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基本參數

生物炭與微生物作用對土壤養分的調控

氮、磷、鉀作為土壤養分中的基本營養物質,是評估土壤肥力的重要指標, 微生物的生長代謝活動是土壤營養元素循環的主要推動力。研究發現,生物炭可提高固氮菌、解磷菌、解鉀菌等功能微生物的豐度,從而使氮、磷、鉀等營養元素利用率得到顯著提高。氮素是地球上含量最高的化學元素,也是植物生長必需的營養元素, 但土壤氮素損失嚴重, 影響著全球的環境質量、糧食安全和經濟發展。提出在土壤中施用生物炭是一種減少土壤氮素損失、提高氮肥利用率的方法.生物炭除自身含有氮素、能吸附土壤中氮元素等特性, 還能通過土壤微生物的氮素固持作用, 轉化土壤氮素形態, 提高氮素利用率。研究表明, 施加生物炭能提高土壤碳氮比(C/N), 限制土壤微生物的氮素轉化和反硝化, 對土壤NH4+和NO3具有顯著的持留作用。如在濱海鹽堿土中施用500℃的小麥秸稈生物炭后, 固氮菌群落豐度及其固氮能力顯著提高。在菜田中施用600℃的玉米秸稈生物炭不僅增加了氨氧化古菌、氨氧化細菌及自生固氮菌的豐度, 優化了氨氧化微生物的群落結構, 還提高了土壤的總氮、硝態氮、氨態氮的含量。土壤磷素的作物利用率較低, 未被利用的磷素容易隨地表徑流進入表層水體, 引起水體富營養化等環境問題。生物炭的施用能提高土壤磷含量及其有效利用率。一方面, 一些生物炭本身含有較高的有效磷, 可作為傳統磷肥的替代品；另一方面, 生物炭還可通過對磷的吸附、解吸以及調節土壤微生物群落結構等作用改變土壤中磷的循環和有效性。如玉米秸稈生物炭的施用可增強巨大芽孢桿菌、曲霉菌、歐文氏菌等解磷微生物的豐度與活性, 它們可通過分泌有機酸、磷酸酶和植酸酶將土壤中的有機磷和難溶性無機磷轉化為可被作物吸收利用的有效態磷。由于原料緊缺、施用不合理等因素, 土壤缺鉀也是土壤肥力喪失的一大原因。與土壤磷類似, 除了生物炭中鉀的直接貢獻作用外, 生物炭還可通過刺激微生物活性提高土壤有效鉀含量。玉米秸稈生物炭可以提高土壤中膠質芽孢桿菌、環狀芽孢桿菌和土壤芽孢桿菌等硅酸鹽解鉀菌的豐度和活性, 這些微生物可通過分泌有機酸來加速礦物晶體的溶解, 實現對含鉀礦物的解鉀作用, 從而增加土壤中有效鉀含量。同時, 目前生物炭與微生物聯用技術受到越來越多的重視, 將生物炭作為載體接種固氮菌、解磷菌、解鉀菌等功能微生物, 可顯著提高土壤養分。如小麥秸稈生物炭與枯草芽孢桿菌的聯合施用可顯著提高砂壤土中有效磷、速效鉀的養分含量, 從而提高玉米產量和品質。在種植辣椒的黃壤中施加接種了叢枝菌根真菌的玉米秸稈生物炭, 辣椒根部氮、磷、鉀的含量相較于單施用叢枝菌根真菌的對照組含量提高74.04%、106.42%和 78.82%。生物炭與微生物的共同作用可顯著提升氮、磷、鉀等營養元素的有效利用率, 對土壤肥力的改良具有積極作用。生物炭與微生物聯用技術可有效改良土壤肥力, 提高生物炭和微生物肥在土壤肥力改良方面的發展潛力。