生物质炭对人工林土壤纤维素酶和漆酶活性的影响:原位实验毕业论文_生态学毕业论文

生物质炭对人工林土壤纤维素酶和漆酶活性的影响:原位实验毕业论文

2021-04-27更新

摘 要

生物质炭具有固碳减排的功能,是减缓全球气候变化的潜在有效措施。本研究以榉树人工林土壤为研究对象,以水稻为原料制备300和500 ºC 2种生物质炭,在野外开展原位实验,设计不添加生物质炭的对照(CK)、添加300 ºC制备的生物质炭(B300)和添加500 ºC制备的生物质炭(B500)3个处理,选取β-D-葡萄糖苷酶、纤维二糖糖苷酶、酚氧化酶、过氧化物酶和漆酶等与土壤有机碳分解相关的土壤酶,试图探究不同制备温度生物质炭对土壤水解酶和氧化酶活性的影响。经过182 d的原位实验后,与CK相比,B300和B500处理的土壤β-D-葡萄糖苷酶活性分别降低了66.1%(p lt; 0.05)和47.5%(p lt; 0.05),表明生物质炭对土壤β-D-葡萄糖苷酶产生了明显了抑制效果。土壤纤维二糖糖苷酶活性由CK的0.005 μmol g-1 h-1降低至B300处理的0.003 μmol g-1 h-1,300 ºC生物质炭表现出一定的抑制效果但差异并不显著(p gt; 0.05)。与CK相比,B500处理的土壤酚氧化酶和过氧化物酶活性分别提高了179%(p lt; 0.05)和214%(p lt; 0.05),而B300处理的酚氧化酶活性降低了48.7%(p gt; 0.05),过氧化物酶活性提高了28.6%(p gt; 0.05),这表明只有500 ºC制备的生物质炭能够显著提高土壤氧化酶活性。本研究的结果为深入研究生物质炭的固碳功能提供了基础数据。

关键词:生物质炭;榉树人工林;β-D-葡萄糖苷酶;酚氧化酶;pH

In Situ Effect of Biochar on Soil Hydrolase and Oxidase Activities from a Zelkova serrata Plantation

ABSTRACT

Biochar is a potential effective measure to mitigate global climate change. In order to explore the effect of biochar pyrolized at different temperatures on soil hydrolase and oxidase, an in situ experiment was set up, which included three treatments: soil without amendment (CK), soil amended with biochar pyrolized at 300 ºC (rice plant as raw material, B300), and soil amended with biochar pyrolized at 500 ºC (rice plant as raw material, B500) in a Zelkova serrata plantation in Xiashu Forest Farm, Zhenjiang City, Jiangsu Province. The enzymes involved in the decomposition of soil organic carbon, such as β-D-glucosidase, cellobiosidase, phenol oxidase, peroxidase and laccase, were analyzed after 182 d of in situ incubation. Compared with CK, the β-D-glucosidase activity was reduced by 66.1% (p lt; 0.05) and 47.5% (p lt; 0.05) in B300 and B500 treatments, respectively, indicating that biochar could significantly inhibit the acitivity of soil β-D-glucosidase. Soil cellobiosidase activity was 0.005 μmol g-1 h-1 in CK treatment while 0.003 μmol g-1 h-1 in B300 treatment, and the difference was not significant (p gt; 0.05), indicating that biochar is also prone to inhibit soil cellobiosidase activity. Compared with CK, the activities of phenol oxidase and peroxidase increased by 179% (p lt; 0.05) and 214% (p lt;0.05) in B500 treatment, respectively. In contrast, the activity of phenol oxidase decreased by 48.7% ( p gt; 0.05) while peroxidase activity increased by 28.6% (p gt; 0.05) in B300 treatment. Therefore, only biochar pyrolyzed at 500 °C could significantly increase soil oxidase activity. The results of this study could provide basic data for further study of the carbon sequestration by biochar.

Key words: Biochar; Zelkova serrata plantation; β-D-glucosidase; phenol oxidase; pH

目 录

1 文献综述 – 1 –

1.1生物质炭及其性质 – 1 –

1.1.1生物质炭 – 1 –

1.1.2生物质炭的理化性质 – 1 –

1.2生物质炭对土壤β-D-葡萄糖苷酶和纤维二糖糖苷酶活性的影响 – 2 –

1.3生物质炭对土壤酚氧化酶和过氧化物酶活性的影响 – 3 –

1.4生物质炭对土壤漆酶活性的影响 – 3 –

1.5生物质炭影响土壤酶活性的机理 – 4 –

2 研究背景、内容和技术路线 – 5 –

2.1研究背景和意义 – 5 –

2.2研究内容 – 5 –

2.3 技术路线 – 6 –

3 材料与方法 – 8 –

3.1研究区域概况 – 8 –

3.2生物质炭的制备 – 8 –

3.3研究方案和土壤样品采集 – 8 –

3.4样品分析 – 8 –

3.5数据分析 – 9 –

4 研究结果 – 10 –

4.1 土壤pH – 10 –

4.2土壤水解酶活性 – 10 –

4.2.1土壤β-D-葡萄糖苷酶 – 10 –

4.2.2土壤纤维二糖糖苷酶 – 11 –

4.3 土壤氧化酶活性 – 12 –

4.3.1土壤酚氧化酶和过氧化物酶 – 12 –

4.3.2土壤漆酶 – 14 –

4.4 讨论 – 15 –

4.4.1土壤水解酶活性 – 15 –

4.4.2 土壤氧化酶活性 – 16 –

5 结论与展望 – 18 –

5.1 结论 – 18 –

5.2 展望 – 18 –

致谢 – 19 –

参考文献 – 20 –

  1. 文献综述

1.1生物质炭及其性质

1.1.1生物质炭

二十一世纪以来,随着科学技术的发展,生物质炭的研究越来越被人们所重视。所谓的生物质炭就是生物质于无氧环境中通过亚高温热解而得到的一种产物。这种热解物质属于黑炭(blark carbon)范畴(Lehmann et al., 2006)。它的发现要追溯到上两个世纪。一种含碳量很高的黑土即“Terra Preta”在十九世纪的亚马逊河流域被人们发现。Terra Preta的组成成分中,含量最多的当属有机质和N、P、Ca及Zn等一系列的营养元素。科学家们通过大量的研究发现:在亚马逊发现的这种黑土属于人工作用下形成的。它是前哥伦比亚印第安人将燃烧过后的动植物残体或者是动物粪便之类的废弃物后放到土壤之中,这些废弃物在土壤里长年累月后渐渐就变成了肥沃土壤。这样形成的土壤之中碳含量就有百分之九,此外,土壤中的N和P含量同样高出附近土壤的三倍不止。在这种土壤里培育出来的农作物产量也大大超过其他的地方(袁金华和徐仁扣,2011)。总之,从十九世纪在亚马逊发现黑土之后,全球的相关学者都开始投入到了生物质炭的研究之中。

一般而言,生物质炭就是诸如木材、植物组织、动物骨骼甚至是其排泄物与农林废弃物之类生物质热解而成的固态物质。这一物质的形成是以完全缺氧或者是部分缺氧的条件,在小于七百摄氏度的相对低温下热裂解或者是炭化而成的一种芳香化程度高的、难溶解的固体(赵军,2016)。生物质炭的主要功能就是可以影响土壤环境以及作物生长(张晓颖,2013)。学界这些年对此进行过很多的研究,范洁群等(2017)通过研究发现:生物质炭可以用来改良土壤的理化性质以帮助农作物生长,在这里,生物质炭是作为土壤改良剂来使用的。

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