生物炭、天然生物质和有机氮肥对黄河三角洲滨海湿地土壤有机氮矿化的影响

摘要

黄河三角洲滨海湿地是中国暖温带面积最广阔、最年轻的新生湿地生态系统。但由于气候变化及人类不合理开发利用等原因导致自然湿地萎缩和退化严重，土壤盐渍化日趋加剧，土壤易板结，氮、磷等营养元素含量较低。近年来，人们通过植被恢复、水文调控等措施对黄河三角洲滨海湿地进行了卓有成效的恢复。但要实现该退化湿地的持续恢复和功能保育，必须从根本上改良湿地土壤。近些年来新兴的生物炭(biochar，BC)技术为改良贫瘠的盐碱土壤，实现退化湿地的持续恢复和功能保育提供了一条新的思路和途径。
　　生物炭是由生物质在封闭、低或无氧的体系下经过热解得到的一种富含碳的多孔材料，其巨大的比表面积以及丰富的多孔结构，可以有效改善土壤的质地、结构等物理特性，从而提高土壤透气性、持水能力和土壤肥力，是一种良好的土壤改良剂。BC输入湿地土壤后对土壤的质地、养分循环和作物产量均会产生影响。因此，BC输入可能会对滨海湿地土壤氮的矿化产生影响。氮素是黄河三角洲滨海湿地土壤最重要的限制性养分。该地区土壤过低的有效氮含量大大影响了湿地生态系统的初级生产力，而有效氮主要来自于土壤氮素矿化。本研究通过室内150d的培养实验，共设定7个处理组:空白对照，1％BC，3％BC，3％芦苇，3％芦苇+3％BC，0.3％尿素，0.3％尿素+1％BC，探讨了低温烧制的花生壳生物炭、天然生物质芦苇以及有机氮肥尿素对湿地土壤有机氮素矿化的影响及可能的影响机制。
　　结果表明:
　　1)1％BC和3％BC添加量处理组，生物炭降低了土壤的净氮累积矿化量。与空白处理组相比，生物炭显著提高了土壤的pH值、总C含量、总N含量以及C/N比，降低了土壤的脲酶活性。高的C/N比以及低的脲酶活性显著抑制了湿地土壤有机氮的矿化进程、降低了土壤矿质氮的含量。
　　2)芦苇添加处理组，矿质氮的生物固持作用明显。芦苇添加的两个处理组的土壤的pH值显著降低、脲酶活性显著增加。芦苇的添加显著提高了土壤的C/N比，高的C/N比在短期内极显著促进土壤矿质氮的迅速固定。生物炭在一定程度上可以缓解高C/N比芦苇对土壤有机氮矿化的抑制，但是差异并不显著。
　　3)添加尿素的两个处理组，氮的净累积矿化量显著高于空白对照组。尿素显著降低了土壤的C/N比、提高了土壤的脲酶活性，进而极显著促进了湿地土壤有机氮的矿化。在培养的第46天以后，两个尿素处理组均显著降低了土壤的pH值，并且生物炭处理组土壤脲酶活性显著提高，后期生物炭对有机氮的矿化出现了短期促进作用。
　　因此本研究得出结论，在短期内，生物炭的添加显著抑制了黄河三角洲滨海湿地土壤的有机氮矿化。但在添加了天然有机质芦苇和有机氮肥尿素的情况下，均出现了短期内生物炭促进湿地土壤有机氮矿化的现象。

目录

声明

摘要

0 前言

1 文献综述

1．1 黄河三角洲滨海湿地环境概况

1．2 生物炭技术及应用

1．2．1 生物炭概念及特性

1．2．2 生物炭在土壤改良方面的研究与应用

1．3 生物炭对土壤酶活性的影响

1．4 生物炭对土壤主要氮循环过程影响的研究现状

1．4．1 生物炭对植物根际(氮素吸收／同化作用)的影响

1．4．2 生物炭对生物固氮的影响

1．4．3 生物炭对硝化过程的影响

1．4．4 生物炭对土壤有机氮矿化的研究现状

1．4．5 生物炭对盐碱化土壤改良及N循环的研究现状

1．5 研究的目的意义及研究内容

1．5．1 研究目的及意义

1．5．2 主要研究内容

1．5．3 技术路线

1．5．4 论文的创新性

2 材料与方法

2．1 供试土壤和生物炭

2．2 土壤和生物炭的表征

2．3 室内培养实验

2．4 N矿化量计算

2．5 数据分析

3 生物炭对黄河三角洲滨海湿地土壤有机氮矿化的影响

3．1 生物炭对土壤有机氮矿化的影响

3．1．1 土壤净矿化氮含量的动态变化

3．1．2 土壤净N矿化速率的动态变化

3．1．3 土壤有效氮含量的动态变化

3．1．4 土壤TC、TN含量的动态变化

3．2 生物炭对土壤有机氮矿化的影响机制

3．2．1 土壤理化因子与土壤有机氮的矿化

3．2．2 pH的动态变化及对土壤有机氮矿化的影响

3．2．3 脲酶的动态变化及对土壤有机氮矿化的影响

3．2．4 C／N比的动态变化及对土壤有机氮矿化的影响

3．3 小结

4 芦苇及生物炭对黄河三角洲滨海湿地土壤氮矿化的影响

4．1 芦苇及生物炭对土壤有机氮矿化的影响

4．1．1 土壤净矿化氮含量的动态变化

4．1．2 土壤净氮矿化速率的动态变化

4．1．3 土壤有效氮的动态变化

4．1．4 土壤TC、TN的动态变化

4．2 芦苇及生物炭对土壤有机氮矿化的影响机制

4．2．1 土壤理化因子与土壤有机氮的矿化

4．2．2 pH的动态变化及对土壤有机氮矿化的影响

4．2．3 脲酶的动态变化及对土壤有机氮矿化的影响

4．2．4 C／N比的动态变化及对土壤有机氮矿化的影响

4．3 小结

5 尿素及生物炭对黄河三角洲滨海湿地土壤氮矿化的影响

5．1 尿素及生物炭对土壤有机氮矿化的影响

5．1．1 土壤净矿化氮含量的动态变化

5．1．2 土壤狰氮矿化速率的动态变化

5．1．3 土壤有效氮的动态变化

5．1．4 土壤TN、TC含量的动态变化

5．2 尿素及生物炭对土壤有机氮矿化的影响机制

5．2．1 土壤理化因子与土壤有机氮的矿化

5．2．2 pH的动态变化及对土壤有机氮矿化的影响

5．2．3 脲酶的动态变化及对土壤有机氮矿化的影响

5．2．4 C／N比的动态变化及对土壤有机氮矿化的影响

5．3 小结

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

个人简历

在学期间发表的学术论文与研究成果