本文關(guān)鍵詞： 生物炭 氮肥 潮土 土壤碳、氮 土壤微生物　出處：《西南大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：生物炭作為土壤添加劑,被視為保障國家糧食安全、改善土壤生態(tài)系統(tǒng)功能和解決土壤環(huán)境問題的新途徑,已成為當(dāng)今世界土壤環(huán)境領(lǐng)域的研究亮點(diǎn)。生物炭不僅影響土壤內(nèi)在的理化性質(zhì)和生物學(xué)特性,而且在許多生物地球化學(xué)過程中起著關(guān)鍵性作用,尤其是在碳、氮素循環(huán)中更為突出。本論文以玉米秸稈為原料,在300℃、450℃和600℃下制備生物炭并對(duì)其進(jìn)行性質(zhì)表征測(cè)定;通過盆栽和田間試驗(yàn),采用15N示蹤、土壤酶學(xué)和分子生態(tài)等方法和技術(shù),研究生物炭及其與氮肥配施對(duì)華北石灰性潮土土壤碳、氮及微生物特性的影響,并闡明生物炭與土壤碳、氮的相互作用機(jī)理,旨在為生物炭與氮肥合理施用、作物增產(chǎn)增效、保護(hù)農(nóng)田生態(tài)環(huán)境提供科學(xué)依據(jù)。研究取得以下進(jìn)展:(1)在300℃、450℃和600℃下制備的生物炭(MC300、MC450和MC600)基本成分中主要是C,其次是O和次生礦物(Ca、Mg、Si、P和K等)。隨著裂解溫度的升高,pH值、灰分含量、C含量、比表面積、孔體積、芳香碳含量和堿性基團(tuán)含量均增加,而生物炭的產(chǎn)率、H和O含量、H/C和O/C原子比以及生物炭表面酸性基團(tuán)均顯著降低。電導(dǎo)率(EC)和礦質(zhì)元素總量(水溶性和交換性K、Na、Ca、Mg)隨裂解溫度的增加而先增后減,以MC450值最大或含量最高。裂解溫度對(duì)生物炭官能團(tuán)的種類無顯著影響,對(duì)其豐富程度影響顯著。試驗(yàn)表明,MC300的橫截面出現(xiàn)明顯管狀孔結(jié)構(gòu),但大多數(shù)孔內(nèi)壁上附著了一些顆粒狀物質(zhì),而MC450和MC600表面結(jié)構(gòu)更加明顯和光滑,而且還可以觀察到MC600表面有更小孔徑的孔洞出現(xiàn)。MC300的外表面輪廓略顯雜亂、不太清晰,且附著諸多顆粒,而MC450和MC600表面排列整齊、清晰,胞壁越來越薄。(2)盆栽試驗(yàn)表明,所有添加生物炭的土壤pH值、有機(jī)碳、全氮、水溶有機(jī)碳和微生物量碳氮含量較對(duì)照(MC0)均顯著增加,而土壤水溶性氮和硝態(tài)氮含量有所降低。土壤有機(jī)碳、水溶性有機(jī)碳、微生物量碳和氮含量隨裂解溫度的增加而降低。研究發(fā)現(xiàn),在冬小麥成熟期MC450處理提高了土壤EC和全氮含量,而MC300處理提高了土壤微生物量碳、氮含量。不同裂解溫度的生物炭對(duì)肥料氮的去向影響顯著,所有添加生物炭的處理15N利用率均顯著提高,而15N的損失率降低,其中450℃裂解的生物炭下肥料氮的利用率最高,較MC0增加7.2%,且損失率最低,較MC0降低8.2%。土壤酶活性對(duì)不同裂解溫度生物炭的響應(yīng)各異,生物炭均能提高土壤有機(jī)氮分解酶和碳水化合物分解酶類活性。600℃裂解的生物炭降低了碳水化合物分解酶類活性,而提升了有機(jī)氮分解酶類活性。其中,450℃裂解的生物炭顯著提高土壤β-葡萄糖苷酶、纖維二糖苷酶和氨態(tài)基酶活性。土壤全氮和微生物量碳是土壤酶活性的主要影響因素。所有添加生物炭的處理均顯著增加了土壤PLFA總量、細(xì)菌和放線菌摩爾百分比,而降低了土壤革蘭氏陽性菌與陰性菌之比和真菌摩爾百分比。土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的變化與土壤硝態(tài)氮含量密切相關(guān)。總的來看,450℃裂解的生物炭對(duì)土壤肥力提升,增加碳存儲(chǔ)和氮肥的利用率更有效。(3)田間試驗(yàn)表明,生物炭對(duì)土壤養(yǎng)分含量、微生物量碳氮及作物產(chǎn)量有極顯著影響(P0.01)。隨生物炭用量的增加,土壤有機(jī)碳、全氮、水溶性有機(jī)碳、硝態(tài)氮含量、以及SOC/TN比值均顯著增加,其中MC22.5處理其含量均達(dá)最大值,且較對(duì)照(MC0)分別增加了165.0%、74.1%、39.1%、75.1%和44.0%。土壤微生物量碳、氮含量和作物產(chǎn)量均以生物炭施用量為7.5t/hm2時(shí)達(dá)最大值,較對(duì)照(MC0)分別增加了49.2%、57.6%和46.1%。隨著氮肥施用量的增加SOC、DOC、NH4+-N、MBC、MBN含量和作物產(chǎn)量均先增后減,在施氮水平為150 kg/hm2時(shí)其含量均達(dá)最大值,較對(duì)照(N0)分別增加了29.7%、22.9%、44.8%、79.4%和115.3%。所有施氮處理作物產(chǎn)量均高于N0,但處理之間差異不顯著。土壤全氮和微生物生物量碳含量是導(dǎo)致土壤胞外酶活性變化的主導(dǎo)因素。微生物群落結(jié)構(gòu)的變化與土壤pH值和微生物量碳含量密切相關(guān)。生物炭7.5 t/hm2和氮肥150 kg N/hm2配施作物產(chǎn)量最高,較單施氮肥225 kg N/hm2(農(nóng)民習(xí)慣施肥)作物增產(chǎn)17.18-22.65%,節(jié)氮肥33%。綜上所述,在300℃、450℃和600℃下制備的玉米秸稈生物炭,以450℃裂解的秸稈生物炭對(duì)增加碳存儲(chǔ)、提升氮肥利用率和土壤肥力更有效。在維持作物產(chǎn)量不降低的情況下,短期內(nèi)N150BC7.5處理對(duì)提升土壤肥力的效果最佳,是較為理想的施肥方式。
[Abstract]:Carbon , nitrogen and microbial properties of carbon and nitrogen in calcareous fluvo - aquic soil of North China were studied by means of 15N tracing , soil enzymology and molecular ecology . The results were as follows : ( 1 ) The main components of biochar ( MC300 , MC450 and MC600 ) prepared at 300 鈩，

本文編號(hào)：1531450