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生物炭对土壤微生物量及土壤酶的影响研究

黄剑  
【摘要】:生物炭是植物体在缺乏空气的条件下低温(<700℃)加热裂解所得到的黑色富碳产物。生物炭具有较强的稳定性和一定的吸附性,其降解速率极为缓慢,施用于土壤可以起到固碳的作用。科研界呼吁将农业废弃物加工成为生物炭施用于土壤,以增加土壤碳截留,应对气候变化。然而,施用生物炭对农田土壤生态系统的影响还不清楚。 本研究基于华北高产农田连续4年的长期定位试验,通过对2010-2011年冬小麦季的土壤微生物量和土壤酶活性的取样分析,研究长期施用生物炭对其的影响。试验共设置5个处理:CK处理(只施用氮磷钾肥)、C1处理(施用氮磷钾肥+2250kg·hm~(-2)生物炭粉)、C2处理(施用氮磷钾肥+4500kg·hm~(-2)生物炭粉)、CN处理(施用750kg·hm~(-2)炭基缓释肥)和SR处理(氮磷钾肥+秸秆全量粉碎还田),每个处理3个重复,随机排列。在小麦季按不同生育期取样5次,分别为播种后、封冻前、返青期、拔节期和收获期。每次取样分为4层,分别为0-5cm层、5-10cm层、10-20cm层和20-30cm层。对土样的土壤含水量、土壤微生物量碳、土壤微生物量氮、土壤转化酶活性、土壤过氧化氢酶活性、土壤脲酶活性和土壤碱性磷酸酶活性进行测定。主要结论如下: (1)与对照相比,生物炭的施用显著提高了土壤微生物量碳水平。生物炭的施用量越大,其对土壤微生物量碳的影响越大(61.3%~762.6%)。生物炭在一定程度上提高了土壤微生物量氮水平,但当施用量达到4500kg·hm~(-2)时,会显著降低土壤微生物量氮(-66.8%);整个小麦季土壤微生物量表现出明显的季节波动。生物炭施用下的土壤微生物量碳的波动相对于其他处理更为平缓,其季节变异系数显著低于其他处理。与秸秆还田等方式相比,生物炭施用增加了土壤环境的稳定性;各处理的土壤微生物量碳氮比基本保持恒定,但C2处理下的土壤微生物量碳氮比表现例外,其显著增加了土壤微生物量碳氮比,并具有最为剧烈的季节变动。C2处理下土壤微生物量碳氮比的季节变异系数显著高于其他处理(33.0%)。 (2)生物炭施用对土壤温度无显著影响,而对土壤含水量影响较为显著。土壤微生物量碳和土壤温度无显著相关性,和土壤含水量具有较好的相关性。结果表明,由于生物炭施用引起的土壤含水量的变化是影响土壤微生物量碳的可能因素之一。 (3)生物炭施用对土壤酶活性的影响显著。其中,土壤转化酶、脲酶和土壤碱性磷酸酶活性在生物炭施用处理下都有较大幅度的提高,在C2处理下分别增加了6.9%~138.2%、15.6%~248.2%和52.2%~296.0%,对土壤过氧化氢酶的影响相对较弱,但也表现为显著提高(3.6%~37.7%)。生物炭施用量较高时,一定条件下对土壤脲酶可能起到抑制作用(-11.9%)。 (4)生物炭施用对土壤酶动力学参数有显著影响。施用生物炭后,4种土壤酶的V_(max)值均有所增加,但K_m值表现各不相同,转化酶、脲酶和碱性磷酸酶的K_m值均有所增加而过氧化氢酶的K_m值则有所减少。表明生物炭施用增加了土壤酶的催化容量,但对其与底物亲和力的影响则与不同因素相关。 (5)生物炭施用对小麦和玉米产量无显著影响,但显著提高了小麦籽粒重。


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