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不同原料生物质炭对重金属污染土壤微生物活性的影响

邵佳 周文晶 宋瑶 潘洋 秦华 陈俊辉

邵佳, 周文晶, 宋瑶, 潘洋, 秦华, 陈俊辉. 不同原料生物质炭对重金属污染土壤微生物活性的影响[J]. 浙江农林大学学报. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20210438
引用本文: 邵佳, 周文晶, 宋瑶, 潘洋, 秦华, 陈俊辉. 不同原料生物质炭对重金属污染土壤微生物活性的影响[J]. 浙江农林大学学报. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20210438
SHAO Jia, ZHOU Wenjing, SONG Yao, PAN Yang, QIN Hua, CHEN Junhui. Effects of biochar from different raw materials on microbial activity in heavy metal contaminated soil[J]. Journal of Zhejiang A&F University. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20210438
Citation: SHAO Jia, ZHOU Wenjing, SONG Yao, PAN Yang, QIN Hua, CHEN Junhui. Effects of biochar from different raw materials on microbial activity in heavy metal contaminated soil[J]. Journal of Zhejiang A&F University. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20210438

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不同原料生物质炭对重金属污染土壤微生物活性的影响

doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20210438
基金项目: 国家自然科学基金资助项目(41977083);浙江省属高校基本科研业务费专项资金(2020YQ004);浙江农林大学学生科研训练项目(2020KX0049)
详细信息
    作者简介: 邵佳(ORCID: 0000-0003-2253-5236),高级工程师,从事土壤环境生态修复研究。E-mail: 1057465615@qq.com
    通信作者: 陈俊辉(ORCID: 0000-0003-2070-805X ),副教授,博士,从事土壤微生物与碳氮循环研究。E-mail: junhui@zafu.edu.cn
  • 中图分类号: S718.5

Effects of biochar from different raw materials on microbial activity in heavy metal contaminated soil

  • 摘要:   目的  探究不同原料制备的生物质炭能否缓解长期重金属污染对土壤微生物活性的胁迫效应,为污染土壤生物质炭修复提供科学依据。  方法  将竹材边角料(BB)、山核桃Carya cathayensis蒲壳(PB)和玉米Zea mays秸秆(CB)制备的3种生物质炭分别以3%比例(炭土质量比)添加到长期受铅、镉污染土壤中,分析生物质炭短期施用下土壤养分、重金属有效质量分数和土壤微生物活性的变化特征。  结果  3种生物质炭添加均未影响土壤重金属全量,而显著(P<0.05)降低了土壤氯化钙可提取态铅、镉质量分数。与不施生物质炭处理相比,BB、PB和CB分别使可提取态铅质量分数显著(P<0.05)降低了69%、84%和72%;使可提取态镉质量分数显著(P<0.05)降低了26%、63%和36%,且PB处理显著(P<0.05)低于BB和CB处理。PB和CB添加均显著(P<0.05)提高了土壤pH(0.79和0.51个pH单位)、有机碳质量分数(37%和74%)、全氮质量分数(12%和41%),而BB添加对其影响不显著。BB、PB和CB分别使土壤磷脂脂肪酸总量提高了33%~56%、革兰氏阳性菌提高了30%~41%、革兰氏阴性菌提高了40%~66%、放线菌提高了34%~52%、真菌提高了33%~79%,但3种处理间无显著差异(除PB和CB处理的磷脂脂肪酸总量显著高于BB处理)。3种生物质炭均显著(P<0.05)提高了脱氢酶活性(2~6倍),但未影响土壤基础呼吸速率,而PB处理显著(P<0.05)降低了细菌胁迫指数(13.9%),提高了底物诱导呼吸速率。  结论  山核桃蒲壳制备的生物质炭可作为较好的改良剂,降低土壤铅镉有效性,恢复土壤微生物的数量和活性。图4表3参29
  • 图  1  不同原料生物质炭添加下土壤铅和镉质量分数变化

    Figure  1  Changes in soil Pb and Cd contents under the addition of different biochars

    图  2  不同原料生物质炭添加下土壤微生物磷脂脂肪酸质量摩尔浓度变化

    Figure  2  Changes in soil microbial phospholipid fatty acid contents with the addition of different biochars

    图  3  不同原料生物质炭添加下土壤微生物群落结构冗余分析

    Figure  3  Redundancy analysis of soil microbial communities under the addition of different biochars

    图  4  不同原料生物质炭添加下土壤基础呼吸速率、底物诱导呼吸速率和脱氢酶活性变化

    Figure  4  Changes in soil basal respiration, substrate-induced respiration and dehydrogenase activity under the addition of different biochars

    表  1  供试土壤和生物质炭基本性质

    Table  1.   Basic properties of tested soil and biochar

    样品pH有机碳/(g·kg−1)全氮/(g·kg−1)比表面积/(m2·g−1)得率/%容重/(g·cm−3)铅/(mg·kg−1)镉/(mg·kg−1)
    土壤 6.14 19.45 2.11 412.00 13.37
    竹炭(BB) 9.32 135.62 4.31 0.89 59 0.21
    山核桃蒲壳炭(PB) 10.26 337.10 5.24 2.58 45 0.17
    玉米秸秆炭(CB) 9.48 436.81 9.53 2.61 32 0.19
      说明:−表示未检测到;空白表示未检测
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    表  2  不同原料生物质炭添加下土壤基础性质和黑麦草生物量变化

    Table  2.   Changes of soil properties and ryegrass biomass with the addition of different biochars

    处理pH有机碳/(g·kg−1)全氮/(g·kg−1)碳氮比碱解氮/(mg·kg−1)黑麦草生物量/g
    对照    6.36±0.19 c20.59±1.15 c2.07±0.09 c9.95±0.21 b157.00±5.28 a1.54±0.15 b
    竹炭    6.59±0.25 bc23.29±0.72 c2.16±0.12 bc10.78±0.31 b148.00±3.70 b1.96±0.35 ab
    山核桃蒲壳炭7.15±0.11 a28.25±2.48 b2.32±0.13 b12.16±0.44 a135.00±6.27 c2.17±0.37 ab
    玉米秸秆炭 6.87±0.08 ab35.83±4.18 a2.92±0.08 a12.26±1.14 a143.00±3.52 bc2.29±0.42 a
      说明:不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05)
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    表  3  微生物活性与环境因子相关性分析

    Table  3.   Correlations between soil microbial activities and environmental factors

    项目pH有机碳全氮碳氮比碱解氮总铅总镉可提取态铅可提取态镉
    基础呼吸速率 0.46 0.09 −0.10 0.27 −0.21 0.03 −0.25 −0.38 −0.54
    底物诱导呼吸速率 0.62* 0.39 0.36 0.30 −0.60* −0.26 0.08 −0.69* −0.68*
    脱氢酶活性 0.87** 0.55 0.39 0.59* −0.79** −0.42 −0.03 −0.81** −0.97**
    PLFA质量摩尔分数 0.78** 0.80** 0.62* 0.78** −0.78** −0.31 0.39 −0.81** −0.83**
    细菌胁迫指数 −0.68* −0.25 −0.16 −0.32 0.59* 0.07 −0.08 0.79** 0.76**
    G−/G+ 0.72** 0.76** 0.62* 0.67* −0.66* −0.14 0.53 −0.65* −0.62*
    细菌/真菌 −0.63* −0.72** −0.74** −0.48 0.56 0.46 −0.28 0.53 0.63*
      说明:**表示P<0.01; *表示P<0.05
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-06-19
  • 录用日期:  2022-02-18
  • 修回日期:  2022-01-27

不同原料生物质炭对重金属污染土壤微生物活性的影响

doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20210438
    基金项目:  国家自然科学基金资助项目(41977083);浙江省属高校基本科研业务费专项资金(2020YQ004);浙江农林大学学生科研训练项目(2020KX0049)
    作者简介:

    邵佳(ORCID: 0000-0003-2253-5236),高级工程师,从事土壤环境生态修复研究。E-mail: 1057465615@qq.com

    通信作者: 陈俊辉(ORCID: 0000-0003-2070-805X ),副教授,博士,从事土壤微生物与碳氮循环研究。E-mail: junhui@zafu.edu.cn
  • 中图分类号: S718.5

摘要:   目的  探究不同原料制备的生物质炭能否缓解长期重金属污染对土壤微生物活性的胁迫效应,为污染土壤生物质炭修复提供科学依据。  方法  将竹材边角料(BB)、山核桃Carya cathayensis蒲壳(PB)和玉米Zea mays秸秆(CB)制备的3种生物质炭分别以3%比例(炭土质量比)添加到长期受铅、镉污染土壤中,分析生物质炭短期施用下土壤养分、重金属有效质量分数和土壤微生物活性的变化特征。  结果  3种生物质炭添加均未影响土壤重金属全量,而显著(P<0.05)降低了土壤氯化钙可提取态铅、镉质量分数。与不施生物质炭处理相比,BB、PB和CB分别使可提取态铅质量分数显著(P<0.05)降低了69%、84%和72%;使可提取态镉质量分数显著(P<0.05)降低了26%、63%和36%,且PB处理显著(P<0.05)低于BB和CB处理。PB和CB添加均显著(P<0.05)提高了土壤pH(0.79和0.51个pH单位)、有机碳质量分数(37%和74%)、全氮质量分数(12%和41%),而BB添加对其影响不显著。BB、PB和CB分别使土壤磷脂脂肪酸总量提高了33%~56%、革兰氏阳性菌提高了30%~41%、革兰氏阴性菌提高了40%~66%、放线菌提高了34%~52%、真菌提高了33%~79%,但3种处理间无显著差异(除PB和CB处理的磷脂脂肪酸总量显著高于BB处理)。3种生物质炭均显著(P<0.05)提高了脱氢酶活性(2~6倍),但未影响土壤基础呼吸速率,而PB处理显著(P<0.05)降低了细菌胁迫指数(13.9%),提高了底物诱导呼吸速率。  结论  山核桃蒲壳制备的生物质炭可作为较好的改良剂,降低土壤铅镉有效性,恢复土壤微生物的数量和活性。图4表3参29

English Abstract

邵佳, 周文晶, 宋瑶, 潘洋, 秦华, 陈俊辉. 不同原料生物质炭对重金属污染土壤微生物活性的影响[J]. 浙江农林大学学报. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20210438
引用本文: 邵佳, 周文晶, 宋瑶, 潘洋, 秦华, 陈俊辉. 不同原料生物质炭对重金属污染土壤微生物活性的影响[J]. 浙江农林大学学报. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20210438
SHAO Jia, ZHOU Wenjing, SONG Yao, PAN Yang, QIN Hua, CHEN Junhui. Effects of biochar from different raw materials on microbial activity in heavy metal contaminated soil[J]. Journal of Zhejiang A&F University. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20210438
Citation: SHAO Jia, ZHOU Wenjing, SONG Yao, PAN Yang, QIN Hua, CHEN Junhui. Effects of biochar from different raw materials on microbial activity in heavy metal contaminated soil[J]. Journal of Zhejiang A&F University. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20210438

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