生物炭對植稻酸性土壤微生物群落和土壤肥力的影響.pdf

1、生物炭是一類富含碳的物質(zhì)，主要由有機(jī)物質(zhì)（通常是植物材料）在無氧或缺氧環(huán)境下高溫分解生成的。高溫生成的生物炭能夠很好地耐受土壤中微生物的降解。同時(shí)，這些生物炭能夠改變土壤理化性質(zhì)，提高土壤肥力。土壤中添加生物炭還可以減少從土壤到環(huán)境的碳排放。為此，設(shè)計(jì)了一系列實(shí)驗(yàn)以探究不同原料生成的生物質(zhì)炭對酸性土壤中微生物群落結(jié)構(gòu)和土壤肥力的影響。
　　第一個(gè)實(shí)驗(yàn)研究了不同有機(jī)原料在300℃和500℃分別加溫?zé)峤?h和4h制備不同類型的生物炭。

2、通過測定生物炭的物理化學(xué)性質(zhì)，來探究熱解過程中時(shí)間和溫度對生物炭特性的影響。生物炭、灰分含量、比表面積、pH、碳氮含量、堿性陽離子和電導(dǎo)率(Electric conductivity, EC)等性質(zhì)隨著生物炭熱解溫度的升高而增加，500℃熱解生成的生物炭的這些性質(zhì)均比300℃高，而氫、氧含量和陽離子交換量（Cationic exchange capacity, CEC）等性質(zhì)則與之相反。此外，通過XRD和EDS分析發(fā)現(xiàn)，500℃熱解生成

3、的生物炭中CaCO3、SiO2和KCl的含量均高于300℃生物炭。同時(shí)，F(xiàn)TIR光譜結(jié)果顯示較高溫度下生成的生物炭具有更穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。隨著熱解溫度的升高，鉀和磷的含量也隨之升高。該實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在一定條件下可以通過篩選不同的有機(jī)原料和熱解條件制備出適用于提高土壤肥力或碳固定劑的生物炭。
　　在第二個(gè)實(shí)驗(yàn)中，采用豬糞(SM)、果皮(FP)、蘆葦(PA)和油菜(BR)等有機(jī)物料制備的不同類型的四種生物炭，供試土壤為紅砂土和黃筋泥，生物炭

4、添加量為3％(wt/wt)，測定了培養(yǎng)過程中鉀、鈣、納、鎂、鋁、銅、鋅、鉛、鉻、鎘、鎳、鈷、錳、鐵、硼、鉬等元素有效性的變化。土壤中鉛、鎘、銅、鎳、錳、鋅、鐵的有效性在生物炭添加處理中顯著增加，其中在SM生物炭處理中鉬、銅和鋅元素的有效性較高。包括鈉、鎂、鉀和鈣在內(nèi)的可利用礦質(zhì)元素的濃度在大多數(shù)生物炭處理中有顯著的增加，然而其中鎂和鈣元素有效性在BR處理組中有所下降。
　　經(jīng)過90天的培養(yǎng)試驗(yàn)，測量了土壤中的磷脂脂肪酸(phosp

5、holipid fatty acid,PLFA)和土壤化學(xué)性質(zhì)。原材料或生物炭種類和用量對土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)有顯著的影響。紅砂土中，與對照相比，施用1％和3％FP生物炭、1％SM生物炭和3％PA生物炭增加土壤細(xì)菌、真菌、放線菌、革蘭式陽性和陰性菌和硫還原菌的PLFA含量，對照土壤具有較高含量的指示環(huán)境壓力的異構(gòu)與反異構(gòu)PLFAs之比。原生動(dòng)物的PLFA只在3％PA和1％BR生物炭處理中增加。冗余分析(Redundancyana

6、lysis，RDA)顯示在不同生物炭種類和添加量的情況下土壤微生物群落結(jié)構(gòu)與土壤化學(xué)性質(zhì)之間的關(guān)系，結(jié)果表明不同的生物炭引起了pH、可溶性有機(jī)碳(DOC)、總碳(TOC)和氮素(N)在內(nèi)的化學(xué)性質(zhì)的改變，同時(shí)也改變了微生物的群落結(jié)構(gòu)，這些性質(zhì)的改變可以作為土壤改良和C固定的指標(biāo)。在黃筋泥土壤中，細(xì)菌、真菌、放線菌、革蘭氏陽性菌、真菌細(xì)菌比例、環(huán)丙烷脂肪酸、異構(gòu)脂肪酸、反異構(gòu)脂肪酸、異構(gòu)與反異構(gòu)脂肪酸之比和硫還原菌的PLFA含量在1％和3

7、％FP生物炭處理土壤中較高，1％SM和3％PA生物炭處理次之，但都高于對照，但所有生物炭處理土壤的原生動(dòng)物PLFA含量均有顯著的變化，而革蘭氏陰性菌的PLFA含量則有所下降，土壤pH、K、可溶性有機(jī)碳和總碳的含量有所升高;而除了SM和FP生物炭處理，大多數(shù)生物炭處理土壤的硝態(tài)氮含量卻有所下降。RDA分析顯示，細(xì)菌、原生生物、異構(gòu)脂肪酸、革蘭氏陽性菌、飽和脂肪酸、硫還原菌、反異構(gòu)脂肪酸、單不飽和脂肪酸、真菌PLFAs與土壤pH、DON、N

8、O3-和交換態(tài)無機(jī)氮呈正相關(guān)，而且這些值在1％和3％PA、1％FP和3％SM生物炭處理中較高。革蘭氏陰性菌、放線菌、環(huán)丙烷、厭氧菌、異構(gòu)與反異構(gòu)PLFAs之比、真菌細(xì)菌比、環(huán)丙烷脂肪酸與其前體脂肪酸之比和飽和脂肪酸與單不飽和脂肪酸之比等與土壤呼吸(CO2)和可溶性有機(jī)碳呈正相關(guān)，同時(shí)這些值在3％FP生物炭添處理和對照中較高。RDA分析表明生物炭改變了土壤DOC、N、C含量以及微生物的群落結(jié)構(gòu)。
　　在第三個(gè)水稻盆栽試驗(yàn)研究中，將3

9、％(wt/wt)的小麥秸稈生物炭分別添加到紅砂土和黃筋泥土壤中。水稻收獲時(shí)，測定不同處理土壤中淋溶液和醋酸銨可提取態(tài)養(yǎng)分以及水稻產(chǎn)量和微生物群落結(jié)構(gòu)。添加生物炭后，紅砂土和黃筋泥土壤pH分別從4.2和4.7增加到6.2和6.7，總氮分別增加135％和37％，有機(jī)碳增加90％和80％，但可溶性有機(jī)氮分別下降了24％和15％，可溶性有機(jī)碳分別下降40％和44％。同時(shí)生物炭添加降低了紅砂土土壤中K、B、Cu、Mn和Zn的淋失，分別降低了24％

10、、25％、80％、37％和33％;降低了黃筋泥土壤中Al、B、Cu、Fe、Mn和Zn的淋失，分別降低了38％、50％、60％、43％、69％和83％。在紅砂土土壤中可提取態(tài)的Al、Cu、Mn、Mo和Zn分別降低了22％、45％、22％、65％和62％;在黃筋泥土壤中Al和Mo分別降低了37％和45％。在兩種土壤中，生物炭的添加促進(jìn)了水稻對養(yǎng)分的吸收。同時(shí)，生物炭的添加通過增加土壤pH、總有機(jī)碳和可溶性有機(jī)碳等改變了土壤微生物的群落結(jié)構(gòu)。