秸秆腐解菌剂和微生物产电过程对稻田土壤温室气体排放的影响

【摘要】：我国是世界上重要的农业大国,每年产生大量的农作物秸秆,秸秆是非常丰富、廉价且易于获取的自然资源,如何合理地将这些资源利用起来,既使资源得到充分合理的利用,又使环境不会遭受污染和破坏,成为现代农业面临的一大难题。秸秆还田能有效提升土壤肥力,因而被广泛认可,但也存在着显著增加温室气体排放的弊端。因此,寻找秸秆还田条件下合适的减排措施有很重要的意义。本文研究了添加不同秸秆腐解菌剂处理、纤维素酶处理,秸秆腐解速度的差异和土壤CH4和CO2排放通量的差异,明确秸秆腐解菌剂和纤维素酶对土壤CH4和CO2排放的影响。其主要结果如下：(1)不同秸秆腐解菌剂对秸秆腐解的影响存在很大差异,本研究中“瑞莱特”微生物催腐剂(RL)对秸秆腐解的促进作用最明显,且CH4累积排放量与60d后秸秆失重率显著正相关(R=0.491,p0.05),60d后秸秆失重率与CO2累积排放量无显著相关性。在温室培养条件下,本研究中使用的几种秸秆腐解菌剂均对秸秆腐解无显著的促进作用；秸秆腐解菌剂与纤维素酶联用也对秸秆腐解无显著的促进作用,同时显著增加了CH4和CO2的排放(p0.05)。(2)在不同温度下,相比于对照组(CKh),“金葵子”腐秆剂(JKh)中的微生物更能适应40℃的高温条件,能在该条件下显著提高秸秆失重率(p0.05),有效发挥促进腐解作用,且能显著减少CH4和CO2排放(p0.05)。另外,本文设置了连接不同外阻和添加不同量秸秆的微生物燃料电池(MFC)用于微生物产电,测量了土壤CH4和CO2排放通量的差异,分析了不同实验条件下产甲烷古菌和甲烷氧化细菌的丰度,以及运行MFC后土壤理化性质的差异,明确微生物产电过程对土壤CH4和CO2排放的影响,及其微生物学机理。其主要结果如下：(1)MFC连接的外阻越小CH4排放峰值越低、累积排放量越少,CH4的30d累积排放量与MFC连接的外阻呈极显著相关(R=0.817,p0.01)；MFC连接不同外阻CO2排放峰值和累积排放量均无显著差异,CO2的30d累积排放量与MFC连接的外阻也没有显著相关关系(p0.05)。(2)CH4的排放与秸秆添加量有极显著正相关(开路组OC：R=0.941,p0.01；闭路组CC：R=0.946,p0.01),CO2的排放与秸秆添加量也有显著正相关(开路组OC：R=0.871,p0.05；闭路组CC：R=0.785,p0.05,)；另外,与开路相比,运行添加0.5%秸秆MFC可显著减少CH4累积排放量47.43%(p0.05),不添加秸秆无显著差异,添加1%秸秆和添加2%秸秆的MFC则分别显著增加CH4排放52.05%和131.07%(p0.05)；运行MFC对CO2排放无显著影响。(3)相同秸秆添加量的开路组与闭路组之间产甲烷古菌丰度无显著差异(p0.05),秸秆添加量为0.5%的开路组与闭路组之间甲烷氧化细菌丰度也无显著差异(p0.05),但秸秆添加量为2%的开路组(OC4)甲烷氧化细菌丰度显著高于对应的闭路组(CC4),因此在秸秆添加量为0.5%时,MFC对CH4的减排效应占主导,在秸秆添加量为2%时,MFC对CH4氧化的抑制效应占主导。同时,本文研究了在盆栽水稻条件下添加不同量秸秆MFC土壤CH4和CO2排放通量的差异,分析添加不同量秸秆条件下运行MFC后土壤理化性质的差异,来明确盆栽水稻条件下MFC对土壤CH4和C02排放的影响,以及放大实验规模和种植水稻对CH4和CO2排放规律是否会产生影响。结果显示,盆栽水稻条件下结果与未种植水稻时相似,同时,运行MFC对水稻生长无显著影响。本研究明确了秸秆腐解菌剂和纤维素酶对土壤CH4和CO2排放的影响；明确了微生物产电过程对土壤CH4和C02排放的影响,及其微生物学机理。为秸秆还田条件下温室气体的减排提供了新的思路和方法。 【关键词】：稻田土壤 温室气体 微生物燃料电池 产甲烷古菌 甲烷氧化细菌 秸秆腐解菌剂
【学位授予单位】：南京师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X172;X712
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-11
• 第1章 绪论11-26
• 1.1 稻田甲烷排放及其相关功能微生物11-15
• 1.1.1 稻田甲烷的产生、氧化与传输11-14
• 1.1.2 稻田产甲烷古菌与甲烷氧化细菌14-15
• 1.2 秸秆还田对稻田土壤温室气体排放及微生物的影响15-17
• 1.2.1 秸秆还田技术及其优缺点15
• 1.2.2 秸秆还田对稻田土壤温室气体排放的影响15-16
• 1.2.3 秸秆还田对稻田土壤微生物的影响16
• 1.2.4 稻田CH_4减排措施16-17
• 1.3 秸秆腐解菌剂对秸秆腐解和土壤温室气体排放的影响17-18
• 1.3.1 秸秆腐解菌剂和外源添加纤维素酶对秸秆腐解的作用17-18
• 1.3.2 秸秆腐解菌剂对土壤温室气体排放的影响18
• 1.4 微生物产电过程及其对土壤甲烷排放的影响18-23
• 1.4.1 产电微生物及其产电机理20
• 1.4.2 微生物燃料电池的发展与应用20-22
• 1.4.3 微生物产电过程对温室气体排放的影响22-23
• 1.5 研究背景和研究内容23-26
• 1.5.1 研究目的与意义23-24
• 1.5.2 研究内容24
• 1.5.3 拟解决的关键科学问题24
• 1.5.4 技术路线24-26
• 第2章 秸秆腐解菌剂和纤维素酶对稻田土壤温室气体排放的影响26-42
• 2.1 前言26
• 2.2 材料与方法26-30
• 2.2.1 供试土壤26-27
• 2.2.2 秸秆腐解菌剂和纤维素酶27
• 2.2.3 秸秆腐解实验设计27-28
• 2.2.4 秸秆腐解指标测定28
• 2.2.5 土壤基本理化性质测定28
• 2.2.6 温室气体的采集与测定28-30
• 2.2.7 数据处理方法30
• 2.3 结果与分析30-39
• 2.3.1 秸秆腐解菌剂和纤维素酶对秸秆的腐解效果30-31
• 2.3.2 秸秆腐解菌剂和纤维素酶对温室气体排放的影响31-32
• 2.3.3 不同温度微域培养下秸秆的腐解情况及温室气体排放的变化32-39
• 2.4 讨论39-41
• 2.4.1 秸秆腐解菌剂和纤维素酶对秸秆腐解和温室气体排放的影响39-40
• 2.4.2 不同温度及秸秆腐解菌剂对秸秆腐解和温室气体排放的影响40-41
• 2.5 小结41-42
• 第3章 微生物产电过程对稻田土壤温室气体排放的影响42-57
• 3.1 前言42
• 3.2 材料与方法42-47
• 3.2.1 供试土壤42-43
• 3.2.2 电池构建43
• 3.2.3 土壤基本理化性质测定43-44
• 3.2.4 水层溶解氧测定44
• 3.2.5 温室气体的采集与测定44-45
• 3.2.6 电压采集与电量计算45
• 3.2.7 电池中土壤氧化还原电位的测定45
• 3.2.8 电池中土壤样品采集45
• 3.2.9 土壤DNA提取、产甲烷古菌和甲烷氧化细菌功能基因丰度分析45-46
• 3.2.10 数据处理方法46-47
• 3.3 结果与分析47-54
• 3.3.1 微生物产电过程中电压变化、总电量和最大功率密度47-48
• 3.3.2 微生物产电过程中CH_4排放48-50
• 3.3.3 微生物产电过程中CO_2排放50-52
• 3.3.4 添加不同量秸秆产电结束后土壤和水层各项指标的差异52-53
• 3.3.5 产电结束后产甲烷古菌和甲烷氧化细菌功能基因丰度的差异53-54
• 3.4 讨论54-56
• 3.4.1 不同外阻对微生物产电过程中温室气体排放的影响54
• 3.4.2 添加不同量秸秆对微生物产电过程中温室气体排放的影响54-55
• 3.4.3 稻田土壤产电过程影响温室气体排放的微生物学机理55-56
• 3.5 小结56-57
• 第4章 盆栽水稻条件下微生物产电过程对稻田土壤温室气体排放的影响57-67
• 4.1 前言57
• 4.2 材料与方法57-59
• 4.2.1 供试土壤57
• 4.2.2 电池构建57-58
• 4.2.3 土壤基本理化性质测定58
• 4.2.4 温室气体的采集与测定58-59
• 4.2.5 水稻植株地上部分株高、植株生物量及产量测定59
• 4.2.6 水稻根际土壤样品的采集59
• 4.2.7 数据处理方法59
• 4.3 结果与分析59-65
• 4.3.1 微生物产电过程中电压变化、总电量和最大功率密度59-60
• 4.3.2 微生物产电过程中CH_4排放60-62
• 4.3.3 微生物产电过程中CO_2排放62-63
• 4.3.4 添加不同量秸秆水稻收获后土壤理化性质的差异63-64
• 4.3.5 添加不同量秸秆微生物产电过程中水稻生长情况64-65
• 4.4 讨论65-66
• 4.4.1 盆栽条件下添加不同量秸秆对微生物产电过程中温室气体排放的影响65-66
• 4.4.2 盆栽条件下添加不同量秸秆对水稻生长的影响66
• 4.5 小结66-67
• 第5章 总结与展望67-69
• 5.1 主要结论67-68
• 5.2 研究特色及创新点68
• 5.3 研究展望68-69
• 参考文献69-80
• 附录80-81
• 致谢81

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

稻田甲烷排放及产生、转化、输送机理    王明星,李晶,郑循华

杂色云芝产木质纤维素酶及对稻草秸秆的降解    宋安东,张百良,吴坤,黄保

串/并联微生物燃料电池的性能    李顶杰;何辉;卢翠香;李浩然;杜竹玮;

植物内生真菌强化还田秸杆降解的研究    史央,戴传超,吴耀春,袁志林

秸秆还田后土壤微生物群落结构变化的初步研究    赵勇;李武;周志华;张晓君;潘迎捷;赵立平;

不同腐解剂对麦秸秆腐解的初步研究    吴琴燕;陈宏州;杨敬辉;朱桂梅;潘以楼;

秸秆腐解剂在秸秆还田中的效果研究初报    李庆康,王振中,顾志权,张永春,潘玉梅,赵强基

秸秆还田量对土壤CO_2释放和土壤微生物量的影响    强学彩,袁红莉,高旺盛

秸秆还田对中国农田土壤温室气体排放的影响    贺京;李涵茂;方丽;胡啸;孔维才;

几种农药对双季稻区厌氧纤维分解菌活力的影响    刘金胜;廖晓兰;黄璜;

氮磷钾、小麦秸秆还田及播种量对小麦产量及其构成因素的影响    宋朝玉;张继余;王振华;李祥云;刘洪明;王圣健;高峻岭;

油菜秸秆速腐剂堆肥及其肥效试验    汪根法;

生物降解木质素研究新进展    张辉;戴传超;朱奇;杨启银;

不同还田方式作物秸秆腐解特征研究    王允青;郭熙盛;

植物残体在不同利用方式红壤中的腐解及对红壤微生物区系的影响    田林双;戴传超;史央;王兴祥;赵庆新;

国内外秸秆类微生物发酵饲料的研究及应用进展    饶辉;

培养条件对白腐菌分泌漆酶的影响    张利萍;高慧;

北京地区甲烷排放的变化趋势和分布特征    苏芳,邵敏,张敏

稻草不同时期施入土壤对日光温室番茄生长发育影响    武春成;曹霞;毛秀杰;张慎好;

稻田甲烷排放监测技术研究    王秀珍;郑长春;黄敬峰;

内生菌拟茎点霉B3促进大田水稻增产的研究    戴传超;袁志林;杨启银;史青山;李霞;

油脂植物内生真菌的分离筛选及其利用秸秆发酵微生物油脂的新途径    彭小伟;马萱;陈洪章;

桑树内生真菌Macrophomina phaseolina MOD-1生产油脂及降解纤维素性能研究    高绘菊;窦学娥;杨悦;牟志美;

长期施肥对湖南稻田甲烷排放的影响    秦晓波;李玉娥;刘克樱;

不同施肥处理稻田甲烷和氧化亚氮排放特征    秦晓波;李玉娥;刘克樱;万运帆;

玉米秸秆还田对冬小麦土传病害影响的研究    甄文超;

耕作方式和秸秆还田对稻田表层土壤微生物群落结构和多样性的短期影响    郭梨锦;曹凑贵;张枝盛;刘天奇;李成芳;

中国种植业生态效益与经济效益协调性区域比较研究——基于净碳汇视角    田云;张俊飚;

用于光合产氢的秸秆微生物预处理技术实验研究    蒋丹萍;张全国;王毅;周雪花;赫倚风;

砂姜黑土区小麦玉米一年两熟秸秆全量还田对夏玉米生育及产量影响研究    沈学善

生物质炭输入对土壤氮素流失及温室气体排放特性的影响    刘玉学

大气CO_2、CH_4和CO浓度资料再分析及源汇研究    张芳

长江源区高寒草地生态系统变化及其碳排放对气候变化的影响    白炜

黄土高原农业土地利用对土壤呼吸与有机碳贮量的影响    陈先江

秸秆循环利用模式、物流能流分析及功能评价    高雪松

土壤动物活动对农田温室气体（CO_2、N_2O）排放的影响    罗天相

基于模型和GIS技术估算1955-2005年中国稻田甲烷排放    王平

土地利用变化碳排放效应研究    卢娜

杂色云芝液态和固态发酵产漆酶及离子液体对生物质预处理的研究    朱友双

等高绿篱—农业复合系统土壤CO_2和N_2O排放特征    莫琼

玉米秸秆腐解复合菌系CSS-1的构建、菌群组成及腐解特性研究    刘尧

闽江河口沼泽湿地土壤甲烷产生潜力及其影响因子    陈重安

闽江口互花米草湿地甲烷与二氧化碳通量研究    鄂焱

闽江河口芦苇湿地甲烷和二氧化碳排放通量分析    廖稷

中亚热带土地利用变化对山地土壤甲烷氧化的影响研究    钟小剑

适应秸秆还田的多功能菌剂对冬小麦土传病害的防控效果及还田效应    李珊

微生物菌剂及耕作方式对小麦/玉米土壤生物化学特性的影响    李小磊

提高微生物燃料电池性能的电极材料研究    迟美玲

秸秆还田与全膜双垄集雨沟播耦合对玉米资源利用效率及土壤质量的影响    吴荣美

绩溪县秸秆腐熟菌剂大田对比试验初报    温从雨;王华良;程扶旗;

瑞莱特微生物催腐剂在甘蔗叶中的腐熟试验    黄春红;唐章亮;文慕芬;

利用微生物电池研究微生物在矿物表面电子传递过程    冯雅丽;李浩然;连静;周良;

秸秆覆盖对桑园土壤微生物年变化的影响    刘刚,佟万红,杜周和

秸秆常温快速腐熟生物菌剂的筛选    姜佰文;王春宏;李建林;吴立全;崔正忠;

旱作麦田秸秆覆盖的生态综合效应研究    巩杰,黄高宝,陈利顶,傅伯杰

高留麦茬的整体效应与配套技术研究    吴崇海，李振金，顾士领

直接微生物燃料电池的构建及初步研究    连静;冯雅丽;李浩然;刘志丹;周良;

Rhodoferax ferrireducens微生物燃料电池中钒化合物的催化性能    李少华;杜竹玮;祝学远;刘巍;傅德贤;李浩然;

含海水的废水COD的测定方法试验    于令第;李绍英;

垃圾渗出液微生物循环接种强化堆肥试验研究    李明

高效纤维素降解菌株的筛选及其复合系菌剂在秸秆堆肥中的应用    胡华

复合污染旱田黄土中还田秸秆动态腐解的光谱学特性    范春辉;张颖超;许吉婷;王家宏;

九龙江口秋茄(Kandelia candel)红树林掉落叶自然分解与落叶腐解微生物的关系    庄铁诚;林鹏;

农田生态条件下植物残体腐解过程腐解物的能态变化特征    张春慧，张一平，窦连彬

复合菌系RSS-4腐解稻秆过程中的菌系动态变化    沈德龙;刘甲锋;李力;陈慧君;关大伟;姜昕;李俊;

玉米秸杆腐解过程中跳虫群落结构的变化    刘永琴;徐兴全;童昱;

小麦秸秆高效腐解菌复合系WSS-1的选育及其菌群分析    李文学;李力;李俊;沈德龙;姜昕;

不同腐解期玉米秸秆对塿土胡敏酸基本性质及级分变异的影响    王旭东,胡田田,张一平

辣椒秸秆腐解物化感作用的研究    侯永侠;周宝利;吴晓玲;付亚文;王月英;

水稻秸秆腐解复合菌系RSS-4的选育及其腐解特性    刘甲锋;李力;陈慧君;关大伟;姜昕;李俊;沈德龙;

秸秆腐解物覆盖对园林土壤理化性质的影响    时连辉;韩国华;张志国;刘登民;王清萍;

粪肥腐解过程铜锌的形态分布及其竞争关系    王旭东;卢丽兰;

不同用量速腐剂对玉米秸秆的腐解效果    杜金钟;孙美然;赵志兰;邢素丽;

气候和土壤类型对秸秆长期腐解过程中秸秆组成与微生物群落结构协同演变的影响    孙波;王晓玥;蒋瑀霁;汪峰;

有机物料不同腐解期胡敏酸的性质变化    王旭东;胡田田;陈多仁;张一平;

不同水氮条件下不同微生物腐解剂对玉米秸秆腐解效果研究    王凌;郝桂琴;何玲;耿暖;茹淑华;孙世友;张国印;

烤烟秸秆快速腐解还田    省土壤肥料工作站供稿

秸秆还田五注意    王信

秸秆还田“五注意”    薛志成

秸秆还田和施氮量对寒地水稻生长及土壤养分的影响    王麒

培养条件下小麦及玉米秸秆在土壤中的腐解特性研究    Shaukat Ali Abro

大蒜秸秆腐解物化感作用研究及化感物质鉴定    韩旭

秸秆腐解菌剂和微生物产电过程对稻田土壤温室气体排放的影响    蔡旅程

水生植物腐解—生长—水质的耦合关系研究    马月

还田麦秸腐解动态及其与施氮的关系    路平

广西主要作物秸秆腐解特征研究    罗文丽

植物残体腐解过程物质组成与能量变化特征    赵聪

水稻与小麦两种秸秆及其组分在淹水土壤中腐解进程的差异    徐一然

不同作物残体在不同土壤中的腐解和养分释放速率研究    邵丽

两种耕作方式下黄土高原旱作农田还田玉米秸秆腐解特征与养分释放研究    牛怡

粪肥腐解过程不同溶性腐殖物质结合态铜锌的动态变化    卢丽兰

还田秸秆腐解特征及其对稻田土壤碳库的影响研究    陈尚洪