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        生物質(zhì)炭對(duì)薺菜生長(zhǎng)過(guò)程中根區(qū)土壤特性和微生物特性的影響

        2017-10-27 12:28:59許澤宏程曉丹周明羅
        江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué) 2017年16期
        關(guān)鍵詞:根區(qū)薺菜生物質(zhì)

        許澤宏 程曉丹 周明羅

        摘要:利用控制性的大田試驗(yàn)栽培技術(shù),研究不同濃度生物質(zhì)炭[對(duì)照(CK,0)、低生物質(zhì)炭(LB,10 t/hm2)、中生物質(zhì)炭(MB,20 t/hm2)、高生物質(zhì)炭(HB,30 t/hm2)]對(duì)薺菜生長(zhǎng)過(guò)程中根區(qū)土壤特性和微生物特性的影響。結(jié)果表明:薺菜根區(qū)土壤pH值、容重和全鹽含量隨生物質(zhì)炭濃度的增加呈逐漸降低趨勢(shì),不同濃度生物質(zhì)炭處理下的薺菜根區(qū)土壤pH值、容重和全鹽含量均顯著低于對(duì)照(P<005)。薺菜根區(qū)土壤養(yǎng)分和植株養(yǎng)分含量均隨生物質(zhì)炭濃度的增加呈先增加后降低的趨勢(shì),MB濃度處理下,薺菜根區(qū)土壤養(yǎng)分和植株養(yǎng)分含量達(dá)到最大,不同濃度生物質(zhì)炭處理下的薺菜土壤養(yǎng)分和植株養(yǎng)分含量均顯著高于對(duì)照(P<005)。薺菜根區(qū)土壤微生物數(shù)量以細(xì)菌最多(占微生物總數(shù)的90%以上),其次是放線菌,真菌最少,薺菜根區(qū)土壤細(xì)菌數(shù)量和放線菌數(shù)量隨生物質(zhì)炭濃度的增加呈先增加后降低的趨勢(shì),MB濃度處理下,薺菜根區(qū)土壤細(xì)菌數(shù)量和放線菌數(shù)量最大且顯著高于對(duì)照,而生物質(zhì)炭卻顯著降低了薺菜根區(qū)土壤真菌數(shù)量,但總的來(lái)說(shuō),生物質(zhì)炭顯著增加了薺菜根區(qū)土壤微生物總數(shù)。薺菜根區(qū)土壤酶活性和微生物量均隨生物質(zhì)炭濃度的增加呈先增加后降低趨勢(shì),MB濃度處理下,薺菜根區(qū)土壤養(yǎng)分和植株養(yǎng)分含量達(dá)到最大,不同濃度生物質(zhì)炭處理下的薺菜土壤酶活性和微生物量均顯著高于對(duì)照(P<005)。以上研究結(jié)果表明,生物質(zhì)炭的施用促進(jìn)了薺菜根區(qū)土壤養(yǎng)分、微生物特性和酶活性的累積作用和改良土壤肥力作用,以中水平生物質(zhì)炭(MB)處理下效果最好,而高水平生物質(zhì)炭(HB)可能會(huì)有一定的抑制作用,這還與土壤類型、土壤肥力、植物種類和生態(tài)環(huán)境等密切相關(guān)。

        關(guān)鍵詞:生物質(zhì)炭;薺菜;土壤;微生物;特性;根區(qū);pH值;容重;全鹽;植株養(yǎng)分;培肥;土壤改良

        中圖分類號(hào): S156;S158文獻(xiàn)標(biāo)志碼:

        文章編號(hào):1002-1302(2017)16-0104-06

        收稿日期:2016-04-20

        基金項(xiàng)目:四川省宜賓市重點(diǎn)科技計(jì)劃(編號(hào):2014SF044)。

        作者簡(jiǎn)介:許澤宏(1966—),男,四川瀘州人,副教授,研究方向?yàn)榄h(huán)境生物學(xué)。E-mail:xuzhe_hong@163com。

        植物的生長(zhǎng)與土壤有著密切的相關(guān)性,土壤微生物和養(yǎng)分對(duì)有機(jī)物質(zhì)的分解轉(zhuǎn)化在植物生長(zhǎng)過(guò)程中起主導(dǎo)作用,同時(shí)也影響著植物體內(nèi)的能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán),土壤酶活性能參與多種反應(yīng)(如礦化-同化、氧化-還原等),是植物生長(zhǎng)過(guò)程中養(yǎng)分吸收的主要驅(qū)動(dòng)力[1-3];在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中,為了提高植物對(duì)土壤養(yǎng)分的可利用性,往往認(rèn)為添加特定的對(duì)于土壤生態(tài)系統(tǒng)具有良好作用的物質(zhì)或者肥料,其中生物質(zhì)炭作為一種綠色肥料,在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用[4-5]。生物質(zhì)炭是由植物生物質(zhì)在缺氧條件下經(jīng)熱裂解、炭化而形成的一類高度芳香化、難溶性的固態(tài)物質(zhì)。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中,我國(guó)每年產(chǎn)生7億多t生物秸稈,其中約23%被焚燒,不僅帶來(lái)了嚴(yán)重的環(huán)境污染,同時(shí)也造成了資源的極大浪費(fèi)。農(nóng)業(yè)秸稈的合理利用成為協(xié)調(diào)農(nóng)業(yè)資源、環(huán)境以及可持續(xù)發(fā)展的重大問題。大量研究表明,施用生物質(zhì)炭可提高土壤持水容量、養(yǎng)分吸持容量、陽(yáng)離子交換量(CEC)和土壤微生物活性,促進(jìn)土壤穩(wěn)定性團(tuán)聚體形成,提高土壤養(yǎng)分含量等[8]。因此,生物質(zhì)炭可作為改良和培肥土壤、提高農(nóng)作物的生產(chǎn)效率、促進(jìn)農(nóng)作物增產(chǎn)的農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展有效措施,將農(nóng)業(yè)生物質(zhì)廢棄物低溫?zé)崃呀庵瞥缮镔|(zhì)炭用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)受到了廣泛的關(guān)注[9-10]。目前在農(nóng)業(yè)上進(jìn)行生物質(zhì)炭對(duì)土壤肥力影響的研究較多,我國(guó)學(xué)者著重研究了生物質(zhì)炭對(duì)于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的作用,但多數(shù)研究都集中在生物質(zhì)炭的理化特性和環(huán)境功能等方面,對(duì)于典型的土壤上施用生物質(zhì)炭對(duì)植物生長(zhǎng)過(guò)程中根區(qū)土壤養(yǎng)分和微生物特性的影響尚不多見。因此,本研究以典型土壤為基質(zhì),采用室內(nèi)大田試驗(yàn),對(duì)施用生物質(zhì)炭后薺菜植株生長(zhǎng)狀況、根區(qū)土壤性質(zhì)、植株體內(nèi)養(yǎng)分含量及根區(qū)土壤養(yǎng)分和微生物特性等進(jìn)行研究,以期為生物質(zhì)炭在農(nóng)業(yè)推廣上的應(yīng)用、提高土壤生產(chǎn)力、促進(jìn)我國(guó)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供重要的科學(xué)依據(jù)和理論基礎(chǔ)。

        1材料與方法

        11試驗(yàn)設(shè)計(jì)

        試驗(yàn)于2016年在宜賓學(xué)院資源與環(huán)境工程學(xué)院的日光溫室內(nèi)進(jìn)行,供試土壤為四川省典型土壤,供試薺菜品種為印度薺菜,薺菜品種和生物質(zhì)炭均購(gòu)于四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院,種子安全貯存半年度過(guò)休眠期,挑選籽粒飽滿、無(wú)病蟲害、大小均勻、色澤一致的種子,80%乙醇消毒20~30 min,蒸餾水反復(fù)沖洗 4 ℃ 保存以備用。供試生物質(zhì)炭的基本特性見表1。

        12研究方法

        設(shè)置3個(gè)處理,即生物質(zhì)炭當(dāng)季施用量分別為CK(對(duì)照,0)、 LB(低濃度生物質(zhì)炭,5 t/hm2)、MB(中濃度生物質(zhì)炭,

        10 t/hm2)、HB(高濃度生物質(zhì)炭,20 t/hm2),每個(gè)處理設(shè)置5次重復(fù),共20個(gè)小區(qū),采用裂區(qū)試驗(yàn)設(shè)計(jì),每個(gè)小區(qū)面積 2 m×3 m=6 m2,小區(qū)與小區(qū)之間留20 cm緩沖帶,株行距均為 10 cm,播種深度2~5 cm,播種量20~30 kg/hm2,在薺菜種子播種前施入生物質(zhì)炭,翻耕使生物質(zhì)炭與土壤充分混合。除生物質(zhì)炭用量不同外,各處理氮肥(NH3HCO3)、磷肥(P2O5)、鉀肥(K2O)作基肥,用量分別為0217、0108、0036 kg/m2,以滿足薺菜正常生長(zhǎng)發(fā)育所需。2015年4月20日種植,試驗(yàn)期間采取同樣的管理措施(大田管理措施),分別在播種后、苗期、初花期灌水3次,自然條件生長(zhǎng),試驗(yàn)期間不追肥,定期除草,最大程度上保證其長(zhǎng)勢(shì)一致,10月20日收獲。

        13采樣方法

        根區(qū)土采用Riley和Barber的抖落法,挖取每個(gè)小區(qū)具有完整根系的土體(根系主要分布的范圍),先輕輕抖落大塊不含根系的土壤,小刀刮下附在根系周圍的土壤(非根區(qū)土),然后用刷子刷下黏附在根圍的土壤(距離根圍0~5 mm)作為根區(qū)土,盡量減少損害植物根系,對(duì)于混雜于根區(qū)土中的根系要徹底去除,混合每種植物采集的根區(qū)土,將新鮮土樣分為3份,第1份迅速置于聚乙烯速封袋中以測(cè)定土壤含水量,第2份帶回實(shí)驗(yàn)室風(fēng)干后(過(guò)1 mm篩)用于土壤酶活性及理化性質(zhì)的測(cè)定,第3份4 ℃冰箱保存,用于土壤微生物量及微生物數(shù)量的測(cè)定,并在同一區(qū)域用環(huán)刀測(cè)定土壤容重[11]。

        14測(cè)定方法

        (1)土壤理化性質(zhì)及養(yǎng)分含量的測(cè)定。pH值,電極電位法(1 ∶25土水體積比);全鹽含量(%),電導(dǎo)法;土壤有機(jī)碳含量(g/kg),重鉻酸鉀氧化-外加熱法;土壤全氮含量(g/kg),全自動(dòng)凱氏定氮法;土壤全磷含量(g/kg),NaOH熔融-鉬銻抗比色法;全鉀含量(g/kg),火焰分光光度法[11]。(2)土壤微生物數(shù)量的測(cè)定。[JP+1]采用平板梯度稀釋法,其中細(xì)菌培養(yǎng)基為牛肉膏蛋白胨瓊脂培養(yǎng)基,真菌培養(yǎng)基為馬丁氏培養(yǎng)基,放線菌培養(yǎng)基為高氏一號(hào)瓊脂培養(yǎng)基[11]。(3)土壤微生物量碳、氮含量。采用三氯甲烷熏蒸-K2SO4浸提法,其中三氯甲烷熏蒸殺死的微生物體中的碳、氮被浸提出來(lái)的比例分別為038、045[11]。(4)根區(qū)土壤酶活的測(cè)定。采用分光光度計(jì)進(jìn)行比色法,測(cè)定酶的種類為纖維素酶(1 g土樣 30 min 內(nèi)分解產(chǎn)生1 mg葡萄糖所需的酶量)、轉(zhuǎn)化酶(1 g土樣1 d內(nèi)分解產(chǎn)生1 mg葡萄糖所需的酶量)、硝酸還原酶(1 g土樣1min內(nèi)分解產(chǎn)生1 μg NO2-所需的酶量)、脲酶(1 g土樣1 d內(nèi)分解產(chǎn)生1mg氨基氮所需的酶量)和酸性磷酸酶(1 g 土樣1 d內(nèi)分解產(chǎn)生1 mg P2O5所需的酶量)[11]。

        Excel 2013、SPSS 21軟件包進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和方差分析,單因素方差分析(One-way ANOVA),LSD法比較各處理間差異顯著性(α水平為005、001)。

        2結(jié)果與分析

        21生物質(zhì)炭對(duì)薺菜根區(qū)土壤理化性質(zhì)的影響

        由圖1可知,生物質(zhì)炭對(duì)薺菜根區(qū)土壤理化性質(zhì)具有明顯的影響。薺菜根區(qū)土壤含水量在952%~1512%之間變化,基本表現(xiàn)為HB>MB>LB>CK,其中MB與HB、LB差異不顯著(P>005),生物質(zhì)炭處理下薺菜根區(qū)土壤含水量顯著高于對(duì)照1954%、4863%、5882%(P<005);薺菜根區(qū)土壤容重在094~123 g/cm3之間,基本表現(xiàn)為HB005),生物質(zhì)炭處理下薺菜根區(qū)土壤容重顯著低于對(duì)照894%、1626%、2358%(P<005);薺菜根區(qū)土壤pH值在543~714之間,基本表現(xiàn)為HB005),生物質(zhì)炭處理下薺菜根區(qū)土壤pH值顯著低于對(duì)照1204%、1359%、2395%(P<005);薺菜根區(qū)土壤全鹽含量在109~139 g/kg之間,基本表現(xiàn)為HB005),生物質(zhì)炭處理下薺菜根區(qū)土壤全鹽含量顯著低于對(duì)照1871%、1727%、2159%(P<005)。

        22生物質(zhì)炭對(duì)薺菜土壤和植株養(yǎng)分含量的影響

        221生物質(zhì)炭對(duì)薺菜植物根區(qū)土壤養(yǎng)分含量的影響

        由圖2可知,生物質(zhì)炭對(duì)薺菜根區(qū)土壤養(yǎng)分含量具有明顯的影響。薺菜根區(qū)土壤有機(jī)碳含量變化范圍在852~1695 g/kg之間,基本表現(xiàn)為MB>HB>LB>CK,其中HB、MB與LB兩兩之間的差異均顯著(P<005),生物質(zhì)炭處理下薺菜根區(qū)土壤有機(jī)碳含量顯著高于對(duì)照4531%、9894%、7359%(P<005);薺菜根區(qū)土壤全氮含量變化范圍在123~168 g/kg 之間,基本表現(xiàn)為MB>HB>LB>CK,其中HB、MB與LB兩兩之間的差異均顯著(P<005),生物質(zhì)炭處理下薺菜根區(qū)土壤全氮含量顯著高于對(duì)照1545%、3659%、3252%(P<005);薺菜根區(qū)土壤全磷含量變化范圍在 098~198 g/kg之間,基本表現(xiàn)為MB>HB>LB>CK,其中HB與MB、LB之間差異不顯著(P>005),生物質(zhì)炭處理下薺菜根區(qū)土壤全磷含量顯著高于對(duì)照2551%、7143%、6633%(P<005);薺菜根區(qū)土壤全鉀含量變化范圍在1698~2654 g/kg之間,基本表現(xiàn)為MB>HB>LB>CK,其中HB與LB之間差異不顯著(P>005),生物質(zhì)炭處理下薺菜根區(qū)土壤全鉀含量顯著高于對(duì)照2833%、5630%、4152%(P<005)。

        222生物質(zhì)炭對(duì)薺菜植株內(nèi)養(yǎng)分含量的影響

        由圖3可知,生物質(zhì)炭對(duì)薺菜植物體內(nèi)養(yǎng)分含量具有明顯的影響。薺菜植株全碳含量變化范圍在2156~3564 g/kg之間,基本表現(xiàn)為MB>HB>LB>CK,其中HB與MB之間差異不顯著(P>005),生物質(zhì)炭處理下薺菜植株全碳含量顯著高于對(duì)照1916%、6531%、5895%(P<005);薺菜植株全氮含量變化范圍在153~194 g/kg之間,基本表現(xiàn)為MB>LB>HB>CK, 其中HB與LB之間差異不顯著(P>005), 生物質(zhì)

        炭處理下薺菜植株全氮含量顯著高于對(duì)照1307%、2680%、654%(P<005);薺菜植株全磷含量變化范圍在13~24 g/kg之間,基本表現(xiàn)為MB>HB>LB>CK,其中HB與LB之間差異不顯著(P>005),生物質(zhì)炭處理下薺菜植株全磷含量顯著高于對(duì)照4615%、8462%、5385%(P<005);薺菜植株全鉀含量變化范圍在132~196 g/kg之間,基本表現(xiàn)為MB>HB>LB>CK,其中HB與MB之間差異不顯著(P>005),生物質(zhì)炭處理下薺菜植株全鉀含量顯著高于對(duì)照1970%、4848%、4318%(P<005)。

        23生物質(zhì)炭對(duì)薺菜根區(qū)土壤微生物數(shù)量的影響

        圖4表明,生物質(zhì)炭根區(qū)土壤微生物數(shù)量以細(xì)菌最多,其次是放線菌,真菌最少。薺菜根區(qū)土壤細(xì)菌數(shù)量變化范圍在156萬(wàn)~257萬(wàn)個(gè)/g之間,基本表現(xiàn)為MB>HB>LB>CK,其中MB與HB之間差異不顯著(P>005),生物質(zhì)炭處理下薺菜根區(qū)土壤細(xì)菌數(shù)量顯著高于對(duì)照1731%、6474%、5449%(P<005);薺菜根區(qū)土壤真菌數(shù)量變化范圍在630~1 520個(gè)/g之間,基本表現(xiàn)為MB005),生物質(zhì)炭處理下薺菜根區(qū)土壤真菌數(shù)量顯著低于對(duì)照3750%、5855%、4868%(P<005);薺菜根區(qū)土壤放線菌數(shù)量變化范圍在065萬(wàn)~102萬(wàn)個(gè)/g之間,基本表現(xiàn)為HB>LB>MB>CK,其中LB、MB與HB兩兩之間差異均不顯著(P>005),生物質(zhì)炭處理下薺菜根區(qū)土壤放線菌數(shù)量顯著高于對(duì)照4308%、3385%、5692%(P<005); 薺菜根區(qū)土壤微生物總數(shù)量變

        化范圍在352萬(wàn)~817萬(wàn)個(gè)/g之間,基本表現(xiàn)為MB>HB>LB>CK,其中MB與HB之間差異不顯著(P>005),生物質(zhì)炭處理下薺菜根區(qū)土壤微生物總數(shù)顯著高于對(duì)照8523%、13210%、12670%(P<005)。

        24生物質(zhì)炭對(duì)薺菜根區(qū)土壤酶活性的影響

        圖5表明,薺菜根區(qū)土壤硝酸還原酶活性變化范圍在 137~265 mg/(g·min)之間,基本表現(xiàn)為MB>HB>LB>CK,其中MB與HB之間差異不顯著(P>005),生物質(zhì)炭處理下薺菜根區(qū)土壤硝酸還原酶活性顯著高于對(duì)照4453%、9343%、9051%(P<005);薺菜根區(qū)土壤酸性磷酸酶活性變化范圍在114~253 mg/(g·d)之間,基本表現(xiàn)為MB>HB>LB>CK,其中LB與HB之間差異不顯著(P>005),生物質(zhì)炭處理下薺菜根區(qū)土壤酸性磷酸酶活性顯著高于對(duì)照4825%、12193%、5000%(P<005);薺菜根區(qū)土壤纖維素酶活性變化范圍在368~713 mg/(g·d)之間,基本表現(xiàn)為HB>MB>LB>CK,其中MB與HB之間差異不顯著(P>005),生物質(zhì)炭處理下薺菜根區(qū)土壤纖維素酶活性顯著高于對(duì)照4239%、8967%、9375%(P<005);薺菜根區(qū)土壤脲酶活性變化范圍在269~685 mg/(g·d)之間,基本表現(xiàn)為MB>HB>LB>CK,其中LB與HB之間差異不顯著(P>005),生物質(zhì)炭處理下薺菜根區(qū)土壤脲酶活性顯著高于對(duì)照9219%、15465%、9442%(P<005);薺菜根區(qū)土壤轉(zhuǎn)化酶活性變化范圍在145~627 mg/(g·d)之間,基本表現(xiàn)為MB>HB>LB>CK,其中LB、MB與HB兩兩之間差異均顯著(P<005),生物質(zhì)炭處理下薺菜根區(qū)土壤轉(zhuǎn)化酶活性顯著高于對(duì)照14552%、33241%、25103%(P<005);薺菜根區(qū)土壤蔗糖酶活性變化范圍在189~244 mg/(g·d)之間,基本表現(xiàn)為MB>HB>LB>CK,其中LB、MB與HB兩兩之間差異均不顯著(P>005),生物質(zhì)炭處理下薺菜根區(qū)土壤蔗糖酶活性顯著高于對(duì)照2487%、2910%、2645%(P<005)。

        25生物質(zhì)炭對(duì)薺菜根區(qū)土壤微生物量的影響

        圖6表明,薺菜根區(qū)土壤微生物量碳含量變化范圍在1598~3239 mg/kg之間,基本表現(xiàn)為MB>HB>LB>CK,其中MB與HB之間差異不顯著(P>005),生物質(zhì)炭處理下薺菜根區(qū)土壤微生物量碳含量顯著高于對(duì)照6602%、10269%、9756%(P<005);薺菜根區(qū)土壤微生物量氮含量變化范圍在653~1237 mg/kg之間,基本表現(xiàn)為MB>HB>LB>CK,其中MB、HB和LB兩兩之間差異均顯著(P<005),生物質(zhì)炭處理下薺菜根區(qū)土壤微生物量氮含量顯著高于對(duì)照3660%、8943%、6141%(P<005);薺菜根區(qū)土壤微生物量磷含量變化范圍在237~782 mg/kg之間,基本表現(xiàn)為MB>HB>LB>CK,其中MB、HB和LB兩兩之間差異均顯著(P<005),生物質(zhì)炭處理下薺菜根區(qū)土壤微生物量磷含量顯著高于對(duì)照16793%、22996%、2008%(P<005)。

        3討論與結(jié)論

        生物質(zhì)炭在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用效應(yīng)已經(jīng)引起越來(lái)越多的關(guān)注,生物質(zhì)炭比表面積大,可以增強(qiáng)土壤對(duì)陽(yáng)離子的吸附能力,在生物或非生物作用下,生物質(zhì)炭表面可部分被輕度氧化形成羰基、酚基和醌基等官能團(tuán),其電荷量增大,從而增大土壤電導(dǎo)率和全鹽含量[12]。本研究中生物質(zhì)炭顯著增加了薺菜根區(qū)土壤含水量(P<005),顯著降低了土壤容重、pH值和全鹽含量(P<005),生物質(zhì)炭造成土壤總孔隙度和容重較小、含水量增加、可溶性離子數(shù)量增多,導(dǎo)致土壤電導(dǎo)率較高;pH值是土壤的重要指標(biāo)之一,適宜的pH值有利于土壤微生物活動(dòng)和植物生長(zhǎng),pH值的降低致使根區(qū)酸化,從而增加土壤養(yǎng)分的吸收和利用、土壤酶活性及微生物的繁殖。不同生物質(zhì)處理下薺菜根區(qū)土壤容重、pH值和全鹽含量顯著低于對(duì)照,這主要是由于生物質(zhì)炭增加了根系對(duì)土壤的穿插和擴(kuò)展,改善了土壤結(jié)構(gòu),同時(shí)也促進(jìn)了土壤養(yǎng)分的吸收和利用,陰陽(yáng)離子溶解度增加,從而導(dǎo)致電導(dǎo)率和全鹽含量增加[13-14]。

        土壤養(yǎng)分不僅能反映土壤“營(yíng)養(yǎng)庫(kù)”中養(yǎng)分的貯量水平,而且在一定程度上能影響有效養(yǎng)分的供應(yīng)能力[15];土壤微生物是土壤生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)的主要驅(qū)動(dòng)力,對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)的分解、腐殖質(zhì)的形成、養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化及循環(huán)等過(guò)程具有重要作用[16];土壤微生物通過(guò)分泌酶的方式參與土壤生態(tài)系統(tǒng)營(yíng)養(yǎng)循環(huán)等,土壤酶活性動(dòng)力學(xué)的變化可反映出土壤中各種生化過(guò)程的強(qiáng)度及其方向,土壤酶活性、微生物量和微生物數(shù)量在植物生長(zhǎng)過(guò)程中起著重要的作用[17]。本研究中生物質(zhì)炭促進(jìn)了薺菜與土壤之間的平衡共生關(guān)系,在薺菜植株生長(zhǎng)過(guò)程中提高了土壤肥力,而土壤肥力的改變會(huì)對(duì)植物的入侵作出進(jìn)一步的反饋調(diào)節(jié)。本研究在相同生境條件下,施用生物質(zhì)炭后,薺菜植物根區(qū)土壤養(yǎng)分含量、土壤微生物量、酶活性及微生物數(shù)量均隨生物質(zhì)炭濃度的增加呈先增加后降低趨勢(shì)。在MB濃度處理下,薺菜植物根區(qū)土壤養(yǎng)分含量、土壤微生物量、酶活性及微生物數(shù)量達(dá)到最大,不同濃度生物質(zhì)炭處理下的薺菜植物根區(qū)土壤養(yǎng)分、土壤微生物量、酶活性及微生物數(shù)量均顯著高于對(duì)照(P<005),但生物質(zhì)炭在高用量時(shí)可能會(huì)產(chǎn)生輕微的抑制作用,具體表現(xiàn)為薺菜植株體內(nèi)養(yǎng)分含量隨生物質(zhì)炭濃度的增加呈先增加后降低的趨勢(shì)。由此表明,生物質(zhì)炭對(duì)薺菜根區(qū)土壤養(yǎng)分含量、土壤微生物量、酶活性及微生物數(shù)量均表現(xiàn)為一定程度的增加效應(yīng),且生物質(zhì)炭處理下薺菜根區(qū)土壤養(yǎng)分含量、土壤微生物量、酶活性及微生物數(shù)量均顯著高于對(duì)照(P<005),與前人的研究結(jié)果[18-20]相一致。一方面,生物質(zhì)炭具有較大的比表面積,通過(guò)表面催化活性促進(jìn)小的有機(jī)分子聚合形成土壤有機(jī)質(zhì),同時(shí)吸附多種離子,提高土壤的保肥性能,通過(guò)激發(fā)效應(yīng)促進(jìn)土壤有機(jī)質(zhì)的分解,迅速提高養(yǎng)分含量[9];另一方面,生物質(zhì)炭的穩(wěn)定性較高,隨著生物質(zhì)炭的施入,土壤中累積的生物質(zhì)炭增多,一些極細(xì)小的生物質(zhì)炭顆??赡芨街谕寥辣砻鎇21];此外,生物質(zhì)炭具有多芳香環(huán)和非芳香環(huán)的復(fù)雜結(jié)構(gòu),使其表現(xiàn)出高度的化學(xué)和微生物惰性,施入土壤后難以被微生物利用[21]。由此表明,生物質(zhì)炭的施用有利于植被-土壤系統(tǒng)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的循環(huán)、腐殖質(zhì)的形成和土壤有效養(yǎng)分的提高,同時(shí)薺菜根區(qū)較低的pH值增加了根區(qū)土壤養(yǎng)分的有效吸收和利用,這也是多種環(huán)境因素共同引起的,但從生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性而言,生物質(zhì)炭對(duì)土壤養(yǎng)分影響的過(guò)程比較復(fù)雜,與施用量、施用時(shí)間、生境、土壤本身特性、物候等生理生態(tài)特性的差異有關(guān)。而不同濃度的生物質(zhì)炭對(duì)薺菜根區(qū)土壤特性的影響效果并不均勻一致,總體來(lái)看,生物質(zhì)炭對(duì)薺菜生長(zhǎng)過(guò)程中根區(qū)土壤養(yǎng)分含量、土壤微生物量、酶活性及微生物數(shù)量起一定的促進(jìn)作用,造成這種情況主要可能是由于生物質(zhì)炭根系釋放的化學(xué)物質(zhì)不一致,釋放的物質(zhì)通過(guò)化感作用影響土壤理化性質(zhì)及營(yíng)養(yǎng)循環(huán)等對(duì)其根區(qū)土壤微生物的數(shù)量及分布造成不同的影響。由此可知,生物質(zhì)炭施用技術(shù)是改善土壤肥力、提高土壤生產(chǎn)力的重要措施,而在薺菜的高產(chǎn)栽培過(guò)程中須合理控制生物質(zhì)炭濃度。而薺菜栽培過(guò)程中土壤本身的肥力特性也是影響生物質(zhì)炭效應(yīng)的重要因素,生物質(zhì)炭對(duì)薺菜生長(zhǎng)的效應(yīng)須從土壤肥力、薺菜類型、施炭水平以及管理措施等多方面因素加以綜合考慮。

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