生物炭對(duì)新疆沙土微生物區(qū)系及土壤酶活性的影響

顧美英，葛春輝，馬海剛，唐光木，張志東，徐萬里

(1.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院微生物應(yīng)用研究所 新疆特殊環(huán)境微生物實(shí)驗(yàn)室 綠洲養(yǎng)分與水土資源高效利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆 烏魯木齊 830091；2.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料與農(nóng)業(yè)節(jié)水研究所， 新疆 烏魯木齊 830091)

?

生物炭對(duì)新疆沙土微生物區(qū)系及土壤酶活性的影響

顧美英1，葛春輝2，馬海剛2，唐光木2，張志東1，徐萬里2

(1.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院微生物應(yīng)用研究所 新疆特殊環(huán)境微生物實(shí)驗(yàn)室 綠洲養(yǎng)分與水土資源高效利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆 烏魯木齊 830091；2.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料與農(nóng)業(yè)節(jié)水研究所， 新疆 烏魯木齊 830091)

為評(píng)估生物炭在新疆改良沙土的潛力，在新疆和田設(shè)生物炭施用量為0(CK)、22 500、67 500、112 500 kg·hm-2和225 000 kg·hm-25個(gè)處理的微區(qū)試驗(yàn)，輪作方式為綠豆-冬小麥。通過對(duì)試驗(yàn)結(jié)束后小區(qū)土壤可培養(yǎng)微生物和生理菌群計(jì)數(shù)、土壤酶活性測(cè)定，研究不同用量生物炭對(duì)沙土土壤微生物區(qū)系及土壤酶活性影響。結(jié)果表明：施用生物炭對(duì)沙土土壤養(yǎng)分含量、微生物區(qū)系和土壤酶產(chǎn)生顯著影響。22 500～67 500 kg·hm-2生物炭施用量能顯著提高沙土土壤有機(jī)碳、速效磷和速效鉀含量。生物炭影響沙土中可培養(yǎng)細(xì)菌、真菌及放線菌數(shù)量，在生物炭施用量為67 500 kg·hm-2下細(xì)菌數(shù)量最高，比CK增加了63.83%；施用量為22 500 kg·hm-2放線菌數(shù)量最高，增加了250.00%；施用量為67 500 kg·hm-2真菌數(shù)量最少，降低了71.43%。生物炭影響沙土中纖維素分解菌和自生固氮菌數(shù)量，隨著施用量增加，其數(shù)量呈先增加后降低趨勢(shì)，其中施用量為112 500 kg·hm-2纖維素分解菌和自生固氮菌數(shù)量最多，分別比CK增加了211.11%和1 057.89%。土壤中添加67 500～112 500 kg·hm-2的生物炭土壤中蔗糖酶、過氧化氫酶和蛋白酶活性最高。相關(guān)分析表明，不同生物炭施用量條件下，土壤養(yǎng)分與細(xì)菌、亞硝化細(xì)菌、反硝化細(xì)菌、土壤酶(磷酸酶除外)關(guān)系密切。因此，適量施用生物炭能提高沙土土壤養(yǎng)分、增加微生物菌群數(shù)量和土壤酶活性，在本試驗(yàn)點(diǎn)最適生物炭用量為67 500 kg·hm-2。

生物炭；微生物區(qū)系；土壤酶；沙土

我國農(nóng)業(yè)糧食產(chǎn)量已達(dá)9億噸，作物生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)系數(shù)決定了有同樣規(guī)模的秸稈資源總量。隨著工業(yè)化和城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展，農(nóng)村勞動(dòng)力不斷減少，導(dǎo)致農(nóng)田秸稈多被廢棄。據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，當(dāng)前中國秸稈露天焚燒約占40%，達(dá)到每年3億多噸，這不僅造成了資源的浪費(fèi)，還帶來了嚴(yán)重的環(huán)境污染[1]。因此農(nóng)業(yè)秸稈的合理利用已成為農(nóng)業(yè)資源合理利用與環(huán)境保護(hù)亟待解決的重大問題。

生物炭是秸稈、稻殼、竹木和動(dòng)物糞便等有機(jī)廢棄物料在限氧或絕氧條件下，通過300℃～500℃高溫裂解形成的一種理化性質(zhì)穩(wěn)定、富含高度羧酸酯化和芳香化結(jié)構(gòu)的固體產(chǎn)物[2]。近些年來，由于生物炭生產(chǎn)原料來源廣，施入土壤改良效果顯著而被人們所關(guān)注。秸稈炭化后具有較大的孔隙度和比表面積，有較強(qiáng)的離子交換性能，且富含化學(xué)反應(yīng)性官能團(tuán)，能夠改善土壤理化性質(zhì)，提高肥料利用效率，進(jìn)而增加作物產(chǎn)量[3-6]。

土壤微生物作為土壤中活的生物體，對(duì)環(huán)境變化敏感，能夠較早地指示出生態(tài)系統(tǒng)功能的變化[7]。生物炭由于自身特性(材料來源、熱解溫度和時(shí)間等)、不同施用量、土壤質(zhì)地肥力、不同作物等因素的差異導(dǎo)致對(duì)土壤微生物的影響差異較大[8]，其中不同生物炭的添加量對(duì)土壤微生物有一定的影響。陳心想等[9]研究表明，隨著廢棄果樹枝干條制成的生物炭施用量增加，土壤三大類微生物的數(shù)量、土壤脲酶和過氧化氫酶活性顯著增加。谷思玉等[10]研究表明玉米秸稈生物炭處理提高了成熟期大豆根際土壤中細(xì)菌和放線菌數(shù)量，真菌數(shù)量減少；且促進(jìn)了土壤中蔗糖酶、過氧化氫酶、脲酶的活性，尤其生物炭用量在900～1 200 kg·hm-2時(shí)，酶的活性最高。添加不同量木炭(0、5 000、25 000 kg·hm-2，600℃)的室內(nèi)培養(yǎng)試驗(yàn)表明[11]，高用量生物炭處理較對(duì)照顯著降低了微生物量碳。因此，適量的生物炭可增加土壤酶活性，進(jìn)而提高土壤肥力和肥料利用率。

沙土是典型的干旱荒漠地帶土壤，是新疆主要農(nóng)業(yè)耕作土壤之一。由于土壤顆粒粗大、土質(zhì)松散、水肥易流失，潛在養(yǎng)分含量低，因此這類土壤宜多施有機(jī)肥、秸稈還田或綠肥，逐步改善土壤性狀[12]。目前，國內(nèi)外已有關(guān)于生物炭對(duì)風(fēng)沙土微域土壤環(huán)境影響的研究[13-16]，但尚無生物炭對(duì)新疆南疆沙土中土壤微生物的影響研究報(bào)道。

本文以小麥秸稈生物炭為材料，初步研究了施用不同量生物炭對(duì)新疆和田地區(qū)沙土土壤養(yǎng)分、微生物數(shù)量及土壤酶活性的影響。旨在確定適合沙土土壤改良的最佳生物炭施用量，為深入研究生物炭對(duì)風(fēng)沙土土壤微生態(tài)環(huán)境、土壤質(zhì)量提升和維持其可持續(xù)生產(chǎn)力提供理論依據(jù)。

1　材料與方法

1.1供試土壤與施肥處理

試驗(yàn)于2011—2012年在和田地區(qū)農(nóng)科所試驗(yàn)田中進(jìn)行。土壤類型為風(fēng)沙土，砂粒、粉粒和粘粒含量分別為39.06%、54.00%和6.94%。土壤基本理化性質(zhì)：pH 8.28，有機(jī)質(zhì)13.49 g·kg-1，全氮0.76 g·kg-1，速效氮58.24 g·kg-1，速效磷8.28 mg·kg-1，速效鉀134.00 mg·kg-1。生物炭為河南三利新能源有限公司提供的小麥秸稈炭，特性如下：有機(jī)碳670 g·kg-1、速效磷82.2 mg·kg-1、速效鉀1 590 mg·kg-1、pH 9.9；熱解溫度350℃～550℃，裂解時(shí)間4～8 h。將生物炭磨碎并通過2 mm篩，使其混合均勻后施入大田。

按耕層土重150 000 kg·667m-2計(jì)算加入生物炭的量，試驗(yàn)共設(shè)5個(gè)處理：0 kg·hm-2生物炭(CK)；22500 kg·hm-2生物炭(T1)；67 500 kg·hm-2生物炭(T2)；112 500 kg·hm-2生物炭(T3)；225 000 kg·hm-2生物炭(T4)。5個(gè)處理化肥施用量相同。每個(gè)微區(qū)面積2.0 m2，不設(shè)重復(fù)，種植模式為綠豆-冬小麥輪作。

1.2土樣的采集及測(cè)定方法

1.2.1土樣的采集于2012年8月綠豆收獲期采集以上5個(gè)土壤樣品。將每個(gè)微區(qū)分成3塊區(qū)域，每塊區(qū)域采用5點(diǎn)法采集耕層0～20 cm土壤樣品，混合均勻后分成兩份，一份鮮樣于4℃保存，用于測(cè)定微生物和細(xì)菌生理類群數(shù)量。另一份風(fēng)干過篩后用于測(cè)定土壤養(yǎng)分含量和土壤酶。

1.2.2土壤pH值和養(yǎng)分測(cè)定待采集的土壤樣品自然風(fēng)干后過2 mm篩，按照常規(guī)方法[17]進(jìn)行土壤pH值和養(yǎng)分的測(cè)定。pH值測(cè)定采用電位法，有機(jī)碳測(cè)定采用重鉻酸鉀容量法，全氮測(cè)定采用半微量開氏法，速效氮測(cè)定采用堿解擴(kuò)散法，速效磷測(cè)定采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法，速效鉀測(cè)定采用醋酸銨浸提-火焰光度法。

1.2.3土壤微生物數(shù)量測(cè)定細(xì)菌、放線菌和真菌采用稀釋平板涂抹培養(yǎng)計(jì)數(shù)法分析[18]。細(xì)菌采用牛肉膏蛋白胨瓊脂培養(yǎng)基，放線菌采用改良高氏一號(hào)培養(yǎng)基(每300 mL培養(yǎng)基中加30 g·kg-1重鉻酸鉀1 mL)，真菌采用PDA培養(yǎng)基(每100 mL培養(yǎng)基加10 g·kg-1鏈霉素溶液0.3 mL)。微生物生理菌群數(shù)量均采用最大或然數(shù)法(MPN法)計(jì)數(shù)[18]。好氧性自生固氮菌采用阿須貝無氮培養(yǎng)基，纖維素分解菌采用赫奇遜氏培養(yǎng)基，氨化細(xì)菌用蛋白胨氨化培養(yǎng)基，亞硝化細(xì)菌用銨鹽培養(yǎng)基，反硝化細(xì)菌采用檸檬酸鈉培養(yǎng)基。

1.2.4土壤酶活性測(cè)定參照關(guān)松蔭的方法[19]：磷酸酶采用磷酸苯二鈉法；蔗糖酶采用3、5-二硝基水楊酸比色法；脲酶采用苯酚-次氯酸鈉比色法；過氧化氫酶采用高錳酸鉀滴定法；蛋白酶采用茚三酮比色法。

1.2.5數(shù)據(jù)處理及統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)采用DPS v9.50版軟件進(jìn)行方差分析和相關(guān)性分析等。采用單因素方差分析(One-way ANOVA)、最小顯著差數(shù)法(LSD)進(jìn)行多重比較差異顯著性檢驗(yàn)(P<0.05)。

2　結(jié)果與分析

2.1生物炭對(duì)沙質(zhì)土壤養(yǎng)分含量的影響

從表1可以看出，不同生物炭施用量對(duì)沙土土壤養(yǎng)分含量有一定的影響。施用生物炭能顯著提高沙土土壤有機(jī)碳、速效磷(在一定施用量范圍內(nèi))和速效鉀含量。沙土土壤的pH值隨著生物炭施用量的增加而升高，但差異不顯著；其中T4處理pH值最高，為8.42。隨著生物炭施用量的增加，土壤有機(jī)碳和速效鉀含量逐漸增加，與不施生物炭的處理相比差異顯著，增幅分別為8.15%～208.75%和19.49%～55.93%；速效磷含量T1處理最大，與不施生物炭的處理相比增加了7.68%，之后隨著施用量的增加而降低，T4處理降低了10.52%。全氮含量T1處理最大，但與不施生物炭的處理相比差異不顯著，之后隨著施用量的增加而降低，T4處理降低了88.10%。速效氮含量與對(duì)照相比差異顯著，不施生物炭的土壤最高，施生物炭后呈先增加后降低趨勢(shì)，在施用量為T3處理時(shí)達(dá)到最大值63.58 mg·kg-1?？梢娡寥朗┯蒙锾苛吭?2 500～67 500 kg·hm-2范圍內(nèi)，對(duì)改善沙土土壤環(huán)境，提高土壤的養(yǎng)分含量作用較大。

表1　不同施炭量下沙土養(yǎng)分含量變化

注：同列不同小寫字母為5%顯著水平。下同。

Note： Different small letters in same column represented significant differences atP<0.05. The same below.

2.2生物炭對(duì)沙質(zhì)土壤微生物數(shù)量的影響

從圖1可以看出不同生物炭施用量對(duì)土壤三大類群微生物數(shù)量有一定的影響。與不施生物炭的處理相比，施用生物炭增加了土壤中細(xì)菌和放線菌數(shù)量。土壤細(xì)菌數(shù)量隨著生物炭施入量的增加呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，T2處理細(xì)菌數(shù)量最高，達(dá)到7.70×106cfu·g-1，比CK增加了63.83%。土壤放線菌數(shù)量隨著生物炭施入量的增加呈逐漸降低的趨勢(shì)，T1處理放線菌數(shù)量最高，達(dá)到4.90×105cfu·g-1，比CK提升了250.00%。土壤真菌數(shù)量隨生物炭施用量的增加呈先下降后上升的趨勢(shì)，T2處理真菌數(shù)量最少，顯著低于對(duì)照，為2.00×103cfu·g-1，降低了71.43%；T4處理真菌數(shù)量最多，為10.00×103cfu·g-1，比CK提高了42.86%。

圖1生物炭處理對(duì)沙土土壤微生物數(shù)量的影響

Fig.1Effects of biochar on populations of microorganisms in sandy soils

從圖2可以看出，不同生物炭施用量對(duì)沙土中不同微生物生理類群數(shù)量有不同影響。其中纖維素分解菌與自生固氮菌數(shù)量的變化規(guī)律相似，在一定施用量范圍內(nèi)高于不施生物炭的處理，隨著生物炭施用量的增加，這兩類生理菌群數(shù)量呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)，其中T3處理這兩類生理菌群數(shù)量最多， 分別比CK增加了211.11%和1 057.89%。 隨著生物炭施用量的增加， 氨化細(xì)菌、亞硝化細(xì)菌和反硝化細(xì)菌數(shù)量均呈先上升后下降再上升的波浪式起伏趨勢(shì)， 其中T4處理這3類菌群數(shù)量最高， 分別比不施生物炭的處理高837.50%、900.00%和1 900.00%。

圖2生物炭對(duì)沙土土壤生理菌群數(shù)量的影響

Fig.2Effects of biochar on bacterial physiological gropes in sandy soils

2.3生物炭對(duì)沙質(zhì)土壤酶活性的影響

不同生物炭施用量對(duì)沙土土壤酶活性也有一定的影響(表2)。施用生物炭明顯增加了蔗糖酶活性，且隨著施用量的增加呈先上升后下降趨勢(shì)，T3處理蔗糖酶活性最大，比對(duì)照顯著增加了80.04%；蛋白酶活性除T2處理低于不施生物炭的對(duì)照外，其余均顯著高于對(duì)照，且呈先下降再上升的趨勢(shì)，T4處理比對(duì)照增加了15.12%；過氧化氫酶活性隨生物炭施用量的增加，呈先上升后下降趨勢(shì)，但僅T2處理過氧化氫酶活性比對(duì)照增加了4.76%，其余均低于對(duì)照；脲酶活性與對(duì)照差異不顯著；磷酸酶活性呈下降-上升-下降趨勢(shì)，且與對(duì)照差異不顯著。因此土壤中添加生物炭能促進(jìn)土壤中蔗糖酶、過氧化氫酶和蛋白酶的活性，尤其以添加67 500～112 500 kg·hm-2的生物炭酶活性最高。因此適量的生物炭可增加土壤酶活性，進(jìn)而提高土壤肥力和肥料利用率。

2.4土壤養(yǎng)分與土壤微生物及酶活性的相關(guān)性

表3表明，向沙土中加入生物炭后土壤養(yǎng)分與土壤微生物及土壤酶活性間仍存在一定的相關(guān)性。其中，pH值與細(xì)菌、氨化細(xì)菌、過氧化氫酶、脲酶、蛋白酶和過氧化氫酶呈顯著負(fù)相關(guān)；有機(jī)質(zhì)與亞硝化細(xì)菌呈極顯著正相關(guān)，與脲酶呈顯著負(fù)相關(guān)；全氮與蔗糖酶呈顯著負(fù)相關(guān)；速效氮與細(xì)菌、放線菌呈顯著負(fù)相關(guān)；速效磷與脲酶呈極顯著正相關(guān)，與細(xì)菌、反硝化細(xì)菌、過氧化氫酶呈顯著正相關(guān)，與亞硝化細(xì)菌呈顯著負(fù)相關(guān)；速效鉀與亞硝化細(xì)菌、反硝化細(xì)菌呈顯著正相關(guān)。由此可以看出不同生物炭施用量條件下，土壤養(yǎng)分對(duì)細(xì)菌、亞硝化細(xì)菌、反硝化細(xì)菌、土壤酶(磷酸酶除外)的影響明顯。

表2　生物炭對(duì)沙土土壤酶活性的影響

表3　土壤微生物、酶活性與養(yǎng)分相關(guān)性分析

注：**代表相關(guān)性達(dá)到極顯著性水平，P<0.01；*代表相關(guān)性達(dá)到顯著性水平，P<0.05。

Note：** significant atP<0.01；* significant atP<0.05.

3　結(jié)論與討論

生物炭可以通過對(duì)營養(yǎng)物質(zhì)的吸附改善土壤環(huán)境[20]；改變土壤中生物群落的組成和豐度[21]，影響營養(yǎng)物質(zhì)的循環(huán)以及土壤結(jié)構(gòu)，進(jìn)而間接影響作物產(chǎn)量[22]。

生物炭可以提高土壤養(yǎng)分含量。一方面生物炭的組成元素主要為碳、氫、氧、氮等，此外P、K、Na、Ca、Mg等離子的含量也較高[23]，這些營養(yǎng)成分進(jìn)入土壤后可提高土壤中養(yǎng)分的含量；同時(shí)由于生物炭較小的密度，較大的比表面積及含有大量的含氧官能團(tuán)等，加入土壤中可以減少土壤的容重、增加土壤的pH值、孔隙度和田間持水量，這些特性與生物炭改善土壤理化性質(zhì)有一定的聯(lián)系，可提高對(duì)養(yǎng)分的吸附能力和生物有效性[24-25]。本研究表明生物炭的施用提高了沙土土壤pH值，且隨著施用量的增加，pH值逐漸升高。Tammeorg等[26]研究表明，生物炭明顯增加了沙土中碳和鉀的含量，但沒有提高產(chǎn)量和氮含量。本研究顯示隨著生物炭施用量的增加，土壤有機(jī)碳和速效鉀含量逐漸增加，但全氮和速效磷含量則呈現(xiàn)先增加后下降的趨勢(shì)。

土壤中的特殊功能菌如根瘤菌、硝化細(xì)菌等對(duì)生物炭的施加更敏感。韓光明的研究表明，添加生物炭處理菠菜根際氨化細(xì)菌、好氧自生固氮菌和反硝化細(xì)菌數(shù)量得到顯著提高，但不同生物炭用量，其數(shù)量有所差異，這說明適量的生物質(zhì)炭對(duì)促進(jìn)氮代謝微生物的活性，提高根部的生物固氮能力，降低土壤中亞硝酸鹽的含量可能具有一定作用[29]。本研究表明生物炭的施用總體上改變了土壤中不同生理菌群的數(shù)量，但作用效果隨著施用量的增加纖維素分解菌和自生固氮菌數(shù)量呈先升后降的趨勢(shì)，其余沒有明顯的規(guī)律性。

綜上所述，生物炭可以有效改善沙土土壤微生態(tài)環(huán)境，使其向有利于植株生長(zhǎng)的方向轉(zhuǎn)化。當(dāng)土壤中生物炭用量在67 500 kg·hm-2時(shí)，對(duì)土壤中養(yǎng)分含量、微生物數(shù)量和土壤酶活性有較好的促進(jìn)作用。但由于生物炭偏堿性，在酸性土壤上有較好的改良效果，但新疆的土壤多為堿性土壤，已有研究表明，即使在干旱區(qū)堿性土壤上，生物炭在短期也有顯著效果[16,32]。同時(shí)生物炭對(duì)土壤微生態(tài)的影響還與原材料、加工工藝、施用量以及土壤性質(zhì)等有關(guān)，沙土土壤微生物區(qū)系和土壤酶對(duì)生物炭的響應(yīng)機(jī)制還有待進(jìn)一步研究。

[1]潘根興，李戀卿，劉曉雨，等.熱裂解生物質(zhì)炭產(chǎn)業(yè)化：秸稈禁燒與綠色農(nóng)業(yè)新途徑[J].科技導(dǎo)報(bào)，2015,33(13):92-101.

[2]陳溫福，張偉明，孟軍.農(nóng)用生物炭研究進(jìn)展與前景[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013,46(16):3324-3333.

[3]Schulz H, Dunst G, Glaser B. Positive effects of composted biochar on plant growth and soil fertility[J]. Agronomy for Sustainable Development, 2013,33(4):817-827.

[4]Huang M, Yang L, Qin H D, et al. Fertilizer nitrogen uptake by rice increased by biochar application[J]. Biology and Fertility of Soils, 2014,50(6):997-1000.

[5]Prayogo C, Jones J E, Baeyens J, et al. Impact of biochar on mineralisation of C and N from soil and willowlitter and its relationship with microbial community biomass and structure[J]. Biology and Fertility of Soils, 2014,50(4):695-702.

[6]李曉，張吉旺，李戀卿，等.施用生物質(zhì)炭對(duì)黃淮海地區(qū)玉米生長(zhǎng)和土壤性質(zhì)的影響[J].土壤，2014,46(2):269-274.

[7]丁艷麗，劉杰，王瑩瑩.生物炭對(duì)農(nóng)田土壤微生物生態(tài)的影響研究進(jìn)展[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2013,24(11):3311-3317.

[8]卜曉莉，薛建輝.生物炭對(duì)土壤生境及植物生長(zhǎng)影響的研究進(jìn)展[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào),2014,23(3):535-540.

[10]谷思玉，李欣潔，魏丹，等.生物炭對(duì)大豆根際土壤養(yǎng)分含量及微生物數(shù)量的影響[J].大豆科學(xué)，2014,33(3):393-540.

[11]Dempster D N, Gleeson D B, Solaiman Z M, et al. Decreased soil microbial biomass and nitrogen mineralisation with Eucalyptus biochar addition to a coarse textured soil[J]. Plant and Soil, 2011,354(1/2):311-324.

[12]程小丹，朱玉紅，于艷霞.不同土壤如何施肥[J].新農(nóng)業(yè)，2007,(6):43.

[13]Tammeorg P, Simojoki A. Biochar application to a fertile sandy clay loam in boreal conditions: effects on soil properties and yield formation of wheat, turnip rape and faba bean[J]. Plant and Soil, 2014, 374(1/2):89-107.

[14]Sun Z C, Bruum E W, Arthur E, et al. Effect of biochar on aerobic processes, enzyme activity, and crop yields in two sandy loam soils[J]. Biology and Fertility of Soils, 2014,50(7):1087-1097.

[15]Baiamonte G, Pasquale C D, Marsala V, et al. Structure alteration of a sandy-clay soil by biochar amendments[J]. Journal of Soils and Sediments, 2015,15(4):861-824.

[16]葛春輝，唐光木，徐萬里.生物質(zhì)炭對(duì)沙質(zhì)土壤理化性質(zhì)及作物產(chǎn)量的影響[J].新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013,50(6):1108-1114.

[17]魯如坤.土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法[M].北京：中國農(nóng)業(yè)科技出版社，2000.[18]姚槐應(yīng)，黃昌勇.土壤微生物生態(tài)學(xué)及其實(shí)驗(yàn)技術(shù)[M].北京：科學(xué)出版社，2006.

[19]關(guān)松蔭.土壤酶及其研究法[M].北京：農(nóng)業(yè)出版社，1986.

[20]Major J, Rondon M, Molina D, et al. Maize yield and nutrition during 4 years after biochar application to a Colombian savanna oxisol[J]. Plant and Soil, 2010,333(1/2):117-128.

[21]王曉輝，郭光霞，鄭瑞倫，等.生物炭對(duì)設(shè)施退化土壤氮相關(guān)功能微生物群落豐度的影響[J].土壤學(xué)報(bào)，2013,50(3):624-631.

[22]高海英，何緒生，陳心想，等.生物炭及炭基硝酸銨肥料對(duì)土壤化學(xué)性質(zhì)及作物產(chǎn)量的影響[J]．農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2012,31(10):1948-1955.

[23]孔絲紡，姚興成，張江勇，等.生物質(zhì)炭的特性及其應(yīng)用的研究進(jìn)展[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2015,34(4):716-723.

[24]鄭瑞倫，王寧寧，孫國新，等.生物炭對(duì)京郊沙化地土壤性質(zhì)和苜蓿生長(zhǎng)、養(yǎng)分吸收的影響[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2015,34(5):904-912.

[25]劉玉學(xué)，王耀鋒，呂豪豪，等.生物質(zhì)炭化還田對(duì)稻田溫室氣體排放及土壤理化性質(zhì)的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2013,24(8):2166-2172.

[26]Tammeorg P, Simojoki A, MkelP, et al. Biochar application to a fertile sandy clay loam in boreal conditions: effects on soil properties and yield formation of wheat, turnip rape and faba bean[J]. Plant and Soil, 2014,374(1-2):89-107.

[27]姚玲丹，程廣煥，王麗曉，等.施用生物炭對(duì)土壤微生物的影響[J].環(huán)境化學(xué)，2015,34(4):697-704.

[28]Jin H. Characterization of microbial life colonizing biochar and biochar-amended soils[D]. Ithaca, NY: cornell University, 2010.

[29]韓光明，孟軍，曹婷，等.生物炭對(duì)菠菜根際微生物及土壤理化性質(zhì)的影響[J].沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2012,43(5):515-520.

[30]Wu F P, Jia Z K, Wang S G, et al. Contrasting effects of wheat straw and its biochar on greenhouse gas emissions and enzyme activities in a Chernozemic soil[J]. Biology and Fertility of Soil, 2013,49(5):555-565.

[31]尚杰，耿增超，陳心想，等.生物炭對(duì)土壤酶活性和糜子產(chǎn)量的影響[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2015,33(2):146-151,158.

[32]唐光木，葛春輝，徐萬里，等.施用生物黑炭對(duì)新疆灰漠土肥力與玉米生長(zhǎng)的影響[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2011,30(9):1797-1802.

Effects of biochar application amount on microbial flora and soil enzyme activities in sandy soil of Xinjiang

GU Mei-ying1, GE Chun-hui2, MA Hai-gang2, TANG Guang-mu2, ZHANG Zhi-dong1, XU Wan-li2

(1.InstituteofMicrobiology,XinjiangAcademyofAgriculturalSciences/XinjiangLaboratoryofSpecialEnvironmentalMicrobiologyKeyLaboratoryofNutrientandWaterResourcesEfficientUtilizationofOasis,Urumqi,Xinjiang830091China;2.InstituteofSoilandFertilizerandAgriculturalSparingWater,XinjiangAcademyofAgriculturalSciences,Urumqi,Xinjiang830091,China)

In order to assess the potential of biochar application to sandy soil, a two-year bean-wheat rotation plot field experiment was conducted in Hetian, Xinjiang Province. Through analyzing the amount of soil culturable microorganisms, the number of bacterial physiological groups and soil enzyme activities, and the influence of difference biochar application amount on sandy soil microbial flora and soil enzyme were studied. The experiment was designed to have five treatments in biochar application rates, including 0 kg·hm-2(CK), 22 500 kg·hm-2, 67 500 kg·hm-2, 112 500 kg·hm-2and 225 000 kg·hm-2of biochar application. Results showed that application of 22 500～67 500 kg·hm-2biochar could significantly improve content of OM, available P, and available K. In addition, the number of bacteria and actinomycetes by applications of different amounts of biochar soils were increased first and then became decreased. The number of bacteria with application of 67 500 kg·hm-2biochar was increased by 63.83%. The number of actinomycetes with application of 22 500 kg·hm-2biochar was increased by 250.00%. The number of fungi was decreased first and then increased. The number of fungi with application of 67 500 kg·hm-2biochar was decreased by 71.43%. Furthermore, the numbers of cytophaga and azotobacter with applications of different amounts of biochar soils were increased first and then decreased. The number of bacteria with application of 112500 kg·hm-2biochar was increased by 211.11% and 1 057.89%, respectively. Also, invertase, catalase and protease activities with applications of 67 500～112 500 kg·hm-2biochar were the highest. Correlation analysis also showed that soil nutrition and bacteria, nitrifying bacteria, denitrifying bacteria, soil enzyme activities (except for phosphatase) were related closely. The results showed that biochar at 67 500 kg·hm-2caused the greatest effects in increasing soil nutrient contents, improving the number of microbial community and enhancing soil enzyme activities supply in sandy soil.

biochar; microbial flora; soil enzyme; sandy soil

1000-7601(2016)04-0225-06

10.7606/j.issn.1000-7601.2016.04.34

2015-07-10

國家自然科學(xué)基金(31460148, 41161055, 41261059)；新疆維吾爾自治區(qū)科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(201431108)；自治區(qū)公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)經(jīng)費(fèi)(ky2012059)

顧美英(1974—)，女，江蘇無錫人，副研究員，主要從事土壤微生物生態(tài)方面的研究。E-mail：gmyxj2008@163.com。

徐萬里(1971—)，男，陜西寶雞人，研究員，主要從事農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用方面的研究。E-mail：wlxu2005@163.com。

X172；S182

A