生物炭和有机物料对水稻土DOM及厌氧铁还原过程的影响

发布时间：2020-08-02 21:31

【摘要】：生物炭是生物质在高温缺氧条件下裂解产生的物质,近年来其在改良土壤、提高农作物产量、修复土壤重金属方面有很好的成效。生物炭施入土壤可以影响土壤中微生物群落结构,促进水稻土的呼吸作用,可以明显提高氧化铁的微生物还原速率,在生物炭的制备过程中会产生大量的木醋液,将其施入土壤后可以改变土壤的酸碱度和电导率等,因而可能会促进土壤中微生物铁还原过程。腐殖酸是陆生和水生环境中最普遍的天然无生命有机物质,可以作为电子穿梭体的角色在铁还原过程中发挥着重要的作用。已有研究指出,水溶性有机碳与铁还原过程有着密切的联系,因此通过探究施加生物炭和有机物料后土壤中水溶性有机质(DOM)结构及组成的变化,可以更好的理解其对土壤中铁还原过程的影响机理。本研究通过厌氧泥浆培养试验及水稻盆栽种植实验,设置生物炭、木醋液、腐殖酸及生物炭与有机物料配施处理,分析各处理中水溶性有机碳(DOC)的含量、DOM的组成、土壤中Fe(III)还原特征、水稻生物量及叶绿素含量的变化,得出以下主要结论:(1)生物炭和木醋液使得水稻根冠比和地上地下部分生物量降低,叶片叶绿素含量增加,总体上对水稻生长表现出微弱的抑制作用。腐殖酸因水稻种植土壤不同而表现不同,安康水稻土中添加腐殖酸使得水稻地上和地下部分生物量干重增加,叶绿素含量降低;而汉中水稻土添加腐殖酸使得水稻生物量干重增加,叶绿素含量呈现先增多后减少的趋势。(2)生物炭可促进水稻土微生物铁还原过程,增加水稻土中DOC含量和SUVA_(254)值。不同土壤由三维荧光光谱特征鉴定出的主要组分类别及相对数量不同,添加生物炭在湖南酸性水稻土中不仅增加了土壤富里酸组分,而且各组分相对含量间变化明显;生物炭对接近中性的天津水稻土和强碱性的吉林水稻土中组分类别和含量的影响程度较小,特别在TJ水稻土中与CK没有明显差异。相关分析结果揭示了添加生物炭可通过调节SUVA_(254)、DOM组成和体系pH值,从而影响厌氧水稻土中的硝酸盐还原、铁还原及产甲烷过程。(3)木醋液对水稻土厌氧铁还原的促进作用明显,对调控土壤初始pH值也有一定功效。添加木醋液使水稻土DOC含量明显增加,DOM的紫外光谱吸收特征值增大。不同类型的水稻土中DOM优势组分种类和相对含量有所不同,木醋液的添加对水稻DOM的相对含量影响较大,而对DOM的组分无明显影响。相关分析结果显示,DOC含量、土壤富里酸和类酪氨酸的改变均对HN水稻土中铁还原能力产生影响,TJ水稻土中铁还原能力受DOC含量、SUVA_(254)和高分子量腐殖酸相对含量变化的共同影响,而JL水稻土中铁还原能力的增强受SUVA_(254)的影响较大。(4)腐殖酸能够调节土壤微生物铁还原能力,增加铁还原潜势和还原速率,对强碱性水稻土中pH调控作用明显。添加腐殖酸总体上增加了水稻土中DOC含量和芳香族物质,改变了DOM组分的相对含量,对DOM优势组分种类没有明显影响,优势组分包括高分子量腐殖酸(UVC)、低分子量腐殖酸(UVA)、土壤富里酸、类酪氨酸和微生物腐殖酸。相关分析结果表明,水稻土微生物铁还原能力和pH值受DOC含量、SUVA_(254)和DOM组成的共同调控。(5)生物炭和有机物料配施可促进水稻土中氧化铁的还原过程,总体上增加了土壤中DOC含量和紫外光谱特征值(SUVA_(254)),改变DOM组分类别。HN水稻土中增加了土壤富里酸组分,TJ水稻土中增加了低分子量腐殖酸组分,而JL水稻土DOM优势组分类别没有发生变化,各组分相对含量变化明显。相关分析结果表明土壤铁还原过程受DOC含量、SUVA_(254)及体系pH影响较大,生物炭及有机物料的添加通过影响土壤中DOC含量、SUVA_(254)及体系pH来调控铁还原过程。
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S156;S154.3

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本文编号：2779092