苹果园土壤碳氮比对植株—土壤系统氮素平衡影响的研究

【摘要】本研究通过采集全国12个苹果主产省1583个苹果园土壤,分析了我国苹果园土壤碳氮养分现状；以栖霞市为例,从1984到2012年,每隔14年对同一苹果园(165个)进行土壤采样,研究了土壤质量的动态变化；以平邑甜茶和2年生‘富士’/平邑甜茶为试材,研究了不同土壤C/N对植株生长、碳氮代谢和氮素平衡的影响；应用气压过程分离技术,研究了不同土壤C/N下土壤N素总硝化、反硝化、N20排放的特性；连续三年研究了苹果园土壤C/N与土壤酸化的关系；利用高通量数字基因表达谱(DGE)技术和碳氮双标记技术,研究了低pH营养液对平邑甜茶根系转录组以及不同土壤pH对2年生‘富士’/平邑甜茶生长及碳氮利用的影响；最后研究了添加外源碳对土壤特性和植株生长及氮素平衡的影响。主要研究结果如下：1黑龙江、新疆和云南苹果园土壤有机碳含量较高,山东、河南、河北和陕西较低(6.44～7.76g.kg-1)。土壤全氮含量以山东最高(1.26g.kg-1),其次是北京(1.23g.kg-1),陕西和宁夏最低(0.58和0.68g.kg-1)。土壤C/N最高的是黑龙江(15.42),最低的是山东(6.05)。全国苹果园土壤有机碳、全氮和C/N平均值分别为9.52、0.93g.kg-1和10.34。2随种植年限和养分投入时间的延长,栖霞市苹果园土壤有机碳和全氮含量显著增加,分别由1984年的4.34和0.45g.kg-1,增加为1998年的5.99和0.69以及2012年的7.03和1.14g.kg-1。土壤C/N显著降低,由1984年的9.64降低到1998年的8.54和2012年的6.18。土壤pH显著下降,由1984年的6.33下降到1998年的5.96和2012年的5.32。3随着土壤C/N的逐渐增大,根系干重逐渐增加,而株高、茎粗、地上部干重、植株总干重和15N利用率均先增加后降低,以土壤C/N为20～25时最大。随着土壤C/N的增大,叶片15N分配率逐渐升高,13C分配率逐渐降低；而根系15N分配率逐渐降低,13C分配率逐渐升高。土壤C/N处于20～25时,植株吸收的氮素来自于肥料氮的比例较高,而土壤C/N较低(<15)或太高(>30)时,植株吸收的氮素来自于土壤氮的比例较高。4不同土壤C/N对N素转化及平衡的研究表明：土壤C/N较低时,总硝化、反硝化和N20速率非常高；随着土壤C/N的增加,总硝化、反硝化和N20速率均逐渐降低；当土壤C/N处于较高水平时(>30)总硝化非常低,从而影响了肥料N的有效性。5苹果园土壤酸化驱动因素(N循环、BCs的吸收、P的吸收和S的吸收)研究表明：H+的净产生量随施氮量的增加而显著增加,N循环的产酸量对净H+产生量的贡献随施氮量的增加而显著增大。硝态氮损失量与H+产生量呈正相关,而硝态氮损失量与土壤C/N呈显著负相关,因此低土壤C/N加速了土壤酸化。6数字基因表达谱和碳氮双标记试验表明：与对照(pH为=6.5)相比,根区营养液酸化后(pH为=3.0),平邑甜茶幼苗根系有44个基因的表达被显著上调,1705个基因的表达被显著下调。表达水平发生显著改变的基因主要参与了N代谢、光合进程、次生代谢物的生物合成、激素信号转导、淀粉和蔗糖代谢、类胡罗卜色素生物合成等过程。‘富士’/平邑甜茶植株根系、地上部、植株总干重、根冠比、叶片净光合速率和15N利用率均随土壤pH的降低而降低,且土壤pH越低降低幅度越大。各器官的15N和13C分配率在不同土壤pH处理间呈现相同的变化规律：叶>1年生茎>根>2年生茎。同一器官不同土壤pH处理间15N和13C分配率存在差异,以根和叶最为显著；随土壤pH的降低,叶中的15N和13C分配率逐渐升高,而根中的15N和13C分配率则逐渐降低。7添加外源碳显著影响了N在土壤中的转化和利用。室内土柱模拟方法表明：与单施N相比,添加外源碳后土壤淋溶液体积、NH4+-N和NO3-N浓度及其累积量均显著降低,其中以添加生物质炭效果最好,氮素淋失量仅为N处理的57.87%。田间小区试验也表明：与单施氮肥(N)相比,添加生物质炭(N+B)和秸秆(N+S)显著降低了0-5和5-10cm土壤容重,提高了0-10cm土壤阳离子交换量,以N+B效果较好。植株总干重和15N利用率均以N+B最高,N+S次之,N最低。N+B和N+S显著降低了氮素氨挥发损失,而N20排放量稍微有所增加,但差异不显著。耕层土壤(0-50cm)的15N残留量以N+B最高,N+S次之,N最低；而深层土壤(50-100cm)则正好相反。可见,添加秸秆和生物质炭显著改善了土壤特性,促进了苹果植株生长和对肥料氮的吸收,增加了土壤对氮的固定,减少了氮肥的气态损失,提高了氮肥利用率,其中以添加生物质炭的效果较好。
【作者】葛顺峰；
【导师】姜远茂；
【作者基本信息】山东农业大学，果树学，2014，博士
【关键词】苹果；土壤碳氮比；土壤酸化；氮素平衡；

【参考文献】
[1]沈博.含银、铜、铋的石墨烯复合材料的制备和性能研究[D].中国地质大学（北京）,2014.
[2]陆益民,刘正士,陈晓东,陈心昭.测量系统误差对声场重构精度影响与修正方法[J].农业机械学报.2008(06)
[3]许绍香.白牡丹工艺优化与香气分析研究[D].中国农业科学院,园艺（专业学位）,2012,硕士.
[4]夏汉平,王庆礼,孔国辉.垃圾污水的植物毒性和植物净化效果之研究(英文)[J].植物生态学报,1999,04:2-14.
[5]袁彬.商业保险参与农村医疗保障的研究[D].中南林业科技大学,农业推广,2013,硕士.
[6]殷宗华.中美印地缘政治博弈与中国的战略选择[D].南京师范大学,国际政治,2012,硕士.
[7]陈敏.“不大X”和“不太X”格式的比较分析[D].吉林大学,汉语言文字学,2013,硕士.
[8]肖笠州.大跨屋盖结构基于刚性模型风洞试验的风致振动响应研究[D].西南交通大学,建筑与土木工程,2013,硕士.
[9]魏霄飞.张石川电影研究[D].中国艺术研究院,电影学,2012,硕士.
[10]陈艺.曲面零件精密检测的若干关键技术研究[D].天津大学,仪器仪表工程,2013,硕士.
[11]邢方威.天津近岸海域营养盐分布及沉积物—水界面营养盐交换特性研究[D].天津大学,流体力学,2013,硕士.
[12]刘乙.国内情趣服饰的现状与发展研究[D].苏州大学,设计艺术学,2014,硕士.
[13]张丽.高校知识生态系统的构建与价值实现研究[D].吉林大学,情报学,2013,硕士.
[14]彭锦.知识网络架构研究与原型系统设计[D].浙江大学,2005.
[15]刘晓杰.金属纳米晶电荷俘获型存储单元的制备及其存储效应的研究[D].南京大学,材料物理与化学,2014,博士.
[16]王敏.数控车床CAD/CAM系统中走刀路线的设计计算分析[J].木工机床.2006(02)
[17]孙旭.20世纪90年代以来发达国家经济增长的新特点[D].吉林大学,西方经济学,2014,硕士.
[18]容实才.一种用微处理器控制的可控硅触发电路[J].冶金自动化,1985,01:35-41.
[19]张丽娜.Ka频段通信链路雨衰特性研究[D].西安电子科技大学,电路与系统,2012,硕士.
[20]王新慧.Fe_3O_4/石墨烯纳米复合材料的制备及在锂离子电池中的应用[D].山西师范大学,2014.
[21]傅剑.明代重庆蹇氏家族研究[D].西南大学,中国古代史,2014,硕士.
[22]李娜娜.数据挖掘在医疗保险理赔分析中的应用[D].大连理工大学,软件工程（专业学位）,2013,硕士.
[23]方旭.基于Web of Science的国际危机管理可视化研究[D].安徽大学,情报学,2014,硕士.
[24]裴烨青,刘振鸿,通笑.构建现代人的绿色家园(一)——浅谈绿色生态住宅小区中绿化系统的构建、管理与经济评价[J].住宅产业.2007(05)
[25]江苏省南京市地方税务局课题组.税收信息化的发展目标与实施策略选择[J].税务研究,2002,12:32-35.
[26]李怀祖.“不当出生”损害赔偿研究[D].中国社会科学院研究生院,民法学（专业学位）,2014,硕士.
[27]纪梦娇.大学校园WCDMA网络优化策略研究[D].吉林大学,电子与通信工程,2013,硕士.
[28]王小燕.数据挖掘技术——识别虚假财务报告的利器[J].财会研究,2005,12:34-35.
[29]吉利.企业财务信息管理研究[D].西南财经大学,2006.
[30]李幸瑶.内蒙古农村牧区支付体系建设研究[D].内蒙古大学,工商管理,2012,硕士.
[31]宋腾.基于对比度的视觉显著性研究[D].杭州电子科技大学,计算机技术,2014,硕士.
[32]孙智辉.2009-2011年治疗乙型肝炎核苷酸类似物应用及药学监护的效果分析[D].吉林大学,公共卫生,2012,硕士.
[33]王祥.过渡金属—四唑/咪唑衍生物配体修饰的多金属氧簇组装化学[D].东北师范大学,无机化学,2014,博士.
[34]记者刘霞.石墨烯晶体管开关频率提高1000倍[N].科技日报,2011-02-10001.
[35]邹海.miRNA分子与Notch途径的相互作用对神经胶质瘤的调控机制的初步研究[D].第四军医大学,发育生物学,2012,硕士.
[36]孔雯思.文字史料在高中历史教学中的运用[D].华中师范大学,学科教学,2014,硕士.
[37]王伟莉.新型吲哚类化合物抗癌活性及促凋亡机制的初步研究[D].华东师范大学,基因组学,2013,硕士.
[38]邵立华,刘振喜,王朝辉.防雷系列化接地装置的研究[J].中国铁路.2003(10)
[39]殷和雨.量子密钥分发协议研究[D].山东大学,计算机应用技术,2013,硕士.
[40]滕颖.音乐剧《桂林故事》满妹的唱腔分析[D].广西艺术学院,音乐与舞蹈学,2014,硕士.
[41]郭奇宗.CRH6型动车组转向架载荷谱试验研究[D].北京交通大学,2014.
[42]苏立江.昆钢6号高炉工艺技术装备的特点[J].炼铁.2002(S1)
[43]赵博.宫颈癌术后两种放疗方式剂量学比较及同步放化疗耐受性观察[D].桂林医学院,内科学,2012,硕士.
[44]王强德,井元伟,张嗣瀛.一类不确定非线性系统的鲁棒自适应ε-输出跟踪控制[J].控制与决策,2004,06:711-713+717.
[45]安吉乡.论语文教学中学生意志力的培养[D].湖南师范大学,教育,2004,硕士.
[46]高龙涛.多振型组合的钢管混凝土拱桥Pushover分析[D].哈尔滨工业大学,结构工程,2014,硕士.
[47]朱昌宙.蒸发式风冷冷水机组性能分析与优化[D].湖南科技大学,供热、供燃气、通风及空调工程,2013,硕士.
[48]何伟.设计高性能浮点加法器[D].合肥工业大学,微电子学与固体电子学,2004,硕士.
[49]王晓焕.重大责任事故罪研究[D].南京师范大学,刑法学,2012,硕士.
[50]王力群.新生代农民工的道德判断力培养研究[D].湖南师范大学,思想政治教育,2014,硕士.