秸秆及其生物炭对南方红壤有机碳矿化及酶活性的影响

论文摘要

南方红壤的成土过程是由脱硅富铝化和生物富集过程共同构成。由于酸沉降、径流冲刷和崩岗侵蚀等自然因素的影响,使红壤具有酸、瘦、粘和易被侵蚀等特性。近年来,由于对红壤的过度开发利用及人为活动的加剧,使南方红壤面临新的水土流失,并造成土壤肥力下降,加剧了土壤酸化程度,影响了土壤有机质形成。对农林作物产量和安全带来隐患,阻碍了农林业的经济发展并破坏了生态系统的完整性。改良低肥力土壤的首要任务是加强固碳减排能力,一方面能够巩固更多的碳源,满足作物及土壤生长的需要;另一方面降低温室气体的排放,形成对大气环境的保护。针对修复红壤的土壤环境和提升土壤肥力,国内学者已开展了大量相关研究,并有大量改良措施和技术方法等成果应用于农林业的实际生产中。如秸秆和秸秆生物炭由于本身含有丰富的营养元素,是理想的土壤改良剂,有报道在农业生产中有良好的土壤改良和恢复作用,但目前,将秸秆和秸秆生物炭应用于较低肥力的南方红壤改良中,并探讨其对土壤有机碳矿化的作用和对土壤酶活性等性质影响的研究,少有报道。鉴于此,本研究选取南方典型土壤,利用过氧化氢降低其有机碳含量,模拟低肥力的南方红壤,采用室内恒温培养试验,以玉米秸秆（S）及玉米秸秆生物炭（BC）为研究对象,研究低肥力红壤在秸秆及其生物炭的影响下,土壤有机碳矿化、酶活性以及土壤性质的变化情况。旨在揭示秸秆及其生物炭对南方低肥力红壤固碳能力的影响,并为恢复农林业土壤生态系统生产力和功能提供理论支持。主要研究结果如下:（1）秸秆及其生物炭施入低肥力红壤后,有利于土壤有机碳累积,提高低肥力红壤有机碳矿化速率,降低了土壤有机碳累积矿化率。在整个培养期间,有机碳累积矿化量及有机碳矿化速率均表现为:秸秆+生物炭>秸秆>生物炭>对照。与对照相比,施生物炭处理有机碳含量增加范围是261.90%428.57%,秸秆添加处理变化范围为304.76%495.24%,生物炭施加量越多,有机碳含量增加越多。施生物炭处理矿化率较低,5%BC处理有机碳累积矿化率28.62%,显著低于其他处理。表明秸秆及生物炭对于低肥力红壤有机碳的形成具有显著影响,由于生物炭稳定性,其对低肥力土壤的固碳作用优于秸秆,在土壤固碳减排中发挥了重要作用。（2）秸秆及其生物炭提升了低肥力红壤的土壤性质。在整个培养期间,土壤pH能快速得到提升,CK对照组pH为6.8,在培养的第30天,各处理pH变化范围在7.47.7之间。生物炭对土壤微生物量促进作用显著高于秸秆,5%BC处理MBC含量提升至54.796 mg·kg-1,1.5%S处理则为47.96 mg·kg-1;与CK相比,5%BC处理MBN含量增加1.9倍,1.5%S则下降了87%。随着生物炭施炭量的增加,NO3--N含量增加越多,秸秆处理对NO3--N存在显著抑制作用;秸秆及其生物炭对NH4+-N作用不显著,各处理NH4+-N含量均得到增加。整体来看,秸秆及生物炭可以降低土壤的酸化程度,增加土壤主要碳、氮养分,对于低肥力土壤有较好的改良作用。与秸秆相比,生物炭性质更加稳定,所含的营养物质不易被快速分解,降低了植物所需营养被淋蚀冲刷的风险,有利于土壤营养的累积和肥力的提升。（3）秸秆对土壤酶活性的促进作用高于生物炭。在第一阶段（030天）,生物炭显著促进了脲酶活性,相比较CK,5%BC处理提升了182.52%,促进作用不如秸秆显著;生物炭对蔗糖酶活性有显著促进作用,但酶活性远低于秸秆处理,在第180天,5%BC+1.5%S和1.5%S处理蔗糖酶活性分别是5%BC处理的2.7和4倍;生物炭对酸性磷酸酶影响不显著,秸秆能够显著提升酸性磷酸酶活性;生物炭对过氧化氢酶活性影响较大,在第360天,生物炭处理过氧化氢酶活性被显著抑制,与CK比较,5%BC处理酶活性降低了33%,而秸秆处理显著提升了过氧化氢酶活性,1.5%S处理酶活性增加了99%（P<0.05）。整体来看,在低肥力土壤中施入秸秆后,其对土壤酶活性的促进作用要显著高于生物炭。综上所述,秸秆和生物炭适宜于南方低肥力红壤的改良,且生物炭具有更好的改良作用。一方面,秸秆和生物炭均可以快速提升低肥力土壤有机碳含量,由于生物炭性质更加稳定,能够降低有机碳的矿化,减少CO2的释放,起到良好的固碳减排作用。另一方面,秸秆及生物炭可以快速提升土壤pH,有利于解决南方红壤普遍酸化的问题。在改善土壤营养方面,生物炭性质稳定、结构特殊,在为土壤提供C、N等营养的同时,降低土壤C、N遭受侵蚀的风险。此外,秸秆和生物炭均能不同程度的影响土壤微生物活动。这是因为秸秆较易分解,便于快速刺激土壤酶活性,生物炭较为稳定。总之,秸秆和生物炭适宜于南方低肥力红壤的改良,效果显著、作用稳定,这为农林业土壤生态进一步修复以及促进集约化农林业经济发展提供了新的思路,同时,秸秆作为农业废弃物,将其作为土壤改良剂的原料,加强资源有效化利用,也保护了生态环境。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
•   1.1 研究目的和意义
•   1.2 文献综述
•     1.2.1 秸秆及其生物炭对土壤有机碳矿化的影响
•     1.2.2 秸秆及其生物炭对土壤酸碱性及碳氮养分的影响
•     1.2.3 秸秆及其生物炭对土壤酶活性的影响
•   1.3 研究内容及技术路线
•     1.3.1 研究内容
•     1.3.2 技术路线
• 2 材料与方法
•   2.1 试验材料
•   2.2 试验设计
•   2.3 测定项目及方法
•   2.4 统计分析
• 3 秸秆及其生物炭对土壤有机碳矿化的影响
•   3.1 秸秆及其生物炭不同添加比例下土壤有机碳含量变化
•   3.2 秸秆及其生物炭不同添加比例下土壤有机碳矿化速率特征
•   3.3 秸秆及其生物炭不同添加比例下土壤有机碳累积矿化量变化
•   3.4 秸秆及其生物炭不同添加比例下土壤有机碳累积矿化率变化
•   3.5 秸秆及其生物炭不同添加比例下土壤有机碳矿化参数
•   3.6 小结
• 4 秸秆及其生物炭对土壤酸碱性及碳氮养分的影响
•   4.1 秸秆及其生物炭对土壤酸碱性的影响
•   4.2 秸秆及其生物炭对土壤有机碳的影响
•   4.3 秸秆及其生物炭对土壤微生物量碳、氮的影响
•   4.4 秸秆及其生物炭对土壤硝、氨态氮的影响
•   4.5 小结
• 5 秸秆及其生物炭对土壤酶活性的影响
•   5.1 秸秆及其生物炭对土壤脲酶的影响
•   5.2 秸秆及其生物炭对土壤蔗糖酶的影响
•   5.3 秸秆及其生物炭对土壤酸性磷酸酶的影响
•   5.4 秸秆及其生物炭对土壤过氧化氢酶的影响
•   5.5 土壤酶活性与土壤酸碱性及碳氮养分的相关分析
•   5.6 土壤有机碳累积矿化量与土壤酶活性、酸碱性及碳氮养分之间的关系
•   5.7 土壤有机碳累积矿化量与各指标间的相关性研究
•   5.8 小结
• 6 结论与讨论
•   6.1 结论
•   6.2 讨论
•     6.2.1 秸秆及其生物炭对土壤有机碳矿化的影响
•     6.2.2 秸秆及其生物炭对土壤性质的影响
•     6.2.3 秸秆及其生物炭对土壤酶活性的影响
•   6.3 展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简历

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 魏枫

导师: 郭晓敏,周桂香

关键词: 南方红壤,低肥力,秸秆,生物炭,有机碳矿化,酶活性

来源: 江西农业大学

年度: 2019

分类: 基础科学,农业科技

专业: 自然地理学和测绘学,农业基础科学,农艺学

单位: 江西农业大学

基金: 国家自然科学基金项目(41661068),江西省重点研发计划项目(20171BBF60057)

分类号: S156.6

DOI: 10.27177/d.cnki.gjxnu.2019.000228

总页数: 63

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