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生物炭对宁夏引黄灌区土壤有机碳组分及微生物群落结构的影响

肖建南  
【摘要】:生物炭(biochar)作为一种新型环境功能材料,在土壤固碳方面具有应用前景。针对宁夏引黄灌区生物炭还田对灌淤土土壤有机碳和微生物群落结构影响的相关研究较少,本研究基于宁夏引黄灌区连续施用生物炭3年的定位试验,探讨添加生物炭对宁夏引黄灌区土壤有机碳的影响,并利用磷脂脂肪酸(PLFA)方法分析土壤微生物群落结构的变化情况,从微生物的角度分析其作用机理。试验在不施氮肥和当地常规施氮条件下分别设置4个生物炭水平,在2015年水稻收获后和2016年水稻生育期内采集土壤样品,测定土壤总有机碳(TOC)、微生物量碳(MBC)、溶解性有机碳(DOC)、易氧化有机碳(LOC)、颗粒态有机碳(POC)含量和土壤PLFA。主要结论如下:(1)在2016年的水稻生育期各处理活性有机碳含量均具有明显的季节动态波动。其中土壤MBC的季节波动(季节变异系数44.1%-53.5%)最大,DOC(季节变异系数42.0%-44.1%)次之,LOC的季节波动(季节变异系数16.7%-24.2%)最小。生物炭处理对土壤MBC和DOC的季节变异系数没有显著影响(P0.05),但提高了土壤LOC的季节变异系数(P0.05)。(2)施用生物炭显著提高了表层(0-20 cm)土壤有机碳储量、土壤TOC、LOC和POC含量(P0.05),降低了土壤MBC含量(p0.05),生物炭处理和不施炭处理间的DOC含量无显著差异。添加生物炭对20 cm以下土层土壤TOC和LOC含量没有显著影响(P0.05)。(3)生物炭的添加提高了土壤碳库管理指数(CPMI),显著提高了POC占总有机碳的比例,降低了DOC和MBC占总有机碳的比例(P0.05)。(4)添加生物炭显著降低了土壤革兰氏阴性细菌、细菌、真菌和总的磷脂脂肪酸含量。提高了常规施氮(N300)条件下真菌与细菌PLFA的比值。细菌和真菌PLFA与TOC成显著负相关关系(P0.05),与DOC成显著正相关关系(P0.05);细菌PLFA与MBC成显著正相关关系(P0.05)。(5)生物炭显著提高了土壤速效磷、速效钾及有机质含量,对土壤全氮、全磷及水解性氮含量影响不显著;生物炭有促进水稻产量的趋势,但处理间差异不显著。本研究表明在宁夏引黄灌区灌淤土中添加生物炭可以提高表层(0-20 cm)土壤有机碳储量、土壤TOC、LOC和POC含量,有利于灌淤土的碳封存,同时外源生物炭提高了土壤养分,对水稻产量有一定促进作用;生物炭的添加改变了微生物群落结构,降低了微生物数量和多样性。生物炭添加对土壤有机碳和微生物的影响是复杂又漫长的过程,还需长期定位试验进行研究。


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