论文部分内容阅读
雷竹(Phyllostachys praecox)出笋早,经济价值高,是我国南方地区优良的笋用竹种。雷竹林因长期采用冬季地表覆盖增温和重施肥等措施,使得近年来土壤酸化、养分淋失、肥力衰退等土壤质量问题日渐凸显。生物质炭具有丰富的碱性成分、疏松的孔隙结构,有利于中和土壤酸性,为微生物提供良好的微生态环境,被认为是一种潜在的土壤改良剂。然而,生物质炭对土壤酸化、养分和微生物功能状况的改良效果可因生物质炭性质而异,其中原材料与热解温度是影响生物质炭性质的两大重要因素。阐明不同原料和热解温度制备的生物质炭对雷竹林土壤酸度、养分含量、土壤酶活性、微生物群落组成状况的影响规律,对提升雷竹林土壤养分利用效率、竹林生产力和固碳减排潜力具有重要的理论和实践意义。为此,本研究制备了三种不同原料来源的生物质炭(分别为玉米秸秆炭(CB)、竹炭(BB)和山核桃蒲壳炭(PB)),并利用山核桃蒲壳分别在350℃(B350)、500℃(B500)、700℃(B700)热解制备了三种不同温度来源的生物质炭。通过采集典型雷竹林土壤,设置了2组盆栽试验(试验一设置4个处理:对照、2%(质量比)CB、2%BB、2%PB;试验二设置5个处理:对照、2%(质量比)蒲壳(B0)、2%B350、2%B500、2%B700),研究了不同原料和热解温度制备的生物质炭对雷竹林土壤理化性质、微生物群落结构、酶活性及其生态化学计量特征和土壤微生物碳源代谢功能的短期影响。取得的主要结果如下:(1)不同材料制备的生物质炭施用均可以降低雷竹林土壤酸度,提升土壤质量与肥力,但改良效果因材料而异。与对照相比,玉米秸秆炭(CB)和山核桃蒲壳炭(PB)显著提高了土壤p H值(P<0.05),而施用竹炭(BB)无显著变化。CB和PB显著(P<0.05)降低了土壤交换性H+、Al3+和交换性酸含量;而BB仅显著降低了土壤交换性H+含量。施用生物质炭有利于提高土壤微生物生物量、促进土壤酶活性。CB和PB显著(P<0.05)提高了土壤磷脂脂肪酸(PLFAs)总量(增幅为52.84%和58.21%)、革兰氏阳性菌(G+)(45.52%和57.77%)、革兰氏阴性菌(G-)(54.04%和51.57%)、放线菌(53.21%和52.45%)以及真菌(65.07%和75.37%)生物量,而竹炭(BB)对其影响效果不显著。施用山核桃蒲壳炭(PB)后土壤α-葡萄糖苷酶、纤维二糖水解酶、N-乙酰-β-氨基葡萄糖苷酶、磷酸酶以及脱氢酶活性显著增强(P<0.05),与对照相比分别提高了139%、82%、56%、22%和103%;而施用玉米秸秆炭(CB)和竹炭(BB)未显著影响土壤酶活性。施用三种生物质炭均显著提高了土壤微生物基础呼吸以及底物诱导呼吸速率(P<0.05),但山核桃蒲壳炭(PB)处理的提高幅度高于玉米秸秆炭(CB)和竹炭(BB)。(2)不同热解温度制备的生物质炭对土壤酸化的改良效果存在差异,且对土壤酶及其生态化学计量特征和微生物的养分利用效率有显著影响。3种温度制备的生物质炭均显著(P<0.05)提高了土壤p H值,降低了交换性H+、交换性Al3+和交换性酸含量,且B700和B500处理的酸度中和效果大于B350处理。B500和B700显著(P<0.05)增加了土壤总氮(TN)和可溶性氮(DN)含量,而降低了可溶性有机碳(DOC)含量。仅B350处理显著增加了微生物量碳(MBC)和微生物量氮(MBN)和总PLFAs含量,与对照相比分别提高了32%、43%、56%。随着生物质炭制备热解温度的升高,土壤碳/氮获取酶活性比值逐渐增大(P<0.05)。元素比阈值(TERC:N)和底物诱导呼吸结果表明,蒲壳(B0)处理下土壤微生物主要受到N限制,而B500和B700处理下微生物主要受到C限制。相比B350处理,B500和B700处理具有较高的微生物碳利用效率(CUE)但降低了微生物氮利用效率(NUE)。结构方程模型分析表明,不同热解温度制备的生物质炭主要通过影响碳氮可利用性与微生物生物量对C、N需求间的关系,对CUE起主要作用;而通过影响土壤p H与真菌细菌比例对NUE起重要作用。高温制备的生物质炭使土壤微生物受碳源限制增强,而受氮限制减弱。综上所述,添加生物质炭可以降低雷竹林土壤酸度,提高土壤肥力、微生物丰度和活性,但改善程度因制备材料和热解温度而异。因此,制备生物质炭时合理选择原料和热解温度,不仅可以更好地促进土壤酸化改良,而且对调控土壤微生物养分利用效率、增强土壤固碳具有重要意义。