烤烟连作下生物炭对石灰性土壤微环境修复研究
目前，关于生物炭修复烤烟连作障碍的研究多集中于酸性土壤，对于石灰性土壤关注得较少，且生物炭对土壤养分循环系统、微生物群落结构演变以及多样性影响的认识仍十分有限，对于土壤微环境的作用机制远未清楚。本研究以连作植烟土壤为研究对象，分析了烤烟长期连作下石灰性紫色土壤养分和酶活性的变化情况，然后以此为基础，将玉米秸秆、稻壳和花生壳生物炭作为土壤改良剂按不同浓度添加到连作植烟土壤中，测定烤烟不同生长时期土壤养分、酶活性以及微生物多样性，结合烤烟农艺性状，通过多学科理论和方法对实验数据进行分析，明确了不同种类、浓度生物炭对土壤微环境影响以及不同生物炭的最佳施用量。主要结论如下： （1）烤烟长期连作下石灰性土壤养分和酶活性的变化 烤烟长期连作使得表层土壤pH、有机质、碱解氮含量显著降低，分别降低了17.43%、18.34%和23.15%；速效磷、速效钾含量显著增加，分别增加了124%和54.55%。长期连作还导致植烟土壤脲酶活性降低了58.51%~91.28%，蔗糖酶活性降低29.14%~48.66%。此外土壤养分与土壤酶活性密切相关。因此，烤烟长期连作导致石灰性土壤pH降低、养分失衡和酶活性下降。 （2）生物炭对烤烟连作石灰性土壤养分和酶活性影响 生物炭不同程度地提高了土壤pH、有机质、速效磷和速效钾含量。生物炭整体上提高了土壤蔗糖酶、碱性磷酸酶和脲酶活性，但不同生物炭处理在烤烟各个生长期对土壤酶活性的影响有一定区别。具体如下：在团棵期，中低浓度生物炭处理（≤0.6%）对土壤蔗糖酶活性起增强作用，而高浓度生物炭处理（＞0.6%）限制甚至降低了蔗糖酶活性；对于土壤脲酶，在旺长期生物炭处理使得土壤脲酶活性降低，而在团棵期、成熟期则提高了土壤脲酶活性。因此，适宜的生物炭浓度有利于提高土壤养分和酶活性。 （3）生物炭对烤烟连作石灰性土壤微生物群落结构的影响 生物炭整体上提高了土壤细菌微生物丰度和多样性，降低了真菌微生物丰度和多样性，生物炭处理还提高了土壤中有益菌群的相对丰度，多数生物炭处理提高了放线菌门、绿弯菌门、毛霉门和青霉菌属等土壤有益菌群的相对丰度，其中0.2%浓度的玉米秸秆生物炭、0.4%浓度的稻壳生物炭、0.2%浓度的花生壳生物炭处理效果较好。冗余分析结果显示，土壤有机质、蔗糖酶和pH对细菌群落结构影响较大，而土壤速效钾、碱性磷酸酶、速效磷和有机质则对真菌群落分布影响较大，说明生物炭可通过调控土壤养分、酶活性（特别是pH）来调控土壤微生物的群落结构。因此，生物炭有利于提高土壤细菌微生物丰度以及多样性，增加有益菌群的丰度，还可以通过影响土壤养分、酶活性来调控土壤微生物群落结构。 （4）生物炭对石灰性土壤连作烤烟生长的影响 生物炭能促进烤烟生长，但不同生物炭处理对烤烟生长的促进效果有所差异，具体表现为：不同种类生物炭的最适浓度不同，对于秸秆生物炭，浓度为0.2%时促进效果最好；对于稻壳生物炭，浓度为0.4%时促进效果最好；对于花生壳生物炭，浓度为0.6%时促进效果较好。中低浓度生物炭（≤0.6%）促进烤烟生长，而高浓度生物炭（＞0.6%）抑制烤烟生长。因此，我们在选择生物炭作为土壤改良剂的时候，应根据当地土壤类型、生物炭种类选择合适的施加量。 综上所述，烤烟长期连作导致了石灰性紫色土壤pH降低、养分失衡和酶活性下降，而适宜的生物炭（≤0.6%）不仅可以提高土壤pH、平衡土壤养分含量还可以提高酶活性和土壤细菌微生物的丰度和多样性，增加有益菌群比例，促进烤烟生长。因此，生物炭施入连作烟田有助于改善土壤微环境，消除土壤肥力障碍因子。对于石灰性紫色土的土壤肥力障碍问题，可以通过施加生物炭来解决，但需注意的是针对不同种类生物炭选择合适最佳施加量，施加量过高会抑制土壤酶活性，影响烤烟生长发育，而施用量过低，则改善效果较小。
烤烟;连作障碍;石灰性土壤;生物炭;农艺性状;养分含量;酶活性;微生物多样性
西南科技大学
硕士
环境科学与工程
李富程
2023
中文
S572.061
2023-09-12（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）