連續(xù)6年施用生物炭和炭基肥對(duì)棕壤生物活性的影響

潘全良，宋 濤，陳 坤，徐曉楠，彭 靖，戰(zhàn)秀梅，王 月，韓曉日

（沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)土地與環(huán)境學(xué)院，土肥資源高效利用國家工程實(shí)驗(yàn)室，遼寧省生物炭工程技術(shù)研究中心，遼寧沈陽 110866）

連續(xù)6年施用生物炭和炭基肥對(duì)棕壤生物活性的影響

潘全良，宋 濤，陳 坤，徐曉楠，彭 靖，戰(zhàn)秀梅，王 月，韓曉日

（沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)土地與環(huán)境學(xué)院，土肥資源高效利用國家工程實(shí)驗(yàn)室，遼寧省生物炭工程技術(shù)研究中心，遼寧沈陽 110866）

為了明確生物炭與傳統(tǒng)土壤培肥方式對(duì)土壤中生物活性的影響，通過連續(xù)6年微區(qū)定位試驗(yàn)，以傳統(tǒng)的土壤培肥方式作為對(duì)照，探究較長時(shí)間施用生物炭和炭基肥對(duì)土壤酶活性的影響，以更好地揭示施用生物炭對(duì)農(nóng)業(yè)土壤微生態(tài)環(huán)境的影響，為生物炭農(nóng)用提供理論參考。定位試驗(yàn)于2009年開始，連續(xù)6年進(jìn)行了花生微區(qū)田間試驗(yàn)（2 m2）。試驗(yàn)設(shè)4個(gè)處理，分別為秸稈還田+NPK（CS）、施用豬廄肥+NPK（PMC）、生物炭+NPK（BIO）和炭基肥（BF）處理。測(cè)定了2014年播前以及花生各生育時(shí)期土壤中過氧化氫酶、蔗糖酶、脲酶以及微生物量碳和可溶性有機(jī)碳含量等指標(biāo)。結(jié)果表明，連續(xù)施用6年后，BIO處理中土壤過氧化氫酶活性除播前和成熟期與CS及PMC處理相近外，其他生育時(shí)期均顯著（P＜0.05）低于這2個(gè)處理；土壤蔗糖酶活性除成熟期外其他時(shí)期均高于CS和PMC處理。BF處理中土壤過氧化氫酶活性除播前處于較高水平，其他生育時(shí)期與CS和PMC相比均處于較低水平；土壤蔗糖酶活性除結(jié)莢期外其他生育時(shí)期均接近或者低于CS和PMC處理。與CS和PMC處理相比，BIO和BF處理對(duì)脲酶活性的影響沒有表現(xiàn)出明顯的規(guī)律性。BIO和BF處理除成熟期外，其他生育期中土壤微生物量碳含量均低于PMC處理。在花針期相對(duì)于CS和PMC處理，BIO處理中可溶性有機(jī)碳含量提高，BF中處理可溶性有機(jī)碳含量降低。與CS和PMC相比，施用生物炭會(huì)抑制土壤過氧化氫酶活性，提高蔗糖酶活性，提高了土壤可溶性有機(jī)碳含量；施用炭基肥抑制了過氧化氫酶、蔗糖酶活性，降低了可溶性有機(jī)碳含量，生物炭和炭基肥對(duì)脲酶活性的影響沒有表現(xiàn)出明顯規(guī)律性，對(duì)微生物活性提高的作用在秸稈還田和施用豬廄肥之間。

生物炭；炭基肥；土壤酶活性；微生物量碳；可溶性碳

土壤酶是一種存在于土壤中并具有催化功能的活性物質(zhì)，主要來源于土壤中動(dòng)物、植物根系和微生物的細(xì)胞分泌物等，其活性可作為衡量土壤質(zhì)量變化的預(yù)警和敏感指標(biāo)［1］，它表征了土壤的綜合肥力特征及土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化進(jìn)程，反映了土壤中各種生物化學(xué)過程的強(qiáng)度和方向［2］。研究表明［3］，土壤酶活性對(duì)施肥管理、土地利用方式的變化以及種植制度變化的響應(yīng)較其他土壤指標(biāo)更迅速。土壤中一系列生理生化反應(yīng)都需要酶的參與，土壤酶活性與土壤環(huán)境質(zhì)量、物質(zhì)循環(huán)、能量流動(dòng)等密切相關(guān)。土壤水分是微生物活動(dòng)與作物生長的主要影響因素，并與各種酶活性有一定的相關(guān)性［4］。生物炭具有較高的pH值、疏松多孔的結(jié)構(gòu)以及較大的比表面積，近年來將生物炭作為土壤改良劑用以改良土壤的相關(guān)研究報(bào)道較多，相關(guān)研究表明，施用生物炭可以改善土壤理化性質(zhì)［5］，減少養(yǎng)分損失［6］，提高土壤生物活性［7-8］，增加作物產(chǎn)量［9］。炭基肥是生物炭農(nóng)用的另一種方式，是將生物炭與化學(xué)肥料通過一定工藝混合后施用，目前相關(guān)研究處于起步階段，相關(guān)應(yīng)用效果的文獻(xiàn)報(bào)道較少［10］。目前關(guān)于生物及其附屬產(chǎn)品農(nóng)用的研究多為短期試驗(yàn)或模擬、培養(yǎng)試驗(yàn)［11］，且研究結(jié)果大多為正效應(yīng)［12］。

由于生物炭性質(zhì)穩(wěn)定，施入土壤后會(huì)長期存在，故其在相對(duì)較長的時(shí)間內(nèi)對(duì)土壤的影響應(yīng)該是生物炭農(nóng)用方面需要明確的問題。秸稈還田和施用有機(jī)肥改良土壤，早已有大量研究報(bào)道，并對(duì)其改良作用給予充分肯定；且秸稈和有機(jī)肥均為我國產(chǎn)量最高、來源最廣的兩類有機(jī)物料，是大量生產(chǎn)生物炭的最佳材料來源。如果將生物炭作為一種改良土壤的方式，還應(yīng)該明確其與傳統(tǒng)的土壤培肥方式之間改良效果的差異及優(yōu)劣，但目前這方面的研究鮮有報(bào)道。沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)植物營養(yǎng)研究室自2009年開始進(jìn)行生物炭及炭基肥（專利產(chǎn)品，基于生物炭的復(fù)合肥）改土微區(qū)定位試驗(yàn)，同時(shí)以玉米秸稈還田、豬廄肥作為對(duì)照試驗(yàn)，探究長期定位施用生物炭和炭基肥對(duì)土壤肥力的影響。本研究基于該定位試驗(yàn)，研究了連續(xù)6年施用生物炭對(duì)土壤酶活性及微生物量碳、可溶性有機(jī)碳的影響，以期為生物炭農(nóng)用提供理論參考依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

田間微區(qū)定位試驗(yàn)位于沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)國家花生產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系土壤肥料長期定位試驗(yàn)基地（40°48′N，123°33′E），屬于溫帶濕潤-半濕潤季風(fēng)氣候（春季干旱，6-8月濕潤），年平均氣溫7.0～8.1℃，年平均降雨量574～684 mm。試驗(yàn)于2008年整地2009年春季開始，微區(qū)面積2 m2。試驗(yàn)前0～20 cm土層土壤有機(jī)碳含量7.75 g/kg，土壤全氮含量0.86 g/kg，土壤全磷含量0.51 g/kg，堿解氮含量51.3 mg/kg，速效磷含量4.60 mg/kg，速效鉀含量114.51 mg/kg，pH值6.10（水土比2.5∶1），CEC值8.32 cmol/kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)4個(gè)處理，分別為生物炭（BIO）、玉米秸稈（CS）、豬廄肥（PMC）3種物料與氮磷鉀化肥配施以及單施炭基肥（BF）。處理1：秸稈（CS）4 500 kg/hm2+NPK（N：55.5 kg/hm2；P2O5：72.0 kg/hm2；K2O：69.0 kg/hm2）；處理2：豬廄肥（PMC）13 500 kg/hm2+NPK（N：45.0 kg/hm2；P2O5：52.5 kg/hm2；K2O：46.5 kg/hm2）；處理3：生物炭（BIO）1 500 kg/hm2+NPK（N：55.5 kg/hm2；P2O5：72.0 kg/hm2；K2O：69.0 kg/hm2）；處理4：炭基肥（CF）（11-11-13）750 kg/hm2?；史N類為尿素（46%N），過磷酸鈣（12%P2O5）和硫酸鉀（50%K2O）；生物炭（遼寧生物炭工程技術(shù)研究中心提供）為玉米芯450℃裂解并過0.149～0.187 mm篩后造粒；秸稈粉碎至2～3 cm長，秸稈和豬廄肥為干基重量。所有處理均為等氮磷鉀養(yǎng)分，處理3相當(dāng)于處理1所施用的玉米秸稈量制備得到的生物炭量，也就是將處理1所施用秸稈等量的玉米芯按現(xiàn)行工藝3∶1的出炭率燒制成生物質(zhì)炭量；各處理2014年播前土壤的理化性質(zhì)見表1，生物炭的CEC值為41.5 cmol/kg。每年于播前將各有機(jī)物料、肥料與土壤耕層混合，人工除去雜草，收獲后將地上植株殘?bào)w移除，本試驗(yàn)設(shè)計(jì)3個(gè)重復(fù)，完全隨機(jī)排列。

表1 2014年播前土壤基本理化性質(zhì)Tab.1 Presow ing soil basic physical and chem ical p roperties in 2014

1.3 樣品采集與測(cè)試方法

分別在花生播種前（有機(jī)物料和化肥施用前）、苗期、開花下針期、結(jié)莢和成熟期采取0～20 cm土層土壤，混勻并仔細(xì)地剔除植物殘?bào)w、石頭和其他雜物，然后分別取100 g左右新鮮土壤置于保溫盒中，迅速放入冰箱4℃保存。其他土壤放置實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)處陰干，分別過1.000，0.149 mm篩，測(cè)定其他理化指標(biāo)。

土壤基本理化性質(zhì)測(cè)定方法：土壤容重、田間持水量和土壤孔隙度采用環(huán)刀法測(cè)定；土壤堿解氮采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定；土壤速效磷采用0.5 mol/L NaHCO3浸提，鉬銻抗比色法測(cè)定；土壤速效鉀采用NH4OAc浸提，火焰光度計(jì)測(cè)定；pH值采用pH計(jì)按土水比1∶2.5測(cè)定；土壤全氮和有機(jī)碳采用元素分析儀（Vavio EL德國）測(cè)定。

土壤生物活性的測(cè)定：土壤過氧化氫酶活性采用高錳酸鉀滴定法；土壤蔗糖酶活性采用二硝基水楊酸比色法［13］；土壤脲酶活性采用靛酚比色法［13］；土壤微生物量碳氮采用氯仿熏蒸提取-K2SO4提取法［14］；可溶性有機(jī)碳采用Jones等［15］方法使用0.5 mol/L K2SO4溶液浸提，用元素分析儀（Vavio EL德國）測(cè)定浸提液中有機(jī)碳含量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2013與SPSS19.0軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析和顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 生物炭和炭基肥對(duì)土壤過氧化氫酶活性的影響

綜上所述，在水利工程建設(shè)過程中應(yīng)用項(xiàng)目管理可以有效地提升水利工程項(xiàng)目的質(zhì)量，項(xiàng)目管理在整個(gè)水利工程的建設(shè)過程中都有十分重要的意義，同時(shí)水利工程項(xiàng)目管理也存在著很多明顯的問題，這些問題在一定程度上會(huì)給水利工程的建設(shè)帶來影響，因此在探究如何在水利工程建設(shè)中應(yīng)用項(xiàng)目管理的同時(shí)也要解決水利工程項(xiàng)目管理中存在的問題，提升水利工程項(xiàng)目的施工質(zhì)量，為在水利工程建設(shè)中應(yīng)用項(xiàng)目管理打下夯實(shí)的基礎(chǔ)。

過氧化氫酶在一定程度上表征了土壤生物氧化過程的強(qiáng)弱和土壤微生物活動(dòng)的強(qiáng)度［16］，在有機(jī)質(zhì)氧化和腐殖質(zhì)形成過程中起著重要作用。由圖1可見，不同處理土壤過氧化氫酶活性隨花生生育期推進(jìn)表現(xiàn)出不同的趨勢(shì)。秸稈還田處理土壤過氧化氫酶活性在整個(gè)生育期內(nèi)呈增加趨勢(shì)，但各生育期之間波動(dòng)不大，總體處于較高水平；施用豬廄肥處理土壤過氧化氫酶活性在花生生育期內(nèi)有一定的升降變化，但幅度不大，總體也處于較高水平。說明傳統(tǒng)的土壤培肥方式有利于土壤過氧化氫酶活性隨季節(jié)變化表現(xiàn)出相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。

圖1 不同處理花生不同生育時(shí)期土壤過氧化氫酶活性差異Fig.1 Soil catalase activity of peanut in differen t treatm ents at different grow th stage

與秸稈還田和施用豬廄肥處理相比，生物炭處理在花生整個(gè)生育期內(nèi)過氧化氫酶活性變化顯著，播前處于較高水平，苗期降至最低，之后呈顯著升高趨勢(shì)，至成熟期達(dá)到最高，總體來看，生物炭處理土壤過氧化氫酶活性經(jīng)過花生生長后，又恢復(fù)至與播前相近的水平；除播前和成熟期與秸稈還田及施用豬廄肥處理相近外，其他時(shí)期均顯著低于這2個(gè)處理，說明生物炭施入土壤后，可降低土壤過氧化氫酶活性，但隨著時(shí)間延長，這種抑制作用可逐漸減輕，直至消失。

炭基肥處理后，土壤過氧化氫酶活性在播前處于最高水平，在其他各生育期變化幅度不大，且與秸稈還田和施用豬廄肥處理相比處于較低水平。說明與傳統(tǒng)的土壤培肥方式相比，施用炭基肥對(duì)土壤過氧化氫酶活性有一定程度的抑制作用，且這種抑制作用可持續(xù)較長時(shí)間。

2.2 生物炭和炭基肥對(duì)土壤水解酶活性的影響

土壤脲酶、堿性磷酸酶和蔗糖酶作為3種不同水解酶參與高分子有機(jī)化合物的水解反應(yīng)，對(duì)于豐富土壤中能被植物和微生物利用的可溶性營養(yǎng)物質(zhì)有重要作用［17］。由圖2可見，不同處理土壤蔗糖酶活性隨花生生育期推進(jìn)表現(xiàn)出的趨勢(shì)不盡相同。秸稈還田處理在播前處于較高水平，苗期降至最低，之后呈緩慢升高趨勢(shì)，至成熟期達(dá)到最高。豬廄肥處理土壤蔗糖酶活性在整個(gè)生育期內(nèi)總體上呈增加趨勢(shì)，土壤蔗糖酶在花生營養(yǎng)生長時(shí)期活性較低，在花生的生殖生長期活性處于較高水平。

圖2 不同處理花生不同生育時(shí)期土壤蔗糖酶活性差異Fig.2 Soil invertase activity of peanut in different treatm ents at d ifferent grow th stage

與秸稈和豬廄肥處理相比，施用生物炭處理土壤蔗糖活性在花生生育期內(nèi)有一定的升降變化，但幅度不大，總體也處于較高水平。說明施用生物炭對(duì)于土壤蔗糖酶活性有促進(jìn)作用，并且這種作用可以保持相對(duì)較長的時(shí)間。

炭基肥處理后，土壤蔗糖酶活性在結(jié)莢期處于最高水平，在其他各生育期變化幅度不大，且與秸稈還田和施用豬廄肥處理相比活性相近或處于較低水平。說明與傳統(tǒng)的土壤培肥方式相比，施用炭基肥對(duì)土壤蔗糖酶活性也有一定程度的抑制作用。

脲酶能促使有機(jī)物分子中肽鍵的水解，其活性反映了土壤有機(jī)態(tài)氮向有效態(tài)氮的轉(zhuǎn)化能力和土壤無機(jī)氮的供應(yīng)能力［11］。由圖3可見，不同處理土壤脲酶活性隨花生生育期推進(jìn)表現(xiàn)出不同的趨勢(shì)。秸稈還田條件下脲酶活性與蔗糖酶活性相似，都是在播前處于較高水平，苗期降至最低，之后呈緩慢升高趨勢(shì)，至成熟期恢復(fù)至較高水平，與其他處理相比，秸稈還田處理在播前和成熟期土壤脲酶活性相對(duì)較高，其他時(shí)期均是顯著性低于其他處理，這說明施用秸稈后會(huì)抑制脲酶活性，這種抑制作用會(huì)隨著秸稈的分解逐步減輕。施用豬廄肥處理土壤脲酶活性在花生生育期內(nèi)有一定的升降變化，播前脲酶活性最高，苗期活性最低，總體也處于較高水平。與秸稈和豬廄肥相比，生物炭處理土壤脲酶活性在播前以及成熟期顯著降低，苗期和結(jié)莢期顯著高于對(duì)照處理，花針期脲酶活性介于兩者之間，說明生物炭施入土壤后，對(duì)土壤脲酶活性的影響沒有表現(xiàn)出明顯的規(guī)律性。

圖3 不同處理花生不同生育時(shí)期土壤脲酶活性差異Fig.3 Soil u rease activity of peanut in differen t treatm ents at different grow th stage

炭基肥處理后，土壤脲酶活性在播前和成熟期相近，都顯著低于秸稈還田和施豬廄肥處理，其他生育時(shí)期較對(duì)照處理無明顯規(guī)律，可能是因?yàn)殡迕富钚允艿礁鞣矫嬉蛩馗蓴_，沒有表現(xiàn)出明顯的規(guī)律性。

2.3 生物炭和炭基肥對(duì)微生物量碳含量的影響

由圖4可見，在花生各生育期微生物量碳含量變化很大，說明微生物的生長繁殖明顯受外界因素制約。不同處理土壤微生物量碳含量隨花生生育期推進(jìn)表現(xiàn)出相近的趨勢(shì)?？傮w上，各個(gè)處理微生物碳含量除花針期處于較低水平外，均隨著生育期的推進(jìn)呈緩慢上升趨勢(shì)，結(jié)莢期和成熟期處于最高含量水平。秸稈還田處理土壤微生物量碳含量除花針期，在整個(gè)生育期內(nèi)呈增加趨勢(shì)，但增加幅度緩慢，總體處于較低水平，這說明秸稈還田抑制了微生物的繁殖和活動(dòng)；豬廄肥處理微生物量碳含量在生育期內(nèi)總體上呈增加趨勢(shì)，與秸稈還田不同的是，豬廄肥處理微生物量碳含量均處于較高的水平，這說明施用豬廄肥有利于土壤微生物在作物生長季中繁殖和活動(dòng)。

圖4 不同處理花生不同生育時(shí)期土壤微生物量碳差異Fig.4 Soilm icrobial biom ass carbon of peanut in different treatm ents at d ifferent grow th stage

生物炭和炭基肥處理在各個(gè)生育期（除成熟期外）微生物活性均低于豬廄肥處理，且在苗期、花針期、結(jié)莢期達(dá)到顯著水平；生物炭和炭基肥處理微生物量碳含量在播前和苗期顯著高于秸稈還田處理，其他時(shí)期與秸稈還田處理接近或者處于較高水平。說明施用生物炭及炭基肥對(duì)土壤微生物活性的促進(jìn)作用介于2種傳統(tǒng)土壤培肥方式之間。

2.4 生物炭和炭基肥對(duì)土壤可溶性有機(jī)碳含量的影響

可溶性有機(jī)碳主要是指能通過0.45μm篩孔且能溶于水、酸或堿溶液的有機(jī)質(zhì)［18］，它在土壤養(yǎng)分供應(yīng)能力方面起著重要作用，是聯(lián)系養(yǎng)分循環(huán)的重要物質(zhì)［19］。由表2可以看出，各處理總體上是在花生播前土壤可溶性有機(jī)碳含量最高，開花下針時(shí)期含量最低，至成熟期又有所回升。生物炭和炭基肥處理在播前時(shí)期土壤DOC含量接近或低于傳統(tǒng)培肥方式，而到了開花下針時(shí)期生物炭處理中可溶性有機(jī)碳含量顯著高于傳統(tǒng)培肥方式，但炭基肥處理中可溶性有機(jī)碳含量顯著低于其他處理。

2.5 土壤酶、可溶性有機(jī)碳、微生物量碳以及水分之間的相關(guān)關(guān)系

由表3可見，蔗糖酶與過氧化氫酶和土壤含水量之間有極顯著和顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，與微生物量碳之間呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，但是并不顯著。而脲酶和過氧化氫酶與土壤含水量有顯著和極顯著正相關(guān)關(guān)系。微生物量碳和可溶性有機(jī)碳與含水量之間有極顯著的正相關(guān)關(guān)系。

表2 不同處理花生不同生育時(shí)期土壤可溶性有機(jī)碳含量差異Tab.2 Soil dissolved organic carbon con tent of peanut in different treatm ents at d ifferent grow th stage mg/kg

表3 土壤酶、可溶性有機(jī)碳、微生物量碳以及水分之間的相關(guān)關(guān)系Tab.3 Correlations between soil enzym e，M BC and m oistu re content

3 討論

3.1 生物炭和炭基肥對(duì)土壤酶活性的影響

土壤過氧化氫酶是還原酶的一種，其活性在一定程度上可以表征土壤生物氧化過程和氧化還原能力的強(qiáng)弱［20］，是土壤新陳代謝的重要表征。生物炭處理中，苗期土壤過氧化氫酶活性顯著低于播前，可以看出施用生物炭后過氧化氫酶活性急劇下降，隨著花生生育期的推進(jìn)，生物炭的氧化分解，過氧化氫酶活性逐步上升，說明生物炭對(duì)過氧化氫酶存在抑制作用，這與相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道一致［21］。這是由于生物炭吸附了過氧化氫酶所利用的基質(zhì)，抑制了酶反應(yīng)的進(jìn)行［22］，另外，生物炭自身的高 pH也可能導(dǎo)致微生物群落的改變，這也可能引起過氧化氫酶分泌的減少［23］。Nannipieri等［24］研究表明，過氧化氫酶會(huì)參與木質(zhì)素的分解，以及土壤中其他有機(jī)質(zhì)（如酚等芳香族有機(jī)物）的氧化過程。秸稈還田和施用豬廄肥促進(jìn)過氧化氫酶活性的提升，是由于在秸稈和豬廄肥中含有較多易分解利用的有機(jī)物質(zhì)，其分解產(chǎn)物是過氧化氫酶的反應(yīng)基質(zhì)，因而促進(jìn)了過氧化氫酶活性保持較高水平［21，25］。

蔗糖酶可以將土壤中的蔗糖水解成為葡萄糖和果糖，為土壤中的生物體吸收利用提供能源，其活性可以反映對(duì)土壤中易溶性物質(zhì)的利用，反映土壤有機(jī)質(zhì)積累和轉(zhuǎn)化的狀況［25］。炭基肥處理中蔗糖酶在花生各生育時(shí)期含量相對(duì)較為穩(wěn)定，說明炭基肥較傳統(tǒng)培肥方式對(duì)土壤蔗糖酶的影響較小。施用生物炭后，除了花生成熟期，在其他生育期蔗糖酶活性都處于較高水平，這與施用生物炭后土壤總有機(jī)碳以及活性有機(jī)碳含量有密切的關(guān)系［26］，Novak等［27］研究發(fā)現(xiàn)生物炭可以提高土壤中有機(jī)質(zhì)和可溶性有機(jī)碳含量，隨著土壤有機(jī)碳和可溶性有機(jī)碳的增加和積累，可能帶來較高水平的土壤轉(zhuǎn)化酶活性。這也解釋了秸稈處理下的蔗糖酶活性變化規(guī)律，秸稈翻入土壤后，導(dǎo)致土壤漏風(fēng)跑墑，土壤含水量降低，蔗糖酶活性下降，隨著秸稈的腐解，土壤有機(jī)碳和活性有機(jī)碳在土壤中積累，從而使得土壤蔗糖酶活性提高。有機(jī)肥與化肥配施后土壤各種養(yǎng)分較為均衡，另外有機(jī)肥的碳氮比在各處理中相對(duì)最低，其有機(jī)組分方便微生物的利用，因而在本試驗(yàn)中，施用豬廄肥條件下土壤蔗糖酶活性在花生各生育期均處于較高水平。

脲酶是參與土壤氮素循環(huán)的重要的水解酶，其主要功能是催化土壤中尿素的水解，它在一定程度上可以表征土壤氮素供應(yīng)強(qiáng)度［28］。本試驗(yàn)中，各個(gè)處理隨花生生育期不同對(duì)脲酶活性的影響也不同，生物炭對(duì)脲酶活性的影響無明顯規(guī)律性，在花生的生育期中土壤脲酶活性穩(wěn)定，波動(dòng)較小。很多研究［29-32］表明生物炭可以促進(jìn)脲酶活性，但影響機(jī)理尚不明了。秸稈和豬廄肥處理中脲酶活性受到抑制，這是由于有機(jī)物在其礦化過程中與土壤中微生物競爭氮素，尤其是秸稈的C/N較高，對(duì)土壤氮素的消耗更多，可供脲酶分解的氮源減少，降低了脲酶的活性，因而從花生苗期到結(jié)莢過程中抑制了脲酶的活性；而秸稈還田1年后腐解已較為完全，會(huì)歸還土壤大量的活性氮素，增進(jìn)脲酶的活性，因此，在播前土壤脲酶活性處于較高水平。豬廄肥在剛施入時(shí)對(duì)脲酶活性表現(xiàn)為抑制作用，無論再其分解過程還是分解完全后都對(duì)脲酶活性表現(xiàn)為促進(jìn)作用，這與孫瑞蓮等［33］報(bào)道結(jié)果一致。

3.2 生物炭和炭基肥對(duì)微生物量碳和可溶性有機(jī)碳含量的影響

在花生結(jié)莢和成熟期各處理間的微生物活性較高，而播前、苗期和花針期微生物活性較低。播前和苗期土壤溫度較低，微生物的活動(dòng)受到抑制；開花下針期遼寧遭受60年一遇的干旱災(zāi)害，土壤含水量較低，這些因素影響了微生物的活躍程度。土壤水分含量的變化能夠引起土壤微生物量碳的快速轉(zhuǎn)換［34］，土壤含水量過低可抑制微生物的生長繁殖。Cederlund等［35］的研究表明，含水量高的土壤有較高的微生物量與微生物活性，土壤濕度在調(diào)節(jié)微生物活性與多樣性方面至關(guān)重要，它直接影響微生物的生理狀態(tài)，限制微生物分解某些化合物的能力，同時(shí)調(diào)節(jié)土壤酶和土壤理化性質(zhì)，進(jìn)而影響微生物組成與活性。在花生結(jié)莢期土壤水分、溫度適宜，施入土壤的有機(jī)物料分解較完全，土壤養(yǎng)分充足且配比平衡，有利于微生物的生長，因此微生物量碳含量較高。

生物炭處理在花生生育期內(nèi)總體上微生物量碳含量顯著高于秸稈還田處理，但低于豬廄肥處理。炭基肥處理微生物量碳含量在花針期前高于秸稈還田處理，但顯著低于豬廄肥處理，在花針期后，低于這2個(gè)處理。不同時(shí)期中施用豬廄肥條件下微生物量碳含量相對(duì)較高，這是由于豬廄肥中含有較多的易分解的有機(jī)碳及大量的微生物，施入土壤后促進(jìn)了土壤微生物活性的提高。秸稈還田條件下，由于秸稈施入土壤后，其分解消耗了土壤水分和養(yǎng)分，抑制了微生物活性的提高，因此土壤微生物量碳含量在花生生育前期較低；隨著生育期的推進(jìn)，經(jīng)過秸稈快速分解階段后，土壤中養(yǎng)分含量和易被微生物利用的有機(jī)碳含量增加，微生物活性提高，因此土壤微生物量碳含量在花生生育后期較高。相關(guān)的研究表明，土壤微生物量與生物炭施用量呈正相關(guān)關(guān)系［23］，生物炭施入土壤后，為微生物提供了棲息場(chǎng)所［36］，同時(shí)由于生物炭獨(dú)特的表面特性使其對(duì)土壤水溶液中NH+4-N、NO-3-N、K、P及氣態(tài)NH3等不同形態(tài)存在的氮、磷、鉀營養(yǎng)有很強(qiáng)的吸附作用，降低了土壤養(yǎng)分淋溶及固定損失，從而促進(jìn)了微生物活性的提高。炭基肥處理由于是通過一定工藝將生物炭與化學(xué)肥料復(fù)合，可能減少了養(yǎng)分的損失，因此在作物生育前期，促進(jìn)了微生物活性的提高，但由于生物炭施入量較低，后期這種促進(jìn)作用不明顯。

各處理可溶性有機(jī)碳含量的變化趨勢(shì)為先降低再升高。這可能與季節(jié)變化有關(guān)，夏季DOC被分解利用量小于外界輸入量，與林晶等［37］研究結(jié)果一致。BIO處理在不同生育時(shí)期內(nèi)可溶性有機(jī)碳含量保持相對(duì)穩(wěn)定，各生育時(shí)期內(nèi)DOC含量變化幅度最小，在各處理中處于相對(duì)較高的含量水平。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)生物炭施入土壤2年后，其O/C增加了約7%［38］，這說明生物炭施入土壤后表面元素發(fā)生了氧化，碳的存在形態(tài)逐漸轉(zhuǎn)為以氧化狀態(tài)為主。Amonette等［39］研究認(rèn)為，生物炭施入土壤以后，一些功能性含氧官能團(tuán)羧基、內(nèi)酯基、酚醛、羰基逐漸形成，生物炭的溶解性提高，這也會(huì)提高土壤DOC含量。秸稈還田處理土壤可溶性有機(jī)碳含量波動(dòng)幅度較大，可能是因?yàn)榻斩掃M(jìn)入土壤后，由于秸稈快速分解階段促進(jìn)微生物的生長發(fā)育，可溶性有機(jī)碳作為微生物生長的主要碳源被大量消耗，秸稈分解后微生物向土壤歸還碳源，使土壤可溶性有機(jī)碳含量提高。

很多研究結(jié)果表明，土壤微生物量碳含量與可溶性有機(jī)碳之間存在負(fù)的相關(guān)性［40］，這與本研究的結(jié)果一致，原因在于可溶性碳是土壤微生物重要碳源并與土壤微生物相互消長［41］。已有研究表明，土壤脲酶、蔗糖酶、磷酸酶及過氧化氫酶活性之間均呈顯著或極顯著正相關(guān)［42］，而本研究中只有蔗糖酶與過氧化氫酶存在相關(guān)關(guān)系，各種酶與水分之間都存在顯著或極顯著相關(guān)關(guān)系，原因可能是同一種類的酶在不同植被以及不同質(zhì)地土壤中所起的作用不同，且與生物炭在土壤存留時(shí)間有關(guān)，導(dǎo)致與土壤肥力因子間的相關(guān)性也存在差異［43］。

與傳統(tǒng)的土壤培肥方式相比，連續(xù)6年施用生物炭抑制了土壤過氧化氫酶的活性，提高蔗糖酶活性，提高了土壤可溶性有機(jī)碳含量；連續(xù)6年施用炭基肥抑制了土壤過氧化氫酶和蔗糖酶活性，降低了土壤可溶性有機(jī)碳含量；生物炭和炭基肥對(duì)脲酶活性的影響沒有明顯的規(guī)律性。與傳統(tǒng)土壤培肥方式相比，連續(xù)6年施用生物炭和炭基肥使得土壤持水能力降低，對(duì)微生物量碳含量的提升作用處于秸稈還田和豬廄肥處理之間，土壤水分則與土壤微生物量碳的變化密切相關(guān)，可能在生物炭對(duì)土壤微生物的影響中，土壤水分的變化是重要途徑之一。

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In fluences of 6-year App lication of Biochar and Biochar-based Com pound Fertilizer on Soil Bioactivity on Brown Soil

PAN Quanliang，SONG Tao，CHEN Kun，XU Xiaonan，PENG Jing，ZHAN Xiumei，WANG Yue，HAN Xiaori
（College of Land and Environment，Shenyang Agricultural University，National Engineering Laboratory for Efficient Utilization of Soil and Fertilizer Resources，Biochar Engineering Technology Research Center of Liaoning Province，Shenyang 110866，China）

The objective of this study was to investigate the influence of application of biochar and biochar compound fertilizer on soil enzyme activity under test of improving brown soil for the sixth year in a row，and it also revealed the effect of biochar on agricultural soilmicro-environment.A m icro-p lot（2 m2）field experiment was conducted from 2009 to 2014 with peanut as tested crop.Four treatmentswere designed：corn straw returning in combination with NPK（CS），pig manure in combination with NPK（PMC），biochar from corncob in combination with NPK（BIO），and biochar-based compound fertilizer（BF）.Catalase，invertase，urease，MBC and soluble carbon of peanut were determined using their relevantmethods before sawing and at different developmental stages in 2014. Before planting and mature period，the catalase activity of BIO was close to CS and PMC，the catalase of BIO was lower than that of CS and PMC.Exceptmature period，invertase activity of BIO was higher than CS and PMC at allgrowth stages of peanut.Compared with other growth stages，catalase activity of BF was higher than CS and PMC at seeding stage.Only at podding stage，soil invertase activity of treatment BF was higher than that of treatment CS and PMC.Compared with CS and PMC，BIO and BF on urease activity did not show obvious regularity.The positive effect of using biochar and biochar-based compound fertilizer on m icrobial activity was lower than pigmanure application.Compared with CS and PMC，BIO improved the content of DOC at flowering-stage.Biochar induced catalase activity and content of DOC，but improved invertase activity.App lication of biochar-based compound fertilizer induced catalase，invertase activity and content of DOC.Compared with CS and PMC，BIO and BF on urease activity did not show obvious regularity.Using biochar and biochar-based compound fertilizer of improve activity ofmicrobial in the straw returned and the pig manure application.

Biochar；Biochar-based compound fertilizer；Soil enzyme activity；MBC；DOC

S154.2；S141 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1000-7091（2016）03-0225-08

10.7668/hbnxb.2016.03.033

2016-03-11

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41201283）；國家公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項(xiàng)（201303095-15）；國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2015BAD23B05）

潘全良（1991-），男，山東汶上人，在讀碩士，主要從事植物營養(yǎng)與土壤肥力研究。

戰(zhàn)秀梅（1974-），女，遼寧朝陽人，副教授，博士，主要從事植物營養(yǎng)與土壤肥力研究。