生物炭对黑土有机碳库的影响

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黑龙江省的主要土壤类型是黑土,富含丰富的有机质,质地疏松,有很强的供肥能力和保水能力,耕性表现很好。但是,多年来人们过度开垦以及不合理利用黑土,迅速降低土壤中的有机质含量,土壤肥力下降,土壤退化现象严重。生物炭具有较大的酸碱度,而且具有丰富的孔隙结构和较强的芳香化结构、较大的比表面积、较强的抗生物分解能力以及较强的吸附能力。为了修复退化的黑土,提高黑土有机碳库,本研究通过室外培养试验,在高、低两种有机质含量黑土中施用与土壤质量比为0.5%、1.5%、2.5%的玉米秸秆生物炭,测定和分析土壤中添加生物炭对土壤碳库总量和各组分的影响以及各组分间的相关性,研究生物炭对在高、低两种有机质含量黑土土壤的两种土壤有机碳库影响的差异,以期退化黑土土壤改良提供科学依据。  研究结果表明:  高、低两种有机质含量的黑土中施入不同含量的生物炭对有机碳组分均有一定的影响。生物炭处理的土壤总有机碳的含量增加,均高于对照处理,且差异显著,2.5%生物炭处理提高土壤有机碳库的幅度最大。在试验进行到150天和515天时,低有机质土壤中总有机碳含量分别比对照高52.81%、51.84%,高有机质土壤中总有机碳含量分别比对照高27.74%、26.99%。至试验结束时,生物炭对低有机质土总有机碳提升的效果更显著。  生物炭处理的土壤活性部分有机碳如颗粒有机碳、微生物量碳、易氧化有机碳、轻组有机碳含量高于对照处理,且差异显著,而水溶性有机碳含量低于对照处理,且加入的生物炭越多,土壤水溶性有机碳的含量下降的越多。至试验结束时,2.5%生物炭处理低有机质土壤中水溶性有机碳含量分别比对照低12.94%,高有机质土壤中水溶性有机碳含量分别比对照低9.91%。至试验结束时,与15天相比,土壤总有机碳含量有所下降,而土壤易氧化有机碳、微生物量炭、水溶性有机碳的含量有所上升。土壤总有机碳与活性有机碳如微生物量碳、易氧化有机碳、轻组有机碳分别极显著正相关,与颗粒有机碳显著正相关。而与水溶性有机碳显著负相关。  生物炭处理的土壤重组有机碳、矿物结合态有机碳、惰性有机碳这些稳定态有机碳含量均高于对照,且随着生物炭含量增加而增加。生物炭对低有机质土中矿物结合态有机碳的提升效果高于高有机质土。生物炭施用量与总有机碳、易氧化有机碳、微生物量碳、颗粒有机碳、矿物结合态有机碳、重组有机碳、惰性有机碳之间均存在极显著正相关性(p<0.01),与轻组有机碳呈显著正相关关系(p<0.05),而与水溶性有机碳呈负相关关系。土壤总有机碳与重组有机碳、矿物结合态有机碳、惰性有机碳分别显著正相关。  生物炭对土壤易氧化有机碳、微生物量碳含量的影响与试验时间有关,短期内生物炭处理的土壤微生物量碳和易氧化有机碳随时间增加而增加。高浓度的生物炭会抑制土壤微生物量碳与易氧化有机碳含量,当生物炭施入施用量为1.5%时,对土壤微生物量碳和易氧化有机碳产生最高的影响。至试验结束时,1.5%生物炭处理低有机质土壤中微生物量碳与易氧化有机碳含量分别比对照高4.83%、6.93%,高有机质土壤中微生物量碳与易氧化有机碳含量分别比对照高5%、20.23%。  综上所述,1.5%生物炭处理对低有机质土壤易氧化有机碳和微生物量碳含量提升最高,2.5%生物炭处理对低有机质土壤总有机碳、颗粒有机碳、轻组有机碳、重组有机碳、矿物结合态有机碳、惰性有机碳含量的提升效果最好。在低有机质黑土中施入一定量的生物炭有助于改良退化黑土的有机碳含量。
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