生物质炭施用对旱地红壤氮素转化和土壤酶的影响(附件)
摘要：本试验以江西典型旱地红壤为研究对象，设置生物质炭与氮肥两个因素，其中生物质炭7个水平，分别为0，2.5，5，10，20，30，40 t/ha，氮肥3个水平，分别为60，90，120 kg/ha。主要研究生物质炭与氮肥配施对旱地红壤中铵态氮、硝态氮、全氮和土壤微生物量氮含量以及对土壤中脲酶活性的影响。结果表明：与CK组相比，土壤中氮素含量会随着生物质炭使用量的增加而明显提高，其中微生物量氮提高幅度为77.40%，并且提高了土壤脲酶的活性，提高幅度为78.02%。其中以20t/ ha生物质炭施入后土壤氮素含量和脲酶活性提高最为显著，研究结果为改善旱地红壤不良理化性质、提高作物产量提供了一定的科学依据。
目录
摘要1
关键词1
Abstract1
Key words1
引言（或绪论）2
1 材料与方法2
1.1 试验材料 2
1.1.1 供试土壤2
1.1.2 供试生物质炭与肥料3
1.1.3 供试作物3
1.2 田间试验设计 3
1.3 土壤样品的采集方法4
1.4 样品分析方法 4
1.5 数据分析方法 4
2 结果与分析4
2.1生物质炭对旱地红壤铵态氮和硝态氮含量的影响4
2.2生物质炭施用对旱地红壤微生物量氮的影响6
2.2.1生物质炭与氮肥配施对旱地红壤微生物量氮的影响6
2.2.2生物质炭施用对旱地红壤微生物量氮的影响8
2.3生物质炭施用对旱地红壤氮素转化的影响8
2.4生物质炭施用对旱地土壤酶的影响12
3 讨论 12
3.1生物质炭与氮肥配施对旱地红壤微生物量氮的影响12
3.2生物质炭施用对旱地红壤微生物量氮的影响13
3.3生物质炭施用对旱地红壤氮素转化的影响13
3.4生物质炭施用对旱地红壤氮素转化的影响14
4 结论14
致谢15
参考文献17
生物质炭施用对旱地红壤氮素转化和土壤酶的影响
引言
/> 生物质炭是生物质在氧气浓度较低的情况下通过高温加热的方法裂解，然后去除一些可燃气体之后得到的炭化副产物，是一类氮元素含量较低而富含碳元素的物质，具有芳香环结构和孔隙度较高的特性[12]。生物质炭具有很高的孔隙度和巨大的比表面积、有很多负电荷、并且芳香化的程度很高，除此之外，生物质炭性质非常稳定，有很强的吸附性能[3]。一些研究表明，施用生物质炭还能促进微生物生长和繁殖，这是因为它能吸附一些毒害微生物因而抑制其生长的物质，从而增加微生物的数量和丰度[4]。
如今，为了满足生产的需要，人们普遍采用工业固氮生产的各种以NH4+N和NO3N为基础的氮肥。由于大力发展农业，所以我国的氮肥使用总量也在逐年递增。可是植物对氮肥的利用效率并没有达到人为所认定的那样高。一般认为，国际上利用氮肥效率在33%左右，西方国家的氮素肥料利用效率高达到50%60%[5]，氮肥的利用率在我国只有30%左右[6]，而红壤地区仅为25%28%[78]。农作物的生长需要大量的氮肥做养分，当土壤中有效氮素的含量太低时，农作物的产量和品质都会有所下降，但是施用氮肥总量的过多，又会使得土壤中的氮素含量过高，从而产生新的环境问题。有机形态的氮素在土壤中占绝大部分，其它无机形态的氮素主要是铵态氮和硝态氮[9]。植物能够直接利用的是无机形态的氮素，而有机形态的氮需要微生物的参与，转变成无机形态的氮。微生物氮是指土壤中体积小于五千立方微米的生物体(不含活体植物根系)内的氮素的总和[10]，它是是重要的活性氮的“库”和“源”，微生物量氮能调节土壤中氮素的供应和转化。因此，微生物氮的变化一般也用来衡量氮素的循环和转化[11]。
土壤酶参与了大部分的生物化学反应。土壤酶对土壤生态系统中的能量和物质转化有着明显的作用。脲酶能够水解有机质中的碳氮键，提高土壤中活性氮的含量，因而对氮素循环有显著作用，被称为最活跃的水解酶，其活性的提高有利稳定性较高的土壤有机氮向有效氮的转化。脲酶是水解酶的一种，尿素在脲酶的催化作用下，经过水解反应生成二氧化碳、水以及氨，脲酶水解尿素产生的氮素能被植物吸收利用[12]，土壤中可用性氮素的含量可以用脲酶的活性来表示。因此，脲酶活性直接反应了土壤的供应氮素的能力。所以，提高脲酶活性是提高土壤肥力以及利用氮肥效率的方法和途径。
我国亚热带区域的土壤以红壤为主，其面积占土地总面积的22.7%[13]。但是红壤具有酸性高、质地粘重、肥力低等不良理化性质，而且红壤地区降水在时间和空间范围内都分布不平均，近年来对红壤的滥用以及大量施用化肥加剧了水土流失、土壤质量下降等问题，造成了该地环境的严重恶化。土壤调查数据表明，目前68%的农田是中低产量的田地，耕地大部分缺少植物生长需要的有机碳和有效氮，抑制了红壤区潜在的生产能力[14]。因此，要加快速度对红壤地区土壤进行改良，尽快使红壤地区的生产潜力发挥出来。
因此，本试验在江西省进贤县旱地红壤上进行，通过长期的野外定位试验以及实验室内模拟试验，研究施用生物质炭对土壤中全氮含量及土壤铵态氮、硝态氮和微生物氮等不同形态的氮素转化及脲酶活性的影响，探讨能够促进微生物生长繁殖，增强脲酶活性以及提高氮素利用率最有利的生物质炭与氮肥配施比例，为旱地红壤的可持续发展提供科学依据。
1 材料与方法
1．1 试验材料
1．1．1 供试土壤
本实验的研究基地是江西省进贤红壤研究所，主要研究旱地红壤，研究区域拥有较多海拔高度低的山地和丘陵，是经典的红壤地区。它的海拔高度较低，最高只有30m，坡度缓，它的经纬度是116°20′24″E，28°15′30″N，气候条件为亚热带湿润气候，气温适宜，降水多，光照时间长，降霜时间短,年平均气温17.5℃，年平均日照时间19002000 h，年平均无霜期282d，年均降雨量1549 mm，年蒸发量1100 1200 mm；旱季和雨季季节分明，降水量充沛的时间是每年的春夏季节，降雨量占一年雨量的61 69%；旱季为每年秋冬季节，蒸发量是整年蒸发量的一半。本试验的研究土壤是以第四纪红色黏土为母质的旱地红壤，黏粒（<0.002mm）含量31.650.1%，其土壤H+浓度高，养分含量低，是典型的酸度高，质地黏，硬度大。在该土壤上作物利用肥料的效率低，作物的产量也不高。
1．1．2 供试生物质炭与肥料
本试验采用的是以小麦秸秆为原料的，河南商丘三利新能源有限公司生产的生物质炭，是原料在缺少氧气的条件下高温裂解后的产生的固态物质，它的主要成分是纤维素、苯酚、烃类的衍生物等成分复杂有机碳的混合物，在350～500 ℃的温度下，原料有35%转化为生物质炭。生物质炭的理化性质为：pH 10.35、阳离子交换量217 cmol/kg、有效磷4.7 g/kg、有机碳467.1 g/kg、全氮5.9 g/kg、容重0.45 g/cm3、比表面积8.9 m2/g。
目录
摘要1
关键词1
Abstract1
Key words1
引言（或绪论）2
1 材料与方法2
1.1 试验材料 2
1.1.1 供试土壤2
1.1.2 供试生物质炭与肥料3
1.1.3 供试作物3
1.2 田间试验设计 3
1.3 土壤样品的采集方法4
1.4 样品分析方法 4
1.5 数据分析方法 4
2 结果与分析4
2.1生物质炭对旱地红壤铵态氮和硝态氮含量的影响4
2.2生物质炭施用对旱地红壤微生物量氮的影响6
2.2.1生物质炭与氮肥配施对旱地红壤微生物量氮的影响6
2.2.2生物质炭施用对旱地红壤微生物量氮的影响8
2.3生物质炭施用对旱地红壤氮素转化的影响8
2.4生物质炭施用对旱地土壤酶的影响12
3 讨论 12
3.1生物质炭与氮肥配施对旱地红壤微生物量氮的影响12
3.2生物质炭施用对旱地红壤微生物量氮的影响13
3.3生物质炭施用对旱地红壤氮素转化的影响13
3.4生物质炭施用对旱地红壤氮素转化的影响14
4 结论14
致谢15
参考文献17
生物质炭施用对旱地红壤氮素转化和土壤酶的影响
引言
/> 生物质炭是生物质在氧气浓度较低的情况下通过高温加热的方法裂解，然后去除一些可燃气体之后得到的炭化副产物，是一类氮元素含量较低而富含碳元素的物质，具有芳香环结构和孔隙度较高的特性[12]。生物质炭具有很高的孔隙度和巨大的比表面积、有很多负电荷、并且芳香化的程度很高，除此之外，生物质炭性质非常稳定，有很强的吸附性能[3]。一些研究表明，施用生物质炭还能促进微生物生长和繁殖，这是因为它能吸附一些毒害微生物因而抑制其生长的物质，从而增加微生物的数量和丰度[4]。
如今，为了满足生产的需要，人们普遍采用工业固氮生产的各种以NH4+N和NO3N为基础的氮肥。由于大力发展农业，所以我国的氮肥使用总量也在逐年递增。可是植物对氮肥的利用效率并没有达到人为所认定的那样高。一般认为，国际上利用氮肥效率在33%左右，西方国家的氮素肥料利用效率高达到50%60%[5]，氮肥的利用率在我国只有30%左右[6]，而红壤地区仅为25%28%[78]。农作物的生长需要大量的氮肥做养分，当土壤中有效氮素的含量太低时，农作物的产量和品质都会有所下降，但是施用氮肥总量的过多，又会使得土壤中的氮素含量过高，从而产生新的环境问题。有机形态的氮素在土壤中占绝大部分，其它无机形态的氮素主要是铵态氮和硝态氮[9]。植物能够直接利用的是无机形态的氮素，而有机形态的氮需要微生物的参与，转变成无机形态的氮。微生物氮是指土壤中体积小于五千立方微米的生物体(不含活体植物根系)内的氮素的总和[10]，它是是重要的活性氮的“库”和“源”，微生物量氮能调节土壤中氮素的供应和转化。因此，微生物氮的变化一般也用来衡量氮素的循环和转化[11]。
土壤酶参与了大部分的生物化学反应。土壤酶对土壤生态系统中的能量和物质转化有着明显的作用。脲酶能够水解有机质中的碳氮键，提高土壤中活性氮的含量，因而对氮素循环有显著作用，被称为最活跃的水解酶，其活性的提高有利稳定性较高的土壤有机氮向有效氮的转化。脲酶是水解酶的一种，尿素在脲酶的催化作用下，经过水解反应生成二氧化碳、水以及氨，脲酶水解尿素产生的氮素能被植物吸收利用[12]，土壤中可用性氮素的含量可以用脲酶的活性来表示。因此，脲酶活性直接反应了土壤的供应氮素的能力。所以，提高脲酶活性是提高土壤肥力以及利用氮肥效率的方法和途径。
我国亚热带区域的土壤以红壤为主，其面积占土地总面积的22.7%[13]。但是红壤具有酸性高、质地粘重、肥力低等不良理化性质，而且红壤地区降水在时间和空间范围内都分布不平均，近年来对红壤的滥用以及大量施用化肥加剧了水土流失、土壤质量下降等问题，造成了该地环境的严重恶化。土壤调查数据表明，目前68%的农田是中低产量的田地，耕地大部分缺少植物生长需要的有机碳和有效氮，抑制了红壤区潜在的生产能力[14]。因此，要加快速度对红壤地区土壤进行改良，尽快使红壤地区的生产潜力发挥出来。
因此，本试验在江西省进贤县旱地红壤上进行，通过长期的野外定位试验以及实验室内模拟试验，研究施用生物质炭对土壤中全氮含量及土壤铵态氮、硝态氮和微生物氮等不同形态的氮素转化及脲酶活性的影响，探讨能够促进微生物生长繁殖，增强脲酶活性以及提高氮素利用率最有利的生物质炭与氮肥配施比例，为旱地红壤的可持续发展提供科学依据。
1 材料与方法
1．1 试验材料
1．1．1 供试土壤
本实验的研究基地是江西省进贤红壤研究所，主要研究旱地红壤，研究区域拥有较多海拔高度低的山地和丘陵，是经典的红壤地区。它的海拔高度较低，最高只有30m，坡度缓，它的经纬度是116°20′24″E，28°15′30″N，气候条件为亚热带湿润气候，气温适宜，降水多，光照时间长，降霜时间短,年平均气温17.5℃，年平均日照时间19002000 h，年平均无霜期282d，年均降雨量1549 mm，年蒸发量1100 1200 mm；旱季和雨季季节分明，降水量充沛的时间是每年的春夏季节，降雨量占一年雨量的61 69%；旱季为每年秋冬季节，蒸发量是整年蒸发量的一半。本试验的研究土壤是以第四纪红色黏土为母质的旱地红壤，黏粒（<0.002mm）含量31.650.1%，其土壤H+浓度高，养分含量低，是典型的酸度高，质地黏，硬度大。在该土壤上作物利用肥料的效率低，作物的产量也不高。
1．1．2 供试生物质炭与肥料
本试验采用的是以小麦秸秆为原料的，河南商丘三利新能源有限公司生产的生物质炭，是原料在缺少氧气的条件下高温裂解后的产生的固态物质，它的主要成分是纤维素、苯酚、烃类的衍生物等成分复杂有机碳的混合物，在350～500 ℃的温度下，原料有35%转化为生物质炭。生物质炭的理化性质为：pH 10.35、阳离子交换量217 cmol/kg、有效磷4.7 g/kg、有机碳467.1 g/kg、全氮5.9 g/kg、容重0.45 g/cm3、比表面积8.9 m2/g。
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