生物炭对滨海盐碱植物生长及根际土壤环境的影响

黄河口湿地由于地处滨海,沉积母质中含有盐分,加之海水的浸渍,形成特有的滨海盐碱土壤,生态环境极其脆弱。近几十年来,由于海岸侵蚀和人类活动加剧等导致了河口湿地系统快速退化,土壤盐碱化加重,生态功能严重受损,已造成了巨大的社会和经济损失,必须采取有效措施对受损生境进行修复。生物炭是生物质通过厌氧热解产生的富碳材料。由于生物炭可以对土壤容重,保水能力及微生物多样性等产生有利影响,其用作土壤改良剂以提高作物产量的效果已被广泛证实。生物炭还具有提高植物发芽率和抗逆性,提高根际土壤养分有效性的功效。然而,迄今对生物炭添加到土壤中的研究中,大多集中于中性至酸性的农业土壤,对将生物添加到滨海盐碱土中的研究鲜见报道。本研究旨在探讨生物炭施用到滨海盐碱土壤后对土壤各种物化性质和植物根际响应过程的影响。主要研究结果如下：首先,选取两种黄河三角洲土著盐生植物田菁和锦葵,通过盆栽试验,探讨不同添加量的花生壳生物炭(1.5%,5%和10%,w/w),对不同种类盐碱植物的生长差异、根系特征、根际环境条件以及养分元素(N、P)利用效率等参数的影响。结果表明,生物炭以较低的添加量(如1.5%)施用到供试土壤后,显著提高了田菁和滨海锦葵的生物量并促进植物根系的生长,且与肥料联合施用后提高生物量的效果最佳。此外,生物炭在较低添加量(如1.5%)时能够增强植物对N和P的吸收能力。然而,盐碱土中施加生物炭后生物炭对盐碱土中植物的发芽率、株高、茎粗、叶片形态、叶绿素以及植物体内P元素的转运和利用能力的影响并不显著。同时,通过分析添加生物炭后土壤有机质(SOM)、C/N、阳离子交换量(CEC)、交换性钠,以及根际与非根际土壤中pH,盐度,铵态氮、硝态氮、有效磷的改变,研究生物炭添加后,如何通过影响植物根际-土壤的养分有效性促进了植物的生长。结果表明,生物炭以较低的添加量(如1.5%)加入盐碱土时,能够降低土壤pH和盐度,提高土壤有机质、C/N和CEC,但对土壤交换性钠和碱化度(ESP)的影响均未表现出显著性差异。其次,提高了植物根际土壤的养分有效性,主要原因为：一方面,引起植物根际土中铵态氮的显著增加；另一方面,促进了植物对硝态氮的吸收：第三,增加了土壤中有效磷的含量。植物根际的作用还表现在根际土壤的pH和盐度均低于非根际土壤,且当生物炭与尿素共同施加时可使根际土壤的pH进一步降低。本研究还通过Biolog研究施用生物炭后对植物根际及非根际土壤中微生物群落结构的改变,探讨生物炭促进植物生长的根本机理。生物炭以较低的添加量(如1.5%)的加入能显著提高根际土壤微生物代谢的活性和强度,尤其是以多碳糖为碳源的微生物,增加根际土壤中微生物的丰富度、多样性和均匀度。综上所述,生物炭以1.5%的添加量施入滨海盐碱土后,可显著促进田菁和锦葵的生长,提高植物生物量。主要原因为：生物炭的添加改变了根际土壤微生物的群落结构,且在微生物与植物根际的调节下改善了土壤的理化性质,提高了土壤养分有效性。