本文關(guān)鍵詞：秸稈、木質(zhì)素及生物炭對(duì)土壤有機(jī)碳氮和微生物多樣性的影響，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院》 2015年

秸稈、木質(zhì)素及生物炭對(duì)土壤有機(jī)碳氮和微生物多樣性的影響

張杰  

【摘要】：我國(guó)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中每年都產(chǎn)生大量秸稈和木質(zhì)素等廢棄物,雖然其中有部分通過(guò)直接還田、接枝改性、用作飼料或燃料等方式加以利用,但仍然有大量有機(jī)物被肆意排放或就地焚燒。因此,秸稈、木質(zhì)素等廢棄物資源化利用是目前備受關(guān)注的問(wèn)題。本研究利用秸稈生物炭及木質(zhì)素生物炭,與秸稈和木質(zhì)素直接還田進(jìn)行對(duì)比,在北方的潮土及南方的紅壤上通過(guò)室內(nèi)模擬培養(yǎng)試驗(yàn)、溫室盆栽試驗(yàn)和田間埋袋試驗(yàn)相結(jié)合,探討不同來(lái)源的生物炭及原料對(duì)土壤碳、氮含量和礦化過(guò)程的影響及微生物群落結(jié)構(gòu)響應(yīng)。以期在理論上探討秸稈、木質(zhì)素及生物炭對(duì)不同類(lèi)型土壤有機(jī)碳、氮的影響,在實(shí)踐上對(duì)秸稈和木質(zhì)素的高效資源化及土壤固碳具有實(shí)踐意義。主要研究結(jié)果如下:1.隨著裂解溫度的升高,生物炭的p H、灰分、C(carbon)含量及C穩(wěn)定性逐漸升高,而揮發(fā)物質(zhì)、H(hydrogen)、O(oxygen)、N(nitrogen)、S(sulphur)含量降低,同時(shí),H/C、O/C及(O+N)/C比值降低。通過(guò)掃描電鏡圖像及核磁共振圖譜可以看出裂解溫度升高使生物炭孔隙數(shù)量增加,芳香化程度增強(qiáng)。結(jié)果顯示,生物質(zhì)種類(lèi)及裂解溫度對(duì)生物炭性質(zhì)的影響較裂解時(shí)間顯著。2.隨著埋袋時(shí)間延長(zhǎng)秸稈分解率、碳釋放率增加,而C/N降低,經(jīng)過(guò)360天后秸稈在潮土和紅壤上的分解率分別達(dá)到了81%和68%,其分解曲線符合對(duì)數(shù)方程y=14.85ln(t)-8.238(R2=0.989,P﹤0.01)(潮土)和y=13.19ln(t)-18.60(R2=0.882,P﹤0.01)(紅壤)。秸稈生物炭的分解率、碳釋放率及C/N在兩種土壤上基本沒(méi)有變化。與原始物料相比,埋袋360天后秸稈中芳香碳比例增加,烷氧基碳/烷基碳降低,說(shuō)明秸稈分解程度較高。通過(guò)核磁共振NMR(Nuclear magnetic resonance)數(shù)據(jù)分析,發(fā)現(xiàn)生物炭一年時(shí)間內(nèi)不會(huì)發(fā)生明顯的分解,這是因?yàn)樯锾恐械挠袡C(jī)碳具有很強(qiáng)的生物學(xué)惰性。潮土上芳香碳比例較高,烷氧基碳/烷基碳降低更多,因此秸稈在潮土上較紅壤上分解程度更高。有機(jī)物料的分解受物料自身特性的影響最大,其次為環(huán)境因素。3.等碳量施用秸稈、木質(zhì)素及其生物炭4種有機(jī)物料,土壤CO2釋放特征的影響存在顯著差異。與對(duì)照相比,秸稈和木質(zhì)素能夠顯著增加土壤CO2釋放速率及累積釋放量,促進(jìn)了土壤有機(jī)碳礦化過(guò)程。其中潮土上秸稈處理土壤有機(jī)碳礦化強(qiáng)度、代謝商及微生物商分別為對(duì)照的11倍、5倍和3倍。兩種生物炭處理對(duì)土壤CO2釋放特征沒(méi)有顯著影響。秸稈、木質(zhì)素及其生物炭短期內(nèi)(30天)均能夠顯著增加土壤有機(jī)碳(SOC,soil organic carbon)含量,但培養(yǎng)一年后,秸稈和木質(zhì)素對(duì)SOC含量沒(méi)有顯著作用,而秸稈炭和木質(zhì)素炭均可以顯著提高SOC含量。對(duì)于土壤活性有機(jī)碳[DOC(dissolved organic carbon)、ROC(readily oxidized organic carbon)和MBC(microbial biomass carbon)]而言,秸稈處理和木質(zhì)素處理有明顯增加,兩種生物炭處理與對(duì)照相比卻沒(méi)有顯著差異。與秸稈和木質(zhì)素相比,生物炭能較大幅度的提高土壤有機(jī)碳含量,而不增加土壤CO2釋放,具有較好的固碳減排效果。4.潮土和紅壤上,木質(zhì)素處理土壤N2O累積釋放量均顯著高于其他處理,分別為2998μg·kg-1、592μg·kg-1。相同處理?xiàng)l件下,潮土上土壤N2O累積釋放量均高于紅壤。木質(zhì)素顯著增加各形態(tài)土壤氮含量,而木質(zhì)素炭?jī)H增加土壤TN(total nitrogen)含量。30天時(shí)秸稈減少了土壤NO3--N含量,增加了土壤MBN(microbial biomass nitrogen)含量,經(jīng)過(guò)360天培養(yǎng),秸稈對(duì)各形態(tài)土壤氮素含量具有增加作用,秸稈炭對(duì)土壤氮素含量沒(méi)有顯著影響。5.通過(guò)Biolog-Eco板測(cè)定土壤AWCD(average well color development)發(fā)現(xiàn),隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng),各處理土壤微生物對(duì)碳源的利用量增加,但是不同土壤類(lèi)型和不同處理的土壤微生物群落反應(yīng)速度和最終能達(dá)到程度不同。在48 h內(nèi)兩種土壤的AWCD均很小,在48 h以后AWCD急劇升高,同時(shí)處理間差異變大。秸稈處理土壤AWCD最高,其次為對(duì)照和生物炭處理,而木質(zhì)素處理土壤AWCD在整個(gè)測(cè)定過(guò)程均顯著低于其他處理。利用AWCD數(shù)據(jù)計(jì)算微生物多樣性指數(shù)Shannon、Mclntosh和Simpson,發(fā)現(xiàn)木質(zhì)素降低了土壤微生物功能多樣性。木質(zhì)素促進(jìn)土壤微生物數(shù)量增加,從而使土壤CO2釋放速率和有機(jī)碳礦化強(qiáng)度提高,但對(duì)土壤微生物性狀和生化功能產(chǎn)生抑制作用。6.秸稈處理土壤微生物PLFAs(phospholipid fatty acid)種類(lèi)為58種,顯著多于其他處理,其PLFAs總量比對(duì)照提高了110%(P0.05)。木質(zhì)素對(duì)土壤微生物PLFAs單體種類(lèi)沒(méi)有影響,PLFAs總量提高了32%(P0.05)。與對(duì)照相比,生物炭對(duì)土壤微生物PLFAs種類(lèi)及總量均沒(méi)有顯著影響。秸稈促進(jìn)土壤中細(xì)菌和真菌的增殖,木質(zhì)素僅增加了細(xì)菌PLFAs含量。通過(guò)冗余分析發(fā)現(xiàn),土壤活性有機(jī)碳對(duì)土壤微生物群落分異影響較大,另外,紅壤微生物多樣性變化同時(shí)與土壤p H相關(guān)。綜上所述,秸稈含可溶性碳、蛋白質(zhì)、糖類(lèi)及纖維素等易分解物質(zhì),可作為微生物代謝的碳源、氮源,因此秸稈能顯著增加土壤微生物數(shù)量及多樣性,進(jìn)而使土壤CO2、N2O釋放速率、累積釋放量等指標(biāo)升高。木質(zhì)素易溶于水,C、N含量高,施入土壤后也能夠增加土壤CO2、N2O釋放。與秸稈作用不同的是木質(zhì)素提高了土壤微生物數(shù)量,但降低了土壤微生物多樣性,促進(jìn)了一部分微生物繁殖,對(duì)某些菌群產(chǎn)生了為抑制作用。秸稈、木質(zhì)素在高溫厭氧裂解過(guò)程中碳結(jié)構(gòu)芳香化程度升高,生物炭具有較強(qiáng)的抵御熱降解、化學(xué)降解和生物降解的能力,因此秸稈炭、木質(zhì)素炭對(duì)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)沒(méi)有顯著影響。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：S153.6;S154.3
【目錄】：

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8 王震宇;鄭浩;李鋒民;;濕地植物蘆竹生物炭的制備及特性表征研究[A];2010中國(guó)環(huán)境科學(xué)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)年會(huì)論文集(第四卷)[C];2010年

9 陳再明;陳寶梁;;不同裂解溫度制備的松木屑生物炭對(duì)萘的吸附動(dòng)力學(xué)行為[A];第六屆全國(guó)環(huán)境化學(xué)大會(huì)暨環(huán)境科學(xué)儀器與分析儀器展覽會(huì)摘要集[C];2011年

10 李程;李小平;;生物炭對(duì)灘涂鹽堿土中黑麥草生長(zhǎng)的影響初步研究[A];2014中國(guó)環(huán)境科學(xué)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)年會(huì)（第十二章）[C];2014年

中國(guó)重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前8條

1 本報(bào)記者 劉霞;[N];科技日?qǐng)?bào);2009年

2 記者 王靖瑄;[N];沈陽(yáng)日?qǐng)?bào);2012年

3 白云水;[N];江蘇科技報(bào);2009年

4 本報(bào)記者 張曄;[N];科技日?qǐng)?bào);2013年

5 記者 耿建擴(kuò)　通訊員 常云亮 王小勝;[N];光明日?qǐng)?bào);2009年

6 記者 班瑋;[N];新華每日電訊;2010年

7 羅冰;[N];糧油市場(chǎng)報(bào);2011年

8 本報(bào)記者 郝曉明;[N];科技日?qǐng)?bào);2012年

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 鄂洋;生物炭表面有機(jī)小分子及其活性研究[D];沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué);2015年

2 張杰;秸稈、木質(zhì)素及生物炭對(duì)土壤有機(jī)碳氮和微生物多樣性的影響[D];中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院;2015年

3 張偉明;生物炭的理化性質(zhì)及其在作物生產(chǎn)上的應(yīng)用[D];沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué);2012年

4 姜志翔;生物炭技術(shù)緩解溫室氣體排放的潛力評(píng)估[D];中國(guó)海洋大學(xué);2013年

5 勾芒芒;生物炭節(jié)水保肥機(jī)理與作物水炭肥耦合效應(yīng)研究[D];內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué);2015年

6 鄭浩;蘆竹生物炭對(duì)農(nóng)業(yè)土壤環(huán)境的影響[D];中國(guó)海洋大學(xué);2013年

7 劉國(guó)成;生物炭對(duì)水體和土壤環(huán)境中重金屬鉛的固持[D];中國(guó)海洋大學(xué);2014年

8 Niaz Muhammad;生物炭對(duì)植稻酸性土壤微生物群落和土壤肥力的影響[D];浙江大學(xué);2015年

9 張振宇;生物炭對(duì)稻田土壤鎘生物有效性的影響研究[D];沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué);2013年

10 殷大偉;生物炭改良白漿土的初步研究[D];沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué);2013年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 李靖;不同源生物炭的理化性質(zhì)及其對(duì)雙酚A和磺胺甲噁唑的吸附[D];昆明理工大學(xué);2013年

2 李昌見(jiàn);生物炭對(duì)砂壤土理化性質(zhì)及番茄生長(zhǎng)性狀的影響及其關(guān)鍵應(yīng)用技術(shù)研究[D];內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué);2015年

3 梁桓;影響生物炭基氮肥氮素釋放因素的研究[D];內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué);2015年

4 武玉;生物炭對(duì)土壤中磷的形態(tài)轉(zhuǎn)化以及有效性的影響[D];中國(guó)科學(xué)院煙臺(tái)海岸帶研究所;2015年

5 李陽(yáng);生物炭輸入對(duì)納帕海青稞生長(zhǎng)與土壤微生物生態(tài)學(xué)特征的影響[D];昆明理工大學(xué);2015年

6 邱志騰;生物炭對(duì)紅壤的降酸效果與毛豆生長(zhǎng)的影響[D];浙江大學(xué);2015年

7 吳晶;生物炭精控制備方法的研究[D];沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué);2015年

8 蓋霞普;生物炭對(duì)土壤氮素固持轉(zhuǎn)化影響的模擬研究[D];中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院;2015年

9 王麗麗;不同生物炭對(duì)鉛鋅礦尾礦重金屬污染土壤修復(fù)效果的研究[D];浙江大學(xué);2015年

10 于志紅;錳氧化物—生物炭復(fù)合材料對(duì)砷的生物有效性的影響[D];中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院;2015年

  本文關(guān)鍵詞：秸稈、木質(zhì)素及生物炭對(duì)土壤有機(jī)碳氮和微生物多樣性的影響，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：159167