施用桉树枝条生物炭对桂北桉树人工林土壤氮组分及微生物学特征的影响

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探讨桉树枝条生物炭及其不同施用量对桂北桉树人工林土壤氮组分及微生物学特性的影响,为桉树人工林林业废弃物资源的合理利用以及土壤改良提供科学依据。本研究以广西北部黄冕林场一代林4年生桉树人工林土壤为研究对象,通过桉树人工林枝条废弃物制备生物炭(500℃,厌氧),基于施用生物炭定位试验,设置0(CK)、0.5(T1)、1.0%(T2)、2%(T3)、4%(T4)和6%(T5)6个处理,施用1年后对不同处理下桉树人工林土壤的理化性质、氮组分、土壤微生物学特征(土壤微生物数量,微生物群落结构,微生物生物量氮和土壤酶活性)进行测定。试验主要结论如下:(1)施用生物炭改善了土壤理化性质。相对于对照0-30 cm土层,随着生物炭施用量的增加,土壤容重降低,土壤自然含水量、毛管孔隙度和总毛管孔隙含量增加,增幅分别为3.88%33.55%、8.96%33.19%和9.28%35.89%,不同土层之间差异显著;生物炭显著降低了土壤交换性酸、交换性铝、交换性氢和交换性钠含量,降幅分别为8.28%70.03%、5.55%70.34%、5.10%21.78%和12.81%49.27%;增加了土壤阳离子交换量、电导率、交换性钙和交换性镁含量,增幅分别为27.08%160.39%、117.00%546.64%、17.10%66.14%和17.38%71.38%;提高了土壤pH值,增加了0.171.29个单位。显著增加了土壤有机碳、全磷、全钾、速效磷、速效钾和速效氮含量,增幅分别为10.94%51.37%、14.29%59.45%、6.48%59.57%、6.28%29.41%、4.79%19.81%和7.72%75.87%。土壤主要物理因子、化学因子、土壤理化指标两两之间绝大部分存在正相关关系。(2)施用生物炭提高了土壤有机氮组分含量。土壤全氮、总有机氮、酸解总氮、酸解铵态氮、酸解氨基酸态氮呈现逐渐上升的趋势,增幅分别为:34.59%112.82%、22.69%119.65%、28.26%129.73%、10.91%155.23%和20.80%120.20%,土壤氮储量趋于增加;酸解氨基糖态氮先降低后增加,酸解未知态氮和非酸解态氮变化规律不明显;硝态氮、溶解性有机氮、土壤微生物生物量氮先增加后略有所降低,铵态氮含量呈现趋于降低的趋势。施用生物炭后土壤有机氮组分中各组分占总有机氮的比例关系表现为酸解铵态氮>酸解氨基酸态氮>酸解未知态氮>非酸解态氮>酸解氨基糖态氮。土壤各氮组分与土壤理化性质之间绝大部分有极显著的正相关性,生物炭施用可提升桉树林土壤的供氮潜力,对提高土壤氮储量有一定的积极作用。(3)施用生物炭增加了土壤微生物数量,有利于微生物群落结构的改善。土壤细菌、固氮菌、氨氧化细菌数量随着生物炭施用量的增加呈现显著增大的趋势;放线菌数量和真菌数量呈现先增加后有所降低的趋势,放线菌在T4处理时含量最高,真菌在T3处理时含量最高。对各微生物磷脂脂肪酸量表现出促进作用,土壤细菌的磷脂脂肪酸量最高,而丛枝菌根真菌的含量最低。施用生物炭增加了总磷脂脂肪酸PLFAs、细菌PLFA、放线菌PLFA、革兰氏阳性菌PLFA、革兰氏阴性菌PLFA和丛枝菌根真菌PLFA数量,在T5处理略有所下降,真菌PLFA的数量在T3是含量最高,不同的土层之间均有明显的垂直分布特征。不同处理中细菌PLFA占土壤总磷脂脂肪酸量PLFAs的比例较高,土壤革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌的相对丰度较大,为优势菌群。(4)施用生物炭促进了土壤酶活性。土壤脲酶、过氧化氢酶、脱氢酶、β-葡萄糖苷酶含量随着生物炭施用量的增加呈现上升的趋势,尤其对脱氢酶,β-葡萄糖苷酶和纤维二糖苷酶影响较显著;蔗糖酶和纤维二糖苷酶含量在T4处理最高,酸性磷酸酶和亮氨酸氨基肽酶含量在T3处理最高,同一处理不同土层之间有显著差异。土壤理化性质与土壤酶活性密切关联。(5)土壤氮的相关组分、土壤理化性质、土壤微生物数量和土壤酶活性绝大部分之间紧密相关,相互影响,施用生物炭能增加土壤微生物数量,促进土壤酶活性,使有机氮的矿化能力得到增强,促进土壤氮的积累作用。土壤理化性质,土壤微生物数量,土壤酶活性和土壤微生物生物量氮等是影响土壤氮组分含量的重要因素。综上所述,施用桉树枝条生物炭提高了土壤pH值,能改善土壤理化性质,增加土壤微生物数量,改变微生物群落结构,促进土壤酶活性,提高土壤全氮和总有机氮等组分含量,有利于土壤供氮能力的增加,对提高土壤氮储量有积极作用。当生物炭输入量提高到4%6%(4060 t·hm-2)时,对桉树林地土壤改良的作用效果最好,有利于桉树林土壤质量的提升。
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