生物质炭施用对红壤中微生物碳及土壤性质的影响(附件)
摘要：为研究生物质炭对旱地红壤理化性状及土壤微生物碳的影响，本研究采用分层测定的方法研究了不同生物质炭施用量下土壤pH、孔隙度和CEC的变化；运用氯仿熏蒸法测定了土壤微生物量碳。研究结果表明：施用生物质炭能提高旱地红壤pH、CEC、孔隙度和土壤微生物碳含量。因此，生物质炭能显著改善旱地红壤理化性质，提高肥力及增加土壤碳库贮量，在红壤地区农业生产中具有良好的应用前景。
目录
摘要1
关键词1
Abstract1
Key words1
引言1
1材料与方法3
1.1材料 3
1.1.1研究区概况3
1.1.2供试材料3
1.2方法3
1.2.1试验设计3
1.2.2土样采集与测定方法4
1.2.3数据处理与分析4
2结果与分析4
2.1生物质炭对旱地红壤pH值的影响4
2.2生物质炭对旱地红壤孔隙度的影响5
2.3生物质炭对旱地红壤CEC的影响6
2.4生物质炭对旱地红壤微生物碳的影响7
3讨论 8
4结论 8
致谢9
参考文献9
生物质炭施用对红壤中微生物碳及土壤性质的影响
引言
引言
生物质炭是由生物有机材料（如：小麦、玉米秸秆或其它农业垃圾）在氧气浓度较低的情况下，通过高温或低温热解而生成的一类富含碳素的固态物质[1]。生物质炭的元素组成成分主要以碳、氢、氧这三种元素为主，其次是灰分元素，主要包含一些矿质元素如钾、钠、钙、镁等和重金属元素等，生物质炭中的碳含量很高，一般为40%75%左右，它的化学及生物学稳定性、pH值也很高并且养分丰富[2] 。此外，生物质炭的孔隙度较高、比表面积十分大、带负电荷多、芳香化程度高、而且具有较高的稳定性和吸附性[3]。由于上述种种原因,生物质炭被视为一种可以增加土壤碳截留、改善土壤质量的有效改良材料[45]。有研究报道，生物质炭可以作为土壤改良剂改良酸性红壤，降低土壤中铝的饱和度，提高旱地红壤的土壤pH 值。由于生物质炭具有非常丰富的大小孔隙结构和巨大的比表面积，
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
这就使得生物质炭具有强大的吸附能力，再加上它具有良好的阳离子交换性能（CEC），使得其能够吸附土壤中的铵盐、硝酸盐、磷素以及其它水溶性的盐基离子，从而具有很好的保肥性能。诸多研究表明，施用生物质炭不但能改善土壤理化性质、提升土壤肥力、有效提高土壤碳库容水平[69]，而且可以增强土壤对水分的吸持能力，有助于土壤对养分的保持力。对土壤施用生物质炭，在增加土壤的碳库容量、稳定土壤有机碳库等方面都有着极其重要的意义。
红壤在我国分布十分广泛，是我国热带亚热带地区一种重要的土壤类型[10]。我国旱地红壤面积共为2.97×106 ha，占红壤面积的6%左右，其中，江西省红壤面积占其省土地面积的70.69%[11]。受到季风气候的影响，红壤地区的热量和水分充足，使其具有优越的生产特性，目前，红壤地区已经成为我国粮食作物、经济作物和肉类产品的重要生产基地[12]。但近几年来，由于土地利用方式不合理、自然条件变化和红壤固有特性等诸多因素的影响，红壤地区水土流失的问题十分严重，土壤质量和生态系统发生了严重的退化[13]。一方面，由第四纪红色黏土发育而来的江西旱地红壤，其土壤容重较高，孔隙度较低，有机碳含量低，质地黏重，硬度较大且有效水含量较低，保水、保肥能力较差[14]；另一方面，红壤是典型的酸性土壤，土壤酸化问题严重，土壤 pH的持续下降已成为较为普遍的现象。土壤酸化会导致土壤养分元素失衡，会加速土壤中磷、钙、镁、钼、等有效营养元素的淋失；加速铝、锰以及有毒重金属等元素的活化，改变土壤微生物群落并降低其活性，阻碍作物根系的发育和养分吸收，还会滋生植物病虫害等，这不仅使红壤巨大的生产优势及潜能难以得到充分的发挥，甚至会严重影响到当地农业的可持续性发展。因此，对红壤性质的改良迫在眉睫。
土壤理化性质指的是土壤的物理和化学性质，是我们判定土壤的重要依据，包含了pH、土壤孔隙度、CEC等多项指标，与土壤微生物量密切关联。其中，土壤孔隙是土壤结构的重要构成部分，通常是指土壤中土粒或团聚体之间以及团聚体内部的孔隙[15]土壤的总孔隙度、大小分配及其连通性、空间相关性等共同制约着水分、溶质（如养分和盐分等）和气体在土表及土体内的迁移途径及方式、土壤表面径流及渗透性、土壤肥力及作物根系伸展，对土壤的水分、热量、肥力、空气的状况有显著影响。土壤孔隙度数量及大小适宜，意味着土体内空气和水分充足，对水、热、肥、气的协调能力好，植物根系容易下扎。土壤阳离子交换量的大小，可以作为评价土壤保持肥力能力和地力的指标，这是土壤缓冲性能的主要来源,，能反映土壤对酸雨的敏感程度，所以被作为土壤改良、土壤管理和合理配施肥料的重要依据，在农业上是一种极为重要的土壤特性。因此, CEC作为反映土壤负电荷总量及表征土壤性质的重要指标，其含量高低对农业生产有着极为重要的影响[1618]。
土壤微生物生物量在地球土壤生态系统中占有及其重要的地位，它参与了有机质的分解和腐殖质的形成过程，是土壤有机质等土壤养分转化与循环的动力，调控着土壤中能量流动和养分循环等各个生理生化过程[19]，同时也是储备植物养分的重要仓库。虽然在土壤有机质中的比例很小，只占到1%~5%，却是土壤有机质中最活跃和最容易受到影响的部分，也是土壤质量和土壤生物肥力的重要标志。土壤微生物生物量碳作为土壤活性有机碳的重要组成部分与土壤有机碳含量有着相当密切的关联，然而其转化更为迅速，活性及数量的变化能够有效地反映微生物利用土壤碳源进行自身细胞合成增殖的过程。张雪艳等[20]的研究表明：微生物量碳和碳氮比与秋冬茬产量和早春茬+秋冬茬产量都存在着明显的正相关关系。
目前国内外开展的生物质炭施用于农田土壤的研究多是以室内培养实验和短期观测居为主，且在不同研究中由于生物质炭的性质、施用量和土壤类型的不同，施用生物质炭对土壤性质和作物产量的研究结果也不尽相同。然而，生物质炭施入旱地红壤后会对土壤的理化性质、土壤中微生物碳含量产生何种影响的研究较为少见。因此，本研究拟通过野外长期定位试验，研究生物质炭的施用对红壤中微生物量碳及土壤基本物理、化学性质（如：pH、孔隙度、CEC）的影响，探讨不同生物质炭施用量对红壤微生物生物量碳变化的影响，并结合土壤物理化学性质的变化，分析生物质炭对旱地红壤的改良作用，为旱地红壤的改良利用提供科学依据。
1 材料与方法
1．1 材料
1．1．1 研究区概况
本试验研究区选择在江西省进贤县红壤研究所，其地理位置为东经116.2度, 北纬28.3度′，属亚热带湿润气候区，是极为典型的低山丘陵红壤区。该地土壤由第四纪红色粘土发育而来，其黏粒（<0.002 mm）含量为31.6%~50.1%，是典型的土壤质地黏重，易板结，酸度高，肥料利用率和产出率低的旱地红壤。该地年平均气温17.5 ℃，年平均日照时数1900~2000 h，年平均无霜期282 d，年平均降雨量1587 mm，年平均蒸发量1100~1200 mm。该地区降雨月份集中，主要在3~6月，降雨量占全年雨量的61~69%；7~9月为旱季，蒸发量为全年蒸发量的40~50%，该地区红壤由第四纪红色粘土发育而来。
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摘要1
关键词1
Abstract1
Key words1
引言1
1材料与方法3
1.1材料 3
1.1.1研究区概况3
1.1.2供试材料3
1.2方法3
1.2.1试验设计3
1.2.2土样采集与测定方法4
1.2.3数据处理与分析4
2结果与分析4
2.1生物质炭对旱地红壤pH值的影响4
2.2生物质炭对旱地红壤孔隙度的影响5
2.3生物质炭对旱地红壤CEC的影响6
2.4生物质炭对旱地红壤微生物碳的影响7
3讨论 8
4结论 8
致谢9
参考文献9
生物质炭施用对红壤中微生物碳及土壤性质的影响
引言
引言
生物质炭是由生物有机材料（如：小麦、玉米秸秆或其它农业垃圾）在氧气浓度较低的情况下，通过高温或低温热解而生成的一类富含碳素的固态物质[1]。生物质炭的元素组成成分主要以碳、氢、氧这三种元素为主，其次是灰分元素，主要包含一些矿质元素如钾、钠、钙、镁等和重金属元素等，生物质炭中的碳含量很高，一般为40%75%左右，它的化学及生物学稳定性、pH值也很高并且养分丰富[2] 。此外，生物质炭的孔隙度较高、比表面积十分大、带负电荷多、芳香化程度高、而且具有较高的稳定性和吸附性[3]。由于上述种种原因,生物质炭被视为一种可以增加土壤碳截留、改善土壤质量的有效改良材料[45]。有研究报道，生物质炭可以作为土壤改良剂改良酸性红壤，降低土壤中铝的饱和度，提高旱地红壤的土壤pH 值。由于生物质炭具有非常丰富的大小孔隙结构和巨大的比表面积，
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
这就使得生物质炭具有强大的吸附能力，再加上它具有良好的阳离子交换性能（CEC），使得其能够吸附土壤中的铵盐、硝酸盐、磷素以及其它水溶性的盐基离子，从而具有很好的保肥性能。诸多研究表明，施用生物质炭不但能改善土壤理化性质、提升土壤肥力、有效提高土壤碳库容水平[69]，而且可以增强土壤对水分的吸持能力，有助于土壤对养分的保持力。对土壤施用生物质炭，在增加土壤的碳库容量、稳定土壤有机碳库等方面都有着极其重要的意义。
红壤在我国分布十分广泛，是我国热带亚热带地区一种重要的土壤类型[10]。我国旱地红壤面积共为2.97×106 ha，占红壤面积的6%左右，其中，江西省红壤面积占其省土地面积的70.69%[11]。受到季风气候的影响，红壤地区的热量和水分充足，使其具有优越的生产特性，目前，红壤地区已经成为我国粮食作物、经济作物和肉类产品的重要生产基地[12]。但近几年来，由于土地利用方式不合理、自然条件变化和红壤固有特性等诸多因素的影响，红壤地区水土流失的问题十分严重，土壤质量和生态系统发生了严重的退化[13]。一方面，由第四纪红色黏土发育而来的江西旱地红壤，其土壤容重较高，孔隙度较低，有机碳含量低，质地黏重，硬度较大且有效水含量较低，保水、保肥能力较差[14]；另一方面，红壤是典型的酸性土壤，土壤酸化问题严重，土壤 pH的持续下降已成为较为普遍的现象。土壤酸化会导致土壤养分元素失衡，会加速土壤中磷、钙、镁、钼、等有效营养元素的淋失；加速铝、锰以及有毒重金属等元素的活化，改变土壤微生物群落并降低其活性，阻碍作物根系的发育和养分吸收，还会滋生植物病虫害等，这不仅使红壤巨大的生产优势及潜能难以得到充分的发挥，甚至会严重影响到当地农业的可持续性发展。因此，对红壤性质的改良迫在眉睫。
土壤理化性质指的是土壤的物理和化学性质，是我们判定土壤的重要依据，包含了pH、土壤孔隙度、CEC等多项指标，与土壤微生物量密切关联。其中，土壤孔隙是土壤结构的重要构成部分，通常是指土壤中土粒或团聚体之间以及团聚体内部的孔隙[15]土壤的总孔隙度、大小分配及其连通性、空间相关性等共同制约着水分、溶质（如养分和盐分等）和气体在土表及土体内的迁移途径及方式、土壤表面径流及渗透性、土壤肥力及作物根系伸展，对土壤的水分、热量、肥力、空气的状况有显著影响。土壤孔隙度数量及大小适宜，意味着土体内空气和水分充足，对水、热、肥、气的协调能力好，植物根系容易下扎。土壤阳离子交换量的大小，可以作为评价土壤保持肥力能力和地力的指标，这是土壤缓冲性能的主要来源,，能反映土壤对酸雨的敏感程度，所以被作为土壤改良、土壤管理和合理配施肥料的重要依据，在农业上是一种极为重要的土壤特性。因此, CEC作为反映土壤负电荷总量及表征土壤性质的重要指标，其含量高低对农业生产有着极为重要的影响[1618]。
土壤微生物生物量在地球土壤生态系统中占有及其重要的地位，它参与了有机质的分解和腐殖质的形成过程，是土壤有机质等土壤养分转化与循环的动力，调控着土壤中能量流动和养分循环等各个生理生化过程[19]，同时也是储备植物养分的重要仓库。虽然在土壤有机质中的比例很小，只占到1%~5%，却是土壤有机质中最活跃和最容易受到影响的部分，也是土壤质量和土壤生物肥力的重要标志。土壤微生物生物量碳作为土壤活性有机碳的重要组成部分与土壤有机碳含量有着相当密切的关联，然而其转化更为迅速，活性及数量的变化能够有效地反映微生物利用土壤碳源进行自身细胞合成增殖的过程。张雪艳等[20]的研究表明：微生物量碳和碳氮比与秋冬茬产量和早春茬+秋冬茬产量都存在着明显的正相关关系。
目前国内外开展的生物质炭施用于农田土壤的研究多是以室内培养实验和短期观测居为主，且在不同研究中由于生物质炭的性质、施用量和土壤类型的不同，施用生物质炭对土壤性质和作物产量的研究结果也不尽相同。然而，生物质炭施入旱地红壤后会对土壤的理化性质、土壤中微生物碳含量产生何种影响的研究较为少见。因此，本研究拟通过野外长期定位试验，研究生物质炭的施用对红壤中微生物量碳及土壤基本物理、化学性质（如：pH、孔隙度、CEC）的影响，探讨不同生物质炭施用量对红壤微生物生物量碳变化的影响，并结合土壤物理化学性质的变化，分析生物质炭对旱地红壤的改良作用，为旱地红壤的改良利用提供科学依据。
1 材料与方法
1．1 材料
1．1．1 研究区概况
本试验研究区选择在江西省进贤县红壤研究所，其地理位置为东经116.2度, 北纬28.3度′，属亚热带湿润气候区，是极为典型的低山丘陵红壤区。该地土壤由第四纪红色粘土发育而来，其黏粒（<0.002 mm）含量为31.6%~50.1%，是典型的土壤质地黏重，易板结，酸度高，肥料利用率和产出率低的旱地红壤。该地年平均气温17.5 ℃，年平均日照时数1900~2000 h，年平均无霜期282 d，年平均降雨量1587 mm，年平均蒸发量1100~1200 mm。该地区降雨月份集中，主要在3~6月，降雨量占全年雨量的61~69%；7~9月为旱季，蒸发量为全年蒸发量的40~50%，该地区红壤由第四纪红色粘土发育而来。
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