鸽粪添加及淹水条件对不同土壤固碳微生物多样性的影响开题报告

1. 研究目的与意义、国内外研究现状（文献综述）

1 本课题研究意义

1．1 研究背景

近年来，温室效应对全球气候造成的影响引人关注。大气中co₂是造成温室效应的主要气体，其效应占总效应的50%左右^[1]。为降低大气中co₂浓度，研究者开发了多种固定co₂的方法，主要分为物理、化学及生物方法。利用微生物固定co₂的生物途径因具有经济环保的特点而受到普遍的重视。固碳微生物是一类可以吸收无机碳并可以将其转化为有机物及自身细胞物质的微生物，作为环境适应能力极为强大的类群，固碳微生物在土壤，大气，海洋中皆有分布^[2]。为进一步了解地球碳循环中固碳微生物扮演角色，越来越多的科研工作者投身于对该类群微生物的研究中。而由于农田中存在丰富的微生物类群且碳同化量巨大，因此对人为耕作农田土壤中固碳微生物的研究具有重大意义^[3]。

2. 研究的基本内容和问题

2 研究内容

一种传统的假定认为, 微生物的分布是各种随机因素(如风、水、动物载体及其它)综合作用的结果, 从而导致其基本的随机空间分布, 及随后的种群在非随机的空间生态位上的增长。因此, 一个可预测的结果是在相似的生境中存在相似的微生物群落, 而不同的生境中则存在着不同的微生物群落。而本实验以土壤中存在丰富的携带cbblr基因的co₂固定自养微生物类群为研究对象，研究三种典型土壤土壤中co₂固定微生物在不同处理下是否存在差异。

为了实现上述目标，本课题将从以下两个方面开展系统的科学研究：

3. 研究的方法与方案

3 实验设计

3．1 技术路线

3．2 实验材料和样品采集

3．2．1 实验材料：采取安徽省宣城市典型红壤、黄淮海平原典型砂土、东北典型粘土为研究对象；鸽粪取于南京周边某一养鸽场。

3．2．2 实验地点：选择安徽省宣城市平原地区免耕稻田为典型研究区域。

3．2．3 取样时期与取样方法：采用自制钢管采样器（半径:17mm；高:24mm）采集3种土壤类型，放于携带的冰盒中,尽快带回实验室处理。

3．3 实验设计

以3种典型土壤为研究对象，分别做淹水和无水处理。具体处理如表1所示。取部分土用于试验设计，部分土用做土壤含水量、土壤理化性质和微生物数量的测定，剩余土样保存于-20℃冰箱中。

表1 试验设计

3．3．1 土样培养：按表1所示试验设计对土样进行培养，共设6个处理，每一处理包括3个重复3个对照，于25℃培养箱中培养，维持土壤含水量为40~60%。

3．3．2 土壤理化性质测定：选取培养30d的土样检测其理化性质，包括土壤有机碳、全氮、全磷、全钾及可溶性氮、磷、钾，具体操作方法参见《土壤农业化学分析方法》。

3．3．3 土壤固碳微生物功能基因扩增：选取30d培养土壤进行固碳基因cbbLR扩增，并用PCR-RFLP方法进行酶切分型及建立克隆文库。分选不同酶切类型送至测序公司测序，并于NCBI数据库比对，MEGA建立系统发育树，并对比不同样品及处理间的差异及关联。

3．4 预测结果

在同样的培养条件下，不同种类的土壤（沙土，粘土及壤土）以及同种土壤的不同添加条件（鸽粪的添加及淹水或旱作处理）对自养固碳微生物的种群有一定的影响，并呈现出一定的规律性。

3．5 可能存在的问题

a.经一系列的实验及对实验结果进行分析发现处理间纵向（不同土壤类型）或横向（不同处理）比较，其规律性不是很突出或无法呈现与现有理论相契合的实验结论。

b.由于前期培养未及时确保土壤样品含水量或其他外在因素不恒定而导致土壤内微生物种群出现偏差。

4. 研究创新点

4 特色及创新之处

本实验中以安徽省宣城市红壤、砂土、粘土作为研究对象，样品典型，因而具有极强的代表性。此外以淹水及鸽粪添加作为处理模拟室外普通旱地土壤，淹水稻田土壤及有机肥的施用对农田土壤环境的改变，以多个角度验证土壤理化条件的变化及其对固碳微生物群落结构的影响。与已有相关研究不同的是，本实验使用天然肥料鸽粪而非有机氮磷钾肥作为土壤施肥制度影响因子，在绿色农业生产中具有极大的应用价值。

5. 研究计划与进展

5 研究进度安排

2016.11-2016.12 设计实验，购买实验仪器、试剂。

2016.12-2017.02 土壤样品采集及处理，土壤添加实验及培养，土壤理化性质测定。