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竹炭对梨园土壤碳—氮—磷及微生物多样性的影响

作　者: 许涛
导　师: 楼莉萍
学　校: 浙江大学
专　业: 环境工程
关键词: 竹炭梨园土壤碳氮磷地表径流流失微生物多样性
分类号: X172
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

生物质炭是生物质在缺氧条件下高温热解的产物。目前,将生物质炭作为土壤改良剂,在固碳的同时提高土壤肥力,是当前可持续农业与环境领域的研究热点之一。本论文以竹炭(BBC)改良梨园土壤为目标,开展室内静态培养实验和柱状淋洗实验,模拟竹炭对梨园有机肥矿化过程及营养盐淋溶过程的影响；结合大田径流试验,研究竹炭的施用对梨园地表径流和梨品质与产量的影响。在此基础上,研究了上述过程中土壤微生物多样性的变化,初步探讨竹炭对梨园土壤C、N、P营养元素的增效机制及其对养分流失的抑制效应,为竹炭在土壤改良及农业面源污染控制中的应用提供一定的理论依据,为竹材废弃物的再利用提供新的思路。本研究的主要结论如下：(1)BBC拥有较大的比表面积(332.10 m2 g-1)、具有特殊的孔隙结构及丰富的表面含氧官能团(-OH、-C=O和-C-O)。而且,BBC能释放出一定量的营养物质TOC (1.346 mg g-1)、TN (0.043 mg g-1)和TP (0.072 mg g-1).(2)在静态培养实验阶段,竹炭的添加增加了土壤TOC、TN、TP、微生物量C、N、P的含量和脲酶、酸性磷酸酶的活性,且其增量与竹炭添加量呈正相关性。与对照相比,添加1.0%竹炭的处理土壤TN、微生物量C、N、P的含量分别增加了11.80、66.67、125.00和107.15%,脲酶和酸性磷酸酶的活性分别增强了40.91和49.28%。在淋溶实验阶段,竹炭的添加降低了土壤淋出液中TOC、TDN、TDP的累计淋失总量,且其累计淋失总量与竹炭的添加量呈负相关性。与对照相比,添加1.0%竹炭的处理土壤淋出液中TOC、TDN、TDP的累积淋失总量分别削减了31.88、43.90和57.58%。整个静态培养+淋溶实验阶段,土壤碳、氮、磷的质量平衡估算表明,竹炭增加了肥料的矿化程度,提高了土壤固持碳、氮、磷的含量。与对照相比,添加高浓度竹炭(1.0%)的处理土壤固持TOC、TN和TP的含量分别是2.61、0.42和0.086 mg g-1。(3)长达2年的大田径流小区试验结果表明,在自然降雨条件下,竹炭对梨园的地表径流、SS、TOC、TN的流失总量分别削减了13.21、12.55、17.71和19.95%。而且,竹炭的施用对梨果有一定的增产效应。此外,添加竹炭的处理地表径流中NO3-N/NH4-N和TDP/TP的比值有所降低,说明竹炭的施用不仅能在一定程度上抑制氮磷的流失,而且可能会对氮磷的转化产生一定的影响。(4)室内模拟研究和野外大田试验都表明,竹炭促进了土壤微生物多样性,主要表现在竹炭增强了土壤微生物对碳源的整体代谢能力,而且增加了土壤微生物对碳源的利用丰富度S、物种的丰富度H和最常见物种的优势度D。竹炭的添加提高了土壤微生物对特征性碳源葡萄糖-1-磷酸盐、甘氨酸-L-谷氨酸和D-苹果酸的利用率,其中1%竹炭的处理分别增加了18、12和35倍,推测是静态培养实验阶段添加竹炭处理的土壤中碳、氮、磷含量增加的原因。

全文目录

致谢  6-7
摘要  7-9
ABSTRACT  9-13
第一章绪论  13-26
  1.1 农业有机废弃物再利用现状  15-16
  1.2 竹材资源及利用概况  16-17
  1.3 竹炭的制备、分类及性能  17
  1.4 竹炭在土壤环境中的研究进展  17-22
    1.4.1 改善土壤环境  18-19
    1.4.2 提高土壤肥力  19-20
    1.4.3 促进植物生长  20-21
    1.4.4 增加土壤碳汇  21
    1.4.5 降低污染物浓度  21-22
    1.4.6 增强微生物活性  22
  1.5 本研究的目的、意义和内容  22-26
    1.5.1 研究目的与意义  22-24
    1.5.2 研究内容  24-26
第二章竹炭对有机肥矿化与营养盐淋溶影响的室内模拟研究  26-46
  2.1 引言  26
  2.2 材料与方法  26-30
    2.2.1 土壤及有机肥分析  26-27
    2.2.2 竹炭理化性质表征  27-28
    2.2.3 竹炭浸提实验  28
    2.2.4 静态培养实验  28-29
    2.2.5 土柱淋溶实验  29-30
    2.2.6 数据处理  30
  2.3 结果与讨论  30-44
    2.3.1 土壤及有机肥性质  30-31
    2.3.2 竹炭基本性质  31-34
    2.3.3 竹炭对土壤营养盐含量的影响  34-35
    2.3.4 竹炭对土壤微生物量碳-氮-磷含量及其酶活的影响  35-36
    2.3.5 竹炭对土壤营养盐淋失量的影响  36-42
    2.3.6 竹炭对室内模拟实验中土壤固持营养盐含量的影响  42-44
  2.4 本章小结  44-46
第三章竹炭对梨园地表径流及营养盐流失影响的大田试验研究  46-65
  3.1 引言  46
  3.2 材料与方法  46-50
    3.2.1 研究地点概况  46-47
    3.2.2 田间小区试验  47-49
    3.2.3 地表径流收集与分析  49
    3.2.4 梨产量及品质测定  49-50
    3.2.5 数据处理  50
  3.3 结果与讨论  50-64
    3.3.1 降雨量及其特征  50-52
    3.3.2 大田径流场梨园营养盐流失特征  52-56
    3.3.3 竹炭对梨园营养盐流失的影响  56-63
    3.3.4 竹炭对梨产量及品质的影响  63-64
  3.4 本章小结  64-65
第四章竹炭对土壤微生物多样性的影响  65-77
  4.1 引言  65
  4.2 材料与方法  65-67
    4.2.1 样品采集  65-66
    4.2.2 BIOLOG实验方法  66
    4.2.3 数据处理  66-67
  4.3 结果与讨论  67-76
    4.3.1 室内模拟实验结果  67-72
    4.3.2 田间径流小区试验结果  72-76
  4.4 本章小结  76-77
第五章结论与展望  77-80
  5.1 研究结论  77-78
  5.2 展望  78-80
参考文献  80-92
作者简历  92

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