不同培养条件下生物质炭添加对土壤有机碳矿化的影响研究

发布时间：2020-04-26 12:58

【摘要】：全球变暖对陆地生态系统碳循环产生巨大影响,而生物质炭对减缓大气CO2浓度升高具有重要意义。目前国内研究主要集中在单一因素添加生物质炭对土壤有机碳矿化的影响,对于多因素综合分析较为少见。因此,本研究通过室内培养实验,利用13C同位素示踪方法和PLFA技术,分别从不同的生物质炭制备材料、热解温度、土壤类型以及培养温度四个方面,研究生物质炭添加对土壤有机碳矿化的影响,并深入探究生物质炭添加对土壤微生物群落结构的影响机制,以期为生物质资源合理利用和土壤固碳管理提供理论参考,主要研究结果如下:不同制备材料与热解温度的生物质炭添加土壤CO2释放速率均随着培养时间的延长迅速下降并逐渐趋于稳定,土壤CO2累积释放量均随着培养时间的增加先迅速增长后缓慢增长。培养结束时,350℃、550℃和750℃热解杉木生物质炭处理均显著抑制了土壤原有有机碳矿化,而350°C和550°C热解木荷生物质炭处理也表现为显著的抑制作用。木荷生物质炭和杉木生物质炭的分解率介于0.78%-2.77%之间,随着热解温度的升高,生物质炭的分解率呈下降趋势,且同一热解温度下木荷生物质炭的分解率显著高于杉木生物质炭的。添加低温制备生物质炭(350℃)比添加高温制备生物质炭(750℃)更易提高土壤全氮(TN)含量,添加高温制备生物质比添加低温制备生物质炭对土壤全碳(TC)、碳氮比(C/N)的提升效果更佳。同一热解温度下不同材料生物质炭添加对土壤微生物群落组成无显著影响,但同一材料不同热解温度下低温制备生物质炭添加显著改变了土壤微生物群落组成。两种土壤类型下生物质炭添加(350℃热解杉木)对土壤原有有机碳矿化影响程度不一,生物质炭添加至杉木人工林土壤中土壤CO2释放速率及累积释放量均显著高于甘蔗土中添加生物质炭处理。生物质炭添加对杉木人工林土壤原有有机碳矿化具有抑制作用,对甘蔗土土壤原有有机碳矿化具有促进作用,且生物质炭在不同土壤类型的分解率差异显著。生物质炭均能显著提高不同土壤类型的TC、TN以及C/N,减少土壤可溶性有机碳(DOC)含量,且对土壤有机碳和全氮含量较低的甘蔗土的土壤养分含量提升效果更为显著。35°C培养温度下的土壤CO2平均释放速率和累积释放量更高,生物质炭分解速率更快。25℃和35℃培养温度下单独添加秸秆和混合添加秸秆和生物质炭处理的土壤CO2释放速率和累积释放量均显著高于对照土壤处理和单独添加生物质炭处理的。碳源区分计算发现,除第一天外,25℃和35℃培养温度下生物质炭添加均可抑制土壤原有有机碳矿化,且25℃和35℃培养温度下添加秸秆均显著促进了土壤原有有机碳矿化,但25℃培养温度下混合添加秸秆和生物质炭处理显著促进了土壤原有有机碳矿化,35℃培养温度下混合添加秸秆和生物质炭处理则显著抑制了土壤原有有机碳矿化。25℃和35℃培养温度下秸秆或生物质炭添加均可显著提高土壤TN和TC含量,35℃培养温度下各处理的土壤C/N比值均低于25℃培养温度下各处理土壤C/N比值。25℃培养温度下,单独添加秸秆以及混合添加秸秆与生物质炭,显著增加了土壤真菌丰度以及革兰氏阴性细菌丰度,对照土壤以及单独添加生物质炭的土壤中革兰氏阳性细菌丰度显著高于添加秸秆(单独或与生物质炭混合添加)处理的土壤,且单独添加生物质炭显著提高土壤放线菌丰度。35℃培养温度下,单独添加秸秆和混合添加秸秆与生物质炭,显著增加了土壤革兰氏阴性细菌丰度,显著减少了土壤革兰氏阳性细菌丰度和放线菌丰度。
【图文】：

不同处理下土壤ｃｏ２释放速率均随培养时间的延长迅速下降并逐渐趋于稳定，逡逑土壤ｃｏ２累积释放量亦随着培养时间的延长呈先迅速增加后缓慢增长的趋势（图逡逑５．１）。在整个培养阶段，添加木荷生物质炭处理的土壤Ｃ０２排放速率和累积排放量逡逑均表现为邋Ｓ２Ｍ３５0＞Ｓ２Ｍ５５０＞Ｓ２Ｍ７５0＞Ｓ２邋的变化趋势，在培养第邋３邋天，Ｓ２、Ｓ２Ｍ３５Ｑ、Ｓ２Ｍ５５０、逡逑Ｓ２Ｍ７５0处理间土壤Ｃ0２释放速率和累积释放量存在显著差异，其他培养时段，ｓ２ｍ５５0逡逑和Ｓ２Ｍ７５０处理间无明显差异。而添加杉木生物质炭处理的土壤（：０２排放速率和累积逡逑排放量表现为Ｓ２Ｓ３５Ｇ＞Ｓ２＞Ｓ２Ｓ７５0＞Ｓ２Ｓ５５0的变化趋势，整个培养期间，Ｓ２Ｓ５５（）和Ｓ２Ｓ７５0逡逑处理的土壤Ｃ０２排放速率和累积排放量差异不显著，在培养后期（８４？丨１２邋ｄ），Ｓ２Ｓ５５0逡逑和Ｓ２Ｓ７５。处理的土壤Ｃ0２排放速率逐渐小于对照土壤，且在第１１２天处理间差异显逡逑著。经１１２邋ｄ培养，同一热解温度下木荷生物质炭添加的土壤＜：０２累积排放量均显逡逑著高于杉木生物质炭处理。相比对照土壤，木荷生物质炭添加均显著增加了土壤Ｃ０２逡逑累积释放量，，仅３５０°Ｃ制备的杉木生物质炭添加显著增加了土壤Ｃ０２累积释放量，逡逑其余两种温度制备处理均显著减少了土壤Ｃ０２累积释放量，且木荷生物质炭处理的逡逑土壤Ｃ０２累积释放量是杉木生物质炭处理的１．１倍。逡逑－－逡逑

水平；而对于Ｓ２Ｓ３５０、Ｓ２Ｓ５５０和Ｓ２Ｓ７５０处理，杉木生物质炭分解率依次为丨．６％、逡逑、０．８％，处理间差异也达到了显著水平。随着热解温度的升高，木荷生物质木生物质的分解率均呈下降趋势，且同一热解温度下木荷生物质炭的分解率于杉木生物质炭（图５．２）。逡逑表５．２不同材料和热解温度下生物质炭分解量动态逡逑．５．２邋Ｄｙｎａｍｉｃｓ邋ｏｆ邋Ｃ（）２邋ｄｅｒｉｖｅｄ邋ｆｒｏｍ邋ｔｈｅ邋ｍｉｎｅｒａｌｉｚａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｂｉｏｃｈａｒ邋ｕｎｄｅｒ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋ｆｅｅｄｓｔｏｃｋ邋ａｎｄ邋ｐｙｒｏｌｙｓｉｓ逡逑ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ邋（邋ｍｇ邋Ｃ邋ｋｇ＇１邋ｓｏｉｌ）逡逑ｓ逦Ｓ２逦Ｓ２Ｍ３５０逦Ｓ２Ｍ５５０逦Ｓ２Ｍ７５０逦Ｓ２Ｓ３５０逦Ｓ２Ｓ５５０逡逑逦Ｉ５３．９１±５．３１ａ逦１２０．１１邋土邋８．３７ｂ逦６４．２３±４．ｌ３ｄ逦９４．８８±４．４９ｃ逦６３．８０±３．０３ｄ逦５２．２６士邋１．０１邋ｅ逡逑７逦７５．０３±２．９５ａ逦１１．７８±邋１．４９ｃ逦７．１３±０．８７ｄ逦２４．１１±０．９２ｂ逦１０．３８±０．２４ｃｄ逦７．６０±０．８７ｄ逡逑４逦２８．６３±２．８２ａ逦８．６２±邋１．４８ｃ逦５．６７±０．５５ｃ逦１５．３０±０．２２ｂ逦７．４９±０．５４ｃ逦６．０２±０．２７ｃ逡逑２８逦２２．７８±２．４４ａ逦７．２２±邋１．２３ｃ逦５．２６邋土邋１．２９ｃ逦１４．８５±０．３３ｂ逦６．４７邋土邋０．９８ｃ逦５．６２邋土邋０．４４ｃ逡逑５６逦２５．３５±３．１２ａ逦７．４１±０．８３逦７．３３±ｌ．Ｉ５ｃ逦１７．６７±０．２７ｂ逦７．０１±０．８９ｃ逦７．０３邋土邋０．７９ｃ逡逑８４逦１５．５３
【学位授予单位】：福建师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S153.6

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本文编号：2641523