生物炭对中性水稻土养分和微生物群落结构影响的时间尺度变化研究

采用室内培养实验研究了生物炭对中性水稻土养分、微生物量和磷脂脂肪酸(PLFA)特征的影响。试验采用玉米秸秆生物炭(炭化温度500℃),分别按照炭土质量比0(CK)、1%(T1)、2%(T2)和4%(T3)施用于土壤中,进行好气培养。结果表明:从时间尺度变化规律来看,土壤中铵态氮和硝态氮以及微生物量碳氮呈现波动性变化规律,在培养第21 d达到最低值,随后又呈现增加趋势,这与土壤中可利用态碳氮养分消耗有关。从生物炭的添加效果来看,与CK相比,生物炭的添加能够提高土壤p H值、有机质、全氮含量,降低铵态氮、硝态氮含量;生物炭的添加能够提高土壤微生物量碳氮含量,与CK相比,T1~T3处理微生物量碳、氮含量分别提高5.5%~14.3%、4.8%~25.7%;生物炭的添加降低了土壤PLFA含量,但土壤中各微生物类群PLFA含量在处理间差异不明显,表明其对土壤微生物群落结构影响不显著。总之,施用生物炭在一定程度上可以改善中性水稻土养分状况,提高土壤微生物量含量,改善土壤肥力水平。     

不同秸秆生物炭对水稻生长及土壤养分的影响

[目的]探讨桑枝秆、木薯秆和甘蔗渣生物炭对水稻产量及稻田土壤养分的影响,为充分利用广西桑蚕、木薯和糖料蔗产业秸秆废弃物资源实现水稻增产增收提供理论依据.[方法]采用盆栽试验,以不添加生物炭为对照,设添加桑枝秆生物炭1.5%、3.0%和4.5%;添加木薯秆生物炭1.5%、3.0%和4.5%;添加甘蔗渣生物炭1.5%、3.0%和4.5%共9个秸秆生物炭处理,于水稻主要生育期内调查水稻生长状况,收获后进行考种测产,并分析土壤pH及养分含量的变化情况.[结果]与对照相比,施用桑枝秆和甘蔗渣生物炭提高了分蘖中期和齐穗期的水稻株高,也显著提高了成熟期水稻的有效穗数和成穗率(P<0.05,下同).施用生物炭可增加水稻穗长、穗粒数和结实率(木薯秆生物炭3.0%和4.5%处理除外),对千粒重无显著影响(P>0.05).除木薯秆生物炭4.5%和甘蔗渣生物炭1.5%处理外,其他生物炭处理均可显著提高水稻产量,且桑枝秆、木薯秆和甘蔗渣3种生物炭均在添加量为3.0%时增产幅度最大,分别比对照增产38.05%、28.24%和32.73%,以桑枝秆生物炭3.0%处理的增产效果最佳.施用生物炭整体上可提高土壤的全氮、有效磷和速效钾含量,降低全磷、全钾和碱解氮含量.各生物炭处理的土壤pH(甘蔗渣生物炭1.5%和3.0%处理除外)和有机质含量显著提高,以甘蔗渣生物炭对土壤有机质的提升效果最佳,桑枝秆生物炭对土壤pH的提高幅度最大.[结论]施用3种生物炭均有效提高了稻田土壤肥力及水稻产量,其中木薯秆生物炭对土壤全氮、有效磷和速效钾含量的提升作用较佳,桑枝秆生物炭对水稻产量的提升效果较优.     

生物炭及炭基肥对土壤微生物群落结构的影响

【目的】微生物在土壤养分循环中起到转换者的作用。论文以传统有机肥(玉米秸秆和猪厩肥)为对照,探究施用生物炭和炭基肥等新型有机物料培肥改土对土壤微生物群落结构的影响,以期为不同有机物料合理施用提供理论参考。【方法】依托沈阳农业大学棕壤改土定位试验平台(始于2009年),利用磷脂脂肪酸(PLFA)技术研究长期不同有机无机配施条件下土壤理化性质和微生物群落结构特征及二者的相关关系。试验处理包括:秸秆配施化肥还田(CS)、猪厩肥配施化肥(PMC)、炭基肥(BF)以及生物炭配施化肥(BIO)。【结果】PMC和BF处理的pH显著高于BIO处理;PMC处理的全氮含量显著高于BF和CS处理,BIO与PMC处理没有显著差异;PMC处理的有机质含量显著高于BF和BIO处理;PMC处理的土壤含水量最高;不同处理间土壤全钾含量没有显著差异。PMC处理的土壤微生物总PLFAs含量最高,其他处理间没有差异;PMC处理的细菌PLFAs含量最高,BF处理的细菌PLFAs含量显著低于BIO和CS处理;PMC处理的真菌、革兰氏阳性和阴性细菌PLFAs含量显著高于BIO处理,BF与PMC处理差异不显著;PMC处理的放线菌含量显著高于CS处理,BF和BIO处理居于中间无显著差异。BF处理的Shannon-Winner多样性指数和真菌/细菌比值显著高于BIO处理,BF和PMC处理的革兰氏阳性/阴性细菌比值显著低于BIO处理。冗余分析(RDA)结果显示,土壤pH、全氮和有机质对土壤微生物各PLFA有极显著影响(P0.01),含水量和全钾有显著影响(P0.05)。【结论】生物炭和炭基肥长期施用明显改善了土壤理化性质;相较猪厩肥,施用生物炭不利于真菌和革兰氏阴性细菌的积累,而且施用生物炭和炭基肥对土壤微生物群落的影响不同,施用生物炭有利于细菌群落的繁殖,施用炭基肥有利于土壤真菌/细菌比和土壤微生物群落结构多样性的提高;土壤pH、全氮、有机质、含水量和全钾依次是影响土壤微生物群落的重要因子。     

生物炭对玛瑙红樱桃土壤微生物和养分的影响

以贵州省主栽樱桃品种玛瑙红为试材,探讨生物炭对土壤微生物和养分的影响,旨在为玛瑙红樱桃的丰产优质栽培及生物炭在果树上的应用提供理论依据。试验设置0(CK)、5(C1)和10(C2)kg/株3个生物炭施用量,结果显示:在始花期,C1处理显著提高细菌、反硝化细菌数量,C2处理显著提高好氧固氮菌数量;在盛花期,生物炭的添加显著提高了土壤微生物多样性和反硝化细菌数量;在结果期,C2处理显著提高真菌数量;添加生物炭处理提高了土壤pH值和有机质含量,但对土壤养分的影响因物候期而异。结果表明,生物炭的添加能提高玛瑙红樱桃土壤微生物量、微生物多样性、土壤养分,但提高效果与植物所处生长状态有关。     

秸秆生物炭和秸秆对麦玉轮作系统土壤养分及作物产量的影响

为探讨生物炭和秸秆在石灰性潮土区对麦玉轮作系统的影响,采用冬小麦季玉米秸秆还田-夏玉米季小麦秸秆不还田的单季还田模式,按照观测小区内实际平均玉米秸秆干物质量进行倍数施用,设置玉米秸秆0.5(S0.5)、1.0(S1.0)、1.5(S1.5)和2.0倍（S2.0）还田,以及将等量玉米秸秆全部转化为生物炭进行施用（B0.5、B1.0、B1.5、B2.0）,以无生物炭和秸秆的处理为对照（CK）,测定不同处理下的土壤养分及作物产量。结果表明,生物炭和秸秆还田处理对冬小麦、夏玉米两季的土壤全效以及速效养分具有一定的促进作用,整体上在冬小麦季对土壤养分的改善及碳氮比的提升效果优于夏玉米季。在冬小麦季,生物炭和秸秆还田处理的小麦籽粒产量较对照分别显著增加9.04%～21.76%和15.31%～22.96%;在夏玉米季,B0.5、S1.0、S1.5、S2.0处理的玉米籽粒产量较对照分别显著增产10.86%、8.72%、10.89%、12.22%。整体上施用生物炭和秸秆对冬小麦的增产效果高于夏玉米,且以秸秆还田处理的增产效果更优。因此,在鲁西平原石灰性潮土区正常施肥的基础上,在冬小麦季施加0.5倍玉米秸...     

生物炭对土壤有机碳及微生物影响研究进展

生物炭是生物质限氧热解得到的含碳丰富的固体物质。生物炭能够影响微生物参与的与土壤有机碳 库周转相关的生物地球化学循环过程。生物炭对土壤有机碳和微生物的影响与生物炭性质、施加量、土壤环境条 件有关,各研究结论并不一致。一些研究指出施加生物炭可以增加土壤有机碳抵抗微生物降解的稳定性,降低土 壤有机碳的矿化速率,具有良好的固碳潜力。然而也有很多学者报道了施加生物炭对土壤微生物性质产生有益的 影响,如增加土壤微生物生物量和活性,从而显著提高土壤有机碳的矿化速率。在综述生物炭对土壤本身有机碳 分解、土壤有机碳活性和稳定性、土壤团聚体及其稳定性、土壤微生物生物量和活性、土壤微生物群落结构影响 的基础上,提出未来的研究需要综合考虑生物炭还田可能带来的潜在环境效益和风险。     

玉米秸秆对土壤有机质含量及微生物群落结构的影响

为秸秆还田改善土壤生态功能提供理论依据,以添加秸秆后不同有机质含量变化的土壤为研究对象,利用磷脂脂肪酸(PLFA)法测定土壤微生物群落结构的分布,分析土壤微生物结构与有机质含量变化的关系。结果表明:玉米秸秆添加后引起土壤有机质呈大幅正向增加(I_1)、小幅度正向增加(I2)和负向变化(I_3)3种趋势,其中小幅度正向增加的I2磷脂脂肪酸的种类和绝对含量均低于I_1和I_3,而直链单不饱和脂肪酸/环丙烷脂肪酸(A/B)、直链饱和脂肪酸/直链单不饱和脂肪酸(C/A)、支链异构饱和脂肪酸/支链反异构饱和脂肪酸(iso/anteiso)值均高于I_1和I_3;有机质大幅正向增加的I_1磷脂脂肪酸的种类和绝对含量为3组中最高,且玉米秸秆处理过程中刺激16:0、18:1w6c、18:1w9c、16:0 10-methyl和19:0cyclo w8c所表征的优势类群的增殖,特征性菌群细菌/真菌和革兰氏阳性菌/革兰氏阴性菌(G+/G—)比值较I_1和I2低;有机质负向变化的I_3土壤中表征优势类群的磷脂脂肪酸的绝对含量均低于I_1,且支链饱和脂肪酸绝对含量为3组土壤中最高;主成分分析表明,I_1和I_3土壤微生物种类间无明显差别。土壤初始有机质含量高,玉米秸秆添加后土壤有机质变化幅度大,土壤微生物种类及丰度高。     

短期生物炭刺激对红壤和潮土微生物群落的影响

通过施用不同质量比的生物炭(0.5%、1.0%、2.0%、4.0%),研究生物炭施用对红壤和潮土微生物群落结构的影响。通过土柱培养试验,采用磷脂脂肪酸法测定不同处理土壤微生物的群落结构。添加1.0%、2.0%、4.0%生物炭处理与添加0.5%生物炭处理相比,潮土细菌PLFAs含量增加了9.5%～56.7%;添加0.5%和1.0%生物炭细菌的磷脂脂肪酸(PLFAs)含量分别显著降低了33.7%、27.3%;添加0.5%、2.0%、4.0%生物炭处理的革兰氏阴性细菌PLFAs的含量与单施氮肥处理相比显著下降了27.6%～48.8%,生物炭施用对真菌、放线菌、革兰氏阳性细菌、真菌PLFAs含量和细菌PLFAs含量的比值(真/细)和总PLFAs含量总体没有显著影响。生物炭施用对红壤的微生物PLFAs含量没有显著影响。在添加生物炭的处理中,生物炭施用量的增加使饱和脂肪酸含量/不饱和脂肪酸含量有降低的趋势。通过比值分析、多样性分析和主成分分析可知,短期生物炭刺激对红壤和潮土的微生物群落结构没有显著影响,2种土壤微生物生态位未产生分化。     

生物炭对塿土土壤含水量、有机碳及速效养分含量的影响

生物炭作为土壤改良剂对酸性土壤改良研究有较多的报道,但是关于北方石灰性土壤研究报道很少,通过田间小区试验研究生物炭不同施用量对陕西关中塿土土壤含水量、有机碳和速效养分含量的影响.试验处理为:不施生物炭(CK)、生物炭施用量1000 kg·hm-2(T1)、5000 kg·hm-2(T2)、10 000 kg·hm-2(T3)、20 000 kg·hm-2(T4),3次重复,随机区组排列,小麦生育期定期采样(分蘖期、返青期、拔节期、抽穗期、灌浆期).结果表明:小麦生育期内,不同处理土壤含水量随生物炭施用量提高呈先降低后升高趋势,T4最高,T2最低;土壤有机碳含量表现为T4＞T3＞T2＞T1＞CK;土壤碱解氮和有效磷含量均随着生物炭施用量的增大呈先增加后降低趋势,处理T1最高,T4和CK最低;土壤速效钾含量T4＞T3＞T2＞T1＞CK.综合来看,在上述研究条件下,生物炭高施用量比低施用量有利于提高土壤含水量、土壤有机碳和速效钾含量,但在生物炭低施用量下土壤碱解氮和有效磷含量显著增高.     

耕作方式和秸秆还田对稻田表层土壤微生物群落的短期影响

土壤微生物作为土壤生态系统的重要组成部分,对农艺措施响应敏感,为此采用磷脂脂肪酸(PLFA)法研究短期耕作和小麦秸秆还田对稻田表层土壤(0～5cm)微生物群落结构和多样性的影响。2011年在湖北省均川镇,设置了免耕(NT)和翻耕(PT)两种耕作方式以及6000kg·hm-2(SR3)、4000kg·hm-2(SR2)、2000kg·hm-2(SR1)、0kg·hm-2(SR0)四种还田量试验。为期两年的试验结果表明,试验田土壤共检测出了21种不同的磷脂脂肪酸类型,以iC15:0、C16:0、10Me17:0、Cyc19:0为主,分别占总磷脂脂肪酸的9.6%～11.6%、16.1%～19.0%、8.7%～13.0%和7.6%～9.8%,各处理土壤总磷脂脂肪酸含量在25.35～43.06nmol·g-1波动;免耕显著提高了表层土壤革兰氏阳性菌/革兰氏阴性菌,显著降低真菌和革兰氏阴性菌的生物量以及真菌/细菌、单不饱和脂肪酸/饱和脂肪酸和Shannon-Winner指数;秸秆还田显著提高了细菌、真菌、革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌的生物量以及真菌/细菌、Shannon-Winner指数、Simpson指数和Margalf丰度指数。因此,秸秆还田提高了表层土壤微生物生物量和微生物多样性,短期免耕主要影响微生物群落结构。     

长期施肥管理对红壤稻田土壤微生物量碳和微生物多样性的影响

【目的】土壤微生物在地球化学循环及维持土壤肥力和作物产量方面发挥了重要作用,为了研究长期不同施肥制度对土壤肥力状况的影响,明确施肥制度与土壤微生物的关系。【方法】采用土壤熏蒸和磷脂脂肪酸分析方法,研究了湖南宁乡不施肥处理、施用化肥、常规施肥、秸秆还田、30%有机肥+化肥和60%有机肥+化肥6个长期肥料定位试验的土壤微生物量碳及磷脂脂肪酸。【结果】与不施肥对照相比,施用化肥、秸秆还田及有机肥与化肥配合施用可以显著的提高土壤微生物量碳及总磷脂脂肪酸的量。长期施用化肥后,群落中含有iC15:0的微生物明显增多,长期施用有机肥和秸秆还田后,群落中含iC15:0微生物明显减少,而含aC15:0微生物则显著增加。通过对21种测得磷脂脂肪酸进行主成分分析,结果表明,前两个主成分可以解释总变异的87.6%。除C12:0和C15:0外,大部分的非饱和脂肪酸和环式脂肪酸的变异可以在第一主成分中反映出来。从肥料处理的主成分分析结果看,第一主成分及第二主成分可以解释肥料处理变异的89.8%,相比较而言,化肥处理和常规施肥处理相互间的差别较小,60%有机肥处理与秸秆还田处理几乎重合。【结论】不同施肥处理对土壤微生物量碳和微生物多样性有重要影响,肥料处理差异可以在微生物结构与多样性变化上得以体现。     

生物炭施用下土壤微生物量碳氮的动态变化

为了研究生物炭施用量对整个玉米生育期内土壤微生物量及玉米产量的影响,采用田间定位试验,生物炭施用量设置0（BC0）、10（BC1）、20（BC2）和30（BC3） t·hm^-2共4个处理,测定不同处理下土壤微生物量碳、氮及其动态变化和收获后玉米的籽粒产量。结果表明,玉米生育期内各土层土壤微生物量碳随生物炭施用量的增加而增加;与BC0相比,施用生物炭对播种前土壤微生物量碳的影响最为显著,其中,BC3处理在0—10、10—20和20—30 cm土层的微生物量碳较对照分别增加103.2%、91.8%和158.5%。土壤微生物量氮和微生物量碳氮比的变化则与玉米生育期有关。从整个生育期来看,土壤微生物量碳、氮含量在播种前最低,在拔节期达到峰值,之后缓慢降低并保持相对稳定。在播种前,BC3处理土壤微生物商增幅最大,较BC0增加了59.5%,其他生育期土壤微生物商无显著变化。玉米籽粒产量随生物炭施用量的增加而增加,BC2和BC3分别较BC0显著增产11.2%和14.1%。因此,在土壤中施用生物炭可在一定程度上增加土壤微生物量,提高土壤肥力,增加作物产量,为该地区生物炭的合理施用提供理论依据。     

两种生物质炭对红壤团聚体结构稳定性和微生物群落的影响

【目的】研究烟秆炭和桑条炭对红壤团聚体结构稳定性和微生物群落丰度的影响,为培育结构稳定的红壤团聚体提供优质改良材料。【方法】通过室内培养试验,添加1%、2%、4%、6%土壤质量的烟秆炭（Y₁、Y₂、Y₄、Y₆）和桑条炭（S₁、S₂、S₄、S₆）,对照（CK）无添加,4个月后采用筛分法对土壤团聚体结构（＜0.25、0.25-0.5、0.5-1、1-2、＞2 mm团聚体粒级分布,平均重量直径（MWD）,＞0.25 mm团聚体含量（R_0.25）、团聚体破坏率（PAD））进行分析,采用微生物稀释平板法测定土壤真菌、放线菌、细菌数量。【结果】施入生物质炭后,水稳性团聚体发生显著变化。Y₄和S₄处理下,0.5-1 mm团聚体较对照显著增加61.0%和43.6%;Y₁和S₂处理,0.25-0.5 mm团聚体较对照显著增加40.8%和27.1%,＜0.25 mm的团聚体含量较对照显著降低9.2%和8.4%;Y₂和S₂处理的MWD表现一致,均较对照显著提高10%以上,Y₁和S₂处理R0.25较对照显著提高31.4%和28.7%,Y₆和S₆处理PAD显著降低22.0%和18.2%;土壤真菌、放线菌、细菌数量均显著增加,Y₄和S₄处理微生物群落最丰富;烟秆炭处理下,土壤团聚体稳定性指标（MWD、R_0.25）和土壤微生物之间存在显著和极显著相关性,尤其与真菌(R²=0.89, P=0.030; R²=0.86, P=0.039)和放线菌(R²=0.87, P=0.035; R²=0.90, P=0.021)相关性更显著;PAD随真菌数量的增加而极显著降低(P＜0.01）,随放线菌和细菌数量的增加而显著降低（P＜0.05）。【结论】烟秆炭和桑条炭均能促进大团聚体（0.25-1 mm）的形成,提高红壤团聚体结构稳定性,增加土壤微生物群落丰度,烟秆炭改良效果优于桑条炭,以2%-4%添加量为宜。     

耐镉菌株对土壤镉形态及土壤微生物群落结构的影响

通过传统的分离方法和室内培养实验,从污染土壤中筛选和分离耐镉菌株并分析耐镉菌株对土壤镉形态及微生物群落结构的影响。从浙江省富阳市电镀厂污染土壤中分离得到具有强活化作用的耐镉菌株m6,形态学观察和16S rDNA序列分析可知,m6与Arthrobacter的16S rDNA序列具有99%的同源性,其在系统发育地位上属于Bacteria,Actinobacteria,Actinobacteridae,Actinomycetales,Micrococcineae,Arthrobacter。研究表明耐镉菌株m6可使土壤中水溶态镉增加2倍多,可交换态镉增加16%。Biolog-ECO法的结果表明,接种耐镉菌株培养后土壤的AWCD值提高14%~146%,而且土壤微生物对31种碳源中的糖及衍生物、胺类碳源和多聚物类利用程度增加;磷脂脂肪酸法(PLFA)分析结果表明,与不接种菌株m6相比,接种土壤的脂肪酸总量增加了23.65%,代表真菌的特征脂肪酸(如18:2ω6,9、16:1ω5c、18:1ω9c)明显增加,但土壤的G^-/G⁺比值与对照相比降低38.6%,而且土壤中代表放线菌的特征脂肪酸(如l0Me 16:0、l0Me 17:0和10Me 18:0)的多样性有所降低。     

铅污染水稻土的微生物活性

采用盆栽试验方法,研究了受外源铅污染(0￣1 200 mg.kg-1)种植水稻后的青紫泥的微生物量碳、基础呼吸作用、代谢商及土壤脲酶、脱氢酶的变化,分析了外源铅污染的水稻土微生物学特性。结果表明,随培养时间延长,水稻土生物量碳呈下降趋势,基础呼吸作用随铅浓度升高而加强;土壤代谢商随铅浓度升高变化趋势不同;土壤脲酶、脱氢酶活性随铅处理浓度升高明显受抑制;土壤有效铅与土壤微生物生物量碳及土壤脲酶呈显著负相关。     

生物炭与秸秆添加对砂姜黑土团聚体组成和有机碳分布的影响

【目的】研究生物炭与秸秆添加对砂姜黑土团聚体组成、稳定性以及不同粒级团聚体有机碳分布的影响,为砂姜黑土黏板障碍因子改良和合理培肥制度建立提供科学依据。【方法】在光照培养室内用砂姜黑土进行的培养试验,试验设置4个处理：对照（不施有机物料,CK）、单施生物炭（5%生物炭,B）、单施秸秆（1.5%玉米秸秆,S）和生物炭与秸秆配施（5%生物炭+1.5%的玉米秸秆,BS）。培养6个月后采集土壤样品,利用湿筛法得到不同粒级的土壤水稳性团聚体,测定各粒级土壤团聚体有机碳含量。【结果】不同有机物料处理对＞2 mm团聚体含量影响较大,其中施用秸秆显著提高了该粒级团聚体含量。单施生物炭有利于0.053-0.25 mm粒级团聚体含量的增加;施用秸秆有利于0.5-2 mm团聚体含量的增加,较对照显著增加14%-68%。单施生物炭对平均重量直径（MWD）、几何平均直径（GMD）和大于0.25 mm团聚体含量（R_0.25）无显著影响,单施秸秆和生物炭与秸秆配施则显著提高了MWD、GMD和R_0.25。同时,各有机物料施用都显著降低了团聚体分形维数（D）。与对照相比,各有机物料处理土壤有机碳含量都显著提高,其中生物炭与秸秆配施处理含量最高,较对照提高了160%。各有机物料处理不同粒级团聚体中有机碳含量也显著提高,与对照相比,各粒级有机碳含量提高了54%-353%。随土壤粒径的增大,添加生物炭处理不同粒级团聚体有机碳含量分布呈现“V”型趋势,单施秸秆处理呈逐渐增加趋势。大团聚体有机碳的贡献率为S处理＞BS处理＞CK处理＞B处理,微团聚体则表现出相反的规律。0.5-1 mm粒级团聚体对土壤有机碳的贡献率最大,为6%-33%。【结论】单施生物炭对土壤水稳性大团聚体含量和团聚体稳定性的影响不显著,而生物炭与秸秆配施不仅能提高土壤大团聚体含量,增加土壤团聚体的稳定性,而且提高土壤及不同粒级团聚体的有机碳含量,改善了土壤性状。相比之下,生物炭与秸秆配施是改善砂姜黑土结构和提升碳水平的最佳培肥措施。