生物炭對施用有機肥土壤重要酶活性的影響 本科畢業(yè)論文模版參考

1、 本科畢業(yè)論文題目： 生物炭對施用有機肥土壤重要酶活性的影響 目 錄第一部分 畢業(yè)論文（統(tǒng)一）一、畢業(yè)論文（統(tǒng)一） （統(tǒng)一）第二部分 過程管理資料二、畢業(yè)論文課題任務書( )三、本科畢業(yè)論文開題報告( )四、本科畢業(yè)論文中期報告( )五、畢業(yè)論文指導教師審閱表( )六、畢業(yè)論文評閱教師評閱表( )七、畢業(yè)論文答辯評審表( )注意：以上七條中的“（設計）”字樣全部刪除2014屆本科生畢業(yè)論文題 目：生物炭對施用有機肥土壤重要酶活性的影響2015年06月生物炭對施用有機肥土壤重要酶活性的影響摘 要本實驗設置5組預培養(yǎng)土樣、3種實驗分別進行，探索施加不同量生物炭對施用有機肥土壤重要酶活性的影響，研究

2、最適生物炭施加量。結果表明，在施用有機肥土壤中加入生物炭能夠增強土壤重要酶活性，其活性隨生物炭施加量的增多而上升。研究中發(fā)現，生物炭對不同類型土壤重要酶活性的影響程度不同，其中脲酶活性變化幅度最大，過氧化氫酶變化幅度最低，這可能與它們本身在土壤生境中原有微生物量有關。另外，隨著生物炭施加量的增多，土壤重要酶活性的持續(xù)時間會有一定地延長，當施加高量（5%)生物炭時，土壤酶活性在50d仍能保持峰值。因此，施加生物炭在改善土壤肥力、生態(tài)環(huán)境等方面有著積極的影響。隨著對生物炭研究的拓寬，生物炭的利用將有很大發(fā)展的前景。關鍵詞：磚紅壤，有機肥，生物炭，酶活性 Effect of biochar on s

3、oil organic fertilization important enzyme activityAuthor：Li hongjiTutor：Shi yunfeng（書寫格式應與中文摘要對應，題目一律用大寫字母）ABSTRACT(空一行)×××××××××（小四號Times New Roman，行距20磅，首行縮進2字符）×××××××××××××××&

4、#215;×××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××&

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10、#215;××.（空1行）Keywords: Latosol, Organic Fertilizer, Biochar, Activity 目 錄1 前言11.1 生物炭簡介11.2 土壤酶簡介21.3 生物炭對土壤酶影響國內外研究現狀21.3.1 國外研究現狀21.3.2 國內研究現狀31.4 研究的目的與意義31.4.1研究的目的31.4.2 研究的意義31.5 研究內容與技術路線41.5.1 研究內容41.5.2 技術路線52 實驗部分62.1 實驗材料的準備62.1.1 生物炭的制備62.1.2 有機肥的處理62.1.3 土壤的處理方法62.2 實驗方法62.2.1

11、 生物炭對土壤過氧化氫酶活性影響測定62.2.2 生物炭對土壤脲酶活性影響測定82.2.3 生物炭對土壤蔗糖酶活性影響測定102.3 檢測方法112.3.1 溶液中H2O2含量的測定方法122.3.2 溶液中尿素含量的測定方法122.3.3 溶液中葡萄糖含量的測定方法133 結果與分析153.1 生物炭對土壤主要酶活性的影響153.1.1 生物炭對土壤過氧化氫酶活性的影響153.1.2 生物炭對土壤脲酶活性的影響163.1.3 生物炭對土壤蔗糖酶活性的影響173.2 生物炭對土壤主要酶活性的整體影響184 結論與展望204.1 結論204.2 展望20參考文獻22致謝24附錄251 前言近年來

12、研究表明，生物炭對農業(yè)、環(huán)境保護、能源利用等領域有著積極的作用，其本質是高度芳香化難熔性固態(tài)高聚產物，在完全或部分缺氧的情況下，動植物遺體或其他生物質在低于700 的環(huán)境下熱解炭化產生1。生物炭不是近年研發(fā)出來的一種農業(yè)新材料，早在2500年以前甚至6000年以前，巴西亞馬遜流域已經開始在土壤中加入生物炭加強其肥力，也就是所謂的亞馬遜黑土。隨著當今世界人口的增多，人均能源資源、人均環(huán)境資源和人均糧食資源越來越貧瘠，對生物炭的研究逐漸興起，成為農業(yè)、環(huán)境等學術界的熱點課題之一。 當前的研究表明，土壤施用一定量的生物炭后，一方面，酸性土壤的通過提高pH 值從而土壤肥力得到增強2，另一方面，借助其陽

13、離子吸附從而使土壤營養(yǎng)物質的持有量得到增加3。與此同時，土壤中的微生物群落組成情況和數量也會改變4，因此也就間接地對此土壤上生長的植物產生了影響5。但由于受不同來源生物炭的性質不同、同源生物炭施用量不同、不同類型土壤質地不同、同種土壤施肥量不同等因素的影響，目前有關生物炭的施用對有機肥土壤中重要酶活性影響的研究結果并不是很明確，因此當今國內外學者對土壤中重要酶在有機肥土壤中施用生物炭后活性的情況仍存在爭議。本文在此基礎上，通過實驗不同量生物炭對施用有機肥的磚紅壤中重要酶活性的影響，研究探討施用有機肥后的磚紅壤最適生物炭施用量，選擇合適的生物炭，以期使施用有機肥土壤得到較好的改良效果，促進植物生

14、長。1.1 生物炭簡介生物炭是指植物生物質在部分或完全缺氧的條件經熱解炭化產生的一類高度芳香化、富含碳素的固態(tài)物質，具有高度穩(wěn)定性6。諸多研究表明，添加生物炭會刺激土壤微生物活動，從而影響微生物特性，但其影響程度與實驗條件(室內培養(yǎng)或者田間試驗)、土壤質地及肥力狀況、土地利用方式、養(yǎng)分管理及生物炭自身性質(材料來源、熱解溫度)等密切相關。生物炭的孔隙結構及其對水肥的吸附作用使其可成為土壤微生物的良好棲息環(huán)境；這種變化還可能與土壤理化特性改善、養(yǎng)分有效性增加、生物炭自身提供養(yǎng)分等因素有關7。生物炭對土壤微生物豐度的影響生物炭的多孔性和表面特性能夠為微生物生存提供附著位點和較大空間，同時調控土壤微

15、環(huán)境的理化性質，影響土壤微生物的生長、發(fā)育和代謝，進而改善土壤肥力8。生物炭對土壤微生物的影響是復雜的、多方面的，作用機制尚不完全清楚。大多數研究表明，生物炭的添加會增加土壤微生物量，會明顯改變土壤微生物群落結構組成和土壤酶活性。研究發(fā)現9，生物炭的添加增加了兩種農田土壤（微酸性和堿性土壤）的微生物量碳含量。研究發(fā)現，竹炭的添加增加了土壤微生物量碳、氮、磷的含量10。研究發(fā)現11，生物炭的施用顯著提高了土壤微生物量碳水平，且隨施用量增加，其對土壤微生物量碳的影響越大。同時，生物炭在一定程度上也提高了土壤微生物量氮水平，但當施用量達到一定程度量時，反而會顯著降低土壤微生物量氮的含量。1.2 土壤

16、酶簡介土壤酶主要來源于土壤中動物、 植物根系和微生物的細胞分泌物等， 土壤酶活性反映了土壤中各種生物化學過程的強度和方向。而在土壤中，酶的活性反映著該土壤中微生物的活性，代表著該土壤物質代謝的旺盛程度12。在土壤營養(yǎng)成分轉化、土壤腐殖質形成過程中，土壤微生物是的重要參與者。土壤微生物在土壤有機質的腐殖化、再循環(huán)和礦化等反應過程中發(fā)揮著不可替代重要作用。與此同時，土壤的性質和組成成分也極大地影響著土壤中微生物和酶的活性。土壤作為適合微生物生存的微環(huán)境，具有六大特點13：土壤中的微生物種類多樣，微生物量巨大；存在復雜的營養(yǎng)交互作用；活微生物在土壤中占據的空間較小，僅占土壤中生物有效空間的5%以下；

17、土壤膠體能吸附重要的生物大分子如DNA、蛋白質等；微生物在土壤固相中居于核心地位；并存著生物調節(jié)和非生物調節(jié)的生物化學反應。通過借助土壤其特點，調控土壤組成成分，可以借此研究同種物質不同量對土壤中酶活性的影響。1.3 生物炭對土壤酶影響國內外研究現狀1.3.1 國外研究現狀生物炭的使用一直伴隨著人類的農業(yè)發(fā)展歷程，而對生物炭的研究，早在20世紀80年代國外就已經有了一定的進展，但其農田土壤中的研究對象主要為增加農作物產量，如日本在1994年就有研究報道關于生物炭對柑橘生長的影響。隨著對全球氣候變化的研究，人類生存面臨能源、環(huán)境和糧食危機的日益加劇，在 Marris 發(fā)表了“Black is t

18、he new green” 的文章之后，生物炭逐漸進入更多學者的視野里，其生物炭性質和應用技術也有了更廣泛和更深入的研究。在一方面，目前國外對生物炭應用于土壤的研究已經發(fā)展到改良土壤機理的高度，但其更多的是側重于單一方面的效果，且生物炭類型不一，在土壤中長期生態(tài)環(huán)境產生的效益受生物炭的影響也存在不同的觀點1。在另一方面，生物炭對土壤重要酶的影響存在著矛盾性。生物炭對施用有機肥土壤中微生物的影響是存在著復雜的、不同方面的因素，其作用機制還未能能夠全面的研究。大部分的國外研究成果顯示，在土壤中添加生物炭會增加土壤微生物量，土壤中的微生物群落組成結構和土壤酶活性會有明顯的變化15。同時，研究發(fā)現添加

19、生物炭后，微酸性土壤和堿性土壤中的微生物量碳含量能夠得到提升8。但也有研究表面，在土壤中添加生物炭會明顯地減少土壤微生物量碳含量，但對其氮含量影響不明顯16。與此同時，在土壤中添加生物炭會對菌根真菌產生積極的影響，使菌根真菌的豐度有所增加，促進菌根真菌對植物根部的侵染17。1.3.2 國內研究現狀中國是個農業(yè)大國，農業(yè)廢棄資源豐富，但對生物炭的研究相對于國外起步較晚，尤其是生物炭關于對施用有機肥土壤中重要酶活性影響的方面。國內也有做過關于生物炭的類似研究，發(fā)現在土壤中施用生物炭后土壤微生物量碳水平得到了顯著提高，且其對土壤微生物量碳的影響隨生物炭的施用量增加而增大11。與此同時，也有深入細化地

20、研究：在土壤中施用生物炭可對玉米、小麥等作物產生積極的影響，能夠增加土壤中主要微生物的數量12；但在土壤中施用高量（5%)生物炭對植物生長可能會有抑制作用19。但目前中國關于生物炭在土壤酶影響方面的研究，所做的實驗是相對較少，主要還是針對國外所做的成果進行研究和歸納。中國在生物炭對土壤酶活性影響的研究還有很大的空白需要去填補。1.4 研究的目的與意義1.4.1研究的目的測定不同量生物炭對施用有機肥的磚紅壤中重要酶活性的變化情況，探索適量生物炭對磚紅壤中重要酶活性的積極影響。1.4.2 研究的意義近幾年，生物炭作為新型環(huán)保類資源引起廣泛關注，在改良土壤、減排溫室氣體和修復受污染環(huán)境等方面都有著相

21、當大的應用潛力。目前生物炭在環(huán)境、生態(tài)等領域作用機理的基礎研究方面鮮有報道，還缺少大規(guī)模試驗和統(tǒng)計數據的支持，在土壤生境中的地位與作用方面的研究才剛剛起步，具體的作用機理與貢獻還不清楚，尤其是在國內，亟待加強生物炭在土壤方面的基礎理論和研究技術，拓寬研究領域。本文以水稻秸稈為原材料制成生物炭，探索不同量生物炭對施用有機肥的磚紅壤中重要土壤酶活性的影響，為生物炭在農業(yè)發(fā)展及環(huán)境保護過程中的應用提供理論依，為深入研究生物炭對土壤酶的影響提供參考。1.5 研究內容與技術路線1.5.1 研究內容本次實驗研究生物炭對施用有機肥土壤重要酶活性的影響，因此將實驗分為三個方面進行，每個方面分為5組進行，每組重

22、復三次。土壤預培養(yǎng)時間共計50天，在培養(yǎng)開始后的第10天、第20天、第35天、第50天分別測定實驗土壤中重要酶活性的變化情況。第一方面：測定在不同量生物炭下土壤過氧化氫酶活性的變化情況。通過向預培養(yǎng)的不同組土壤中注入等量的H2O2溶液，密封振蕩0.5小時，采用滴定法，計算培養(yǎng)液中剩余H2O2量，測定不同時刻土壤中過氧化氫酶活性的變化情況。第二方面：測定在不同量生物炭下土壤脲酶活性的變化情況。通過向預培養(yǎng)的不同組土壤中注入等量的尿素溶液并都加入檸檬酸緩沖液和甲苯。在恒溫條件下培養(yǎng)5h。通過銨氮生成法計算培養(yǎng)液中尿素含量，測定不同時刻土壤中脲酶活性的變化情況。第三方面：測定在不同量生物炭下土壤蔗糖

23、酶活性的變化情況。通過向預培養(yǎng)的不同組土壤中注入等量的蔗糖溶液并都加入磷酸緩沖液和甲苯。在恒溫條件下培養(yǎng)24h。通過3,5-二硝基水楊酸比色法計算培養(yǎng)液中葡萄糖含量，測定不同時刻土壤中蔗糖酶活性的變化情況。整合三方面的實驗數據，通過Excel作圖，研究在不同量生物炭下施用有機肥土壤中重要酶的活性情況，探索生物炭對土壤和土壤酶產生積極影響的最適量。22分組注入尿素溶液、檸檬酸緩沖液、甲苯培養(yǎng)50天，定時補水，在第10、20、35、50天測定酶活性變化分組注入蔗糖溶液、磷酸緩沖液、甲苯取液顯色數據測定及處理37恒溫中培養(yǎng)24h測定土壤蔗糖酶活性滴定振蕩培養(yǎng)0.5h分組注入H2O2測定過氧化氫酶活性

24、測定土壤脲酶活性原料制備水稻秸稈烘干、粉碎、制炭、過篩磚紅壤風干、過篩有機肥烘干、粉碎、過篩分組培養(yǎng)土壤中加入2%有機肥和5%生物炭土壤中加入2%有機肥和2%生物炭純土壤培養(yǎng)，不加有機肥，不加生物炭土壤中加入2%有機肥，不加生物炭土壤中加入2%有機肥和0.5%生物炭38恒溫下培養(yǎng)5h取液顯色數據測定及處理分析數據，篩選單位土壤最適生物炭施用量 1.5.2 技術路線2 實驗部分2.1 實驗材料的準備實驗主要研究添加不同量水稻秸稈生物炭對施用有機肥料的土壤中重要酶（蔗糖酶、過氧化氫酶、脲酶）活性的影響。因此，采集三亞常見的新鮮廢棄水稻秸稈，經過進一步的處理制作本實驗的生物炭并做好密封保存以備后續(xù)實

25、驗進行。有機肥？整個實驗涉及到的土壤為磚紅壤，該種土壤質地偏砂且粘重，粘粒含量高達60%以上，呈酸性至強酸性反應，海南經濟作物地區(qū)主要為磚紅壤地區(qū)，便于實驗進行。2.1.1 生物炭的制備將采集后的水稻秸稈在60-70條件下恒溫烘干12小時，烘干后的水稻秸稈通過粉碎機進行粉碎。把馬弗爐調整到500，將粉碎后的水稻秸稈粉碎干粉放入鐵盒中，放入馬沸爐中加熱分解。當馬弗爐中溫度升高到指定溫度開始計時，2h后停止加熱，將鐵盒取出并自然冷卻到室溫。用粉碎機粉碎生物炭，生物炭粉碎干粉過60目篩，在塑封袋中儲存?zhèn)溆谩?.1.2 有機肥的處理將有機肥料在60-70條件下恒溫烘干，通過粉碎機粉碎，過60目篩，在塑

26、封袋中儲存?zhèn)溆谩?.1.3 土壤的處理方法將采集回來的土壤風干，過2mm土壤篩，儲存?zhèn)溆谩?.2 實驗方法2.2.1 生物炭對土壤過氧化氫酶活性影響測定2.2.1.1 實驗設置實驗使用一種土壤（磚紅壤），設置三個實驗組（低生物炭組：培養(yǎng)一定量的土壤，含有一定量的有機肥和少量的生物炭；中生物炭組：培養(yǎng)等量的土壤，含有等量的有機肥和中量（2%)的生物炭；高生物炭組：培養(yǎng)等量的土壤，含有等量的有機肥和高量（5%)的生物炭），一個純土壤組（添加等量土壤但不添加任何有機肥和生物炭），一個無生物炭組（添加等量土壤和有機肥但不添加任何生物炭），每組實驗重復3次，共3×5×n個樣。實驗共采

27、集生物炭樣本1種，所以本實驗共3×5×1=15個樣。實驗需要重復3次。2.2.1.2 土壤預培養(yǎng)實驗將所需土壤的含水量調整到約田間持水量的60%（一般加水量為土壤量的15%到20%之間，以不粘結但很濕潤為準），將土壤容器用塑料薄膜封蓋以免水分過快損失，將塑料薄膜用針扎一些小孔，以保持氣體流通，保證土壤重要酶的活性。每隔3天，補水一次。按照各要求處理，將一定量土壤、所需有機肥及生物炭混勻，做好補水（即補充所加入的干燥有機肥和生物炭所需的水量），放入培養(yǎng)瓶中進行培養(yǎng)。2.2.1.3 溶液配制酶促反應試劑的配制：準確量取1ml的30%H2O2溶液，放入100ml的容量瓶中，稀釋至

28、100ml，并定溶。雙氧水在常溫下易分解成H2O和O2，故該溶液需要現配現用。2.2.1.4 處理設置及檢測在實驗開始前，測定預培養(yǎng)土壤的過氧化氫酶活性，代表土壤酶活性的初始值。在培養(yǎng)開始后的第10天、第20天、第35天、第50天測定土壤過氧化氫酶活性。純土壤組處理：培養(yǎng)一定量的純土壤，不加任何有機肥和生物炭。稱取5g土壤，置于150ml三角瓶中，并注入40ml蒸餾水和5ml0.3%過氧化氫。破碎大顆粒后，密封處理，室溫下振蕩培養(yǎng)。無生物炭組處理：培養(yǎng)等量的土壤，含有2%的有機肥培養(yǎng)，不加生物炭。稱取5g土壤，置于150ml三角瓶中，并注入40ml蒸餾水和5ml0.3%過氧化氫。破碎大顆粒后，

29、密封處理，室溫下振蕩培養(yǎng)。低生物炭組處理：培養(yǎng)等量的土壤，含有2%的有機肥和0.5%的生物炭。稱取5g土壤，置于150ml三角瓶中，并注入40ml蒸餾水和5ml0.3%過氧化氫。破碎大顆粒后，密封處理，室溫下振蕩培養(yǎng)。中生物炭組處理：培養(yǎng)等量的土壤，含有2%的有機肥和2%的生物炭。稱取5g土壤，置于150ml三角瓶中，并注入40ml蒸餾水和5ml0.3%過氧化氫。破碎大顆粒后，密封處理，室溫下振蕩培養(yǎng)。高生物炭組處理：培養(yǎng)等量的土壤，含有2%的有機肥和5%的生物炭。稱取5g土壤，置于150ml三角瓶中，并注入40ml蒸餾水和5ml0.3%過氧化氫。破碎大顆粒后，密封處理，室溫下振蕩培養(yǎng)。對照組

30、處理：取一個空白三角瓶，不加入土壤，只注入40ml蒸餾水和5ml0.3%過氧化氫，作為對照。密封處理，室溫下振蕩培養(yǎng)。上述處理在室溫下培養(yǎng)0.5小時后，做如下處理：培養(yǎng)結束后，立即向各三角瓶中注入5ml 1.5 mol/L的硫酸終止反應，過濾。取濾液，用對照組做標準H2O2含量，測定各實驗組H2O2含量。過氧化氫酶活性采用單位時間（min或h）單位質量土樣催化分解的H2O2的質量（mg）衡量，單位為mg/(g·h)。2.2.1.5 注意事項1、實驗需每隔1周采用重量法測定含水量并補充水分1次，使各處理的含水量保持一致。2、實驗不能及時測定的土壤樣品在4保存，可認為土壤酶活性和微生物學

31、性質不會發(fā)生較大變化，但不宜長期儲存。3、實驗全過程要采用蒸餾水4、每次實驗試劑為現配現用2.2.2 生物炭對土壤脲酶活性影響測定2.2.2.1 實驗設置實驗使用一種土壤（磚紅壤），設置三個實驗組（低生物炭組：培養(yǎng)一定量的土壤，含有一定量的有機肥和少量的生物炭；中生物炭組：培養(yǎng)等量的土壤，含有等量的有機肥和中量（2%)的生物炭；高生物炭組：培養(yǎng)等量的土壤，含有等量的有機肥和高量（5%)的生物炭），一個純土壤組（添加等量土壤但不添加任何有機肥和生物炭），一個無生物炭組（添加等量土壤和有機肥但不添加任何生物炭），每組實驗重復3次，共3×5×n個樣。實驗共采集生物炭樣本1種，所以

32、本實驗共3×5×1=15個樣。實驗需要重復3次。2.2.2.2 土壤預培養(yǎng)實驗將所需土壤的含水量調整到約田間持水量的60%（一般加水量為土壤量的15%到20%之間，以不粘結但很濕潤為準），將土壤容器用塑料薄膜封蓋以免水分過快損失，將塑料薄膜用針扎一些小孔，以保持氣體流通，保證土壤重要酶的活性。每隔3天，補水一次。按照各要求處理，將一定量土壤、所需有機肥及生物炭混勻，做好補水（即補充所加入的干燥有機肥和生物炭所需的水量），放入培養(yǎng)瓶中進行培養(yǎng)。在培養(yǎng)開始后的第10天、第20天、第35天、第50天測定土壤脲酶活性。2.2.2.3 溶液配制1、10%尿素：準確稱量10g尿素溶解并

33、定容為100ml2、1mol/L氫氧化鈉：準確稱取4g氫氧化鈉溶解并定容為100ml3、檸檬酸鈉緩沖液：準確稱取36.8g檸檬酸溶于60ml水中；準確稱取29.5g氫氧化鉀溶于100ml水中；將兩溶液混勻，用1mol/L氫氧化鈉將溶液pH調節(jié)至6.7左右，定容為200ml。2.2.2.4 處理設置及檢測在實驗開始前，測定預培養(yǎng)土壤的過氧化氫酶活性，代表土壤酶活性的初始值。在培養(yǎng)開始后的第10天、第20天、第35天、第50天測定土壤過氧化氫酶活性。純土壤組處理：培養(yǎng)一定量的純土壤，不加任何有機肥和生物炭。稱取5g土壤，置于150ml三角瓶中，均勻加入2ml甲苯，處理15min。向瓶中注入10ml

34、10%尿素溶液和20ml檸檬酸緩沖液，混合均勻。將三角瓶密封，置于38恒溫中培養(yǎng)。無生物炭組處理：培養(yǎng)等量的土壤，含有2%的有機肥培養(yǎng)，不加生物炭。稱取5g土壤，置于150ml三角瓶中，均勻加入2ml甲苯，處理15min。向瓶中注入10ml10%尿素溶液和20ml檸檬酸緩沖液，混合均勻。將三角瓶密封，置于38恒溫中培養(yǎng)。低生物炭組處理：培養(yǎng)等量的土壤，含有2%的有機肥和0.5%的生物炭。稱取5g土壤，置于150ml三角瓶中，均勻加入2ml甲苯，處理15min。向瓶中注入10ml10%尿素溶液和20ml檸檬酸緩沖液，混合均勻。將三角瓶密封，置于38恒溫中培養(yǎng)。中生物炭組處理：培養(yǎng)等量的土壤，含有

35、2%的有機肥和2%的生物炭。稱取5g土壤，置于150ml三角瓶中，均勻加入2ml甲苯，處理15min。向瓶中注入10ml10%尿素溶液和20ml檸檬酸緩沖液，混合均勻。將三角瓶密封，置于38恒溫中培養(yǎng)。高生物炭組處理：培養(yǎng)等量的土壤，含有2%的有機肥和5%的生物炭。稱取5g土壤，置于150ml三角瓶中，均勻加入2ml甲苯，處理15min。向瓶中注入10ml10%尿素溶液和20ml檸檬酸緩沖液，混合均勻。將三角瓶密封，置于38恒溫下培養(yǎng)。上述處理在38恒溫下培養(yǎng)5h后，做如下處理：培養(yǎng)結束后，向溶液中加入20ml 2mol/L KCl，振蕩10min，過濾。用NH3-N標準溶液做標準曲線，取濾液

36、加入顯色劑待其顯色后，測定各處理NH3-N生成量脲酶活性采用單位時間（h），單位質量土壤（1g）所催化生成的NH3-N的量（mg）表示，即mg/（g·h）2.2.2.5 注意事項1、用甲苯處理時要保證土樣都有被覆蓋，以免存活脲酶對實驗造成影響。2、實驗過程中，密封培養(yǎng)時，為保證反應正常進行，需將塑料薄膜用針扎一些小孔，以保持氣體流通。2.2.3 生物炭對土壤蔗糖酶活性影響測定2.2.3.1 實驗設置實驗使用一種土壤（磚紅壤），設置三個實驗組（低生物炭組：培養(yǎng)一定量的土壤，含有一定量的有機肥和少量的生物炭；中生物炭組：培養(yǎng)等量的土壤，含有等量的有機肥和中量（2%)的生物炭；高生物炭組：

37、培養(yǎng)等量的土壤，含有等量的有機肥和高量（5%)的生物炭），一個純土壤組（添加等量土壤但不添加任何有機肥和生物炭），一個無生物炭組（添加等量土壤和有機肥但不添加任何生物炭），每組實驗重復3次，共3×5×n？個樣。實驗共采集生物炭樣本1種，所以本實驗共3×5×1=15？個樣。實驗需要重復3次。2.2.3.2 土壤預培養(yǎng)實驗將所需土壤的含水量調整到約田間持水量的60%（一般加水量為土壤量的15%到20%之間，以不粘結但很濕潤為準），將土壤容器用塑料薄膜封蓋以免水分過快損失，將塑料薄膜用針扎一些小孔，以保持氣體流通，保證土壤重要酶的活性。每隔3天，補水一次。按照

38、各要求處理，將一定量土壤、所需有機肥及生物炭混勻，做好補水（即補充所加入的干燥有機肥和生物炭所需的水量），放入培養(yǎng)瓶中進行培養(yǎng)。在培養(yǎng)開始后的第10天、第20天、第35天、第50天測定土壤蔗糖酶活性。2.2.3.3 溶液配制1、pH5.5磷酸緩沖液：準確稱取1.19g Na2HPO42H2O溶于100ml蒸餾水中得到1/15M磷酸氫二鈉溶液，準確稱取0.91g KH2PO4溶于100ml蒸餾水中得到1/15M磷酸二氫鉀溶液。取5ml1/15M磷酸氫二鈉溶液和95ml1/15M磷酸二氫鉀溶液均勻混合，即得100ml pH5.5磷酸緩沖液。2、8%蔗糖溶液：準確稱取8g蔗糖溶于蒸餾水中，定溶到10

39、0ml。2.2.3.4 處理設置及檢測在實驗開始前，測定預培養(yǎng)土壤的過氧化氫酶活性，代表土壤酶活性的初始值。在培養(yǎng)開始后的第10天、第20天、第35天、第50天測定土壤過氧化氫酶活性。純土壤組處理：培養(yǎng)一定量的純土壤，不加任何有機肥和生物炭。稱取2g土樣，置于50ml三角瓶中，注入15ml 8%蔗糖溶液，5ml pH5.5磷酸緩沖液和0.25ml甲苯，搖勻混合物。將三角瓶密封，置于37恒溫中培養(yǎng)。無生物炭組處理：培養(yǎng)等量的土壤，含有2%的有機肥培養(yǎng)，不加生物炭。稱取2g土樣，置于50ml三角瓶中，注入15ml 8%蔗糖溶液，5ml pH5.5磷酸緩沖液和0.25ml甲苯，搖勻混合物。將三角瓶密

40、封，置于37恒溫中培養(yǎng)。低生物炭組處理：培養(yǎng)等量的土壤，含有2%的有機肥和0.5%的生物炭。稱取2g土樣，置于50ml三角瓶中，注入15ml 8%蔗糖溶液，5ml pH5.5磷酸緩沖液和0.25ml甲苯，搖勻混合物。將三角瓶密封，置于37恒溫中培養(yǎng)。中生物炭組處理：培養(yǎng)等量的土壤，含有2%的有機肥和2%的生物炭。稱取2g土樣，置于50ml三角瓶中，注入15ml 8%蔗糖溶液，5ml pH5.5磷酸緩沖液和0.25ml甲苯，搖勻混合物。將三角瓶密封，置于37恒溫中培養(yǎng)。高生物炭組處理：培養(yǎng)等量的土壤，含有2%的有機肥和5%的生物炭。稱取2g土樣，置于50ml三角瓶中，注入15ml 8%蔗糖溶液，

41、5ml pH5.5磷酸緩沖液和0.25ml甲苯，搖勻混合物。將三角瓶密封，置于37恒溫中培養(yǎng)。上述處理在37恒溫下培養(yǎng)24h后，做如下處理：培養(yǎng)結束后，取出并迅速過濾。用葡萄糖標準溶液做標準曲線，取濾液加入顯色劑加熱，待其顯色后，用蒸餾水稀釋，并在分光光度計上于波長508nm處進行比色。蔗糖酶活性以單位時間（1h）、單位土壤（1g）生成的葡萄糖的質量（mg）表示，即mg/(g·h)。2.3 檢測方法2.3.1 溶液中H2O2含量的測定方法定量滴定酶促反應后剩余的過氧化氫量2.3.1.1 適用范圍定量滴定酶促反應后剩余的過氧化氫量2.3.1.2 實驗原理過氧化氫酶，又稱接觸酶，能酶促過

42、氧化氫對各種化合物的氧化。幾乎在所有生物體內都有過氧化氫酶，在某些細菌里，其數量約為細胞干重的1%。土壤的過氧化氫酶活性，與土壤呼吸強度和土壤微生物活性相關，在一定程度上反應了土壤微生物學過程的強度。2.3.1.3 試劑配制1、1.5mol/L硫酸：量取8.2ml硫酸溶解并定容為100ml。2、0.002mol/LKMnO4溶液：稱取0.3161g高錳酸鉀溶解并溶于1000ml水中。2.3.1.4 操作步驟1、標準含量測定：取對照組濾液20ml，用0.002mol/L 高錳酸鉀溶液滴定至微紅，記錄0.002mol/L 高錳酸鉀溶液消耗量。2、H2O2的提?。悍Q取5g土壤，置于150ml三角瓶中

43、，并注入40ml蒸餾水和5ml0.3%過氧化氫。破碎大顆粒后，密封處理，室溫下振蕩培養(yǎng)。培養(yǎng)結束后，立即向各三角瓶中注入5ml 1.5 mol/L的硫酸終止反應，過濾。3、所提取的H2O2用0.002mol/L 高錳酸鉀溶液滴定至微紅，分別記錄不同組0.002mol/L 高錳酸鉀溶液消耗量。4、計算所得各處理過氧化氫酶活性。2.3.2 溶液中尿素含量的測定方法實驗用銨氮生成法測定溶液中尿素含量2.3.2.1 適用范圍？2.3.2.2 實驗原理脲酶是一種酰胺酶，能酶促有機質分子中肽鍵的水解。土壤的脲酶活性與土壤的微生物數量、有機質含量、全氮和速效氮含量呈正相關。脲酶是一種高度專性的酶，能酶促尿素

44、的水解，生成二氧化碳和氨。通?？梢酝ㄟ^測定生成的氨的數目以表示土壤脲酶的活性。2.3.2.3 試劑配制1、苯酚鈉溶液：準確稱取12.5g苯酚溶于12ml乙醇，并加入0.4ml甲醇和3.7ml丙酮；準確稱取5.4g氫氧化鈉溶于30ml水中。將兩溶液均勻混合并用蒸餾水定容為100ml。該溶液需要現用現配。2、次氯酸鈉溶液：用蒸餾水稀釋為有效氯（活性氯）含量為1%左右，該溶液需要現用現配。3、NH3-N標準溶液：準確稱取0.4717g硫酸銨，溶解并定容為1L，該溶液所含NH3-N 100mg/L。2.3.2.4 操作步驟1、標準曲線：取6支50ml容量瓶，分別加入NH3-N標準溶液0、2、4、6、8

45、、10ml，定容后，NH3-N的含量分別為0、4、8、12、16、20mg/L。2、取濾液1ml置于50ml容量瓶中（標準曲線也是取1ml置于50ml容量瓶中），注入入10ml蒸餾水，4ml苯酚鈉溶液，3ml次氯酸鈉溶液，混勻。3、顯色30min后，定容。4、用蒸餾水作參比，在578nm下比色測定各處理NH3-N生成量。5、應用Excel軟件以實驗中標準曲線的吸光度（y軸）對濃度（x軸）作圖，擬合其方程，得出吸光度A和濃度的關系，并計算各處理樣品的濃度20。2.3.3 溶液中葡萄糖含量的測定方法實驗用3,5-二硝基水楊酸比色法測定溶液中葡萄糖含量2.3.3.1 適用范圍適于成批樣品測定，且在測

46、定土壤蔗糖酶活性時，溶液為在酸性介質中，均以蔗糖為基質，蔗糖液濃度范圍為5-20%。2.3.3.2 實驗原理蔗糖酶能酶促蔗糖水解生成葡萄糖和果糖。可根據蔗糖水解的生成物與3,5-二硝基水楊酸生成有色化合物進行比色測定。2.3.3.3 試劑配制1、3,5-二硝基水楊酸溶液：準確稱取1.6gNaOH溶解于20ml水中，準確稱取0.5g二硝基水楊酸，溶于20ml 2mol/L氫氧化鈉和50ml水中，再加入18.2g酒石酸鉀鈉，用蒸餾水定溶至100ml。2、標準葡萄糖溶液：準確稱取0.15g苯甲酸溶解并定容為100ml得到12mmol/L苯甲酸溶液，準確稱取0.5g葡萄糖溶于該100ml苯甲酸溶液）中

47、。2.3.3.4 操作步驟1、標準曲線做法：取0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0ml葡萄糖標準溶液，定容到50ml，其濃度分別為含有葡萄糖0、2、4、6、8、10mg/L。與測定蔗糖酶活性同樣的方法進行顯色。2、取濾液1ml置于50ml容量瓶中，加3ml 3,5-二硝基水楊酸，并在沸水顯色加熱5min。3、將容量瓶移至自來水流下冷卻3min。4、用蒸餾水稀釋至50ml。5、用蒸餾水作參比，在分光光度計上于波長508nm處進行比色。6、應用Excel軟件以實驗中標準曲線的吸光度（y軸）對濃度（x軸）作圖，擬合其方程，得出吸光度B和濃度的關系，并計算各處理樣品的濃度20。3 結果與分析 3

48、.1 生物炭對土壤主要酶活性的影響3.1.1 生物炭對土壤過氧化氫酶活性的影響圖1 不同量生物炭對有機肥土壤過氧化氫酶活性的影響Fig. 1 Different Amounts of Biochar on Soil Organic Fertilizer Over the Activity of Hydrogen Peroxide由圖1可知，隨著時間變化，純土壤中過氧化氫酶活性會先上升后緩慢降低的變化；施用有機肥會對過氧化氫酶活性有一定的促進作用，但在10d之后其總體活性也會不斷降低；在施用有機肥土壤中加入低量（0.5%)生物炭，過氧化氫酶活性在相同時間段里相對于未加生物炭的施用有機肥土壤雖有所

49、變化，但從整個時間段的情況來看，其活性變化影響不是很大；在施用有機肥土壤中加入中量（2%)生物炭，從第10d、第20d、第35d、第50d的數據來看，過氧化氫酶活性相對于未加生物炭的施用有機肥土壤總體上提高了5%20%；在施用有機肥土壤中加入高量（5%)生物炭，從第10d、第20d、第35d、第50d的數據來看，過氧化氫酶活性相對于未加生物炭的施用有機肥土壤總體上提高了10%40%。從整體的數據來看：在施用有機肥的磚紅壤中加入生物炭后，過氧化氫酶活性程度和持續(xù)時間都有了一定的提高，而且隨著生物炭量的增多其效果越明顯，雖在其活性在第10d后仍開始下降，但不同于未加入生物炭的有機肥土壤，其活性在第

50、35d又開始回升，到50d時其活性已接近之前的峰值。3.1.2 生物炭對土壤脲酶活性的影響圖2 不同量生物炭對有機肥土壤脲酶活性的影響Fig. 2 Effect of Different Amounts of Biochar on Soil Organic Fertilizer Urease Activity由圖2可知，隨著時間的變化，純土壤中的脲酶活性變化不是很明顯，趨于穩(wěn)定；施用有機肥會對脲酶的活性有一定的促進作用，第10d其活性達到峰值，之后開始下降，且其逐漸接近未施用有機肥的土壤；在施用有機肥土壤中加入低量（0.5%)生物炭，脲酶活性在相同時間段里相對于未加生物炭的施用有機肥土壤提高了

51、100%以上,但在10d后其活性逐漸降低，第50d時生物炭對其活性增強從100%以上降到了50%；在施用有機肥土壤中加入中量（2%)生物炭，脲酶活性在相同時間段里相對于未加生物炭的施用有機肥土壤提高了130%左右，在10d后其活性同樣逐漸降低，但在第50d時加入中量（2%)生物炭對其活性增強幅度仍有100%左右；在施用有機肥土壤中加入高量（5%)生物炭，脲酶活性在相同時間段里相對于未加生物炭的施用有機肥土壤在第10d的時候效果不是很明顯，只提高了35%左右，但不同于加入低量（0.5%)、中量（2%)生物炭的情況，加入高量（5%)生物炭的施用有機肥土壤中脲酶活性在第10d后仍不斷增強，第35d達

52、到峰值，其活性相對于未加入生物炭的施用有機肥土壤脲酶活性提高100%以上。從整體上看：在施用有機肥的磚紅壤中加入生物炭后，脲酶活性有了顯著的提高，但加入低量（0.5%)、中量（2%)的生物炭雖效果很明顯，在10d后，其脲酶活性增強幅度開始下降。在施用有機肥土壤中加入高量（5%)生物炭，雖開始土壤脲酶活性增強幅度相對于低量（0.5%)、中量（2%)生物炭的環(huán)境下明顯，但對脲酶活性增強幅度影響不斷上升，在第35d后超過加入低量（0.5%)、中量（2%)生物炭的環(huán)境下的脲酶活性。3.1.3 生物炭對土壤蔗糖酶活性的影響圖3 不同量生物炭對有機肥土壤蔗糖酶活性的影響Fig. 3 Effect of D

53、ifferent Amounts of Biochar on Soil Organic Fertilizer Invertase Activity由圖3可知，隨著時間變化，純土壤中蔗糖酶的活性不斷提高，在第35d前后達到峰值，第50d其活性下降到略高于初始的水平；施用有機肥會對土壤中蔗糖酶的活性一定程度的提高，但不是很明顯；在施用有機肥土壤中加入低量（0.5%)生物炭，蔗糖酶活性在相同時間段里相對于未加生物炭的施用有機肥土壤提高了10%左右，在第35d之后，土壤中蔗糖酶的活性開始降低，但其活性相對于未加生物炭的施用有機肥土壤增強幅度仍保持在10%左右；在施用有機肥土壤中加入中量（2%)生物炭，

54、蔗糖酶活性在相同時間段里相對于未加生物炭的施用有機肥土壤增強幅度與加入低量（0.5%)生物炭的環(huán)境相比在前20天差別不是很明顯，在35d時蔗糖酶活性有所下降，但在50d其活性仍能上升到之前的峰值；在施用有機肥土壤中加入高量（5%)生物炭，蔗糖酶活性在前35d里相同時間段里跟加入低量（0.5%)、中量（2%)生物炭環(huán)境下的相比，相對于未加生物炭的施用有機肥土壤中增強幅度最低，但其中的蔗糖酶活性到第50d仍保持著峰值。從整體上看，在施用有機肥的磚紅壤中加入生物炭后，蔗糖酶活性前20d在不同量生物炭的環(huán)境普遍提高了10%左右，到了第35d，低量（0.5%)生物炭環(huán)境下的蔗糖酶活性開始下降，而在中量（

55、2%)、高量（5%)生物炭環(huán)境下的蔗糖酶活性到第50天仍保持著峰值，中量（2%)生物炭效果略高于高量（5%)生物炭。3.2 生物炭對土壤主要酶活性的整體影響由圖4可知，在施用有機肥的土壤中加入生物炭，土壤中重要酶的活性都有增加。在純土壤和施用有機肥土壤的環(huán)境中，從初始時間到第35d，土壤中生物酶活性達到峰值，隨后開始下降，甚至低于初始值，但加入生物炭后情況有所改變，且隨加入生物炭量增多而增強。土壤中生物炭對不同酶影響情況差別很大，酶活性增強幅度從10%到200%，其中對脲酶活性影響最大，過氧化氫酶影響最小。在土壤中加入中量（2%)、高量（5%)生物炭，其效果更加明顯，在第50d時仍能使土壤重要

56、酶活性保持峰值，其中蔗糖酶活性還有進一步提高。圖4 不同量生物炭對有機肥土壤主要酶活性的整體影響Fig. 4 the Overall Impact of Varying Amounts of Biochar on Soil Organic Fertilizer Main Activity 4 結論與展望4.1 結論在中國，每年有大量的農業(yè)廢棄物堆積，就地焚燒是現在中國普遍的現象，這對大氣污染、溫室效應、資源浪費產生巨大的影響。隨著生物炭研究的開展，會對這些現象的改善產生積極作用。同時，研究生物炭對土壤中的重要酶活性的影響，是在尋找減少農業(yè)施肥、增加糧食產量的新途徑，這對土壤及生態(tài)環(huán)境和人口糧食

57、資源方面有著重要的意義。本實驗基于前人的研究上探討生物炭對施用有機肥土壤中的重要酶活性的影響，并對過氧化氫酶、脲酶、蔗糖酶等的活性在生物炭施用下的變化情況進行分析，主要結論如下： （1）在施用有機肥土壤中加入生物炭能夠對過氧化氫酶、脲酶、蔗糖酶等產生積極的影響。但其促進效果差別巨大，土壤重要酶活性增強幅度從5%到150%不等。其中，對脲酶的活性影響最大，其活性在整個時間段增強了130%左右；蔗糖酶次之，其活性在整個時間段增強50%左右；對過氧化氫酶的活性影響幅度最低，只有10%左右。在土壤中過氧化氫酶初始活性就有5.5mg/(g·h)，而脲酶和蔗糖酶初始活性都低于0.2mg/(g&#

58、183;h)。這說明生物炭能增強土壤重要酶的活性，但對其提升量有所限值。（2)在加入生物炭的施用有機肥土壤生境中，過氧化氫酶、脲酶、蔗糖酶等的活性隨著生物炭施加量的增加而增強，同時其高度活性的持續(xù)時間也有所延長。與此同時，生物炭施加量達到中量（2%)或高量（5%)時，過氧化氫酶、脲酶等的活性隨著時間的變化能夠穩(wěn)定在峰值，蔗糖酶的活性還能進一步提高。(3)在土壤生境中， 過氧化氫酶能反應出土壤腐殖化強度及有機質積累程度，脲酶活性反應出土壤氮素供應強度， 蔗糖酶在糖類物質的水解和土壤碳素循環(huán)的過程中起著積極的作用18。在施用有機肥土壤中施加生物炭不會對土壤溫度產生太大影響，但能夠顯著地改變地土壤中

59、的含水量，這將會對土壤中的微生物產生積極的影響11。實驗證明生物炭能夠在不同程度上增加土壤重要酶活性，并延長土壤重要酶活性持續(xù)時間，在改善土壤的生境，增加土壤的肥力，促進作物的生長方面有著積極影響。4.2 展望生物炭作為當今農業(yè)方面的研究熱點，對農業(yè)發(fā)展、環(huán)境保護、能源利用等領域產生積極的影響。目前，國內外的大量實驗研究12證明在土壤中施加生物炭能夠對土壤肥力和作物生長產生積極作用，但同時也有實驗證明生物炭的施用會對土壤生境產生一定的影響，這其中存在著諸多不確定性因素。在今后，對生物炭利用的研究仍需進一步深入開展。（1）本實驗基于前人的研究開展，但只關注了生物炭施加對土壤中重要酶的活性影響，未

60、涉及生物炭施加量對作物生長及產量的影響。同時，本實驗是在實驗室里進行，排除了野外土壤生境中生物炭流失的因素。未來，將在此基礎上進一步開展對生物炭的研究。（2）雖然，目前的研究表明，生物炭的利用存在的諸多不確定因素，但其在農業(yè)、環(huán)境、能源等方面產生的積極作用是顯而易見的。在此之前，有亞馬遜流域成功利用生物炭的顯現；在未來，隨著對生物炭的研究，其將會在一定的農業(yè)范圍內進行開發(fā)使用。參考文獻1 丁艷麗,劉杰,王瑩瑩. 生物炭對農田土壤微生物生態(tài)的影響研究進展J. 應用生態(tài)學報,2013,11:3311-3317.2 Van Zwieten L, Kimber S, Morris S, et al. Effects of biochar from slow pyrolysis of papermill waste on agronomic performance and soil fertilityJ. Plant and Soil, 2010, 327: 235-246.3 Liang B, Lehmann J, Solomon D, et al. Black carbon