生物炭对设施退化土壤氮相关功能微生物群落丰度的影响

设施栽培土壤在人工调控下进行生产,长期处在高温高湿、无降水淋洗、高复种指数、持续大量施肥等特殊环境条件下,它的物理结构和生化性状产生很大变化.菜农因传统施肥经验而形成的盲目大量施肥行为造成氮肥的过量摄入,从而愈发加重了土壤表层养分富集、酸化板结、养分失调等,继而导致蔬菜品质严重下降,在部分种植年限较长的大棚已不能进行蔬菜生产,严重制约了各地区设施农业的可持续发展[1].而长期过量的施用氮肥还会使设施土壤中硝态氮含量升高,减少土壤中的硝化微生物菌群的丰度,提高反硝化微生物的活性,促进N2O的排放通量[2].因此,为了保证设施栽培产业能够健康、可持续地发展,使蔬菜生产向高产、高效、优质的方向发展,对设施栽培土壤氮循环的研究已迫在眉睫.     

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。     

生物炭及秸秆长期施用对紫色土坡耕地土壤团聚体有机碳的影响

依托紫色土坡耕地长期施肥试验观测平台,研究生物炭、秸秆对紫色土坡耕地团聚体有机碳分布的影响。长期施肥试验处理包括不施肥(CK)、无机氮磷钾肥(NPK)、秸秆还田(RSD)、生物炭与无机氮磷钾配施(BCNPK)、秸秆与无机氮磷钾配施(RSDNPK)。利用湿筛法,进行土壤团聚体粒径分组,随后测定各粒径团聚体含量及其有机碳含量,并计算团聚体平均质量直径(MWD)和几何平均直径(GMD)。结果表明,RSD、RSDNPK和BCNPK处理的表层SOC含量比CK处理增加43.1%～90.5%,SOC储量提高65.1%～74.3%,其中RSDNPK处理、BCNPK处理较NPK处理SOC显著增加25.2%～33.1%(P0.05), SOC储量显著提高23.2%～30.0%(P0.05)。团聚体MWD和GMD均为RSD处理RSDNPK处理BCNPK处理NPK处理CK处理; RSD处理0.25～2 mm的团聚体含量高达45.5%,较CK处理提高57.7%;秸秆和生物炭配施处理(RSDNPK处理和BCNPK处理)0.25～2mm的团聚体含量为41.3%～45.7%,而0.053mm粒径团聚体含量却降低54.1%～55.4%。NPK处理、RSD处理与CK处理的增长趋势相似,呈随团聚体粒径减小,团聚体有机碳含量先增大后减小,继而再增大的趋势;而RSDNPK、BCNPK处理则呈随粒径减小团聚体有机碳含量增加的趋势。生物炭和秸秆的施用能显著提升土壤有机碳含量,增强土壤结构稳定性,但生物碳的施用对提升土壤有机碳含量效果优于秸秆的施用,秸秆的施用对稳定土壤结构效果更优,因此生物炭和秸秆的施用可作为紫色土耕地土壤肥力维持和提升的有效管理措施。     

地膜覆盖对土壤微生物群落结构的影响

采用磷脂脂肪酸(PLFA)法测定了沈阳农业大学棕壤长期定位试验站地膜覆盖条件下土壤微生物磷脂脂肪酸图谱及群落结构。结果表明:在玉米苗期,长期施氮肥处理土壤覆膜后大部分脂肪酸含量都有所提高;施有机肥处理的土壤覆膜后脂肪酸的含量有降低的趋势;有机无机肥配合施用处理的土壤覆膜会增加真菌的含量,但却降低了其他脂肪酸的含量;在不施肥处理的土壤中,覆膜会使一些支链脂肪酸的含量降低。抽雄期,施有机肥的土壤覆膜后除单饱和脂肪酸含量有所下降外,其他脂肪酸都会提高;不施肥土壤覆膜处理双不饱和支链脂肪酸及放线菌标志性脂肪酸10Me18:0的含量会有所提高。成熟期,施氮肥的土壤覆膜处理大部分脂肪酸的含量降低;有机肥处理土壤中各种脂肪酸如:15∶0,a17∶0,i17∶0,i19∶0,18∶0,10Me18∶0含量覆膜高于裸地;有机无机配施处理土壤中17∶0,br17∶0,18∶0,18∶2w6,10Me18∶0含量覆膜处理高于裸地;对照土壤中i15∶0,16∶0,17∶0,a17∶0,18∶0,18∶2w6,19∶0含量覆膜高于裸地。另外,从脂肪酸的变化看出,覆膜处理土壤微生物群落整体结构发生了改变,没有表现出明显的种群优势。但是,尽管土壤的施肥处理不同,覆膜处理土壤微生物群落结构有一致化发展的趋势。     

施用生物炭对中国农田土壤有机碳含量的影响——基于Meta分析

探明不同生产条件下施加生物炭对中国农田土壤有机碳含量的影响,以期为科学施用生物炭和提高农田土壤碳库储量提供理论参考。研究基于已公开发表的施加生物炭对于我国农田土壤有机碳含量影响的相关文献,以不施加生物炭为对照组,施加生物炭为试验组,使用Meta分析方法定量整合分析了不同自然条件、土壤性质、农田管理措施等因素下生物炭施用对农田土壤有机碳含量的影响。研究表明,施加生物炭显著提高了农田土壤有机碳含量（P <0.05）,平均提高33.98%;当年均温在10～15℃时,土壤有机碳含量增幅最大,可显著提高48.05%(P <0.05),且不同年均温之间有极显著差异（P <0.01）,年均降雨量对生物炭提高土壤有机碳的效应也有显著影响（P <0.05）;在壤土上施加生物炭对土壤有机碳的提升效果较其他质地土壤极显著提高26.66%(P <0.01);随着施用生物炭pH的提高,其对土壤有机碳的增加效应越大,当生物炭pH> 10时平均可显著提高49.20%(P <0.05);在生物炭施用下,轮作相比于连作,极显著提高了土壤有机碳含量,提高率为28.42%(P &l...     

生物炭添加对人工湿地中污染物去除和基质微生物活性的影响

为提高人工湿地除污能力,探索利用生物炭强化人工湿地除污的可行性,以垂直流人工湿地为研究对象,通过单因素分析对比不添加生物炭系统(CW-1)和添加生物炭系统(CW-2)的垂直流人工湿地出水净化效果、微生物活性(基质酶活性、生物量、生物膜)大小,探究生物炭对垂直流人工湿地污水系统中总氮(TN)、氨氮(NH4+-N)、总磷(...     

生物炭添加对黄土高原典型土壤田间持水量的影响

为确定生物炭添加对黄土高原典型土壤水分条件的影响,利用威尔科克斯法,室内条件下测定2种生物炭类型(苹果树枝生物炭和锯末生物炭)及3种生物炭添加比例(2％,5％,10％)对黄土高原3种典型土壤(填)土、黄绵土、风沙土田间持水量的影响.结果显示:(填)土、黄绵土、风沙土添加生物炭后田间持水量分别平均增加2.77％,3.09％,4.17％,显著高于不施炭处理(p＜0.05).苹果树枝生物炭对3种土壤田间持水量提高程度平均值为4.67％,显著高于锯末生物炭2.02％的提高程度;生物炭添加量与土壤田间持水量增加程度成正比例关系,添加量越大,土壤田间持水量增加程度越高,其中,苹果树枝生物炭10％添加量对3种土壤田间持水量的增加程度最大.研究表明,生物炭添加可以显著提高土壤田间持水量,不同种类生物炭及添加量对土壤田间持水量影响差异较大.     

保护性耕作对黑土微生物群落的影响

耕作方式通过影响土壤微生物群落而影响土壤生态系统过程。本研究以传统耕作玉米连作处理为对照,通过测定土壤微生物量碳及磷脂脂肪酸含量,分析了保护性耕作(包括免耕玉米连作和免耕大豆-玉米轮作)对黑土微生物群落的影响。结果表明,保护性耕作可显著增加土壤表层(0～5cm)全碳、全氮、水溶性有机碳、碱解氮和微生物量碳(P0.05),为微生物代谢提供了丰富的资源。同时,保护性耕作显著提高了土壤表层(0～5cm)总脂肪酸量、真菌和细菌生物量(P0.05),提高了土壤的真菌/细菌值,有利于农田土壤生态系统的稳定性。研究结果对于探讨保护性耕作的内在机制具有重要意义。     

不同秸秆混合生物炭对盐碱土壤养分及酶活性的影响

研究不同秸秆混合生物炭对盐碱土壤养分含量和酶活性的影响差异,为盐碱土壤改良和资源的合理利用提供理论参考。以玉米秸秆、玉米芯、芦苇分别和剩余活性污泥混合在450℃裂解得到的混合生物炭为添加材料,以内蒙古盐碱土壤为供试土壤,研究不同混合生物炭添加对盐碱土壤pH值、阳离子交换能力、养分含量及土壤脲酶活性、蔗糖酶活性、过氧化氢酶活性的影响。结果表明:不同混合生物炭表面化学官能团种类一致,含量有差异;混合生物炭的添加能够小幅度降低土壤pH值;三种混合生物炭的加入大幅度提高了土壤阳离子交换能力,且随着混合生物炭添加量的增加而增强;混合生物炭的添加显著提高了盐碱土壤的养分含量,由玉米秸秆和污泥制备的混合生物炭主要增加总磷和速效磷含量,而添加芦苇和污泥制备的混合生物炭显著提高了土壤速效钾水平;添加混合生物炭对土壤蔗糖酶和脲酶活性有显著的促进作用,尤其是高添加量(25g/kg)对2种酶的促进作用显著高于低添加量(10g/kg,20g/kg);混合生物炭对土壤过氧化氢酶活性的影响表现为中、低添加量(20g/kg,10g/kg)的生物炭对过氧化氢酶的促进作用显著高于高添加量(25g/kg)。     

生物炭添加对旱作农田土壤溶解性有机质及其

为揭示生物炭添加对旱作农田土壤溶解性有机质（DOM）及其动态的影响,通过定位试验,探讨了不同生物炭施用量小区土壤在2012—2017年间溶解性有机碳、溶解性无机碳和DOM的荧光光谱组分及其紫外光谱特征的变化特征。结果表明：添加生物炭总体上能够提高土壤DOC和DIC含量,且随着添加量的增加而递增。相同生物炭添加量处理中,DOC含量随施用时间增加显著降低,而DIC含量呈逐渐升高的趋势。DOM芳香化程度随施用时间延长而显著增大,施用3年后3%和5%添加量处理的芳香化程度较CK显著降低,而1%添加量处理与CK无显著差异。DOM分子量在不同施用年限之间呈增大趋势。随着生物炭添加量的增加,分子量在不同施用年限间的差异逐渐减小。土壤DOM主要由UVC类腐殖酸（C1）、UVA类腐殖酸（C2）、土壤富里酸（C3）和类色氨酸（C4）4种物质组成,其中以C1和C2为主。整体而言,除添加1%生物炭时C2随施用年限增加而降低之外,不同处理中C1及C2均随着施用年限的增加而逐渐增加,而C3和C4则显著降低。不同处理下DOM的来源以外源输入为主,微生物内源输入为辅,添加生物炭在一定程度上增强了DOM的生物可利用性。生物炭的长期施入会引起旱作农田土壤DOM组分变化,总体趋势是大分子量腐殖酸类物质在增加,而小分子量蛋白类物质在减少。     

氮肥减量配施生物炭对稻田有机碳矿化及酶活性影响

氮肥减量配施生物炭对于提升土地生产力、提高土壤碳汇能力以及缓解气候变暖具有重要意义.依托大田试验,设置5个氮肥用量梯度(T0～T4):100％化肥氮,90％化肥氮,80％化肥氮,70％化肥氮,60％化肥氮,采用等氮原则,氮肥减少量用等氮量生物炭替代,以不施肥为对照(CK),结合室内矿化培养,揭示稻田有机碳矿化及酶活性对...     

减氮条件下生物炭对烤烟根系发育及土壤微生物群落的影响

为探索减氮条件下生物炭对植烟土壤的烤烟根系生长及土壤微生物种群数量的影响,采用大田试验方式,研究减氮40％条件下添加不同用量的生物炭对旺长期烤烟根系形态指标、根系活力以及土壤微生物数量的影响.结果表明,减氮条件下施用生物炭料可有效增加烟株根系各形态指标,同时增强根系活力,并且对增加土壤酶菌和细菌数量有显著促进作用.相对...     

生物炭添加对酸化土壤中小白菜氮素利用的影响

针对菜地土壤酸化趋势显著、氮肥利用率低下等突出问题,以小白菜为供试作物,设置了前3季连续施用化肥氮及后2季不施化肥氮的5季盆栽试验,研究生物炭添加对酸化土壤上连续多季种植小白菜的产量、氮肥利用率以及土壤供氮能力的影响。结果表明:在连续添加化肥氮的条件下,生物炭添加显著增加了小白菜的产量及氮素累积量,有效降低了土壤速效氮含量,并提高了土壤速效氮中NO3--N含量比例,缓解了土壤酸化趋势,降低了小白菜中硝酸盐含量,增加了氨基酸含量,提高了氮肥利用率;在停止施用化肥后,生物炭添加处理仍能保持较高的土壤速效氮含量,提高土壤固持氮素的有效性,促进植株对氮素的吸收利用,从而使产量维持在施氮条件下的高水平。研究表明生物炭添加对土壤氮素具有"削峰填谷"的调节功能,能够有效促进氮素的吸收转化,从而有利于维持高产。     

不同天然落叶阔叶林的土壤有机碳和微生物结构特征

研究森林土壤有机碳的分布、转化及其对环境变化的响应有助于更好地了解陆地生态系统碳循环过程,为准确评估碳排放提供科学依据。本研究选择神农架落叶阔叶成熟林(NMF)和砍伐后形成的落叶阔叶次生林(NSF)为研究对象,分析了其植物多样性、土壤活性有机碳和土壤微生物的磷脂脂肪酸(PLFAs)含量。结果表明,NSF具有显著(P0.05)高于NMF的植物多样性,两种不同森林类型的土壤微生物磷脂脂肪酸(PLFAs)具有明显差异(P0.05),主成分分析(PCA)表明了两种植被类型具有不同的微生物群落结构。Mantel分析表明,土壤有机碳、全氮、有效氮、植物多样性、pH、易氧化有机碳和微生物量碳等都与微生物群落结构均具有显著的相关性(P0.05)。因此,不同阔叶林类型具有明显不同的土壤有机碳和微生物群落结构特征。     

添加生物炭对黄绵土耕层土壤可蚀性的影响

生物炭因其固有的特性和理化性质成为新兴的土壤结构改良添加剂,目前大多研究集中在添加生物炭后土壤理化性质及作物产量变化方面,而对添加生物炭后土壤抗侵蚀效应变化的研究很少。以黄土高原典型黄绵土为例,采用室内人工模拟降雨试验,研究添加不同含量(0%、1%、3%、5%、7%)和粒级(2mm、1mm、0.25mm)的生物炭对坡面片蚀的影响。结果表明:(1)生物炭含量、生物炭含量与粒级的交互作用对降雨侵蚀有显著影响,生物炭粒级对侵蚀的影响效应相对较弱。(2)各次降雨中,添加1%含量的各粒级生物炭均可产生减流减沙作用,探讨其他含量的生物炭对侵蚀和径流的影响时需结合生物炭的粒级进行具体分析。(3)产流时间随生物炭含量的增加而减小,且≤3%的生物炭添加量可延迟产流时间。     

重度盐渍化湿地土壤酶活性对生物炭添加及浅翻处理的响应

研究了生物炭添加及浅翻处理对黄河三角洲滨海湿地重度盐渍化湿地土壤的影响,分析了不同处理下的土壤酶活性以及土壤理化因子的变化,初步探讨了浅翻及生物炭添加对重度盐渍化土壤的短期改良效果。结果表明:与对照相比,单一的浅翻处理使土壤表层电导率提高,但浅翻处理并未显著改变土壤的容重、含水率和总碳含量。添加高量生物炭后可显著降低土壤容重,增加土壤表层孔隙度,土壤表层总碳、有机质含量均显著增加。浅翻处理不能提高酶活性,但配合中、高量生物炭的添加,可以显著提高蔗糖酶的活性。综合来看,短期内生物炭的添加对于重度盐渍化土壤有一定的改善作用,土壤酶活性有不同程度的提高。     

添加生物炭改善菜地土壤氨氧化细菌群落并提高净硝化率

  【目的】  氨氧化过程是硝化作用的限速步骤,对氮循环有着重要影响。本研究通过分析生物炭输入下土壤氨氧化微生物群落的变化,揭示其影响土壤硝化作用的生物学机制。  【方法】  以华北潮土区设施菜地土壤为对象,设置生物炭梯度 (C₀、C_0.5、C_1.5、C_4.0) 土壤培养试验,结合PCR和T-RFLP等分析技术,观测生物炭输入下土壤氨氧化细菌群落变化动态,解析生物炭、土壤硝化作用与氨氧化细菌群落之间的关系。  【结果】  添加生物炭明显改变了土壤氨氧化微生物群落结构及氮素硝化过程。与未添加生物炭处理相比,生物炭添加处理培养前期土壤氨氧化细菌群落Shannon、Evenness指数分别升高5.4%～18.8%、26.2%～33.8%,后期Shannon指数降低20.7%～34.2%。生物炭输入对AOA群落没有明显影响,AOB群落256、58 bp代表物种丰度分别增加61.4%～56.0%、60.6%～78.6%,488 bp代表物种丰度降低22.8%～26.9%。21 bp代表物种丰度前期增加后期降低,与491 bp代表物种丰度变化相反。添加生物炭土壤AOB amoA基因丰度增加48.9%～53.2%。土壤NO₃–-N含量提高1.7%～25.6%,NH₄+-N含量下降13.4%～31.1%,土壤净硝化速率提高21.8%～70.2%。  【结论】  生物炭的输入可以改善以AOB为主的土壤氨氧化微生物群落结构,提高amoA酶活性,但是对氨氧化古菌微生物群落结构未产生明显影响。因此,生物炭提高土壤净硝化速率的作用与其对土壤氨氧化细菌群落和组成的影响密切相关。     

生物炭添加对矿区压实土壤水力特性的影响

中国黄土高原大型露天煤矿开采导致土壤质量下降,生物炭作为环境友好型土壤改良剂,在改善农田土壤质量中应用广泛,但在有关矿区压实土壤改良的研究中不够深入.为此,该研究通过室内试验分析不同粒径的生物炭在不同添加量下对矿区排土场压实土壤水力特性的影响.试验采用4种粒径(>1～2、>0.25～1、0.10～0.25、<0.10 ...     

不同作物根际土壤微生物的群落结构特征分析

为探究根际微生物群在支持植物生长、发育和健康方面的重要作用,本研究在2017年7月采集同一农田中大豆[Glycine max (L.) Merr.]、玉米[Zea mays)、花生(Arachis hypogaea L.]、四季豆[Phaseolus vulgaris L.]、豇豆[Vigna unguiculata (L.) Walp]、番薯[Ipomoea batatas (L.) Lam.]和芋艿[Colocasia esculenta (L.) Schoot]7种不同作物,通过Illumina MiSeq测序技术和磷脂脂肪酸(PLFA)对这7种不同作物的根际微生物群落结构和组成进行了分析。结果显示,不同作物根际土壤微生物的PLFA种类和组成差异显著,但均以表征革兰氏阴性菌、革兰氏阳性菌和真菌的特征脂肪酸为主。花生根际土中微生物的PLFAs含量最高,花生根际土中的真菌细菌比(F/B)显著高于其他作物,且其革兰氏阳性菌与革兰氏阴性菌比(G⁺/G^-)最低。尽管在门水平,变形菌门、放线菌门、酸杆菌门和厚壁菌门是7种作物根际微生物的主要优势门,但是在纲水平和目水平不同作物根际微生物组成存在差异。Alpha多样性分析表明,大豆根际的OTU丰富度(Chao1,P<0.001)和细菌群落多样性(Shannon,P<0.001)在7种作物中最高。非度量多维尺度分析(NMDS)表明,根际微生物群落结构在OTU和PLFAs水平下均以不同作物形成聚类,不同聚类间的差异显著。根际敏感微生物的筛选和比较进一步说明不同作物对根际微生物的选择具有差异性,群落中某些特定菌群优势度存在区别,不同作物具有不同敏感微生物的选择倾向。本研究为构建健康的植物根际微生物群落以促进植物育种提供了基础。     

生物炭对酸化茶园土壤性状和细菌群落结构的影响

  【目的】   生物炭作为一种高效、绿色、多功能的土壤调理剂受到了广泛关注,但生物炭对酸化茶园土壤改良的长期效应还缺乏了解。研究施用生物炭5年后对茶园土壤性状和细菌群落结构的影响,为生物炭在酸化土壤改良上的合理应用提供科学依据。   【方法】   茶园生物炭田间试验在福建安溪县进行,茶园种植年限超过7年,茶树品种为铁观音,土壤为黄壤 。试验设生物炭施用量0、2.5、5、10、20和40 t/hm2共6个水平,一次施入土壤,5年后调查了茶园土壤pH、电导率 (EC)、可溶性有机碳含量、细菌群落结构变化及它们间的相关关系。   【结果】   施用生物炭5年后,茶园土壤pH提高了0.16～1.11个单位,可溶性有机碳含量提高了52.6%～92.3%,EC值降低了1.85%～47.77%,其中施用10～40 t/hm2生物炭处理的pH值均显著高于0～5 t/hm2处理。施用生物炭5年对土壤性质的改变,进一步影响了细菌群落结构,细菌群落Chao指数、ACE指数表现为随生物炭施用量增加而增加得趋势,Shannon指数呈现先增加后降低的趋势。施用生物炭促进了适宜酸中性或弱碱性环境的节杆菌属、硝化螺旋菌属、黄色杆菌科细菌相对丰度的增加,降低了嗜酸性细菌如酸杆菌属细菌的相对丰度。细菌群落结构与环境因子的关联分析表明,施用0～10 t/hm2生物炭处理细菌群落结构受pH、EC环境因子的影响较大;施用20～40 t/hm2生物炭处理细菌群落结构受土壤可溶性有机碳等环境因子的影响较大;其中硝化螺旋菌属、α-变形菌门、酸杆菌属、康奈斯氏杆菌属等的相对丰度与土壤pH、EC值间具有显著相关性。   【结论】   在酸化茶园施用生物炭5年后,土壤pH、EC和可溶性有机碳含量发生了显著变化,增加了细菌群落多样性指数,且适宜酸中性或弱碱性环境的细菌丰度增加,嗜酸性细菌丰度降低;其中施用0～10 t/hm2生物炭的处理土壤pH、EC是显著影响细菌群落结构的环境因子,施用20～40 t/hm2生物炭的处理土壤可溶性有机碳含量是显著影响细菌群落结构的环境因子。