生物炭对不同土壤改良及生态效应影响的研究进展

本研究主要从生物炭特性以及其对不同土壤改良、作物生长发育、生态环境修复、温室气体减排等方面的功能进行综述，以期对生物炭在农业生产和生态环境保护等方面提供参考。为了研究生物炭对不同土壤改良及生态效应的影响，综述了国内外2017年以前的研究。发现生物炭作为土壤改良剂、肥料缓释载体以及新型环境功能材料等，其越来越成为农业与环境科学等领域的研究热点。然而，生物炭研究基本还处在理论和机制的探讨阶段，在田间应用与推广方面刚刚起步，今后还需科技工作者的进一步探索，文章最后阐述了未来对该领域研究的一些观点。     

生物炭对作物氮肥利用率影响的整合分析

为科学施用生物炭、提高氮肥利用率,采用整合分析的方法,收集符合筛选标准的文献33篇,统计了170组包含生物炭配施化肥(BC+NPK)和单施化肥(NPK)处理下作物氮肥利用率的数据,从不同地域、土壤养分、氮肥用量、生物炭特性与施用量、作物种类等方面量化分析生物炭对作物氮肥利用率的影响。结果显示：施用生物炭可以使作物氮肥利用率提高4.76%,其中南方地区生物炭的促进效果最为明显,提高了11.73%。土壤肥力影响生物炭对氮肥利用率的增幅,在土壤pH值、有机质含量、速效氮含量较低的南方地区,施用生物炭对氮肥利用率的提升效果最优,而在有机质含量较高、pH值较高的东北地区,施用生物炭的效果则有所降低;当氮肥施用量≤120 kg/hm2时,生物炭的增效效果最明显,氮肥利用率提高了10.73%。与经济作物相比,粮食作物的氮肥利用率提升效果更为明显,增加了5.71%。生物炭施用量控制在≤1%时,氮肥利用率提高3.43%,木质材料制备的生物炭的提升效果最明显,氮肥利用率提高7.99%;生物炭含氮量>2%时,氮肥利用率提高19.43%;生物炭pH 9~10时氮肥利用率最佳,肥料利用率能够提升5.01%。     

短期生物炭添加对不同类型土壤细菌和氨氧化微生物的影响

【目的】氨氧化作用是硝化作用的第一步,也是硝化作用的限速步骤,是全球氮循环的关键环节。本试验旨在研究在我国不同类型土壤中添加花生壳生物炭对细菌和氨氧化作用的影响,为生物炭的推广使用提供理论依据。【方法】试验以黄棕壤、潮土、黑土为供试土壤,通过短期培养试验,利用16SrRNA测序研究生物炭对不同类型土壤氨氧化微生物、细菌群落结构以及相关酶基因表达量的影响。每种土壤设置4个处理：CK（不施用化肥和生物炭）,F（单施化肥）,C（单施2%花生壳生物炭）,FC（施用化肥+2%花生壳生物炭）。【结果】施用生物炭后（C、FC）酸性土壤pH显著提高了0.5—1.0个单位,但碱性土壤pH显著降低了0.5—0.6个单位;单施生物炭（C）造成黄棕壤的微生物丰富度和多样性显著提高,潮土在单施生物炭（C）时仅显著提高了土壤的微生物多样性指数,在黑土中施用生物炭和化肥都未显著改变土壤微生物的丰富度和多样性;在3种土壤中氨氧化细菌的丰度皆高于氨氧化古菌,测得的氨氧化细菌的OTU丰度约为氨氧化古菌的8.1倍;生物炭和化肥并未显著改变奇古菌门中的OTU丰度,却对β和γ变形菌中的OTU丰度产生了显著性影响;3种土壤的氨氧化细菌都以β变形菌为主,约占60%;另外,生物炭的施用（C、FC）在PC1（40.4%）上显著改变了黄棕壤的微生物群落结构,在PC1（42.3%）和PC2（21.3%）上都显著改变了潮土的微生物群落结构;施用生物炭后（C、FC）,短期内潮土中氨合成相关酶基因表达量显著降低14.7%—39.9%,氨氧化古菌丰度在单一施炭（C）和化肥与生物炭同施（FC）时分别降低了70.5%和48.7%。【结论】施用生物炭后,短期内显著改变了黄棕壤和潮土的微生物群落结构,并明显抑制了潮土的氨氧化作用。     

生物炭对铝富集酸性土壤的毒性缓解效应及潜在机制

【目的】红壤铝毒是土壤改良持续关注的问题之一。生物炭因其自身的理化和生物学特性,为探索解决该难题提供了新的思路和途径。论文通过在红壤中添加外源铝并种植作物,研究生物炭对铝富集土壤铝毒的缓解效应及潜在机制。【方法】选用酸性红壤做盆栽试验,种植小白菜,添加花生壳生物炭和外源铝,设置CK(0C+0Al)、C(2%C)、Al(1 mmol·L~(~(-1))Al)、C+Al(2%C+1 mmol·L~(~(-1))Al)4个处理,分析生物炭对铝富集红壤不同活性铝及作物生长的影响。【结果】铝毒会显著抑制小白菜的出苗,且加重红壤小白菜生长受抑制的情况,降低小白菜的生物量,同时,铝毒会显著提高小白菜铝含量。而施用生物炭能缓解铝毒对小白菜的抑制影响,显著改善小白菜的生长状况,降低小白菜铝含量,C+Al处理小白菜铝含量较Al处理降低89.4%。铝毒会显著降低红壤的pH,Al处理红壤pH较CK处理降低了0.36个单位,而施用生物炭能显著提高土壤pH,C+Al处理土壤pH较Al处理上升0.62个单位。Al处理较CK处理土壤活性铝含量上升276.4μg·g~(-1),远大于添加量(27μg·g~(-1)),而施用生物炭能显著降低土壤活性铝含量,C+Al处理较Al处理下降14.9%。此外,Al处理交换性Al~(3+)含量较CK处理上升23.1%,施用生物炭后,C+Al处理交换性Al~(3+)含量较Al处理下降46.5%。CK与Al处理土壤活性铝形态主要以具有生物毒害性的交换性Al~(3+)为主,C与C+Al处理土壤活性铝形态主要以单聚体羟基铝离子、胶体Al(OH)30为主。【结论】添加外源铝降低了土壤pH,加重铝的毒害,抑制作物的生长发育。此外,外源铝的添加对红壤中活性铝有较强的激发效应,使得交换性Al~(3+)含量显著升高。然而,生物炭能显著提高酸性土壤pH,且改变不同活性铝的含量,但其对4种不同形态活性铝的效应有较大差异,其主要通过降低具有生物毒性的Al~(3+)含量来缓解铝毒,从而改善作物生长状况。     

施用生物炭对红壤中不同形态钾含量及小白菜生长的影响

为研究施用生物炭对南方红壤不同形态钾含量及小白菜生长的影响,采用盆栽试验,设置0%C(CK)、1%C、2%C、4%C和正常施用钾肥(K)5个处理,并土培种植"热绿二号"小白菜。结果表明:与对照(CK)相比,土壤中水溶性钾、交换性钾、非交换性钾的含量在施用生物炭后分别提高12.6%～51.8%、13.3%～43.5%、10.3%～26.1%。4%C处理相比施用正常水平钾肥对各种形态钾增加量最接近。土壤pH、速效磷、速效钾和有机质含量显著提高,其中pH增加0.06～0.25;同时,阳离子交换量、交换性钙、镁含量也显著提高,而交换性铝含量显著降低,降幅达到87%～98%。此外,施用生物炭提高了小白菜的生物量、叶片数、株高和鲜质量等农艺性状。     

胡麻DNA指纹图谱的构建与遗传多样性分析

以61份来源不同的胡麻材料为试材,利用20对多态性较好的SSR引物构建胡麻DNA指纹图谱,并对其遗传多样性进行分析。结果表明:20对SSR引物共得到88个等位基因位点,其中多态性等位基因位点有87个,多态性比率为98.86%,PIC(多态信息含量)值在0.120—0.870,平均PIC值为0.508。UPGMA聚类分析结果显示:61份胡麻材料的遗传相似系数在0.250—0.780,在遗传相似系数0.771 5处可将61份胡麻材料分为3类。构建的61份胡麻材料DNA指纹图谱可为今后胡麻品种鉴定与选育提供参考。