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生物炭对杨树人工林土壤微生物量及碳源代谢多样性的影响

许文欢  
【摘要】:在全球气候变暖的背景下,提高森林生态系统固碳增汇的能力成为一项重要课题。生物炭不仅可以改良土壤理化性质,并且能够帮助土壤长期固碳从而减缓气候变化,因此受到广泛关注。然而相比之下,生物炭对土壤理化性质以及农作物产量的影响更受关注,而对微生物群落的影响的研究相对较少。生物炭的研究目前主要集中于农业土壤生态系统;因此本研究针对生物炭施用于人工林后对土壤微生物随季节变化的影响。试验设计四种处理(浓度)的生物炭,即对照(0)、T1(40t·hm-2)、T2(80t·hm-2)、T3(120t·hm-2),探究生物炭如何影响土壤理化性质和微生物量以及碳源代谢多样性,为进一步了解生物炭影响土壤生态系统C、N元素循环的机制,以及为生物炭的林地应用生态安全性提供科学依据。结果如下:(1)施用生物炭与对照组相比,减小了土壤含水率和微生物量氮(MBN),同时增加了土壤pH值和MBC(微生物生物量炭)/MBN比值(p0.05)。经逐步回归分析(SREG)表明pH值是MBN下降的主要原因。通过Biolog方法探究土壤微生物群落代谢特征,结果表明高浓度生物炭增加了微生物的碳源代谢活性。通过丰富度指数(S),Shannon指数'H以及Shannon均匀度E来评价土壤微生物功能多样性,结果表明生物炭没有显著提高其碳源代谢多样性。通过主成分分析(principle component analysis,PCA)结果表明高浓度生物炭会导致微生物碳源代谢模式发生变化。(2)生物炭对土壤的含水率、pH值的季节动态变化有显著影响。土壤含水率夏季差异最显著,并且随生物炭的施入而显著下降。土壤pH值有季节变化,而生物炭施入显著提高了土壤pH值。生物炭对土壤MBN的季节有显著影响,而MBC却只有在季节动态变化上有显著差异。MBN季节变化呈“Z”型,冬春偏高,夏秋相对较低;而MBC的季节动态变化呈“N”型,具体表现为:春季冬季秋季夏季。(3)不同季节土壤微生物的AWCD值都在1.0左右,表明其碳源利用能力强;土壤微生物对碳源的利用也有明显季节动态变化,秋季AWCD值最大;施生物炭在一定条件下也能提高微生物代谢活性。总体上看微生物群落功能稳定,多样性不易发生变化。相比于季节变化带来碳源代谢模式的差异,不同施炭浓度带来的差异不显著,主成分分析表明春季和夏季明显分开;而秋冬两季微生物碳源利用模式接近,但是与春秋二季也有明显差别。总体上看,本研究表明生物炭能够降低壤土的含水率,提高土壤的pH值并会影响微生物群落组成从而降低MBN,然而对MBC的影响不大;另外,生物炭对土壤微生物群落碳源代谢多样性的影响不显著,但是对于其碳源代谢模式有着不确定的影响。在这些影响还未进一步研究以确保其生态安全性之前,生物炭技术在林业应用的推广还有待商榷。生物炭的稳定性会使得其对土壤的影响具有滞后性,长期定位研究是有必要的。


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