生物炭对白浆土土壤微生物功能多样性的影响

为探究不同施用量的生物炭对中国东北酸化白浆土土壤微生物群落碳代谢特征的影响,设置了不施用生物炭的对照(C0t)和生物炭用量分别为15 t·hm~(-2)(C1t)、30 t·hm~(-2)(C2t)与60 t·hm~(-2)(C3t)的处理,运用Biolog-Eco微孔板技术分析土壤微生物群落的功能多样性。结果表明:与C0t处理相比,增施生物炭处理土壤微生物平均每孔颜色变化率(AWCD)、Shannon-Wiener多样性指数、丰富度指数和Simpson指数均显著增加。随着生物炭施用量的增加,碳源利用由多聚物类向氨基酸类和羧酸类碳源转变。D-木糖、D-半乳糖醛酸、N-乙酰基-D-葡萄胺、L-天冬酰胺酸、L-苏氨酸、吐温-40、吐温80、肝糖和腐胺的利用能力显著高于C0t处理。主成分分析结果表明,碳水化合物类和胺类是不同处理下微生物利用的主要碳源。综合考虑,认为30 t·hm~(-2)生物炭施用量对玉米连作土壤微生态环境的影响最优。     

生防链霉菌配施棉秆炭对连作棉田土壤微生物区系的影响

棉花是重要的经济作物,长期连作能引起棉花土壤微生态的失衡、土传病害加重、进而导致产量和品质的下降,影响棉花产业的健康发展。本文以连作棉田土壤为研究对象,进行室内培养试验,在施用生防放线菌黄三素链霉菌(Streptomyces flavotricini)的基础上添加不同量的棉秆炭[0 g·kg~(-1)(CK)、25.0 g·kg~(-1)、50.0 g·kg~(-1)、100.0 g·kg~(-1)],采用微生物计数和16S rDNA基因序列分析的方法,研究两者配施对连作棉田土壤中生防菌数量、微生物数量和种类的影响,为棉花黄萎病的生物防治提供新的思路。研究结果表明:(1)生防放线菌配施棉秆炭对连作棉田土壤中微生物区系有显著的影响。与单施生防放线菌菌剂的处理相比,两者配施显著增加了土壤中细菌、放线菌和真菌数量,其中配施25.0 g·kg-1棉秆炭处理使土壤中细菌/真菌数量比(B/F)、放线菌/真菌数量比(A/F)分别增加了5 271.2%和30.8%(P0.05)。(2)土壤中生防放线菌数量随着棉秆炭施用量增加而显著增加,配施100.0 g·kg~(-1)棉秆炭处理显著增加了2 672.8%(P0.05)。棉秆炭具有作为生防放线菌良好载体的潜力。(3)生防放线菌配施棉秆炭也改变了土壤中优势微生物的数量和比例,尤其提高了细菌中芽孢杆菌的数量和所占的比例;100.0 g·kg~(-1)棉秆炭与菌剂配施使土壤中链霉菌的数量及比例显著高于对照,但降低了小单孢菌数量;增加了真菌中米曲梅、黑曲霉和木霉的数量,但使其所占比例降低。由此可以看出,生防放线菌配施棉秆炭能提高连作棉田土壤中生防放线菌的数量,增强生防菌制剂的防病促生作用,改善连作棉田土壤微生物群落结构,在防控棉花连作障碍上具有较大的应用潜力。     

生物炭对葡萄幼苗根际土壤养分、酶活性及微生物多样性的影响

以一年生“弗雷”葡萄幼苗为试验材料，采用盆栽试验，根据生物炭施用方式与炭土质量比，设置 5个处理，研究了生物炭不同施用方式及施用量对葡萄幼苗根际土壤养分、酶活性和微生物多样性的影响。结果表明:与不施生物炭(CK)相比，生物炭混施(HA、HB)和穴施(JA、JB)增加了土壤有机质、有效磷、速效钾含量及蔗糖酶、过氧化氢酶活性，但小幅度降低土壤容重和 pH。同一施用方式下，生物炭施用量越高土壤碱解氮、速效钾含量及蔗糖酶、过氧化氢酶活性越高；同一施用量下，混施处理土壤有机质和速效养分(碱解氮、有效磷、速效钾)含量及蔗糖酶、过氧化氢酶活性优于穴施处理，其中 HB(混施 5%生物炭)处理土壤有机质和速效养分含量及蔗糖酶、过氧化氢酶活性增加幅度最大，分别比 CK高73.7%、19.2%、42.3%、20.8%、10.5%、8.6%。土壤细菌 Alpha多样性分析表明 HB处理可以提高细菌丰度，但对细菌群落多样性影响甚微。穴施处理下硝化螺旋菌属菌群数量高于混施处理，而混施处理下节细菌属和假单胞菌属菌群数量高于穴施处理。UPGMA聚类分析及RDA冗余分析表明混施处理引起根际土壤微生物群落组成和结构发生较大变化，土壤碱解氮、有机质、速效钾及pH对细菌群落结构影响较大。综上，生物炭混施对葡萄幼苗根际土壤养分、酶活性及微生物多样性的影响优于穴施，其中 HB处理效果较优。     

不同浓度棉隆熏蒸对老龄苹果园土壤微生物环境的动态影响

通过向25年老龄苹果园土壤中施入不同浓度(T1,0.02‰;T2,0.1‰;T3,0.5‰)的棉隆,利用微生物平板培养、实时荧光定量PCR(qPCR)、微生物碳源利用(biolog-ECO)、末端限制性片段长度多态性(T-RFLP)、生物多样性指数Biodap等方法研究不同浓度棉隆熏蒸下土壤可培养微生物(细菌、真菌)数量、群落结构及其多样性指数随时间变化的演变趋势,并进行平邑甜茶盆栽验证,以期为减轻苹果连作障碍筛选棉隆浓度提供理论依据。结果表明:0.1‰的棉隆施用量对连作土壤再植平邑甜茶幼苗的生长促进作用最为显著。老龄苹果园土壤中微生物数量随棉隆施用量的增大而显著性降低,30天时,各处理(T1、T2、T3)可培养细菌数量较CK分别降低了57%,81%,87%,可培养真菌数量(T1、T2、T3)较CK分别降低了75%,81%,100%,层出镰孢菌基因(F.Proliferatum)拷贝数较CK分别降低了57%,80%,85%;微生物单一碳源利用率(biolog-ECO)结果表明,微生物活性(用平均每孔颜色变化率(AWCD)表示)在熏蒸后的土壤中随时间逐渐恢复,但施加浓度越高,恢复速度越慢,30天时,T1(0.02‰)的AWCD显著低于CK;60天时,该处理的AWCD已与CK无差异,而T3(0.5‰)AWCD直到90天时仍显著低于CK;微生物T-RFLP主成分分析表明,各处理均改变了老龄苹果园土微生物群落结构,棉隆施用浓度越大,群落改变越显著,但高浓度熏蒸下的群落结构很不稳定,随时间波动明显;聚类分析显示,随时间推移,T1(0.02‰),T2(0.1‰)与CK的群落结构相似度逐渐升高,并逐渐向CK移动。而T3(0.5‰)始终与CK保持低相似度;在微生物多样性分析中,T3(0.5‰)对微生物多样性指数(Shannon index)与丰富度指数(Margalef index)降低程度最为显著。     

生物质炭配施蚯蚓粪提升土壤有机碳对水稻生长的影响

针对土壤有机碳含量低对作物产量的限制性影响,探究生物质炭配施蚯蚓粪对中低产田土壤有机碳提升和作物增产的积极作用。设2个生物质炭用量梯度(B_1:6 g·kg~(-1)和B_2:30 g·kg~(-1))和3个蚯蚓粪用量梯度(M_1:不施蚯蚓粪;M_2:1%;M_3:5%)配施进行盆栽试验,不施生物质炭和蚯蚓粪为对照(CK),共7个处理进行。结果表明,施用生物质炭和蚯蚓粪对土壤温度和水稻株高均没有产生明显影响,6 g·kg~(-1)生物质炭配施5%蚯蚓粪或30 g·kg~(-1)生物质炭配施不同用量蚯蚓粪可显著增加土壤有机碳含量,生物质炭与蚯蚓粪产生的外源性炭投入量与土壤有机碳含量之间显著相关,相关系数为0.851(P0.05);同等蚯蚓粪用量下,30 g·kg~(-1)生物质炭用量处理水稻不同部位生物量高于6 g·kg~(-1)生物质炭用量处理;B_1M_3和B_2M_3处理水稻粒重最高,施用生物质炭和蚯蚓粪增加养分投入和促进养分吸收是增产的主要原因;生物质炭配施蚯蚓粪提高了氮素的收获指数。生物质炭配施蚯蚓粪能有效增加土壤有机碳,是培肥中低产田土壤、提高养分吸收利用和促进水稻增产的有效措施。     

长期连续施用生物质炭对土壤肥力、小麦产量和微生物群落结构的影响

摘 要：基于始于2010年的长期田间试验，研究了每年6 t/hm2 玉米秸秆还田(Straw)，每年2.4 t/hm2 (BC1)、6 t/hm2 (BC3)和12 t/hm2 (BC5)玉米秸秆生物质炭添加对土壤肥力、小麦产量和微生物群落结构的影响。结果表明：与不添加玉米秸秆及其生物质炭的处理（CK）相比，BC5处理显著提高了小麦产量，三个剂量生物质炭处理平均增加小麦产量15%。经过11年的连续添加，土壤容重（BD）从CK的1.06 g/cm3降低至BC5处理的0.73 g/cm3，总碳（TC）从CK的14.9 g/kg 增加至BC5处理的83.8 g/kg。土壤有效氮（AN）、速效钾（AK）和有效磷（AP）均随施用量增加而增加，表现为BC5 > BC3 > BC1 > Straw ≥ CK。本研究中，长期连续施用玉米秸秆及其生物质炭没有显著改变细菌群落多样性，而BC5处理略微增加真菌群落多样性。PICRUSt2功能预测表明生物质炭处理显著增加了碳固定相关功能基因丰度，而降低碳降解相关功能基因丰度。     

基于BIOLOG指纹解析土壤可培微生物对铀污染的响应

为考察铀污染对土壤微生物群落的影响,以50、100、150 mg·L-1铀处理的土壤为研究对象,未处理的土壤为对照(CK),采用BIOLOG-ECO微孔板技术考察土壤微生物群落的功能多样性和碳源利用动力学特征等的变化。根据微孔板中的孔平均颜色变化率(AWCD)可知,铀污染对土壤微生物的生理活性呈现显著的抑制作用;采用Shannon多样性指数、Simpson指数、Mc Intosh指数描述微生物功能多样性,结果表明,铀处理组与CK的微生物群落功能多样性差异在3个多样性指数上均达到显著水平;土壤微生物对各类碳源的利用能力有所不同,以氨基酸类和胺类碳源为主;铀处理后,6类碳源相对利用率均比CK显著降低,其中羧酸类和多聚物类的利用率下降50%以上。主成分分析结果表明,铀污染后的土壤微生物特异利用的碳源主要有β-甲基-D-葡萄糖苷、D-半乳糖酸-γ-内脂、L-精氨酸等。因此,铀污染改变了土壤微生物的群落结构,导致微生物生理代谢等功能特性的变化。BIOLOG-ECO技术结合数学统计分析方法可以较为直观、快捷地反映土壤微生物的生物多样性,研究结果为评估和修复铀污染生态环境提供了理论依据。     

硝化抑制剂和秸秆对潮棕壤碳氮转化和微生物群落特征的短期影响

氮是植物和微生物生长繁殖的必需营养元素,而氮矿化表征了土壤供氮能力。通过盆栽实验,采用同位素稀释法和磷脂脂肪酸(PLFA)法,研究了添加硝化抑制剂和秸秆条件下,潮棕壤碳氮矿化和微生物群落组成变化特征。结果表明,与施氮量N 0.1 g·kg~(-1)的单施氮肥处理(NF)相比,氮肥配施1%硝化抑制剂(NFI)的土壤铵态氮提高32%,而硝态氮降低53%。氮肥与施用量为5 g·kg~(-1)的秸秆配施(NS),土壤氮素总矿化速率增加36%,微生物生物量碳提高51%,β-葡萄糖苷酶活性提高36%,同时显著增加了土壤总PLFA以及细菌、真菌、真菌/细菌和革兰式阴性菌(P0.05),土壤呼吸熵降低50%。与氮肥配施秸秆处理(NS)相比,氮肥、秸秆和硝化抑制剂配施处理(NSI),土壤铵态氮提高33%,硝态氮下降47%。综上所述,氮肥和秸秆配施可以提高土壤微生物生物量,改变土壤微生物群落组成,配施1%(N)硝化抑制剂后降低土壤硝化速率,增加土壤供氮能力。     

生物炭与氮肥配施对植烟土壤微生物及碳氮含量特征的影响

土壤健康和化肥减施是实现绿色农业发展的基础,探究减施氮肥的同时添加生物炭对植烟土壤的影响对科学施肥具有重要意义。以烤烟“K326”根际土壤为研究对象,通过大田试验研究了烟株生育期内生物炭配合减氮措施对土壤养分、碳含量和土壤微生物群落的影响。生物炭配合减氮措施能够增加土壤中的有效磷含量,且以T3处理的增幅最大,达82.22%。在烟草4个生育期T4处理的速效钾含量分别较CK2显著增加了11.89%、35.11%、25.95%、15.85%。4个生物炭配合减氮措施处理的碱解氮含量较CK2分别增加了7.21%、8.03%、12.41%、12.76%。T3处理的全碳含量在烟草4个生育期较CK2分别显著增加了12.44%、18.48%、16.58%、6.15%。生物炭配合减氮措施能够提升土壤碳氮比,以T4处理最大,达到8.96。植烟土壤中土壤细菌的优势菌纲为放线菌纲(Actinobacteria)、γ-变形菌纲(Gammaproteobacteria)和α-变形菌纲(Alphaproteobacteria),土壤真菌的优势菌纲为粪壳菌纲(Sordariomycetes)、散囊菌纲(Eurotiomycetes)和子囊菌门某纲(norank_p_Ascomy-cota)。较CK2处理,生物炭配合减氮措施会增加α-变形菌纲(Alphaproteobacteria)、纤线杆菌纲(Ktedonobacte-ria)、散囊菌纲(Eurotiomycetes)和子囊菌门某纲(norank_p_Ascomycota)的相对丰度,减少放线菌纲(Actinobac-teria)及酸杆菌纲(Acidobacteria)的相对丰度。研究表明,生物炭配合减氮措施能够促进作物根际区域土壤碳氮平衡,改善植烟土壤根际微生态环境并提高土壤功能微生物相对丰度,提高养分利用效率,为植烟土壤氮肥高效利用和健康土壤培育提供理论依据。     

生物有机肥对连作压砂田土壤肥力及西瓜品质的影响

为解决宁夏连作压砂西瓜田土壤肥力和果实品质下降的问题,通过施用生物有机肥改土培肥,提高压砂西瓜产量和品质。本试验以"金城5号"为试验材料,通过田间小区试验研究了生物有机肥不同施用量对土壤肥力及压砂西瓜品质、产量的影响。结果表明,施用生物有机肥3 750 kg·hm~(-2)处理0～20 cm土壤pH值为8.39,较CK处理降低1.76%;全盐含量为2.34 g·kg~(-1),较CK处理降低26.18%,0～20 cm土壤有机质含量较CK处理提高12.99%;碱解氮含量较CK处理提高56.06%;有效磷含量较CK处理提高71.63%;速效钾含量较CK处理提高28.78%,0～20 cm土壤全氮含量较CK处理提高176.84%;全磷含量较CK处理提高92.53%。随着土壤理化性质的改善,土壤酶活性也呈现升高趋势,说明两者存在相关性。施用生物有机肥3 750 kg·hm~(-2)处理下西瓜果实品质提高,可溶性固形物含量达到14.69%,较CK处理升高22.62%;有机酸含量为0.051%,较CK处理降低41.38%;维生素C含量达到12.74mg·kg~(-1)。通过比较,生物有机肥3 750 kg·hm~(-2)为最佳施用量,施用生物有机肥可改善压砂西瓜连作土壤的肥力水平,有效提高土壤酶活性、压砂西瓜产量及品质,有利于宁夏压砂西瓜产业的可持续发展。     

生物碳对灰漠土有机碳及其组分的影响

土壤有机碳是影响土壤肥力和作物产量高低的决定性因子。以棉花秸秆为原料,在高温厌氧条件下热解制备生物碳,通过盆栽试验探讨了生物碳对新疆灰漠土有机碳及其组分的影响。试验设置3种生物碳:棉花秸秆分别在450℃、600℃和750℃下热解制备(以BC450、BC600和BC750表示);每种生物碳的施用量分别为5 g·kg-1、10 g·kg-1和20 g·kg-1(占土壤重量的比例);同时,以空白土壤为对照(CK)。结果表明:施用生物碳可促进小麦生长,两茬小麦的地上部干物质重均显著高于对照。施用生物碳可显著提高土壤总有机碳,且生物碳热解温度越高,施用量越大,提高作用越明显。各生物碳处理土壤易氧化碳含量均显著高于对照;生物碳低、中施用量处理(5 g·kg-1、10 g·kg-1)土壤水溶性有机碳含量显著高于对照,但高施用量处理(20 g·kg-1)与对照无显著差异;除BC750低施用量处理(5 g·kg1)外,其余各生物碳处理土壤微生物量碳含量也均显著高于对照。生物碳不同热解温度对土壤易氧化碳和微生物量碳含量的影响表现为BC450>BC600>BC750;但对土壤水溶性有机碳含量无显著影响。生物碳不同施用量对土壤易氧化碳的影响表现为10 g·kg-1≈20 g·kg-1>5 g·kg-1,水溶性有机碳含量为5 g·kg1≈10 g·kg-1>20 g·kg-1。生物碳对土壤微生物商的影响总体表现为:生物碳的热解温度越高,施用量越大,土壤微生物商越低。因此,合理的施用棉花秸秆生物碳可显著增加灰漠土有机碳储量,改变土壤有机碳组分,提高土壤生产力。     

生物质炭和氮肥配施对菠菜产量和硝酸盐含量的影响

施用生物质炭是提高作物产量和氮肥利用效率的潜在有效措施。以菠菜为供试作物开展盆栽试验,研究了生物质炭与氮肥配施对菠菜产量、组织中硝酸盐含量及养分（氮磷钾）含量的影响。生物质炭设3个水平：C0（0g·kg-1）、C5（5g·kg-1）和C10（10g·kg-1）,氮素3个水平分别为N0（0mg·kg-1）、N1（90mg·kg-1）和N2（120mg·kg-1）。试验结果表明,在N0和N1水平下,施用生物质炭显著提高了菠菜产量,增幅为16.6%～57.3%,而在N2水平下,生物质炭对菠菜产量无显著影响（P〉0.05）。同时,在N1水平下,与C0处理相比,C5和C10处理菠菜组织中硝酸盐含量分别增加了198.7%和233.4%;而在N2水平下,C5和C10处理的硝酸盐增幅分别为8.8%和46.3%。在不同氮素水平下,生物质炭的施用增加了菠菜对氮和钾的吸收,而对磷素吸收的影响不明显。总之,生物质炭与氮肥配施可以提高菠菜产量,明显增加氮肥当季利用效率。     

不同生物质炭输入水平下旱作农田温室气体排放日变化研究

在陇中黄土高原干旱半干旱区,采用小区定位试验,对不同生物质炭水平(0 t·hm~(-2)、10 t·hm~(-2)、20 t·hm~(-2)、30 t·hm~(-2)、40 t·hm~(-2)、50 t·hm~(-2))下农田土壤温室气体(CO_2、N_2O和CH_4)的日排放通量及其影响因子进行连续观测,并确定1 d中不同生物质炭处理水平下的最佳观测时间。结果表明:6个生物质炭输入水平处理下,春小麦地土壤CH_4、N_2O和CO_2通量变化趋势与气温日变化轨迹大体一致,均表现为白天排放量大于夜间,并在4:00—5:00时,出现对CH_4通量的吸收峰,以及N_2O与CO_2的排放低谷;全天内各处理CH_4平均排放通量依次为:10.14mg·m~(-2)·h~(-1)、7.82mg·m~(-2)·h~(-1)、6.57mg·m~(-2)·h~(-1)、-0.10mg·m~(-2)·h~(-1)、1.05mg·m~(-2)·h~(-1)和2.89mg·m~(-2)·h~(-1),N_2O平均排放通量依次为:288.79mg·m~(-2)·h~(-1)、201.78mg·m~(-2)·h~(-1)、157.14mg·m~(-2)·h~(-1)、112.06mg·m~(-2)·h~(-1)、154.60mg·m~(-2)·h~(-1)和164.02mg·m~(-2)·h~(-1),CO_2平均排放通量依次为:85.44 mg·m~(-2)·h~(-1)、80.91 mg·m~(-2)·h~(-1)、76.49 mg·m~(-2)·h~(-1)、65.29 mg·m~(-2)·h~(-1)、67.19 mg·m~(-2)·h~(-1)和69.10 mg·m~(-2)·h~(-1);当生物质炭输入量小于30 t·hm~(-2)时,土壤CH_4、N_2O、CO_2排放通量随其输入量增加而显著减小,但当其输入量超过30 t·hm~(-2)时,3种温室气体排放通量则呈显著增大趋势;当生物质炭输入水平为30 t·hm~(-2)时,春小麦土壤全天表现为CH_4的吸收汇,其余各水平处理下的土壤表现为CH_4的弱排放源;6种处理水平下,全天春小麦地土壤表现为N_2O、CO_2的排放源。0~5 cm的土壤温度及水分(y)与生物质炭输入量(x)回归方程分别为y=-0.017 6x+16.585(R~2=0.302 6,r=-0.55,P0.05)和y=0.056 5x+13.626(R~2=0.815 1,r=0.903,P0.05),生物质炭输入量与0~5 cm的土壤水分呈显著正相关关系;无生物质炭输入处理下3种温室气体的吸收或排放通量与地表温度及5 cm地温均呈显著正相关关系,其他各处理也表现出不同程度的正相关关系。因此,当生物质炭输入水平为30 t·hm~(-2)时,更有利于CH_4、N_2O和CO_2 3种温室气体的增汇减排;生物质炭输入水平差异引起的土壤温度及水分差异可能是不同生物质炭处理CH_4、N_2O和CO_2日排放通量产生差异的主要原因;由矫正系数及最佳时段温室气体排放量与累积排放量回归分析可得,3种温室气体的最佳同期观测时间为8:00—9:00。     

不同生物质炭输入水平下旱作农田温室气体排放研究

在陇中黄土高原干旱半干旱区,采用小区定位试验,对不同生物质炭输入水平下春小麦农田土壤温室气体(CO_2、N_2O和CH_4)的排放通量进行全生育期连续观测,并分析其影响因子。结果表明:6个生物质炭输入水平处理下[0 t·hm~(-2)(CK)、10 t·hm~(-2)、20 t·hm~(-2)、30 t·hm~(-2)、40 t·hm~(-2)、50 t·hm~(-2)],旱作农田土壤在春小麦全生育期内均表现为CH_4弱源、N_2O源和CO_2源。全生育期各处理CH_4平均排放通量依次为:0.005 7 mg·m~(-2)·h~(-1)、0.0047 mg·m~(-2)·h~(-1)、0.003 6 mg·m~(-2)·h~(-1)、0.003 3 mg·m~(-2)·h~(-1)、0.002 7 mg·m~(-2)·h~(-1)和0.000 4 mg·m~(-2)·h~(-1),N_2O平均排放通量依次为:0.230 5 mg·m~(-2)·h~(-1)、0.144 1 mg·m~(-2)·h~(-1)、0.135 3 mg·m~(-2)·h~(-1)、0.098 9 mg·m~(-2)·h~(-1)、0.125 0 mg·m~(-2)·h~(-1)和0.151 3mg·m~(-2)·h~(-1),CO_2平均排放通量依次为:0.449 2μmol·m~(-2)·s~(-1)、0.447 0μmol·m~(-2)·s~(-1)、0.430 3μmol·m~(-2)·s~(-1)、0.391 4μmol·m~(-2)·s~(-1)、0.408 0μmol·m~(-2)·s~(-1)和0.416 4μmol·m~(-2)·s~(-1)。土壤CH_4排放通量随生物质炭输入量的增加而减小;当生物质炭输入量小于30 t·hm~(-2)时,土壤N_2O、CO_2排放通量随其输入量增加而显著减小,但当其输入量超过30 t·hm~(-2)时,N_2O、CO_2排放通量则呈显著增大趋势。各处理在5~15 cm土层平均土壤温度差异显著(P0.05),在5~10 cm土层平均土壤含水量差异显著(P0.05),土壤温度及含水量受生物质炭影响明显;且CK处理不同土层的土壤温度及含水量波动最大,生物质炭输入可在一定程度上降低不同土层土壤的水热变化幅度;N_2O、CO_2排放通量与10~15 cm土层土壤温度呈显著性负相关,与20~25 cm土壤温度呈显著性正相关;CH_4平均排放通量与5~10 cm土层土壤温度呈显著性负相关,与其含水量呈显著性正相关;N_2O平均排放通量与15~20 cm土层土壤温度呈显著性正相关;CH_4、N_2O、CO_2平均排放通量与0~5 cm土层土壤水分呈显著性负相关。生物质炭的输入能够减小温室气体的排放,且会因其输入量的不同而异,因此适量应用生物质炭有利于旱作农田生育期内增汇减排。     

Effect of biochar application on mineral and microbial properties of soils growing different plant species

Biochar is widely used as a soil amendment to increase crop yields. However, the details of its impact on soil properties have not been fully understood. A pot experiment was conducted using soybean (Glycine max (L.) Merr. cv. Toyoharuka) and sorghum (Sorghum bicolor (L.) Moench cv. Hybrid Sorgo) under four soil treatment combinations (cattle farmyard manure with or without biochar and rapeseed cake with or without biochar) to elucidate the mechanisms of its beneficial effects on plant growth in terms of the microbial community structure and mineral availability in soils with different types of organic manure application. The application of biochar significantly increased the growth of both species, particularly sorghum with rapeseed cake application by 1.48 times higher than that without biochar. Microbial activity in soil was also enhanced by biochar application in both species with rapeseed cake application, particularly in sorghum. Principal component analysis using Biolog EcoPlate^TM data indicated that biochar application changed the microbial community structure in soil, particularly sorghum-grown soil. The changes in microbial community structure in sorghum were considered to be at least partly affected by changes in soil pH due to interaction between plant and biochar under organic manure application. Biochar application had little effect on the profile of ammonium-acetate-extractable mineral elements in soil including calcium, potassium, magnesium, sodium and sulfur with both types of manure application under soybean. Under sorghum, however, biochar with rapeseed cake manure application altered the profile. This alteration is attributable to an increase in the extractable concentration of certain metals in the soil including aluminum, cadmium and zinc, possibly caused by enhanced organic matter decomposition producing metal-chelating organic compounds. These different changes in the soil properties by biochar application may be directly or indirectly related to the different growth responses of different plant species to biochar application under organic manure application.     

Impact of biochar on mineralisation of C and N from soil and willow litter and its relationship with microbial community biomass and structure

Using a laboratory experiment, we investigated the effect of applying willow biochar to short rotation coppice soil on C and N dynamics and microbial biomass and community composition, in the presence and absence of willow litter. Application of biochar at a rate of 0.5 % had no effect on net CO₂ mineralisation in the presence or absence of litter. However at a rate of 2 %, net CO₂ mineralisation was reduced by 10 and 20 % over a 90-day period in the absence and presence of litter respectively. Biochar reduced N mineralisation when applied at both 0.5 and 2 % concentrations. pH was increased by application of 2 % biochar to soil. Phospholipid fatty acid analysis demonstrated that both concentrations of biochar affected microbial community composition, although the effect of biochar was not as great as the effect of time or litter application in shaping community structure. In particular, the amount of bacterial biomass was increased by biochar application to soil, and there was evidence for increased abundance of Gram-negative bacteria and actinobacteria following biochar application. The data is discussed in the context of microbial mechanisms underlying impacts of biochar on C cycling in soil, and the coupling of C and N cycles following amendment of soil with biochar.     

不同用量秸秆生物炭对辣椒疫病防控效果及土壤性状的影响

采用盆栽试验研究了不同用量秸秆生物炭对辣椒疫病防控效果及土壤性状的影响,并解析生物炭用量、土壤性状与防控效果之间的关系。结果表明,随着生物炭用量的增加,土壤pH和有机质含量逐步上升,电导率、有效磷和速效钾含量迅速上升,而铵态氮和硝态氮含量变化较小。细菌、真菌及四种功能菌数量随着用量的增加而逐步增加,但辣椒疫霉数量呈现先上升后下降的趋势。土壤酶活性方面,脲酶和β-葡糖苷酶逐步降低,FDA酶和蔗糖酶则先上升后下降。微生物代谢能力、微生物多样性及微生物均匀度均与用量呈倒U型曲线关系,在1.33%用量下获得最高值。DGGE图谱显示,低用量生物炭对微生物区系影响较小,而1.33%和2%用量则能显著改变微生物群落结构。0.33%、0.66%、1.33%和2%用量的防效分别为-9.8%、8.6%、56.7%和35.1%,与用量也呈倒U型曲线关系,1.33%生物炭用量对辣椒疫病的防效最好。一定范围内防效随生物炭用量的增加而增加,这可能是因为生物炭对土壤性状的改善作用,而随后防效下降,则与高用量生物炭对土壤性状产生的负面影响有关。     

柳枝稷生物炭对来自不同地区的两种土壤上植物生物量和微生物动态的影响

Biochar amendments to soils may alter soil function and fertility in various ways, including through induced changes in the microbial community. We assessed microbial activity and community composition of two distinct clayey soil types, an Aridisol from Colorado (CO) in the U.S. Central Great Plains, and an Alfisol from Virginia (VA) in the southeastern US following the application of switchgrass (Panicum virgatum) biochar. The switchgrass biochar was applied at four levels, 0%, 2.5%, 5%, and 10%, approximately equivalent to biochar additions of 0, 25, 50, and 100 t ha^-1, respectively, to the soils grown with wheat (Triticum aestivum) in an eight-week growth chamber experiment. We measured wheat shoot biomass and nitrogen (N) content and soil nutrient availability and N mineralization rates, and characterized the microbial fatty acid methyl ester (FAME) profiles of the soils. Net N mineralization rates decreased in both soils in proportion to an increase in biochar levels, but the effect was more marked in the VA soil, where net N mineralization decreased from -2.1 to -38.4 mg kg^-1. The 10% biochar addition increased soil pH, electrical conductivity, Mehlich- and bicarbonate-extractable phosphorus (P), and extractable potassium (K) in both soil types. The wheat shoot biomass decreased from 17.7 to 9.1 g with incremental additions of biochar in the CO soil, but no difference was noted in plants grown in the VA soil. The FAME recovery assay indicated that the switchgrass biochar addition could introduce artifacts in analysis, so the results needed to be interpreted with caution. Non-corrected total FAME concentrations indicated a decline by 45% and 34% with 10% biochar addition in the CO and VA soils, respectively, though these differences became nonsignificant when the extraction efficiency correction factor was applied. A significant decline in the fungi:bacteria ratio was still evident upon correction in the CO soil with biochar. Switchgrass biochar had the potential to cause short-term negative impacts on plant biomass and alter soil microbial community structure unless measures were taken to add supplemental N and labile carbon (C).     

生物炭和有机肥施用提高了华北平原滨海盐土微生物量

【目的】研究施加不同量生物炭和有机肥对山东滨州滨海盐地土壤微生物量碳、氮 (MBC、MBN) 含量的影响,为改善盐地土壤环境质量和盐地的可持续利用提供科学依据。【方法】试验共设置6个处理:CK (无机肥)、C1[生物炭5 t/(hm2·a)]、C2[生物炭10 t/(hm2·a)]、C3[生物炭20 t/(hm2·a)]、M1[有机肥7.5 t/(hm2·a)]、M2[有机肥10 t/(hm2·a)]。各处理均施加等量的N[200 kg/(hm2·a)]和P₂O₅[120 kg/(hm2·a)],生物炭和有机肥处理不足部分由尿素和磷酸二铵补充。生物炭、有机肥和基肥均分为玉米、小麦两季人工施入,每个处理3次重复,小区随机排列。在玉米和小麦的不同生育期,取0—20 cm和20—40 cm土样,测定土壤MBC和MBN、土壤pH、土壤含水量、硝态氮和铵态氮含量。【结果】施加生物炭和有机肥均可增加土壤MBC和MBN。施用基肥5天后,生物炭和有机肥显著增加了土壤MBC和MBN含量,而追肥对土壤MBC和MBN的影响并不显著。生物炭处理土壤MBC变化范围在64.1～570.0 μg/g,有机肥处理变化范围在90.6～451.3 μg/g之间。C3、M1、M2处理均显著增加了0—40 cm土壤MBC (增幅在40.9%～118.4%之间) ,而C1、C2仅显著增加20—40 cm土层的MBC含量 (增幅分别为47.7%、60.0%) 。生物炭处理MBN含量在5.3～92.5 μg/g之间,与CK相比差异不显著;有机肥处理变化范围为4.2～163.9 μg/g,M1和M2显著增加了土壤MBN含量,增加幅度达56.4%～162.3%。生物炭和有机肥的施加对土壤pH影响显著,生物炭显著降低了20—40 cm的土壤pH,而有机肥显著降低了0—40 cm的土壤pH。相关分析表明,土壤pH与土壤MBC和MBN均呈极显著的负相关关系。土壤MBC和MBN均与土壤矿质氮表现出显著正相关关系。除M1处理玉米产量显著降低外,生物炭和有机肥的施加对玉米和小麦产量均没有产生显著影响。玉米季前期以细菌为主,后期则以真菌为主。小麦季MBC/MBN波动较大。【结论】施加生物炭和有机肥对土壤MBC和MBN含量影响显著,对盐地土壤MBC和MBN均具促进作用。土壤MBC和MBN与土壤pH具有显著的负相关关系,与土壤矿质氮呈显著正相关关系,说明生物炭和有机肥的施加能够降低盐地土壤pH,增加土壤矿质氮,有利于盐地土壤环境质量的改善。     

杉木凋落物及其生物炭对土壤微生物群落结构的影响

以福建建瓯万木林自然保护区内的杉木人工林土壤为研究对象,设置单独添加生物炭、单独添加凋落物以及混合添加凋落物和生物炭处理,进行一年的室内培养实验,研究不同添加物处理对土壤性质及微生物群落结构的影响。结果表明:与对照(S)相比,单独添加凋落物与混合添加凋落物和生物炭均使土壤磷脂脂肪酸(PLFA)总量、真菌丰度以及真菌/细菌比值显著增加;单独添加生物炭与混合添加凋落物和生物炭均使革兰氏阳性细菌/革兰氏阴性细菌比值显著增加。混合添加凋落物和生物炭处理的放线菌丰度显著高于单独添加凋落物处理的。主成分分析表明,不同添加物处理的土壤微生物群落结构存在显著差异;典范对应分析表明,不同添加物处理通过改变土壤p H、全碳、全氮、C/N、可溶性有机碳(DOC)和可溶性有机氮(DON)等性质,进而影响土壤微生物群落结构。