生物炭对砖红壤氮素迁移转化和叶菜吸收的调控作用研究

Applying biochar from tropical agricultural wastes can change soil quality and affect nutrient use efficiency of crops. However, there is a lack of studies on the effect mechanisms of biochar on nitrogen transport, transformations and crop use efficiency in soils. In this study, lysimeters self-designed will be used in field experiments to observe the nitrogen forms and concentrations in latosols. Soil physiochemical properties, microbial diversity and nitrogen use efficiency of leaf-used lettuce (Lactuca sativa L.) and water spinach (Ipomoea aquatica Forsk) will be measured. To illuminate the influencing mechanisms of biochar-absorbed organic compounds on nitrogen transport, transformations and crop use efficiency, soil physiochemical properties, soil columns in the laboratory will be conducted using extracted and unextracted biochar in the soils. The relationship between soil physiochemical properties, enzyme activities, nitrogen transformation strength, function bacteria diversity and nitrogen distribution along soil columns will be determined. Moreover, 15N recovery rates and loss rates will be studied to illuminate regulatory mechanisms of biochar on nitrogen use efficiency of leaf-used vegetables. This study aims at providing the theoretical basis for efficient utilization of agricultural resources and environmental protection in tropical regions.

施用生物炭能够改变土壤理化性质，并影响作物对营养盐的吸收。尽管有一些相关报导，但是大多为室内短期研究，其研究结果也不尽一致，而且关于生物炭对土壤氮素迁移转化与高效利用影响机制的研究十分缺乏。本项目通过在田间安装渗漏计进行不同生物炭施用水平下叶菜生长试验，连续三年原位监测不同土层氮素形态和浓度变化以及砖红壤理化性状和微生物多样性，并分析油麦菜和空心菜吸氮量和氮肥利用率。为探讨生物炭制备过程中自身吸附的有机化合物对土壤氮素迁移转化和作物吸收利用的影响及其机制，生物炭经DCM-MeOH萃取后，利用自制的土柱淋溶装置在温室进行试验，研究不同处理间土壤理化性质、酶活性、氮转化强度和相关功能菌多样性与氮素在不同土层分布的关系；结合15N回收和损失率的分析，揭示生物炭对砖红壤氮素迁移转化和叶菜吸收利用的调控调控机理。旨在为热带地区生物炭的施用、氮肥高效利用和生态环境保护提供理论依据和技术参数。

施用生物炭能够提高作物产量，改变土壤理化性质。生物炭对土壤氮素迁移转化与高效利用影响机制的研究十分缺乏。本项目通过室内试验研究不同处理间土壤理化性质、氮转化强度和微生物多样性间的关系；揭示生物炭对砖红壤氮素迁移转化和叶菜吸收利用的调控调控机理。.研究表明：（1）生物炭能够有效的提高热带砖红壤和水稻土土壤pH和有机质含量，尤其是椰壳生物炭，是进行酸化土壤改良的优选材料。椰壳生物炭促进了土壤铵态氮向硝态氮的转化，空心菜氮素利用效率提高了16.9-55.4%，有效的减少土壤氮素淋失。与化肥处理相比，生物炭处理N、P淋失量分别减少2.5-24.2%和10.5%-25.3%。（2）生物炭在热带砖红壤上的增产机理主要是缓解土壤酸化，pH提高0.10-0.19。生物炭有效地改善土壤肥力，硝态氮、有机质、有效磷和速效钾含量显著升高(P≤0.05)，生物炭的增产作用与土壤微生物活性的增加以及生物炭自身含有的有机类物质有关。优化了椰壳生物炭在砖红壤上的推荐用量，即24-48 t/ha。.该项研究为热带地区生物炭的施用、氮肥高效利用和生态环境保护提供理论依据和技术参数。