基于对土壤生化指标的研究评价生物炭的改良效应

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生物炭是农业废弃物在缺氧或厌氧条件下,经过高温热解生成的一种稳定性强、含碳量高的产物,因其具有较强的吸附性,并且在土壤中的老化时间极为缓慢,施于土壤中能够提高土壤对营养元素的吸附能力,在土壤碳库周转和养分循环的过程中发挥着重要作用。此外,土壤化学性质、土壤微生物生物量、土壤酶活性是评价土壤质量的重要指标,然而目前关于在生物炭对土壤质量影响方面的研究领域中,对这些生化指标的综合分析相对缺乏。因此本研究通过室内模拟培养试验,选取新疆灰漠土和榆林风沙土,添加不同比例的棉花秸秆生物炭,定期取样,测定土壤的化学性质(p H、速效磷、硝铵态氮、可溶性有机碳)、土壤微生物生物量碳氮、土壤酶活性特征(脲酶、蔗糖酶、碱性磷酸酶、过氧化氢酶),以期揭示生物炭对土壤生化指标的影响。获得如下结论:(1)两种类型的土壤在生物炭的影响下土壤p H值显著升高,土壤速效磷、铵态氮、硝态氮、可溶性有机碳(DOC)含量也明显增加,其中土壤p H、速效磷、可溶性有机碳(DOC)随着生物炭施入量的增大而提高,在8%添加量下增幅最大;铵态氮和硝态氮在生物炭添加量为2%时增幅最大;在整个培养时期,灰漠土中它们的最大增幅分别为8.1%、459.1%、108.0%、83.5%、54.8%,风沙土中最大增幅分别为29.7%、127.8%、130.0%、20.0%、104.4%。(2)在整个培养时期,生物炭添加量为2%时对两种类型土壤土壤微生物生物量碳的促进作用最为明显,其中在第5周,生物炭处理对土壤微生物生物量碳提高幅度最大,灰漠土和风沙土最大增幅分别为203.7%、180.8%。在整个培养时期生物炭添加量为2%时对两种类型土壤土壤微生物生物量氮以及碳氮比的提高作用最为明显,在整个培养时期生物炭对土壤微生物生物量氮的最大增幅分别为238.8%、217.8%,其中灰漠土在第5周,与CK相比生物炭处理对MBC/MBN的增幅最大。在培养末期第36周,无论是灰漠土还是风沙土,生物炭处理对MBC/MBN无显著影响,表明生物炭对土壤微生物生物量的影响有一定的时效性。(3)生物炭的施入一定程度上会提高土壤酶活性,但是激活作用随时间逐渐减弱,本研究中生物炭在0.5%~2%的添加量下对灰漠土的土壤酶活性有明显的激活效果,在4%~8%施入量下,土壤酶活性在两种类型土壤中均受到抑制。生物炭施用量为2%条件下风沙土土壤酶活性显著提高。不同添加量的生物炭施入两种类型的土壤中,不同培养时期变化规律并不相同,但是在培养末期,基本都趋于稳定。在培养前期5~7周,在生物炭处理下,两种类型土壤的土壤脲酶、蔗糖酶、碱性磷酸酶、过氧化氢酶Vmax升高,其中在2%施入量下明显升高。土壤碱性磷酸酶和过氧化氢酶Km在生物炭处理下升高,而灰漠土脲酶、蔗糖酶Km在生物炭处理下降低,风沙土在第5周与灰漠土相反,脲酶Km升高。与对照相比,培养前期3~7周在不同添加量生物炭处理下,土壤脲酶、蔗糖酶、碱性磷酸酶的Vmax/Km在两种类型土壤中均显著升高,尤其是2%施用量的处理。冗余分析结果表明,无论是灰漠土还是风沙土,土壤硝铵态氮是影响土壤酶活性和土壤酶动力学参数的主要因子。综合土壤化学性质、土壤微生物生物量、土壤酶酶活性指标的分析,建议灰漠土和风沙土的最佳施炭量都为2%。
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