生物炭、水分和氮源對(duì)農(nóng)田土壤N2O排放和相關(guān)微生物的影響.pdf

1、隨著農(nóng)業(yè)不斷的發(fā)展，為了提高作物產(chǎn)量和質(zhì)量，化肥的需求量也在不斷增長(zhǎng)，而化肥的大量使用會(huì)導(dǎo)致氮素流失、土壤N2O氣體排放等一系列環(huán)境問題，N2O氣體對(duì)全球氣候變化的影響也不斷引起科學(xué)家們的重視。近年來，生物炭作為一種新的材料進(jìn)入人們的視線中，由于其特殊的理化性質(zhì)，在減排溫室氣體方面有著不可忽視的作用。因此研究生物炭輸入農(nóng)田土壤對(duì)土壤性質(zhì)的影響，對(duì)提升土壤氮素利用或是促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展農(nóng)業(yè)都有著重大的意義。本研究利用不同溫度（300℃和700

2、℃）熱解豬糞制備生物炭，探究熱解溫度對(duì)生物炭性質(zhì)的影響，并研究生物炭、土壤水分和氮源對(duì)土壤N2O氣體排放及其相關(guān)微生物的影響。通過設(shè)置不同含水量(60％和130％的田間持水量(FC))和氮源輸入（尿素和硝酸鈉），研究不同添加水平（0％，1％和3％ w/w）生物炭對(duì)土壤N2O氣體排放和氮循環(huán)相關(guān)微生物功能基因(AOB amoA、AOA amoA、nirK、nirS和nosZ)豐度的影響;同時(shí)進(jìn)行生物炭可利用碳庫(kù)中的可利用碳(labile

3、C)提取和應(yīng)用實(shí)驗(yàn)，探索生物炭對(duì)土壤氮循環(huán)影響的有效成分。主要研究結(jié)果如下:
　　(1)不同溫度（300℃和700℃）制備的豬糞生物炭的性質(zhì)差異顯著。隨著熱解溫度的提高，生物炭的pH值、灰分含量和EC值都顯著提高，pH值由7.08呈中性提升至10.07呈堿性，灰分含量幾乎提升一倍，芳香性增加，穩(wěn)定性增強(qiáng);而生物炭的產(chǎn)率和含水率降低，碳、氫、氧和氮的元素含量百分比以及l(fā)abile C含量均下降，表面極性減弱。本研究向土壤中添加700

4、℃生物炭最高提升了1.96個(gè)單位的土壤pH值，該生物炭偏堿性的性質(zhì)以及高灰分含量，可能是一種良好的酸性土壤改良劑;
　　(2)以不同添加量（0％、1％和3％ w/w）和種類（300℃和700℃）的豬糞生物炭為試材，輸入到不同的土壤環(huán)境（60％和130％ FC以及銨態(tài)氮和硝態(tài)氮氮源）中，探究了恒溫培養(yǎng)條件下生物炭輸入對(duì)不同土壤環(huán)境土壤理化性質(zhì)和土壤N2O氣體排放的影響。結(jié)果表明，不同生物炭對(duì)不同土壤環(huán)境中的土壤理化性質(zhì)和N2O氣體排

5、放影響不同。豬糞生物炭的添加能顯著地提升酸性土壤pH值。低溫?zé)峤?300℃)生物炭輸入土壤會(huì)顯著提升土壤的可溶性有機(jī)碳含量，而高溫?zé)峤?700℃)生物炭中對(duì)土壤可溶性有機(jī)碳影響不顯著，添加3％300℃生物炭處理最多能提升土壤可溶性有機(jī)碳20-30倍。本研究中豬糞生物炭的添加會(huì)提高土壤N2O氣體排放總量，尤其是在以反硝化反應(yīng)為主的土壤環(huán)境（130％ FC添加硝酸鈉）中，土壤N2O氣體排放總量最高達(dá)到58.14 kg hm-1。土壤含水量較

6、低(60％ FC)時(shí)，主要發(fā)生的是硝化反應(yīng)，在高含水量(130％ FC)添加尿素的土壤中硝化、反硝化反應(yīng)共同發(fā)生，而在高含水量(130％ FC)添加硝酸鈉的土壤環(huán)境中，主要發(fā)生反硝化反應(yīng)，因此在130％ FC添加硝酸鈉的土壤中N2O氣體排放總量最高;
　　(3)以不同添加量(0％、1％和3％ w/w)和種類（300℃和700℃）的豬糞生物炭為試材，輸入到不同的土壤環(huán)境（60％和130％ FC以及銨態(tài)氮和硝態(tài)氮氮源）中，探究了恒溫培

7、養(yǎng)條件下生物炭輸入對(duì)不同土壤環(huán)境中N2O氣體排放相關(guān)微生物豐度的影響。通過分析可知生物炭輸入會(huì)增加氨氧化細(xì)菌(AOB)和反硝化微生物的豐度，并會(huì)在一定程度上抑制氨氧化古菌(AOA)的豐度，且抑制效果隨時(shí)間變長(zhǎng)而減弱;
　　(4)探究了生物炭中l(wèi)abile C對(duì)生物炭性質(zhì)的貢獻(xiàn)以及將其加入土壤后帶來的影響。發(fā)現(xiàn)labile C能顯著提高土壤可溶性有機(jī)碳水平，且是提升土壤N2O氣體排放量的因素之一。生物炭中的labile C成分能夠提