施用生物炭对采煤塌陷区土壤培肥效应的影响

摘要

采煤塌陷复垦区土壤结构受到严重破坏，有机质含量和肥力水平很低，严重制约了农业生产。如何提高塌陷区土壤肥力，实现塌陷区受损耕地资源可持续发展是一个亟待解决的问题。生物炭是农林废弃物在高温厌氧条件下形成的产物，可以提高土壤肥力，生物炭的农业利用受到越来越多的重视。本研究利用室内恒温控湿好气培养、间歇性淋洗的研究手段，以菜地土壤作为参比土壤，探讨生物炭的不同施用量对塌陷区土壤硝化作用及有机氮矿化作用的影响。小麦盆栽试验以秸秆配施氮肥、无碳氮添加作为对照处理，另外设置了不同量生物炭配施氮肥、有机肥处理，研究冬小麦一个生长季内外源生物炭配施不同肥料对塌陷区土壤理化性质、微生物活性以及农作物生长的影响，主要研究结果如下:
　　1.研究表明塌陷区土壤硝化作用相对滞后于菜地土壤。生物炭能够在一定时期内延迟塌陷区土壤的硝化作用，尤其是在高氮肥投入的情况下土壤硝态氮的生成显著受到生物炭的制约。菜地土壤高氮量投入时土壤硝化作用也会受到生物炭的抑制。
　　2.与羊粪相比，塌陷区土壤鸡粪有机氮矿化量较大;生物炭添加入塌陷区土壤对羊粪的矿化没有显著的作用，但是显著抑制了鸡粪的矿化，且这种抑制作用比菜地土壤施入鸡粪更加明显。至培养结束从总氮的累积淋洗量可以看出菜地土壤鸡粪处理的总氮淋出量分别低于对照0.3％、8.02％，塌陷土壤鸡粪的总氮淋出量低于对照21.63％、28.34％，而塌陷羊粪的氮淋出量与对照相差不大。
　　3.生物炭可以降低塌陷区土壤容重，4％Bc处理最为明显，较CK处理降低了10.36％。生物炭还可以提高土壤阳离子交换量，2％Bc、4％Bc处理分别较CK增加了12.70％、18.21％，有机肥，有机肥添加0.5％、1％的处理分别增加了7.97％、12.87％、23.70％。生物炭配施氮肥能提高土壤全氮含量，生物炭配施有机肥提高了土壤有效磷浓度，但是生物炭对土壤全磷、碱解氮影响不大，只在小麦生长后期配施氮肥的处理碱解氮含量略有提高。生物炭配施氮肥提高了土壤中铵态氮浓度。施用有机肥时，生物炭在小麦成熟期才表现出对土壤中铵态氮显著的促进作用，对硝态氮浓度影响不大。生物炭配施氮肥时土壤速效钾浓度随着生物炭施用量的增加显著提高，0.5％、1％、2％、4％时处理分别比0％BC处理速效钾提高11.02％、25.60％、36.88％、90.83％，但有机肥施用时生物炭对土壤速效钾没有影响。
　　生物炭能够显著提高土壤微生物碳氮含量，生物炭配施0.5％、1％BC时SMBC较纯施氮肥处理提高了43.67％、63.16％，但高量生物炭配施氮肥会在一定程度上抑制土壤C/N，并且小麦生长后期土壤微生物氮含量较前期有所降低。主成分分析发现随着生物炭的增加，生物炭配施有机肥下土壤微生物对碳源利用能力的主成分得分增加，而生物炭配施氮肥由于两个主成分上的得分相互影响，可能会抑制土壤微生物活动。塌陷区土壤对糖类、氨基酸类碳源物质利用率较高，但对羧酸类物质利用率较低，有机肥及秸秆的添加使用使得土壤微生物对糖类物质的利用率降低，生物炭的配合使用也会抑制微生物对糖类物质的利用。
　　生物炭的使用对小麦出芽率有一定的抑制作用，并且随着生物炭施用量的增加而增大，但是第12天之后作物生长这种抑制作用减弱甚至消失。生物炭配施氮肥可以显著增加小麦产量，与N相比，NBC1、NBC2、NBC3、NBC4分别增加了8.78％、26.29％、30.48％、53.37％，但对小麦生物量无影响。生物炭与有机肥配施时小麦生物量及产量均与CK无显著差异，生物炭不会影响有机肥处理的小麦生长。

目录

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．1．1 中国农作物秸秆资源

1．1．2 生物炭概念及基本理化性质

1．2 生物炭在土壤环境中的国内外研究现状

1．2．1 生物炭对土壤理化性质的影响

1．2．2 生物炭对土壤肥力的影响

1．2．3 生物炭对土壤养分淋溶的影响

1．2．4 生物炭对土壤微生物以及酶活性的影响

1．2．5 生物炭缓解土壤污染

1．3 研究目的与研究意义

1．3．1 我国煤矿资源分布及采煤塌陷区土壤问题

1．3．2 研究意义

2 试验材料与方法

2．1 试验材料与方法

2．1．1 外源生物炭添加对塌陷区土壤硝化作用的影响(室内培养试验)

2．1．2 外源生物炭施用对塌陷区土壤有机氮矿化的影响

2．1．3 生物炭对塌陷区土壤理化性质、微生物活性以及作物生长的影响(盆栽试验)

2．2 试验指标测定方法

2．3 数据分析与处理

2．3．1 生物炭对土壤硝化过程中的数据处理

2．3．2 生物炭对土壤有机氮矿化的数据分析

2．3．3 土壤微生物指标的计算

3 试验结果与分析

3．1 外源生物炭添加对塌陷区土壤硝化作用的影响

3．1．1 不同土壤类型中硝态氮、铵态氮浓度变化

3．1．2 生物炭对土壤硝化作用的影响

3．1．3 硝化过程中土壤总氮量的变化

3．2 外源生物炭与有机肥配施对塌陷区土壤有机氮矿化的影响

3．2．1 不同土壤类型添加生物炭对无机氮淋溶量的影响

3．2．2 外源生物炭添加对土壤有机氮矿化速率的影响

3．3 生物炭对塌陷区土壤理化性质的影响

3．3．1 塌陷区试验期间土壤温度变化

3．3．2 生物炭对土壤容重的影响

3．3．3 生物炭对土壤CEC的影响

3．3．4 生物炭对土壤pH的影响

3．3．5 生物炭对土壤养分的影响

3．4 外源生物炭对采煤塌陷区土壤活性有机质以及微生物活性的影响

3．4．1 外源生物炭对采煤塌陷区土壤微生物活性指标的影响

3．4．2 外源生物炭对采煤塌陷区土壤微生物碳源利用情况的影响

3．5 外源生物炭对作物生长的影响

3．5．1 生物炭处理对小麦出芽率的影响

3．5．2 生物炭处理对小麦植株生长的影响

3．5．3 小麦植株各部分NPK利用情况

4 结论与讨论

4．1 外源生物炭添加对塌陷区土壤硝化作用的影响

4．2 外源生物炭对塌陷区土壤有机氮矿化的影响

4．3 生物炭对塌陷区土壤理化性质的影响

4．3．1 生物炭使用对土壤物理性质的影响

4．3．2 生物炭对塌陷区土壤化学性质的影响

4．4 外源生物炭对采煤塌陷区微生物活性的影响

4．4．1 外源生物炭使用对土壤微生物量的影响

4．4．2 生物炭添加对塌陷区土壤微生物利用碳源的影响

4．5 外源生物炭对作物生长的影响

4．5．1 生物炭对小麦苗期生长的影响

4．5．2 生物炭对小麦生物量及产量的影响

4．6 结论

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢

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