生物炭对土壤有机碳组分及土壤微生物活性的影响

论文摘要

生物炭作为一种新兴的土壤改良剂,之前一直被认为是碳封存和减缓温室气体排放的利器。近年来,随着对生物炭应用研究的增加,人们当前研究的焦点已经主要转移到了增加土壤水分保持、改善土壤肥力和促进作物生长方面。本研究基于陕西关中地区冬小麦-夏玉米复种模式,采用长期大田定位试验,分别将小麦秸秆生物炭以不同用量0、5、10、15、20 t·hm-2（B0、B5、B10、B15、B20）施入土壤耕层（020 cm）。生物炭初次施入于2011年10月冬小麦播前,2016年10月冬小麦播前各处理按原添加量再施入一次。本研究从2016年冬小麦季开始,以小麦-玉米复种体系为研究对象,分析了生物炭对冬小麦和夏玉米季耕层土壤物理结构、持水能力、全氮、硝铵态氮、总有机碳、碳组分、酶活性、微生物丰度、作物产量和产量构成因素的影响,研究生物炭施入后土壤理化性质、有机碳组分和微生物丰度之间的相互响应,主要试验结果如下:（1）生物炭显著降低了夏玉米成熟期的土壤容重,增加了土壤孔隙度、饱和含水量和田间持水量。高添加量的生物炭处理可适当提高土壤含水量,在2017年夏玉米的苗期、拔节期、吐丝期和成熟期,B20处理土壤含水量比B0处理分别高了14.78%、14.61%、13.58%和13.66%。（2）生物炭对土壤全氮含量具有一定的增加作用,且生物炭施用量越大,全氮含量越高。在冬小麦和夏玉米的苗期,生物炭能够显著提高土壤硝态氮和铵态氮含量;在2017年夏玉米苗期,B20处理的硝态氮含量比B0高了65.89%,铵态氮含量比B0高了97.01%;拔节期之后土壤中硝态氮和铵态氮含量较低,处理间差异不显著。土壤pH在各处理之间差异不显著,生物炭对土壤pH无显著影响。（3）土壤总有机碳、活性有机碳、高活性有机碳和颗粒有机碳含量随生物炭添加量的增大而增大,综合看来B20处理表现最好,在2017年夏玉米成熟期B20比B0总有机碳含量高了60.17%、活性有机碳高了71.97%、高活性有机碳高了78.96%、颗粒有机碳高了35.44%。生物炭也显著增加了土壤碳库指数和碳库管理指数。相关分析表明,总有机碳、碳组分与土壤全氮、硝铵态氮等理化性质之间存在着显著相关性。（4）生物炭处理显著增加了土壤脲酶和过氧化氢酶活性,对蔗糖酶活性无显著影响。生物炭显著影响了细菌、AOA、AOB、nirK和nirS基因拷贝数;处理之间一般表现为生物炭施用量越高基因拷贝数也越高;在夏玉米的吐丝期,B20处理的16S rRNA基因拷贝数是B0的1.39倍,AOA基因拷贝数比B0高了70.35%,AOB拷贝数比B0高了31.26%;nirK拷贝数比B0高了48.68%,nirS拷贝数比B0高了53.93%;由相关分析结果可知,理化性质指标和微生物活性指标高度相关;主成分分析表明,不同处理在PC1上的综合得分为B20>B15>B10>B5>B0,表明生物炭的添加对土壤理化性质和微生物丰度的影响差异显著。（5）生物炭对冬小麦和夏玉米产量也有显著影响。在产量构成因素上,生物炭主要增加了冬小麦的单位面积穗数,夏玉米的穗粒数和粒重;B20处理增产效果最好,在两年试验中对冬小麦和夏玉米的平均增产幅度分别为16.48%和33.97%。总的来说,适量生物炭的施用可以显著改善土壤物理结构和改良土壤理化性质,增加土壤有机碳库和各碳组分含量,提高土壤酶活性和微生物丰度,对作物的农艺性状和产量也有较大的促进效应。在本试验条件下,综合各指标来分析,以20 t·hm-2添加量的处理效果最好,具有一定的推广前景。

论文目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 代镇

导师: 温晓霞

关键词: 生物炭,土壤理化性质,有机碳组分,土壤酶活性,微生物丰度,作物产量

来源: 西北农林科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学,农业科技

专业: 生物学,自然地理学和测绘学,农业基础科学,农业基础科学,农业基础科学,农艺学,农艺学,农艺学

单位: 西北农林科技大学

基金: 国家自然科学基金国际(地区)合作与交流项目(编号:3176114303),公益性行业(农业)科研专项(编号:201503121-09),国家科技支撑计划子课题(编号:2015BAD22B03)

分类号: S153.6;S154.3;S156.2

总页数: 70

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