生物炭對(duì)華北潮土土壤碳、氮及微生物特性的影響.pdf

1、生物炭作為土壤添加劑，被視為保障國(guó)家糧食安全、改善土壤生態(tài)系統(tǒng)功能和解決土壤環(huán)境問(wèn)題的新途徑，已成為當(dāng)今世界土壤環(huán)境領(lǐng)域的研究亮點(diǎn)。生物炭不僅影響土壤內(nèi)在的理化性質(zhì)和生物學(xué)特性，而且在許多生物地球化學(xué)過(guò)程中起著關(guān)鍵性作用，尤其是在碳、氮素循環(huán)中更為突出。本論文以玉米秸稈為原料，在300℃、450℃和600℃下制備生物炭并對(duì)其進(jìn)行性質(zhì)表征測(cè)定；通過(guò)盆栽和田間試驗(yàn)，采用15N示蹤、土壤酶學(xué)和分子生態(tài)等方法和技術(shù)，研究生物炭及其與氮肥配施對(duì)華

2、北石灰性潮土土壤碳、氮及微生物特性的影響，并闡明生物炭與土壤碳、氮的相互作用機(jī)理，旨在為生物炭與氮肥合理施用、作物增產(chǎn)增效、保護(hù)農(nóng)田生態(tài)環(huán)境提供科學(xué)依據(jù)。研究取得以下進(jìn)展：
　?。?）在300℃、450℃和600℃下制備的生物炭（MC300、MC450和MC600）基本成分中主要是C，其次是O和次生礦物（Ca、Mg、Si、P和K等）。隨著裂解溫度的升高，pH值、灰分含量、C含量、比表面積、孔體積、芳香碳含量和堿性基團(tuán)含量均增加，而

3、生物炭的產(chǎn)率、H和O含量、H/C和O/C原子比以及生物炭表面酸性基團(tuán)均顯著降低。電導(dǎo)率（EC）和礦質(zhì)元素總量（水溶性和交換性K、Na、Ca、Mg）隨裂解溫度的增加而先增后減，以MC450值最大或含量最高。裂解溫度對(duì)生物炭官能團(tuán)的種類無(wú)顯著影響，對(duì)其豐富程度影響顯著。試驗(yàn)表明，MC300的橫截面出現(xiàn)明顯管狀孔結(jié)構(gòu)，但大多數(shù)孔內(nèi)壁上附著了一些顆粒狀物質(zhì)，而MC450和MC600表面結(jié)構(gòu)更加明顯和光滑，而且還可以觀察到MC600表面有更小孔徑

4、的孔洞出現(xiàn)。MC300的外表面輪廓略顯雜亂、不太清晰，且附著諸多顆粒，而MC450和MC600表面排列整齊、清晰，胞壁越來(lái)越薄。
　?。?）盆栽試驗(yàn)表明，所有添加生物炭的土壤 pH值、有機(jī)碳、全氮、水溶有機(jī)碳和微生物量碳氮含量較對(duì)照（MC0）均顯著增加，而土壤水溶性氮和硝態(tài)氮含量有所降低。土壤有機(jī)碳、水溶性有機(jī)碳、微生物量碳和氮含量隨裂解溫度的增加而降低。研究發(fā)現(xiàn)，在冬小麥成熟期MC450處理提高了土壤EC和全氮含量，而MC300

5、處理提高了土壤微生物量碳、氮含量。不同裂解溫度的生物炭對(duì)肥料氮的去向影響顯著，所有添加生物炭的處理15N利用率均顯著提高，而15N的損失率降低，其中450℃裂解的生物炭下肥料氮的利用率最高，較MC0增加7.2％，且損失率最低，較MC0降低8.2%。土壤酶活性對(duì)不同裂解溫度生物炭的響應(yīng)各異，生物炭均能提高土壤有機(jī)氮分解酶和碳水化合物分解酶類活性。600℃裂解的生物炭降低了碳水化合物分解酶類活性，而提升了有機(jī)氮分解酶類活性。其中，450℃裂

6、解的生物炭顯著提高土壤β-葡萄糖苷酶、纖維二糖苷酶和氨態(tài)基酶活性。土壤全氮和微生物量碳是土壤酶活性的主要影響因素。所有添加生物炭的處理均顯著增加了土壤PLFA總量、細(xì)菌和放線菌摩爾百分比，而降低了土壤革蘭氏陽(yáng)性菌與陰性菌之比和真菌摩爾百分比。土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的變化與土壤硝態(tài)氮含量密切相關(guān)。總的來(lái)看，450℃裂解的生物炭對(duì)土壤肥力提升，增加碳存儲(chǔ)和氮肥的利用率更有效。
　　（3）田間試驗(yàn)表明，生物炭對(duì)土壤養(yǎng)分含量、微生物量碳氮及作

7、物產(chǎn)量有極顯著影響（P＜0.01）。隨生物炭用量的增加，土壤有機(jī)碳、全氮、水溶性有機(jī)碳、硝態(tài)氮含量、以及SOC/TN比值均顯著增加，其中MC22.5處理其含量均達(dá)最大值，且較對(duì)照（MC0）分別增加了165.0%、74.1%、39.1%、75.1%和44.0%。土壤微生物量碳、氮含量和作物產(chǎn)量均以生物炭施用量為7.5t/hm2時(shí)達(dá)最大值，較對(duì)照（MC0）分別增加了49.2%、57.6%和46.1%。隨著氮肥施用量的增加SOC、DOC、NH

8、4+-N、MBC、MBN含量和作物產(chǎn)量均先增后減，在施氮水平為150 kg/hm2時(shí)其含量均達(dá)最大值，較對(duì)照（N0）分別增加了29.7%、22.9%、44.8%、79.4%和115.3%。所有施氮處理作物產(chǎn)量均高于 N0，但處理之間差異不顯著。土壤全氮和微生物生物量碳含量是導(dǎo)致土壤胞外酶活性變化的主導(dǎo)因素。微生物群落結(jié)構(gòu)的變化與土壤pH值和微生物量碳含量密切相關(guān)。生物炭7.5 t/hm2和氮肥150 kg N/hm2配施作物產(chǎn)量最高，較