太阳辐射减弱对微生物多样性的影响开题报告
2021-12-27 09:12
全文总字数：5141字
1. 研究目的与意义及国内外研究现状
地球所接受到的太阳辐射是地球大气运动的主要能量来源，也是地球光热能的主要来源，而到达地表的太阳辐射是地球生命的最终能量源泉，是影响气候和环境变化的重要因子[1][2]。到达地面上的太阳辐射量的变化较大，这是在太阳辐射到达地球表面的过程中，大气对太阳辐射的吸收和散射引起的，这与大气的成分、云量、大气中的水分含量和悬浮物含量密切相关[3]。近年来大气混浊度和大气中悬浮粒子浓度的增加是引起中国某些地区直接辐射量下降的可能原因之一[4]。由于城市发展，不同城市空气中污染物浓度增加，大气透明度降低，使到达地表的太阳辐射发生变化[5]。有研究表明，太阳辐射从20世纪50年代到90年代有明显降低的趋势，这种现象称为“全球变暗”[6]。目前，近地层大气太阳辐射减弱已经成为全球科学家和公众密切关注的重要环境问题。
土壤微生物是农田生态系统的重要组成部分，在动植物残体分解、养分循环、氮的固定、土壤结构与肥力保持和病虫害防治等方面都起着很重要的作用[7]。土壤微生物多样性影响土壤生态系统的结构功能及过程，是维持土壤生产力的重要组分[8]。
太阳辐射通过改变光合有效辐射( par) ，使作物光合作用到受抑制，作物减产，改变了碳、氮在植物中的分配[9][10][11]，也改变了土壤中凋落物以及植物根系分泌物的数量和成分，改变了土壤温、湿度和p h值[9]，这将对土壤生态系统产生影响，从而影响土壤微生物的多样性。
2. 研究的基本内容
大田试验条件下通过设置不同梯度的辐射减弱处理,开展太阳辐射减弱对冬小麦根际土壤微生物多样性的影响。
以冬小麦为供试作物,通过大田试验和实验室分析方法系统研究太阳辐射减弱的影响,包括：
（1）太阳辐射减弱与微生物代谢功能多样性的关系
3. 实施方案、进度安排及预期效果
4.1 大田实验概况
2017年4月，在南京信息工程大学农业气象试验站进行冬小麦生长季田间观测试验。该地位于32．16N，118．86E， 月平均温度为 ℃，平均降水为 mma－ 1。供试土壤的土壤质地为壤质黏土，耕层土壤黏粒含为 26．1% ，土壤 p H( H2O) 6.2，有机碳和全氮的含量分别为 19．4 和 1．15 gkg－ 1。
供试作物为扬麦6号，为当地主栽品种，水肥供应适量而充分，其他农田管理措施均相同，无病虫害及杂草的影响。分别于上年12月播种，次年4月开始遮荫，分别于5月小麦抽穗期采根际土壤样。按五点取样法，定点分别选取 5 株冬小麦，将其 0 ～ 20 cm 耕层根系区土样挖出，抖去根系外围的土壤，取紧贴在根表附近的土样，混合后作为根际土，再用四分法，取适量装于无菌纸袋中，立即带回实验室，用于土壤微生物多样性的测定。
4.2 模拟辐射减弱试验设计
利用不同透光度( 网孔密度不同) 的黑色聚乙烯遮荫网，以镀锌钢管为主要支柱，搭建成 3 m 3 m 3 m 的立方体，两两间隔 3 m，用铁丝在遮荫棚的顶部搭建可以上下调节的网状结构，用以支撑遮荫网搭。采用 TBQ-2 型总辐射表对不同处理下，达到冬小麦冠层的太阳总辐射强度进行监测，使不同遮光处理下的辐射透过梯度为20%，40%，60%，100%（100%为对照组，对照样地为完全自然环境）。共 4 个处理，每处理 3 次重复。且随着冬小麦生长高度变化，调节遮荫网与冬小麦冠层间的距离，根据情况适当更换遮荫网，保证网下空气流通，使到达植物冠层的太阳总辐射变化量控制在预设值5% 范围内。以此模拟太阳辐射减弱的背景，研究其对生长季麦田土壤根际微生物多样性的影响。
4.3 微生物多样性的测定方法
4.3.1biolog微平板法
Biolog Eco Plates TM 技术是一种酶联免疫吸附剂测定方法[20]，用于测定微生物对碳源利用多样性。
操作步骤: 称取抽穗期各处理10g新鲜土壤于灭过菌的三角瓶中，加入90mL无菌NaCl溶液(0.85% )，用无菌棉花封口后，在摇床振荡(200 rmin－ 1) 30 min，在超净工作台中用无菌 NaCl 溶液( 0.85% ) 稀释到 10－ 3，，稀释液经离心去除残留的土壤后，上清液用于接种，用 8 通道加样器将稀释 1000 倍的菌液加入 Biolog 生态板培养板上，每孔加 150μL，每样 3次重复。将接种的Biolog 生态板放在25 ℃培养箱中培养10 d，每隔24 h用 Biolog微平板读数器读取培养板在590nm波长处的吸光值。
土壤微生物群落功能多样性指数的计算公式
| 多样性指数 | 作用 | 公式 | 备注 |
| 平均孔吸光度(average well-color development，AWCD) | 测定土壤微生物利用单一碳源的能力
| AWCD = ∑( Ci－Ｒ) /n
| Ci为各反应孔在 590 nm 下的吸光度，Ｒ 为对照孔的吸光值，Ci－ Ｒ ≤0 的孔在计算中记为 0。n为培养基碳源种类数，本研究中为 31。
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| Shannon- wiener指数 | 评估群落丰富度和均匀度反应物种多样性
| H = － ∑Pi ln Pi | Pi = ( Ci － Ｒ)/ ∑( Ci － Ｒ)
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| Richness 指数 | 表示群落丰富度指数 | Ci＞ 0． 2 | Ci＞ 0． 2 则代表该孔碳源被利用，该孔即为反应孔
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| Evenness 均匀度指数 | 通过 Shannon指数计算出的均匀度 | E = H / ln S | S 为颜色变化孔的数目
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| Simpson 指数 | 评估某些最常见种优势度指数 | D = N ( N－1) / ∑ni ( ni－1) | ni为第 i 孔的相对吸光值( C-Ｒ)，N 为相对吸光值总和 |
4.3.2磷脂脂肪酸谱图分析法 ( PLFA)
PLFA 常被用于研究复杂群落中微生物的多样性，表征在数量上占优势的土壤微生物群落，可用于了解微生物群落结构，包括不可培养微生物[21][19]。
操作步骤：该方法首先是利用有机溶剂将土壤微生物中的磷脂脂肪酸浸提出来，然后再进行分离纯化，最后利用标记脂肪酸，通过气相色谱（GC）等仪器分析方法，得到土壤微生物的磷脂脂肪酸组成图谱，进而得到不同脂肪酸的含量和种类。
4.4进度安排
2017.1.4-2017.2.26收集、查阅文献资料、撰写开题报告；
2017. 实验和分析数据；
2017. 撰写论文初稿；
2017. 修改完善论文准备答辩。
4.5预期效果
论文能够在总结国内外辐射减弱的影响相关研究基础上，基于遮荫实验和微生物纯培养方法，biolog微平板法，磷脂脂肪酸(PLFA)谱图分析法方法，得出太阳辐射减弱对微生物多样性的影响。
4. 参考文献
[1]wild m.global dimming and brightening:a review [j].
j.geophys.res.，2009，114（21）：d00d16.1-d00d16.31.
[2]ipcc.climate change 2001:the scientific basis.contribution
