植物物料及其制备的生物质炭对亚热带森林土壤氮素转化的影响

摘要

近年来，越来越多的研究关注农田生态系统中生物质炭的使用及其对氮循环的影响。生物质炭能够影响土壤氮素组成、氮矿化作用、硝化作用等氮转化过程。与农田土壤不同，森林土壤中的生物质炭主要来自火灾中植物的燃烧，植被恢复后，土壤中会同时存在植物和生物质炭。因此，本文主要关注典型亚热带森林植物及其制备的生物质炭对森林土壤氮素转化的影响，分别探究不同碳氮比的植物物料、不同温度制备的生物质炭对土壤理化性质和氮素转化过程的影响以及植物物料和生物质炭的交互作用，旨在为阐明森林生态系统中土壤氮素循环及其机理提供科学依据。主要研究结果如下:
　　(1)植物物料的有机质较易分解，能显著提高土壤有效碳源—可溶性有机碳，从而提高土壤呼吸作用。添加碳氮比较低的毛竹，土壤净氮矿化量增加;添加碳氮比较高的苦槠，土壤则发生氮固定作用，土壤有效氮素显著降低。植物物料能显著提高土壤pH，其中灰分较高的苦槠对pH的提高大于毛竹;植物物料添加能够显著提高土壤的氨氧化细菌丰度，苦槠对土壤氨氧化细菌的影响较大。相关性分析表明，土壤氨氧化细菌丰度与pH呈显著正相关，氨氧化古菌丰度与有效氮素呈显著负相关。
　　(2)添加生物质炭的土壤，pH和全碳含量显著提高，NO3--N含量显著降低，此结果与经过火灾后的土壤变化一致。随着热解温度的提高，生物质炭的结构越稳定，碳氮比越高，pH越高。生物质炭添加能够提高土壤pH，且700℃生物质炭对pH的提高效果显著大于300℃生物质炭。添加生物质炭3d后，土壤氨氧化细菌丰度与pH显著正相关。生物质炭碳氮比较高，且难以分解，会提高土壤碳氮比，降低土壤矿质态氮，且700℃生物质炭对氮矿化的抑制较强。
　　(3)植物物料和生物质炭对pH和可溶性有机氮都有显著的交互作用;苦槠和苦槠生物质炭对土壤氨氧化古菌丰度也有显著交互作用。有机物质的碳氮比影响氮矿化作用，苦槠和苦槠生物质炭对土壤碳氮比有显著交互作用，所以对土壤净氮矿化速率、矿质态氮（NH4+-N和NO3--N）也存在显著交互作用。因此，植物物料和生物质炭对土壤氮素转化的交互作用值得关注。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 土壤氮素转化

1．1．1 土壤氮素的矿化和固定

1．1．2 硝化作用

1．1．3 反硝化作用

1．2 植物物料对土壤氮素转化的影响

1．2．1 植物物料对森林土壤氮素转化的影响

1．2．2 植物物料对农田土壤氮素转化的影响

1．3 生物质炭对土壤氮素转化的影响

1．3．1 生物质炭对农田土壤氮素转化的影响

1．3．2 生物质炭对森林土壤氮素转化的影响

1．4 研究意义及技术路线

1．4．1 研究意义

1．4．2 研究内容

1．4．3 技术路线

2 植物物料对土壤氮素转化的影响

2．1 引言

2．2 材料与方法

2．2．1 供试土壤和植物物料

2．2．2 培养试验

2．2．3 理化性质分析

2．2．4 DNA提取和氨氧化微生物功能基因测定

2．2．5 数据分析

2．3 结果与讨论

2．3．1 土壤和植物物料的基本性质

2．3．2 植物物料对土壤理化性质的影响

2．3．3 植物物料对氮矿化作用的影响

2．3．4 植物物料对氨氧化微生物的影响

2．4 小结

3 生物质炭对土壤氮素转化的影响

3．1 引言

3．2 材料与方法

3．2．1 生物质炭的制备

3．2．2 火灾土壤和未经火灾土壤的采集

3．2．3 培养试验

3．2．4 测定方法

3．2．5 数据分析

3．3 结果与讨论

3．3．1 生物质炭的基本性质

3．3．2 生物质炭对土壤理化性质的影响

3．3．3 火灾土壤和添加生物质炭土壤性质

3．3．4 生物质炭对氮矿化作用的影响

3．3．5 生物质炭对氨氧化微生物的影响

3．4 小结

4 植物物料及其制备的生物质炭对土壤氮素转化的交互作用

4．1 引言

4．2 材料与方法

4．2．1 自然生物质炭和制备生物质炭的性质表征

4．2．2 培养试验设计

4．2．3 测定方法

4．2．4 数据分析

4．3 结果与讨论

4．3．1 植物物料和生物质炭的性质差异

4．3．2 植物物料和生物质炭对土壤理化性质的影响

4．3．3 植物物料和生物质炭对土壤氮矿化作用的影响

4．3．4 植物物料和生物质炭对氨氧化微生物的影响

4．4 小结

5 研究结论、创新点及展望

5．1 研究结论

5．2 主要创新点

5．3 研究展望

参考文献

作者个人简历