论文部分内容阅读
生物炭广泛应用于农田生态系统中,以应对资源利用、土壤改良、环境污染等主要问题。生物炭因其独特的孔隙结构和理化性质,施入土壤中必定会改变土壤理化性状,影响土壤氮素循环。在减氮增效的背景下,开展生物炭对土壤氮素循环的研究具有重要意义。氨挥发在土壤氮素损失中占有重要比例,其不仅会降低氮肥利用率,还会加速生态环境恶化。本研究采用田间原位-密闭连续抽气法,分析比较了多年水稻秸秆炭化还田对稻麦轮作土壤氨排放及田面水、土壤理化性质的影响;通过设置单因子对比试验,研究稻秆生物炭（秸秆炭）输入对不同含量水分土壤氨挥发及田面水、土壤理化性质和相关功能微生物多样性的影响,旨在揭示生物炭输入对稻麦轮作土壤氨挥发的主要影响因素及其潜在机理。主要结论如下:（1）利用连续密闭抽气法,观测多年稻秆生物炭还田对太湖流域稻麦轮作土壤氨挥发的影响。结果发现,稻麦两季施肥后土壤氨挥发速率呈现先逐渐增加,2-3 d达到峰值,后降低的趋势。与常规施肥相比,稻秆生物炭显著降低稻麦轮作土壤氨累积挥发量,且以麦季降幅最为显著。其中稻季降低幅度为6.11%～28.28%,麦季降低幅度为20.41%～49.60%;秸秆直接还田显著降低土壤氨挥发量的50.68%～51.89%。综合稻麦两季氨累积损失量发现,中量生物炭（11.25t/hm2）施加对土壤氨挥发控制效果最佳。（2）分析长期稻秆生物炭还田对土壤、田面水等理化指标的影响,探究生物炭施入下稻麦轮作土壤氨挥发的主要影响因素。结果发现,土壤p H、NO3--N浓度及脲酶活性显著升高,NH4+-N浓度显著下降,土壤温度无明显变化;相关分析表明,生物炭施入后稻季土壤氨挥发主要与土壤及田面水NH4+-N浓度、土壤温度呈显著正相关线性关系,R2在0.470-0.675（p<0.05）;麦季土壤氨挥发主要与土壤p H、温度、脲酶活性呈显著相关线性关系,R2在0.677-0.755（p<0.05）。因此,生物炭介入下稻麦轮作土壤氨挥发的主要影响因素不同,其中稻季主要受田面水NH4+-N浓度影响,麦季主要受土壤p H、温度及土壤脲酶影响。（3）通过室内模拟水旱转化实验,探究生物炭施加对不同水分土壤氨挥发、氨氧化功能基因和脲酶基因多样性及土壤、田面水理化性质的影响。结果发现,秸秆炭输入显著增加30%WHC、60%WHC和90%WHC（土壤田间最大持水量的30%、60%和90%）土壤氨排放量,增加幅度114%～702%;相关分析表明,土壤p H及脲酶活性与氨挥发呈极显著正相关,相关系数在0.748-0.931（P<0.01）,其原因可能是生物炭具有较高的碱度,可以增加土壤p H,从而干扰土壤液相中NH4+向NH3转化的碱度平衡,进而促进土壤氨排放。然而秸秆炭输入显著降低淹水（水:土为2:1）土壤氨损失量,降低幅度为29.31%～39.69%。相关分析表明,田面水NH4+-N浓度、土壤氨氧化古菌（AOA）和氨氧化细菌（AOB）基因丰度与NH3挥发显著相关,相关系数分别为0.658、0.567、0.722（P<0.05）;其原因可能是生物炭显著提高土壤AOA和AOB基因丰度,促进氨氧化过程,从而降低土壤NH4+-N浓度,进而减少氨排放。