不同热解温度镁改性生物炭的制备及对土壤化学性质和酶活性的影响
生物炭（biochar）在土壤改良、肥料创新和温室气体减排等方面具有重要意义，近年来被人们广泛研究。改性后的生物炭其结构和理化性质得到改善，对土壤肥力有不同程度的改良作用。为了探明不同热解温度的镁改性生物炭的理化结构和性质对土壤性质的影响机制，本文以水稻和玉米秸秆为原料制备镁改性生物炭，研究不同热解温度（300℃、400℃、500℃、600℃）对水稻和玉米秸秆镁改性生物炭的结构和理化性质的影响。以1%（w/w）添加量水平将镁改性生物炭与土壤充分混匀进行室内模拟土壤试验，分别在培养第60天、120天和180天测定土壤化学性质，并在第180天测定土壤酶活性和微生物生物量碳、氮含量。探究不同热解温度镁改性生物炭对土壤化学性质和酶活性的影响，一方面有助于提高废弃农林资源的附加值，另一方面也为其在土壤中的应用和后续研究提供必要的理论基础和科学依据，主要结论如下： （1）水稻和玉米秸秆镁改性生物炭具有较高pH值、C(%)含量、丰富的孔隙结构和较大的比表面积，对酸性土壤改良具有一定优势。随着热解温度升高，镁改性生物炭的pH值、灰分、比表面积、孔容积和C(%)含量增加，而得率、H(%)、N(%)、O(%)含量和-OH、C=O、-COOH、-CHO等官能团含量降低，芳香性和疏水性增强而极性减弱。与未改性生物炭相比，镁改性生物炭具有较多的-OH和-COOH官能团。通过氯化镁改性后生物炭主要以裂隙孔为主，且较高热解温度有利于水稻秸秆镁改性生物炭形成微孔和较小中孔，但不利于形成中孔和大孔，而对于玉米秸秆镁改性生物炭，较高热解温度可促进微孔、中孔和大孔的发育。同时，热解温度的升高可促进镁改性秸秆生物炭表面和内部形成不同类型的矿物盐。 （2）室内模拟土壤试验表明，添加镁改性生物炭能降低土壤酸度，提高土壤肥力。与对照组相比，镁改性生物炭处理显著增加土壤速效钾、速效磷、全磷、有机碳和交换性钙镁含量，有效提高全氮含量。对比两种秸秆镁改性生物炭处理对土壤改良效果，水稻秸秆镁改性生物炭处理对提高土壤速效钾、速效磷、全磷和交换性镁含量效果更优，而玉米秸秆镁改性生物炭对提高土壤有机碳、交换性钙含量效果更好。 （3）随着热解温度从300~600℃变化，水稻和玉米秸秆镁改性生物炭处理的土壤速效钾、速效磷、全磷含量和pH值呈增大趋势，而碱解氮、交换性钙镁和微生物生物量氮含量呈减小趋势。可见，高热解温度的镁改性生物炭对土壤的速效钾、速效磷和全氮含量促进效果更好，而低热解温度的镁改性生物炭对土壤碱解氮、交换性钙镁和微生物生物量氮含量促进效果更优。随着室内模拟土壤培养时间增加，水稻秸秆镁改性生物炭处理的土壤速效钾含量呈先上升再下降趋势，而速效磷含量呈增加趋势，有机碳和交换性镁含量呈降低趋势；玉米秸秆镁改性生物炭处理的土壤速效磷、全磷和交换性镁含量均呈增加趋势，速效钾和有机碳含量呈降低趋势。 （4）镁改性生物炭对土壤脲酶活性影响较大，部分处理能提高脲酶活性，其中MCBC-500处理对土壤脲酶活性提高效果最佳。而秸秆镁改性生物炭施用整体对土壤β-葡萄糖苷酶和酸性磷酸酶活性无显著影响，但MCBC-600处理和对照组相比显著增强土壤β-葡萄糖苷酶活性6.7%，MCBC-400和MCBC-600处理分别显著增强土壤酸性磷酸酶活性11.2%和7.1%。 （5）水稻和玉米秸秆镁改性生物炭对土壤微生物生物量碳、氮的影响效果不同。镁改性生物炭的添加降低土壤微生物生物量碳含量，降幅为1.8%~50.9%，但对微生物生物量氮含量有一定增加作用，MRBC-300和MCBC-400处理的土壤微生物生物量氮含量显著增加，增幅分别为256.2%和161.4%。相关性分析结果表明，土壤pH值和微生物生物量碳、氮含量、脲酶活性均呈显著相关，土壤全氮与β-葡萄糖苷酶活性、酸性磷酸酶活性均呈显著相关，土壤有机碳与脲酶活性、微生物生物量氮含量呈显著相关性。
改性生物炭;土壤;酶活性;微生物生物量碳
广西大学
硕士
林学
刘志高
2021
中文
X53
2021-11-15（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）