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生物炭对盐碱化农田土壤微环境和大豆生长的影响

花匠小妙招
2024-11-02 09:55

生物炭对盐碱化农田土壤微环境和大豆生长的影响

【摘要】： 生物炭作为一种土壤改良剂越来越受到学界认可。当前,生物炭对土壤的改良研究主要以热带、亚热带、温带的酸性土壤为主要研究对象,而有关生物炭施用对苏打盐碱土壤理化特性、土壤微环境及对作物生长的研究报道相对较少。本研究以此为切入点,对生物炭在盐碱化土壤田间环境的应用效果进行研究,以期阐述生物炭施用对盐碱化土壤理化、营养指标、土壤微环境和大豆生长的影响,从而为生物炭在盐碱化土地农业生产上的应用提供参考依据。本研究在黑龙江八一农垦大学农学院试验基地进行,采用大田试验方式,生物炭按照0 t/hm~2(B0)、32.5 t/hm~2(B1)、65 t/hm~2(B2)和130t/hm~2(B3)(w/w)四个施用梯度一次性施入。分别测定土壤的物理指标、化学指标、营养指标、酶指标,植物的光合生理、生长发育和产量指标,并分别用传统稀释平板培养法、Biolog-ECO微平板法和Illumina Miseq测序技术研究土壤微生物的多样性变化。结果如下:施入生物炭显著降低了苏打盐碱土壤的容重,提高土壤的总孔隙度、土壤饱和持水量和田间持水量;提高了苏打盐碱土在非稳定入渗和稳定入渗阶段的渗透量,土壤渗透速率随生物炭施入量的增加显著增加。生物炭施入土壤后,土壤的电导率、pH随大豆生育进程推进和降雨量的增多呈动态变化趋势。生物炭对大豆生育前期pH影响较小,生育后期pH随生物炭施入量的增加呈降低的趋势;施入生物炭显著提高了土壤的阳离子交换量,降低了土壤碱化度。本研究首次提出了生物炭调节田间苏打盐碱土电导率(EC)的“V”字型变化曲线,丰富了生物炭调节苏打盐碱土的作用机制。B2和B3处理显著提高了大豆各生育时期土壤的有机碳含量、总氮量。与此同时,土壤的C/N随着生物炭施用量的增加而提高,其中,B3处理的土壤C/N在大豆五个生育时期分别较对照提高了39%、27.8%、24.2%、27.9%和20.4%。生物炭施入增加了土壤的NH_4~+-N含量,降低了土壤中NO_3~--N含量,提高了土壤中速效磷和速效钾含量,降低了土壤中速效氮含量。生物炭施入盐碱土壤后,四种起关键作用的酶在大豆整个生育期呈不同的变化趋势。大豆播种—盛花期,处理间碱性磷酸酶活性的差异显著性大于结荚期—成熟期的差异显著性;大豆始花期,B3、B2、B1处理的土壤蔗糖酶活性分别较对照处理增加了20.89%、19.40%、9.75%。盛花期B3、B2、B1分别较对照处理增加了29.42%、18.61%、12.73%。土壤蔗糖酶的活性随着生物炭施入量增加而提高;大豆不同生育时期不同生物炭处理对土壤脲酶、过氧化氢酶活性的作用效果不同。施入生物炭提高了大豆的叶面积指数、光合势和干物质积累量;显著提高了大豆单株荚数、大豆单株粒数、百粒重和籽粒产量。其中,B2处理下大豆籽粒产量值最高,而B3处理的大豆籽粒产量和生物量略有下降。整体表现为:B2>B3>B1>B0,三个处理的产量分别较对照处理增加了11.01%、7.57%、5.47%。生物炭施入增加了苏打盐碱土壤中细菌的相对丰度,影响了细菌群落组成。土壤中变形菌门、酸杆菌门、芽单胞菌门、放线菌门占主导地位。其中,变形菌门的相对丰度最高,其次为酸杆菌门、芽单胞菌门和放线菌门;施入生物炭提高了耕层土壤微生物活性,增加了细菌群落中有益菌群的数量(如假单胞菌和芽孢杆菌)。本研究首次在生物炭处理的苏打盐碱土中检出己科河菌门(Rokubacteria),Rokubacteria自成一个单系,具有大基因组,高GC含量特点。根据检索,其为新型土壤细菌,具有多样的生物次级代谢物基因。本研究证实生物炭具有改良贫瘠苏打盐碱土壤、促进植物生长的潜力。生物炭可以作为土壤改良剂施入高pH盐碱土壤,改善土壤的理化和营养特性,尤其是提高盐碱土壤的渗透特性,改善土壤微环境,提高水分和养分的吸收利用,进而提高作物的产量。与此同时,要特别注意碱性土壤过量施用生物炭带来的负面效应,在施用过程中应考虑这些不利影响。

【学位授予单位】：黑龙江八一农垦大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2020

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