1关键词 1Abstract 1Key words 1前言 11 材料与方法 21.1 研究区域概况 21.2 试验设计 21.3 试验材料 21.4 土壤样品的采集与测定 31.4.1 土壤样品的采集 31.4.2 测定方法 31.5 数据处理 32 结果与分析 32.1 生物质炭对土壤理化性质的影响 32.2 生物质炭对土壤微生物生物量碳、氮及呼吸强度的影响 42.3 生物质炭对土壤DTPA提取态重金属含量的影响 42.4 生物质炭施用量、土壤理化、微生物量碳氮及重金属含量的相关分析 53 讨论 63.1 施用生物质炭对红壤性水稻土理化性质的影响 63.2 施用生物质炭对红壤性水稻土微生物量的影响 63.3 生物质炭对土壤DTPA提取态重金属的影响 64. 结论 7致谢 7参考文献 7施用生物质炭对红壤性水稻土微生物碳氮及重金属含量的影响农业资源与环境 刘文心本研究以湖南省长沙市进行长期定位的田间小区作为试验区，一次性施入不同量的生物质炭（0、10、20、30和40 t/hm2），于2017年9月和2018年10月采集各处理表层土样（0-17 cm），研究了连续两年内红壤性水稻土理化性质、微生物量碳、氮和重金属含量的变化。结果表明施用生物质炭能够使土壤容重降低2.14%~8.61%，而pH、有机质含量、有效磷含量和铵态氮含量分别提高了2.14%~15.52%、6.28%~51.20%、15.28%~43.85%和11.04%~51.08%。在2017年，随着生物质炭施用量的增加，土壤微生物量碳、土壤微生物量氮呈现先增加后降低的趋势，且均在A20处理达到最大值；呼吸强度呈现先上升再下降后上升的趋势，在A40达到最大值。在2018年，土壤微生物量碳和呼吸强度呈现先上升后下降的趋势，最大值分别出现在A20和A30处理；土壤微生物量氮出现上升趋势，增幅可达16.17%~50.20%。土壤DTPA提取态Cd、DTPA提取态Pd和 As连续两年均随生物质炭施用量的增加而降低。本研究结果可为修复红壤性水稻土重金属污染提供科学依据。
目录
引言
前言
生物质炭是一种由含碳生物质在高温、厌氧条件下裂解形成的具有高含碳量、较大的比表面积、丰富的离子交换量、高度芳香化的疏松多孔颗粒物质。目前，通常以小麦、水稻、玉米的 *51今日免费论文网|www.jxszl.com +Q: ^351916072^ 
秸秆为原料制成。它含有丰富的有机碳和植物生长发育所需的营养物质，依靠优良的物理特性，对提高土壤的保肥保水性十分有利。同时，因其表面有充足的含氧活性基团，在治理土壤重金属污染方面也有着不可替代的作用。因此，生物质炭被作为改良土壤理化特性、治理土壤污染的优良材料[12]。Oguntunde等[3]研究发现，施用生物质炭能够使土壤孔隙度增加约5.00%。Jones等[4]研究表明，生物质炭提高了土壤对K+、Na+、Ca2+、Mg2+和NH4+的吸持能力，这不仅可以改变土壤物理特性与肥力特征，还能为土壤微生物的生存发展提供充足的营养物质和适宜的栖息环境，最终将由对微生物个体的影响发展至对其生物量和群落结构的影响。
土壤微生物是土壤生态系统中物质循环和能量流动的重要参与者，是土壤C、N等化学元素生物地球化学循环的驱动者[5]。与动物和植物相比，土壤微生物对于土壤环境变化十分敏感，特别是对重金属胁迫产生的扰动，因此常常将土壤微生物作为评价土壤环境质量的重要指标[6]。土壤微生物生物量碳含量占土壤有机碳的2.00%~4.00%，土壤微生物生物量氮含量占土壤全氮的1.00%~5.00%，尽管它们的占比重很小[78]，但在土壤中的作用且至关重要，也是土壤碳库和氮库中最活跃的成分，通常被用来指示土壤受外界干扰的程度[9]。前人研究表明[1012]，重金属污染会对土壤微生物产生影响，低浓度的土壤重金属促进土壤微生物生长繁殖，而浓度一旦偏高便会抑制土壤微生物生长繁殖，主要是因为土壤重金属离子会破坏微生物的细胞结构，其次是微生物本身为了抵御环境胁迫会增加基础代谢消耗，导致生物量降低[6]。微生物长期受到重金属胁迫，会破坏土壤微生物群落结构，降低土壤微生物的多样性[13]。重金属离子具有长期性、潜伏性及难降解性，生物质炭可以通过络合作用、静电吸附作用与重金属离子结合，将其固定，使作物免受其害。
红壤性水稻土是我国长江中游最典型的水耕土，随着重金属污染程度的加深，其土壤肥力状况不容乐观，有研究认为人类的生产活动是导致红壤性水稻土重金属含量超标的主要原因[1415]。而红壤性水稻土在粮食生产中占有重要地位，因此降低土壤中重金属污染程度，改善土壤环境刻不容缓。目前，关于生物炭在修复重金属污染的短期室内研究较多，而田间长期试验较少；其次，生物炭在修复土壤的过程中具有一定的饱和度，因而生物炭修复重金属污染方面也多有争议。因此，本文以湖南长沙污染较为严重的水稻土进行田间小区试验，分析生物质炭施用对土壤理化性质、土壤微生物量碳、氮含量和重金属含量的影响，探讨生物质炭对其修复的效果，为修复红壤性水稻土的重金属污染提供一些科学依据。
1 材料与方法
1.1 研究区域概况
本研究试验地位于湖南省长沙市长沙县春雷农业试验基地（28°26′12″N，13°03′33″E），地形隶属东南丘陵。该区域属于大陆性亚热带季风湿润气候，雨热同期，冬季寒冷干燥，夏季高温多雨，年平均气温16~19 ℃，最冷月（1月）高于4 ℃，最热月（7~9月）可达38~40℃，全年无霜期260~280 d，年积温6480 ℃，年降水量1422.4 mm，年蒸发量1382.2 mm，年日照时间1600~1700 h。试验区域的土壤类型为红壤性水稻土，由第四纪红色黏土发育而成。
1.2 试验设计
试验采用完全随机设计，共计5个处理，分别为CK: 0 t/hm2，A10: 10 t/hm2，A20: 20 t/hm2，A30: 30 t/hm2和A40: 40 t/hm2 。每个处理设置3次重复，共15个小区。试验小区面积为4 m×3 m，小区随机区组排列并在四周设1 m的保护行和0.5 m的排水沟。以BB肥为基肥，施用量为375 kg/hm2，在水稻移栽（2017年4月）前，将生物质炭和BB肥一次性施入，进行人工翻耕使其混匀。
1.3 试验材料
供试土壤为湖南省红壤性水稻土，土壤质地为砂壤土，土壤基本理化性质为：土壤容重为1.27 g/cm3，饱和导水率为4.89×104 cm/s，pH为4.7，有机质含量为25.07 g/kg，土壤全量Cd含量为0.66 mg/kg，DTPA提取态Cd含量分别0.21 mg/kg，全量As含量为11.87 mg/kg，DTPA提取态As含量分别0.18 mg/kg，全量Pb含量为28.96 mg/kg，和DTPA提取态Pb含量分别0.90 mg/kg。
试验所用生物质炭购买自河南省商丘市三利新能源有限公司，由小麦秸秆在500℃厌氧环境下碳化而成，pH为10.3，土壤阳离子交换量（CEC）为21.7 cmol/kg，全氮含量为5.9 g/kg，有效磷含量为4.7 g/kg，全钾含量为44.2 g/kg，有机碳含量为467.1 g/kg，容重0.45 g/cm3，比表面积8.9 m2/g，全量Cd含量0.03 mg/kg，全量As含量0.14 mg/kg，全量Pb含量5.30 mg/kg。
试验地种植的水稻品种为深优9519，种植方式为一年一季单作，其余田间管理措施与当地大田一致。
1.4 土壤样品的采集与测定
1.4.1 土壤样品的采集
于2017年9月和2018年10月水稻成熟期，依据土壤剖面，采集耕作层017 cm土壤，各试验小区采用5点混合采样，采集土样1 kg充分混匀后带回实验室，一部分研磨后过2 mm筛，用于土壤微生物生物量碳、氮的测定，另一部分自然风干后用于土壤基本理化性质的测定。
1.4.2 测定方法
土壤容重、孔隙度、pH、有机质含量、有效磷含量等基本理化性质的测定参考《土壤农化分析》；土壤微生物生物量碳、氮的测定采用氯仿熏蒸—K2SO4浸提法；土壤微生物呼吸强度的测定采用二氧化碳吸收法。土壤DTPA提取态重金属含量的测定采用DTPA浸提，ICP—MS法。

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