理则显着增加了N_2O排放,试验期内平均排放通量为48.99kg·hm~(-2)。对土壤CO_2而言,有机物料配施化肥处理促进了CO_2排放(76488-89787 kg·hm~(-2)),但BF处理推迟了CO_2排放峰。在等养分投入下,秸秆(SF,-0.45 kg·hm~(-2))、菌渣(MF,-0.91 kg·hm~(-2))配施化肥处理促进了CH_4吸收,减少CH_4排放,CF处理则显着增加了CH_4平均排放通量。各有机物料处理较对照CK和F处理均提高了GWP,其中CF较F处理显着提高了34.4%,但有机物料等养分还田处理均可以在未影响蔬菜产量的前提下较对照CK降低了GHGI。(3)有机物料与化肥减量配施处理较常规施肥处理降低了N_2O排放和硝态氮淋溶的风险;在一定程度上提高了氮、磷、钾肥的农学利用率。试验期内,施肥灌水增加了菜园土壤矿质态氮(NH_4~+、NO_3~-和NO_2~-)含量,而NO_3~-的峰值较NH_4~+略有推迟。同时土壤NH_4~+和NO_3~-存在“此消彼长”关系,一般温度较高,含水量较少的条件下,土壤中矿质态氮以NO_3~-为主。F处理的土壤NH_4~+、NO_3~-和NO_2~-含量并不低甚至高于其他物料处理,增加了N_2O排放和硝态氮淋溶的风险。土壤DON和MBN也存在“此消彼长”的关系,且土壤温度对其影响较大,BF处理能有效增加土壤DON含量,秸秆配施60%-100%化肥较其他物料处理能有效提高土壤MBN含量。与秸秆还田相比,BF、MF和CF处理提高了SOC含量。在不显着影响蔬菜的产量条件下,有机物料配施化肥处理的蔬菜硝酸盐含量并未超过国家规定的标准,且较F处理能提高氮、磷、钾肥的农学利用率,但部分处理降低了农学利用率,这与有机物料的不同物质组成、C/N比、分解速率等因素有关,有待进一步研究。(4)牛粪与化肥配施处理较其他处理能提高菜园土壤团聚体稳定性,施肥处理提高了粉粘粒和较大团聚体的铵态氮贡献率,秸秆与化肥减量配施处理较其他物料处理提高了较大团聚体的硝态氮贡献率。对比不同处理下菜园土壤团聚体粒径分布及其稳定性发现,与对照CK相比,各施肥处理有效增加了0.25-2 mm粒径团聚体质量百分比,减少了<0.053 mm粒径组分质量百分比;其中CF处理较其他处理可以有效提高>2 mm粒径团聚体质量百分比,减少<0.053 mm粒径团聚体质量百分比,同时提高了团聚体的稳定性。各施肥处理的NH_4~+和NO_3~-主要分布在<0.053 mm粒径中,其中F处理有利于>2 mm粒径中NH_4~+(23.86mg·kg~(-1))和NO_3~-(24.73 mg·kg~(-1))富集。对不同团聚体粒级NH_4~+贡献率而言,各施肥处理提高了<0.053和0.25-2 mm粒径团聚体的NH_4~+贡献率,尤其是<0.053 mm的贡献率(超过了75%),其中MF处理的<0.053 mm粒径的NH_4~+贡献率最大,为93.81%。对不同团聚体粒级NO_3~-贡献率而言,秸秆与化肥减量配施较其他物料处理有利提高0.25-2 mm粒径团聚体的NO_3~-贡献率,而除牛粪外的其他物料处理主要提高了<0.053 mm粒径的NO_3~-贡献率。(5)有机物与化肥减量配施处理降低了菜园土壤AOA amoA基因拷贝数,提高了AOB amoA基因拷贝数;秸秆与化肥减量配施处理的AOA和AOB群落结构明显不同于其他物料处理。菜园土壤氨氧化微生物(AOA、AOB)丰度及群落结构对不同施肥方式的响应存在差异。该试验条件下,土壤AOB amoA基因拷贝数远高于AOA,但二者对不同环境因子的耐受性和生态位存在显着差异。F处理的AOA amoA基因拷贝数最多(5.09×10~4 copies·g~(-1)),而AOB amoA基因拷贝数最少(1.36×10~5 copies·g~(-1))。在秸秆还田的基础上,化肥减量30%-40%有效提高了紫色菜园土壤AOA和AOB amoA基因多样性,但FS处理相对于其他处理降低了AOA和AOB amoA基因的多样性。施肥处理能显着改变AOB的群落结构,秸秆与化肥减量配施处理的AOA和AOB群落结构明显不同于其他物料处理。除土壤氮素外,土壤磷素和钾素,尤其是速效养分成为影响该试验条件下紫色土氨氧化微生物群落结构变化的重要因素。此外SOC和pH对AOB群落结构分布起到重要作用,土壤NH_4~+和C/N对AOA群落结构分布起到重要作用。(6)有机物料的添加提高了菜园土壤nirS和nirK基因多样性;无外源碳、氮添加的条件下,土壤C/N比对nirS-型反硝化微生物群落结构影响最大,土壤pH、SOC、土壤氮素、水分含量是影响nirS-、nirK-和nosZ-型反硝化微生物群落分布的主要因素。对反硝化微生物(nirS-、nirK-和nosZ-型)而言,0.6FS处理较F处理均提高nirK-和nosZ-型反硝化微生物的基因拷贝数,分别增加了24.6%和12.9%。0.6FS和BF处理对nirS和nirK基因多样性提升效果较为显着;施肥处理对nosZ基因多样性的影响较大,其中仅SF处理较对照CK降低了nosZ基因多样性。对nirS基因进行高通量测序发现,Alphaproteobacteria较Betaproteobacteria对施肥响应较大,Bradyrhizobium是F处理乃至整个nirS-型微生物群落组成的优势菌属,在反硝化过程中起到了关键性的作用。构建系统发育树发现,nirK-型反硝化微生物与Alphaproteobacteria和Betaproteobacteria具有同源性,nosZ-型反硝化微生物与Alphaproteobacteria、Betaproteobacteria、Gammaproteobacteria具有同源性。土壤TN对BF处理的nirS-型反硝化微生物群落变化的影响最大,土壤DON对MF和SF处理的nirS-型反硝化微生物群落变化的影响最大;土壤NH_4~+对F处理的nirK-型反硝化微生物群落变化影响最大;土壤pH对BF处理的nosZ-型反硝化微生物群落结构影响较大;总体上,nirS-、nirK-和nosZ-型反硝化微生物群落分布受土壤pH、SOC、土壤氮素、水分含量的影响较大,同时土壤磷素和钾素也能影响其群落分布。综述所述,菜园土壤温室气体的排放具有一定的季节变化规律,排放高峰主要集中在4-8月且在施肥灌水后均出现了排放峰,与水热条件密切相关。常规化肥减量30%配施秸秆处理降低了菜园土壤CO_2和CH_4排放量,减少了温室气体的增温潜势,但对N_2O减排效果不显着;等养分投入的条件下,生物炭、秸秆配施化肥处理较其他物料处理能减少温室气体的增温潜势。在未影响蔬菜产量下,有机物料与化肥减量配施减少了温室气体排放强度,在一定程度上提高了氮、磷、钾肥的农学利用率。来自不同农业系统的有机物料对菜园土壤涉氮功能微生物(AOA、AOB、nirK、nirS、nosZ)群落结构与丰度的影响各异,秸秆与化肥减量配施处理的AOA和AOB群落结构明显不同于其他物料处理;速效养分成为抑制该试验条件下紫色土AOA和AOB群落结构发展的原因;土壤pH、SOC、土壤氮素、水分含量能显着影响nirS-、nirK-和nosZ-型反硝化微生物群落结构。(本文来源于《西南大学》期刊2019-03-14）
刘保平[3]（2018）在《大棚菜园地土壤改良技术》一文中研究指出为改善大棚蔬菜土壤,通过定点、定人、挂牌管理,实施以秸秆还田、秸秆生物反应堆、种植绿肥、增施农家肥等为主的生物工程,与采取保护性的耕作方式相结合,历经3年时间,使菜园地土壤得到改良与恢复,病虫害得到控制,蔬菜产量和质量得到全面提升。(本文来源于《蔬菜》期刊2018年12期）
汪亚会,覃雨虹,马彦蓉,尚怡静,黎华寿[4]（2018）在《生物炭配施微肥对菜园土壤有效态重金属含量的影响》一文中研究指出【目的】研究生物炭配施微肥对土壤有效态重金属含量的影响。【方法】采用室内模拟试验,向重金属污染的菜园土壤中添加皇竹草生物炭、咖啡渣生物炭、花生壳生物炭和微肥(铁肥、锰肥和硅肥),分别在处理14和28 d时测定土壤中5种重金属(Cu、Pb、Zn、Cd和Ni)的有效态含量。【结果】添加了生物炭或微肥土壤中的有效态重金属含量均比对照组低。其中单一钝化剂处理中,皇竹草生物炭和硅肥的钝化效果较好。在复配试验中,皇竹草生物炭+铁肥对土壤重金属Cu、Pb和Cd的钝化效果较好,处理14 d后其有效态含量的降幅分别达32.94%、31.26%和21.21%,对土壤有效态Zn含量的降幅为6.82%,但对土壤Ni的钝化效果不明显;处理14 d后咖啡渣生物炭+铁肥对土壤重金属Ni和Zn有效态含量的降幅也分别达22.64%和10.35%,钝化效果显着;处理28 d后,花生壳生物炭+铁肥对土壤重金属Cu钝化效果最好,有效态Cu含量降幅达49.06%;咖啡渣生物炭+硅肥对土壤Ni和Zn钝化效果最好,有效态含量降幅分别达23.73%和9.72%。【结论】生物炭配施微肥对土壤有效态重金属含量降低的效果优于单施生物炭或单施微肥,其中,皇竹草生物炭配施铁肥可用于土壤重金属Cu、Pb、Zn和Cd复合污染的钝化。(本文来源于《华南农业大学学报》期刊2018年05期）
黄容,高明,吕盛,徐国鑫,黎嘉成[5]（2018）在《锯木灰渣改良退化菜园紫色土壤的效果研究》一文中研究指出以重庆市九龙坡区白市驿镇蔬菜基地为试验平台,通过大田试验,研究了锯木灰渣不同施用量还田1年后对酸性紫色土改良效果,并进一步分析了锯木灰渣对土壤微生物群落及微生物碳、氮的影响,以期为紫色菜园退化土壤养分和酸化的修复提供合理措施,同时实现循环农业的可持续发展。结果表明:(1)锯木灰渣施用能显着提高蔬菜产量,且随着施用量的增加呈增加趋势,其中锯木灰渣施用量为18 000 kg hm~(-2)时,产量较未施用锯木灰渣(A0)处理显着提高了76.1%~121.9%;(2)经锯木灰渣处理的退化紫色土表层和亚表层的有机质含量和pH提高,尤其是锯木灰渣施用量为18 000 kg hm~(-2)的改良效果较佳,但是过高的锯木灰渣施用量处理对土壤交换性H~+、Al~(3+)效果反而下降,而施用量为12 000~15 000 kg hm~(-2)处理的效果较佳,其中表层土壤交换性H~+、Al~(3+)分别为0.19~0.20,0.63~0.67 cmol kg~(-1);(3)12 000~15 000 kg hm~(-2)的锯木灰渣施用量对土壤碱解氮和速效钾的提升效果较佳,18 000 kg hm~(-2)处理的有效磷含量最大,较A0处理增加了55.3 mg kg~(-1);(4)无论在表层土壤还是亚表层土壤中,细菌的种群数量分布最多,其次为真菌和放线菌,分别在12 000,9 000,6 000 kg hm~(-2)锯木灰渣施用量下的种群数量达到最大值;9 000~12 000 kg hm~(-2)处理对提高表层土壤微生物量碳含量较为明显,较A0显着提高了70.4%~78.7%,18 000 kg hm~(-2)处理的土壤微生物生物量氮(SMBN)含量最大(40.54 mg kg~(-1)),其次为9 000 kg hm~(-2)处理(34.32 mg kg~(-1))。综上,锯木灰渣施用量为12 000~15 000 kg hm~(-2)时对退化紫色土的改良效果较好。(本文来源于《土壤学报》期刊2018年03期）
肖日新,何阳[6]（2017）在《华南区菜园土壤选择与综合改良措施》一文中研究指出1华南区菜园土壤选择华南区的菜园土壤选择,不管是冬春北运蔬菜基地还是主要供给本地的常年蔬菜基地,除了综合考虑土质、生态、灌溉、交通等条件以外,首要考虑的还是排水条件。这主要由华南地区特殊的气候条件所决定。华南地区冬春北运蔬菜的生产季节主要是8月至次年5月,在育苗期与生长前期即8~10月,仍是华南地区台风暴雨的高发期,这一段(本文来源于《长江蔬菜》期刊2017年14期）
陈文,刘晓,孙光闻,刘厚诚,朱梦禹[7]（2017）在《生物有机肥和EM菌剂对菜园连作土壤微生物的影响》一文中研究指出采用盆栽试验,连续种植3批菜心,研究生物有机肥和EM菌剂对连作9 a和6 a的菜园土壤微生物群落结构和功能多样性的影响。结果表明:与化肥处理相比,施用生物有机肥能够提高连作土壤中细菌、放线菌、丛枝菌根真菌和革兰氏阴性细菌(G~-)的相对含量及G~-/G~+(革兰氏阴性细菌/革兰氏阳性细菌)比值,并降低土壤真菌的相对含量;随着种植批次的增加,土壤中G~-、G~+含量降低,G~-/G~+比值上升,生物有机肥和EM菌剂配施化肥处理G~-含量普遍高于化肥处理;与化肥处理相比,施用生物有机肥土壤微生物AWCD值、Simpson指数、McIntosh指数均提高,土壤微生物活性、多样性和均一度提高。(本文来源于《热带农业科学》期刊2017年04期）
赵兰凤,张新明,程根,张丽娟,刘小锋[8]（2017）在《生物炭对菜园土壤微生物功能多样性的影响》一文中研究指出研究生物炭的施用及其与不同肥料混施对菜园土壤中微生物群落功能多样性的影响,为农业废弃物的合理利用和菜园土优化培肥提供科学依据和理论指导。以清远市连州县代表性菜园土(属肥熟旱耕人为土)为研究对象,通过盆栽试验,利用BIOLOG方法对10个施肥处理(对照CK(0%生物碳+无肥)、T1(0%生物碳+0.1%商品有机肥)、T2(0.1%生物碳+无肥)、T3(0.25%生物碳+无肥)、T4(0.5%生物碳+无肥)、T5(1%生物碳+无肥)、T6(100(N)+30(P_2O_5)+75(K_2O)mg/kg干土)、T7(0.1%生物碳+0.1%商品有机肥)、T8(0.1%生物碳+100(N)+0(P_2O_5)+75(K_2O)mg/kg干土)、T9(0.1%生物碳+100(N)+30(P_2O_5)+75(K_2O)mg/kg干土)、T10(0.1%生物碳+0.1%商品有机肥+100(N)+0(P_2O_5)+75(K_2O)mg/kg干土))的土壤微生物群落功能多样性进行分析。结果表明:(1)T1和T3处理比其它处理显着提高土壤微生物对碳源的利用率(P<0.05),但生物炭施用量增加会降低平均颜色变化率(AWCD值);(2)T1处理可以显着提高土壤微生物的群落物种均匀度(Mclntosh指数),而T3处理显着提高土壤微生物的物种丰富度和均匀度(Shannon和Mclntosh指数);(3)T1和T3处理对聚合物类、碳水化合物类、羧酸类、氨基酸类和酚类碳源利用率最高;(4)添加化肥处理中磷肥的施用可以提高土壤微生物活性,增加土壤微生物碳源利用能力,而氮肥和钾肥的添加显着降低了土壤微生物的碳源利用能力;(5)主成分分析表明,T1、T2和T3处理的微生物碳代谢功能群结构相似;单施有机肥或适量生物炭对土壤微生物群落结构的影响较混合施用更为显着;化学磷肥的添加及在施用化肥的基础上配施适量生物炭改变了土壤微生物对碳源种类的利用。(本文来源于《生态学报》期刊2017年14期）
黄朝冉,江玲,徐卫红,王卫中,陈永勤[9]（2016）在《菜园土壤和蔬菜中Pb,Cd,Hg和As的质量分数及相关性研究》一文中研究指出研究了重庆市某4个农贸市场市售3大类19种蔬菜73个样品中Pb,Cd,Hg和As质量分数以及某13个蔬菜基地土壤和蔬菜的重金属Pb,Cd,Hg和As质量分数及相关性.结果表明,农贸市场蔬菜中重金属污染大小顺序为Cd>Pb>As>Hg,Pb、Cd污染最为严重的是葱蒜类,As污染最为严重的是根茎类.重庆市某13个蔬菜基地不同蔬菜中重金属污染大小顺序为As>Cd>Hg>Pb.叶菜类蔬菜中Cd,Hg的质量分数显着高于其它类蔬菜,而Pb和As的质量分数以根茎类远高于其它类蔬菜.蔬菜中Cd质量分数与土壤中Cd质量分数之间的正相关分析结果有统计学意义,线性方程为y=0.065+0.012x(p<0.01).(本文来源于《西南师范大学学报(自然科学版)》期刊2016年11期）
谷守宽,秦鱼生,孙倩倩,王正银,涂仕华[10]（2016）在《定位施肥紫色菜园土壤钾素效应研究》一文中研究指出基于紫色菜园土壤3年12季连续蔬菜(莴笋-白菜轮作)定位施肥试验,研究不同施肥条件对土壤钾素形态和供钾水平的影响。采用田间试验和室内化学分析结合的方法测定不同施肥处理土壤钾素形态的变化和蔬菜产量的关系。结果表明:紫色菜园土壤钾素主要以矿物钾为主,占全钾的95.11%~97.33%,土壤缓效钾和速效钾分别占土壤全钾的2.22%~3.38%和0.44%~1.52%。连续施用钾肥显着提高土壤速效钾和缓效钾含量,以增钾处理作用最优。定位施肥显着提高土壤水溶性钾、非特殊吸附钾、特殊吸附钾含量,以有机无机肥料配施作用优于单施化学肥料。土壤水溶性钾、非交换性钾与土壤有效磷含量呈显着或极显着正相关,莴笋和白菜产量与紫色菜园土壤速效钾、缓效钾含量呈显着正相关。定位施肥协调紫色菜园土壤钾形态,改善土壤供钾能力,以有机无机肥料配施作用为优。(本文来源于《长江流域资源与环境》期刊2016年10期）
菜园土壤论文开题报告
（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：
农业有机物料替代部分化肥及其替代后对耕地质量和作物产量的影响是目前农业科学工作者的研究重点。菜地生态系统具有复种指数高、灌水频繁、施肥量大(尤其是氮肥的高投入)等特点,全年的施氮量600-1300 kg·hm~(-2),是粮食农作物的3-4倍,加速了土壤氮素循环的各个过程的发生;不仅会增加土壤温室气体的排放,也会导致菜地生态系统中氮素盈余,造成土壤硝态氮的累积,同时也会伴随土壤酸化、土壤结构退化、土壤养分失衡、微生物(特别是涉氮功能微生物)群落结构及功能失调等情况发生。外源有机物料的投入是减少化肥施用量,改善土壤质量的重要途径之一,但有机物料还田对土壤温室气体排放、土壤氮形态及其微生物作用机制的研究结果存在差异。此外,由于我国菜地温室气体排放的田间观测资料的缺乏以及已有研究结果的不一致性,导致我国农田土壤温室气体排放总量的估算存在较大的不确定性。因此,在菜园土壤中开展农业有机物料替代部分化肥的研究,不仅可以改善因施用化肥带来的生态环境问题,控制化肥投入以缓解农田土壤温室气体排放具有重要的意义,而且还能大幅度提高我国农业废弃物资源化利用,响应国家提出的“到2020年,实现化肥零增长”的行动目标,为支撑生态文明建设提供技术保障。本研究以紫色菜园土壤为研究对象,通过田间试验,采用静态箱/气相色谱法,连续监测了2016-2018年间(莴笋(Ⅰ)-卷心菜-辣椒-莴笋(Ⅱ)-小白菜轮作)秸秆与化肥减量配施下(CK:对照;F:常规施肥;玉米秸秆分别配施100%,70%,60%和50%常规施肥量,标记为FS,0.7FS,0.6FS和0.5FS)菜园土壤N_2O、CO_2和CH_4温室气体排放的时序变化特征,并进一步对比了来自不同农业系统的有机物料包括玉米秸秆(SF)、菌渣(MF)、生物炭(BF)和牛粪(CF)等养分(氮、磷、钾)还田对温室气体排放的影响;同时运用室内分析和田间试验相结合的方法,分析了有机替代下土壤不同氮素形态、养分含量的动态变化特征和蔬菜养分含量、品质,并计算氮、磷、钾肥的农学利用率;从团聚体的角度,分析了有机替代处理的团聚体稳定性及不同粒级团聚体中矿质氮的分布特征;基于DNA克隆测序、qPCR技术和高通量测序技术,从微生物学角度,进一步探讨土壤硝化、反硝化功能微生物(AOA、AOB、nirK、nirS、nosZ)群落结构与丰度特征对化肥减量配施有机物料的响应,揭示有机替代对土壤氮转化的微生物学作用机制;以期通过有机物料替代部分化肥,为紫色菜园土壤养分管理及土壤耕地质量的提升提供理论依据和技术支撑,对促进我国农业节本增效、节能减排的现实需求有重要意义。论文主要的研究结论如下:(1)施肥灌水促进了菜园土壤温室气体排放,在常规化肥的基础上减量30%配施秸秆,在未显着影响蔬菜产量的条件下,可以降低菜园土壤CO_2和CH_4排放,缓解温室气体的增温潜势,但对N_2O减排效果不显着。试验观测期内(2016年11月至2018年2月),紫色菜园土壤N_2O、CO_2和CH_4温室气体排放高峰主要集中在4-8月,且在施肥灌水后均会出现排放峰,与水热因子密切相关。与常规施肥(F)处理相比,秸秆与化肥配施(FS、0.7FS、0.6FS、0.5FS)处理提高了N_2O排放量,累积排放量以及N_2O排放系数,其中FS处理的效果最为明显,试验期内N_2O平均排放通量高达65.45 kg·hm~(-2)。0.7FS处理降低了土壤CO_2和CH_4排放,缓解温室气体的增温潜势(GWP),而FS处理的GWP较F处理显着提高了34.1%。秸秆与化肥减量配施对各季蔬菜产量的影响不显着,通过计算温室气体排放强度(GHGI)发现,F和0.7FS处理的GHGI最低,明显低于其他处理,而FS处理的最高,较最低的F和0.7FS处理均显着增加了0.117 kg·kg~(-1)。(2)有机物料等养分(氮、磷、钾)还田条件下,生物炭、秸秆配施化肥处理相较于其他处理能减少温室气体的增温潜势,菌渣配施化肥对CH_4减排效果较为明显,而牛粪配施化肥会增加温室气体排放。试验期内,来源于不同农业系统的有机物料等养分投入的条件下,生物炭配施化肥(BF)处理较常规施肥(F)处理降低了N_2O排放,但平均排放通量差异不显着,牛粪配施化肥(CF)处理则显着增加了N_2O排放,试验期内平均排放通量为48.99kg·hm~(-2)。对土壤CO_2而言,有机物料配施化肥处理促进了CO_2排放(76488-89787 kg·hm~(-2)),但BF处理推迟了CO_2排放峰。在等养分投入下,秸秆(SF,-0.45 kg·hm~(-2))、菌渣(MF,-0.91 kg·hm~(-2))配施化肥处理促进了CH_4吸收,减少CH_4排放,CF处理则显着增加了CH_4平均排放通量。各有机物料处理较对照CK和F处理均提高了GWP,其中CF较F处理显着提高了34.4%,但有机物料等养分还田处理均可以在未影响蔬菜产量的前提下较对照CK降低了GHGI。(3)有机物料与化肥减量配施处理较常规施肥处理降低了N_2O排放和硝态氮淋溶的风险;在一定程度上提高了氮、磷、钾肥的农学利用率。试验期内,施肥灌水增加了菜园土壤矿质态氮(NH_4~+、NO_3~-和NO_2~-)含量,而NO_3~-的峰值较NH_4~+略有推迟。同时土壤NH_4~+和NO_3~-存在“此消彼长”关系,一般温度较高,含水量较少的条件下,土壤中矿质态氮以NO_3~-为主。F处理的土壤NH_4~+、NO_3~-和NO_2~-含量并不低甚至高于其他物料处理,增加了N_2O排放和硝态氮淋溶的风险。土壤DON和MBN也存在“此消彼长”的关系,且土壤温度对其影响较大,BF处理能有效增加土壤DON含量,秸秆配施60%-100%化肥较其他物料处理能有效提高土壤MBN含量。与秸秆还田相比,BF、MF和CF处理提高了SOC含量。在不显着影响蔬菜的产量条件下,有机物料配施化肥处理的蔬菜硝酸盐含量并未超过国家规定的标准,且较F处理能提高氮、磷、钾肥的农学利用率,但部分处理降低了农学利用率,这与有机物料的不同物质组成、C/N比、分解速率等因素有关,有待进一步研究。(4)牛粪与化肥配施处理较其他处理能提高菜园土壤团聚体稳定性,施肥处理提高了粉粘粒和较大团聚体的铵态氮贡献率,秸秆与化肥减量配施处理较其他物料处理提高了较大团聚体的硝态氮贡献率。对比不同处理下菜园土壤团聚体粒径分布及其稳定性发现,与对照CK相比,各施肥处理有效增加了0.25-2 mm粒径团聚体质量百分比,减少了<0.053 mm粒径组分质量百分比;其中CF处理较其他处理可以有效提高>2 mm粒径团聚体质量百分比,减少<0.053 mm粒径团聚体质量百分比,同时提高了团聚体的稳定性。各施肥处理的NH_4~+和NO_3~-主要分布在<0.053 mm粒径中,其中F处理有利于>2 mm粒径中NH_4~+(23.86mg·kg~(-1))和NO_3~-(24.73 mg·kg~(-1))富集。对不同团聚体粒级NH_4~+贡献率而言,各施肥处理提高了<0.053和0.25-2 mm粒径团聚体的NH_4~+贡献率,尤其是<0.053 mm的贡献率(超过了75%),其中MF处理的<0.053 mm粒径的NH_4~+贡献率最大,为93.81%。对不同团聚体粒级NO_3~-贡献率而言,秸秆与化肥减量配施较其他物料处理有利提高0.25-2 mm粒径团聚体的NO_3~-贡献率,而除牛粪外的其他物料处理主要提高了<0.053 mm粒径的NO_3~-贡献率。(5)有机物与化肥减量配施处理降低了菜园土壤AOA amoA基因拷贝数,提高了AOB amoA基因拷贝数;秸秆与化肥减量配施处理的AOA和AOB群落结构明显不同于其他物料处理。菜园土壤氨氧化微生物(AOA、AOB)丰度及群落结构对不同施肥方式的响应存在差异。该试验条件下,土壤AOB amoA基因拷贝数远高于AOA,但二者对不同环境因子的耐受性和生态位存在显着差异。F处理的AOA amoA基因拷贝数最多(5.09×10~4 copies·g~(-1)),而AOB amoA基因拷贝数最少(1.36×10~5 copies·g~(-1))。在秸秆还田的基础上,化肥减量30%-40%有效提高了紫色菜园土壤AOA和AOB amoA基因多样性,但FS处理相对于其他处理降低了AOA和AOB amoA基因的多样性。施肥处理能显着改变AOB的群落结构,秸秆与化肥减量配施处理的AOA和AOB群落结构明显不同于其他物料处理。除土壤氮素外,土壤磷素和钾素,尤其是速效养分成为影响该试验条件下紫色土氨氧化微生物群落结构变化的重要因素。此外SOC和pH对AOB群落结构分布起到重要作用,土壤NH_4~+和C/N对AOA群落结构分布起到重要作用。(6)有机物料的添加提高了菜园土壤nirS和nirK基因多样性;无外源碳、氮添加的条件下,土壤C/N比对nirS-型反硝化微生物群落结构影响最大,土壤pH、SOC、土壤氮素、水分含量是影响nirS-、nirK-和nosZ-型反硝化微生物群落分布的主要因素。对反硝化微生物(nirS-、nirK-和nosZ-型)而言,0.6FS处理较F处理均提高nirK-和nosZ-型反硝化微生物的基因拷贝数,分别增加了24.6%和12.9%。0.6FS和BF处理对nirS和nirK基因多样性提升效果较为显着;施肥处理对nosZ基因多样性的影响较大,其中仅SF处理较对照CK降低了nosZ基因多样性。对nirS基因进行高通量测序发现,Alphaproteobacteria较Betaproteobacteria对施肥响应较大,Bradyrhizobium是F处理乃至整个nirS-型微生物群落组成的优势菌属,在反硝化过程中起到了关键性的作用。构建系统发育树发现,nirK-型反硝化微生物与Alphaproteobacteria和Betaproteobacteria具有同源性,nosZ-型反硝化微生物与Alphaproteobacteria、Betaproteobacteria、Gammaproteobacteria具有同源性。土壤TN对BF处理的nirS-型反硝化微生物群落变化的影响最大,土壤DON对MF和SF处理的nirS-型反硝化微生物群落变化的影响最大;土壤NH_4~+对F处理的nirK-型反硝化微生物群落变化影响最大;土壤pH对BF处理的nosZ-型反硝化微生物群落结构影响较大;总体上,nirS-、nirK-和nosZ-型反硝化微生物群落分布受土壤pH、SOC、土壤氮素、水分含量的影响较大,同时土壤磷素和钾素也能影响其群落分布。综述所述,菜园土壤温室气体的排放具有一定的季节变化规律,排放高峰主要集中在4-8月且在施肥灌水后均出现了排放峰,与水热条件密切相关。常规化肥减量30%配施秸秆处理降低了菜园土壤CO_2和CH_4排放量,减少了温室气体的增温潜势,但对N_2O减排效果不显着;等养分投入的条件下,生物炭、秸秆配施化肥处理较其他物料处理能减少温室气体的增温潜势。在未影响蔬菜产量下,有机物料与化肥减量配施减少了温室气体排放强度,在一定程度上提高了氮、磷、钾肥的农学利用率。来自不同农业系统的有机物料对菜园土壤涉氮功能微生物(AOA、AOB、nirK、nirS、nosZ)群落结构与丰度的影响各异,秸秆与化肥减量配施处理的AOA和AOB群落结构明显不同于其他物料处理;速效养分成为抑制该试验条件下紫色土AOA和AOB群落结构发展的原因;土壤pH、SOC、土壤氮素、水分含量能显着影响nirS-、nirK-和nosZ-型反硝化微生物群落结构。
（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。
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