添加竹炭对土壤生物学性质改善和固碳减排的作用

摘要

近年来,生物质炭在提升土壤肥力、提高土壤碳贮量和减少温室气体排放等方面呈现出极大的潜力。然而,这方面研究多数以农业土壤为主,生物质炭对林地土壤性质改良和固碳减排影响尚不清楚。浙江省林业经济发达,集约经营强度较大,导致林地土壤质量明显下降。因此,研究施用竹炭对林地土壤性质和温室气体排放的影响对指导恢复和提高经济林土壤质量水平具有重要意义。土壤微生物是土壤功能的重要驱动力,是指示土壤肥力变化的重要指标。本研究开展了不同竹炭施用下盆栽三叶草(竹炭加入后第二年开始种植)和无植物栽培土壤的室内培养试验,着重从土壤微生物多样性以及功能基因丰度变化方面入手,揭示竹炭施用对植物生长、土壤肥力、温室气体排放等方面的影响。分别以砂土和粘土为例,设计竹炭用量为3％和9%(重量百分比)二个水平,颗粒直径为 D<0.05mm、0.05~1.0mm和1.0~2.0mm的细、中、粗三种大小,以无竹炭为对照,共计7个处理。主要研究结果如下:　　(1)盆栽试验表明,无论是砂土还是粘土,添加竹炭对三叶草生长均有很好的促进作用,促进效果前期好于后期,而粘土又好于砂土。不同比例、不同颗粒竹炭对砂土影响不大,对粘土而言,颗粒直径对三叶草生长的影响大于加入的比例,细粒竹炭效果最好。　　(2)盆栽试验结束后(135天)分析土壤性质表明,施用竹炭后提高了土壤pH和电导率,竹炭处理的砂土碱解氮含量反而低于对照,而对粘土则没有差异;竹炭处理砂土有效磷增加而粘土变化不明显;添加竹炭后两种土壤的速效钾均增加,且增加幅度与添加量正相关。盆栽试验没有检测到NB2BO的CHB4B气体排放动态(90天~135天,每隔15天检测一次),竹炭处理COB2B的排放高于对照主要原因是竹炭对植物生长的促进作用和植物呼吸增加所致,而不同竹炭处理间没有差异;施用竹炭显著增加了土壤碳库贮量,3%竹炭处理的砂土和粘土有机碳平均含量分别为20.66 g·kgP-1P和23.90 g·kgP-1P,9%竹炭处理的砂土和粘土有机碳平均含量分别为39.76 g·kgP-1P和43.40 g·kgP-1P。结果表明,从促进三叶草生长、提高土壤养分角度,3%竹炭添加就能起到良好的作用,但从提高土壤碳贮量、肥力以及三叶草生长3方面考虑,添加9%竹炭更为理想。　　(3)盆栽试验证明竹炭能促进微生物活性,添加竹炭对土壤细菌和真菌的群落结构(DGGE)分析结果表明,竹炭对细菌的种类数影响不大,主要增加了各物种的亮度(即物种的个体数量或丰度)以及多样性指数(Shannon),而对真菌的影响则包括物种数量和物种的个体数量增加两个方面。土壤细菌丰度分析结果表明,对砂土而言,竹炭的颗粒直径对土壤细菌数量的影响大于加入竹炭比例的影响,其中细粒最好、中粒最差;而对粘土而言,竹炭的加入比例对土壤细菌数量的影响大于颗粒直径的影响。土壤真菌丰度分析结果表明,竹炭对两种土壤真菌的影响为竹炭添加比例大于颗粒大小。氨氧化古菌(AOA)和氨氧化细菌(AOB)的研究表明,与对照相比,添加竹炭降低砂土和粘土AOA amoA基因数量,9%水平竹炭处理下降幅度大于3%水平竹炭处理,并且所有处理中9%的细粒(处理4)竹炭的 AOA amoA基因数最低。结论:除AOA外,土壤细菌、真菌和AOB均表现为添加竹炭高于对照,而且细粒竹炭比中粒和粗粒促进效果更好。　　(4)80天的培养过程中,COB2B和NB2BO两种气体排放量随着培养时间增加而下降,添加竹炭能减少两种气体的排放,且添加数量越多减排的效果越明显,添加竹炭的第1天对COB2B排放有抑制作用,而第2天则有激发作用。竹炭的颗粒大小对两种气体排放没有影响,而竹炭数量与排放量呈反相关。培养3天时,竹炭处理土壤细菌和真菌丰度指标均高于对照,培养80天时差异缩小直至消失;两个培养时间竹炭处理土壤的AOB均高于对照,而对照土壤AOA略低于(3天时)或近似于(80天时)竹炭处理。　　结论:不论盆栽试验还是培养试验,外加竹炭均可促进土壤细菌、真菌和氨氧化细菌的生长,改变其群落结构、增加其个体数量,且细粒径的竹炭促进效果最好;而竹炭添加对氨氧化古菌则起到抑制作用。

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1.文献综述

1.1 生物质炭研究进展

1.2 竹炭研究进展

2.研究目的和研究内容

2.1研究背景

2.2目的意义

2.3研究内容

2.4技术路线

3.外加竹炭对三叶草生长的影响

3.1材料与方法

3.2 结果与分析

3.3 结论

4.竹炭对土壤肥力和固碳减排的影响

4.1材料与方法

4.2 结果与分析

4.3 结论

5.竹炭对土壤细菌和真菌群落结构及丰度的影响

5.1材料与方法

5.2 结果与分析

5.3 结论

6. 竹炭对土壤氨氧化微生物功能基因丰度的影响

6.1材料与方法

6.2 结果与分析

6.3 结论

7.竹炭培养土壤对温室气体排放的影响

7.1材料与方法

7.2 结果与分析

7. 3 结论

8.竹炭培养土壤对微生物群落结构及丰度影响的影响

8.1材料与方法

8.2 结果与分析

8.3 结论

9结论与问题

9.1 主要结论

9.2 问题与展望

参考文献

个人简介

致谢