生物炭對(duì)淹水土壤中鐵還原過程的影響及對(duì)減弱土壤鹽漬化的貢獻(xiàn).pdf

1、中國針對(duì)鹽堿土改良的研究已積累大量的成果，其措施也表現(xiàn)出多樣性，其中“旱改水”措施在一些地區(qū)已體現(xiàn)出顯著的功效。然而，在“旱改水”過程中，土壤中的鹽分依舊存在，如何有效地降低鹽分的影響，是該措施推廣和擴(kuò)大利用范圍的核心。生物炭(biochar)是有機(jī)質(zhì)在缺氧環(huán)境下經(jīng)熱化學(xué)轉(zhuǎn)化而形成的多孔含碳固體，具有適于在環(huán)境中長(zhǎng)時(shí)間并安全貯存碳的物理、化學(xué)和生物學(xué)性質(zhì)。向土壤中加入生物炭，不僅可改變土壤中的離子平衡、調(diào)節(jié)鹽基離子濃度和pH，而且能夠顯

2、著提高土壤中微生物的活性及多樣性，改善微生物的附著性能，促進(jìn)土壤微生物的生長(zhǎng)，進(jìn)而可強(qiáng)化生物抗鹽和生物凈化的能力。在中國各大農(nóng)業(yè)區(qū)進(jìn)行的試驗(yàn)表明，在鹽堿瘠薄土壤、環(huán)境污染土壤、退化板結(jié)土壤上施用生物炭，均表現(xiàn)出快速消除低產(chǎn)因子，規(guī)避和控制重金屬污染，遏止鹽分上升等多種良好作用。在鹽堿地施用生物炭，能夠降低土壤pH和鹽分離子含量，而該研究目前只限于旱地土壤。在“改水”后，土壤形成厭氧環(huán)境，在干濕交替變化中，由微生物介導(dǎo)的異化鐵還原過程在稻

3、田土壤厭氧環(huán)境中占據(jù)重要地位，添加生物炭能夠改變鹽基離子、微生物及有機(jī)物的聚集狀態(tài)，所以伴隨的厭氧微生物學(xué)過程也會(huì)發(fā)生改變。此外，脫氫酶活性是也表征環(huán)境氧化還原狀態(tài)的一個(gè)重要參數(shù)，它與土壤中微生物的活性及種群信息密切相關(guān)。因此，研究“旱改水”與生物炭配合使用對(duì)鹽堿地的改良效果和機(jī)理對(duì)減弱土壤鹽漬化有重要意義。本論文通過淹水模擬“旱改水”過程，添加不同用量和粒徑的生物炭，分析該過程中體系pH、鐵還原過程、脫氫酶活性以及游離碳酸鹽、碳酸氫鹽

4、的變化及其之間的相互關(guān)系，以探究生物炭對(duì)淹水土壤中微生物過程的影響及添加生物炭后淹水土壤中碳酸鹽賦存形態(tài)的變化特征，為闡述生物炭在淹水土壤中的作用機(jī)理提供必要的理論依據(jù)，進(jìn)而闡明生物炭在“旱改水”措施中降低土壤鹽堿化的機(jī)理。研究主要得到以下結(jié)論:
　　(1)“旱改水”措施能夠降低鹽堿土pH，促進(jìn)Fe(Ⅲ)還原過程和脫氫酶活性，有效降低了游離碳酸鹽的含量。pH、Fe(Ⅱ)含量、碳酸鹽、碳酸氫鹽含量中各因素之間均表現(xiàn)出極顯著的相關(guān)關(guān)系

5、。
　　(2)生物炭能提高吉林(JL)、寧夏(NX)、天津(TJ)土中的脫氫酶活性和鐵還原能力，不同生物炭用量處理之間差異顯著。不同生物炭用量對(duì)脫氫酶活性和鐵還原能力的影響，表現(xiàn)為隨著生物炭用量的增加脫氫酶活性和鐵還原能力增大。JL、NX、TJ土中，添加生物炭的處理最大鐵還原潛勢(shì)分別增加了1.3％-2.6％、1.5％-7.6％、0.3％-6.5％，脫氫酶最大活性分別增加了57.9％-130.0％、53.3％-151.3％、63.8

6、％-136.9％。鐵還原最大潛勢(shì)與達(dá)到脫氫酶最大生成速率對(duì)應(yīng)的時(shí)間極顯著相關(guān)，兩者在培養(yǎng)過程中相互促進(jìn)。
　　(3)生物炭能夠提高吉林(JL)和天津(TJ)兩種土壤中脫氫酶活性和鐵還原能力，不同生物炭粒徑處理之間差異顯著。不同粒徑生物炭對(duì)脫氫酶活性和鐵還原能力的影響，表現(xiàn)為隨著生物炭粒徑的減小脫氫酶活性和鐵還原能力增大。脫氫酶活性的增加加速了脫氫產(chǎn)氫過程，H2作為電子供體促進(jìn)微生物鐵還原過程;Fe(Ⅱ)含量的增加能夠協(xié)助脫氫酶加快

7、NAD+的還原速度，提高脫氫酶活性。培養(yǎng)過程中脫氫酶活性和鐵還原過程相互促進(jìn)，兩者呈現(xiàn)顯著的正相關(guān)關(guān)系。土壤初始pH影響微生物反應(yīng)，生物炭對(duì)脫氫酶活性和鐵還原過程的影響，因兩種土樣初始pH不同而存在差異。
　　(4)在淹水培養(yǎng)條件下，添加生物炭增加了碳酸氫鹽的濃度，即增大碳酸鹽的溶出量，不同處理之間表現(xiàn)為隨著生物炭用量的增加、粒徑的減小，碳酸氫鹽濃度增大。土壤初始pH值是制約碳酸鹽溶出量的重要因素。生物炭的添加顯著增強(qiáng)了微生物還原

8、Fe(Ⅲ)的能力，生成的Fe(Ⅱ)理論上能夠與CO32-結(jié)合形成沉淀態(tài)鐵化合物，從而降低碳酸鹽累積造成的危害。培養(yǎng)過程中碳酸鹽、碳酸氫鹽濃度與體系pH呈現(xiàn)顯著的正相關(guān)及負(fù)相關(guān)關(guān)系。生物炭不僅能夠吸附體系中的陽離子，同時(shí)生物炭對(duì)微生物的作用促進(jìn)了厭氧培養(yǎng)體系的產(chǎn)氫產(chǎn)酸過程，導(dǎo)致鹽堿土中陽離子含量降低、碳酸鹽向碳酸氫鹽及二氧化碳轉(zhuǎn)化，從而有效降低了土壤碳酸鹽含量及pH，顯示出生物炭在“旱改水”措施中對(duì)鹽堿土改良的功效。生物炭對(duì)鹽堿土改良效果