全 文 ：中国生态农业学报 2014年 3月 第 22卷 第 3期
Chinese Journal of Eco-Agriculture, Mar. 2014, 22(3): 270−276


* 黑龙江省科技攻关项目(GZ11B105)和国家自然科学基金项目(41301316)资助
** 通讯作者: 王宏燕, 主要从事农业生态与区域规划研究。E-mail: why220@126.com
孟颖, 主要从事农业生态方面的研究。E-mail: 13796667253@163.com
收稿日期: 2013−08−04 接受日期: 2014−01−06
DOI: 10.3724/SP.J.1011.2014.30750
生物黑炭对玉米苗期根际土壤氮素形态及
相关微生物的影响∗
孟 颖 1 王宏燕 1∗∗ 于 崧 1,2 刘志华 1 赵成森 1 陶 月 1
(1. 东北农业大学资源与环境学院 哈尔滨 150030; 2. 黑龙江八一农垦大学农学院 大庆 163319)
摘 要 生物黑炭被作为土壤改良剂应用逐渐被认可, 但其应用机制特别是生物黑炭对氮素形态和根际微生
物的影响机理尚不明确, 影响其推广。本文采用盆栽试验, 研究了玉米和水稻秸秆烧制的生物黑炭按不同量施
入土壤后, 对玉米苗期株高、生物量和根际土壤氮素形态及相关微生物的影响。结果表明, 施入 60 g·kg−1玉米
黑炭和 40~60 g·kg−1水稻黑炭均对玉米苗期株高有显著(P<0.05)降低作用, 其中水稻黑炭的降低效果更为明显;
分别施入 60 g·kg−1玉米黑炭和 20~60 g·kg−1水稻黑炭后, 玉米植株地上部生物量均显著降低。施入 60 g·kg−1
玉米黑炭后根际土壤含水量和微生物量氮显著提高。随两种生物黑炭施入量的不断增加, 玉米苗期根际土壤
全氮、硝态氮含量以及固氮作用强度也显著增加, 且均在 60 g·kg−1施用量下达最大值。施用 40 g·kg−1玉米黑
炭可显著提高玉米苗期根际土壤氨态氮含量。同时, 施用两种生物黑炭后, 均不同程度地抑制了玉米根际土壤
中细菌总体数量, 促进了固氮菌和纤维素降解菌的生长, 其中施入 60 g·kg−1玉米黑炭的效果最为明显。综上,
玉米和水稻秸秆生物黑炭的适量施用, 可以促进玉米根际土壤氮素的循环转化, 影响相关微生物的群落结构,
且与水稻秸秆相比, 玉米秸秆生物黑炭的施用效果更加明显。本文针对作物生长、土壤氮素形态及相关微生
物数量 3 个方面研究生物黑炭施入土壤对氮有效性的影响, 能够更全面、更准确地将生物黑炭如何影响土壤
氮素转化展现出来, 促进生物黑炭的深入开发利用, 对黑土肥力保护具有一定意义。
关键词 生物黑炭 玉米 根际土壤 土壤氮素转化 氮有效性 固氮菌 纤维素降解菌
中图分类号: S513 文献标识码: A 文章编号: 1671-3990(2014)03-0270-07
Effect of biochar on nitrogen forms and related microorganisms of
rhizosphere soil of seedling maize
MENG Ying1, WANG Hongyan1, YU Song1,2, LIU Zhihua1, ZHAO Chengsen1, TAO Yue1
(1. College of Resources and Environment, Northeast Agriculture University, Harbin 150030, China;
2. College of Agriculture, Heilongjiang Bayi Agricultural University, Daqing 163319, China)
Abstract Recent researches have noted that biochar significantly increases soil carbon storage, improves soil fertility and maintains
balanced soil ecosystem. Biochar also acts as soil fertilizer or amendment to enhance plant growth and increase crop yield by
supplying and retaining soil nutrients. Biochar is also widely used in agricultural soils as soil conditioner. Furthermore, there is
experimental evidence that soil microbial communities/activities which sustain soil health and functions are directly affected by
biochar addition to soils. The full range of the processes and consequences of the effects of biochar remains poorly documented. In a
pot maize cultivation experiment, different quantities of charcoals from burnt maize and rice straws were applied and the maize
seedling height, biomass and rhizosphere soil nitrogen transformation, and the related microorganisms investigated. The research
results showed that 60 g·kg−1 maize biochar and 40−60 g·kg−1 rice biochar significantly decreased maize seedling height (P < 0.05).
Rice biochar presented more apparent effects than maize biochar. Aboveground biomass of maize seedling was also significantly
reduced under 60 g·kg−1 maize biochar or 20−60 g·kg−1 rice biochar application. Under 60 g·kg−1 maize biochar application,
rhizosphere soil water content and microbial biomass N obviously improved. As the application level of the two types of biochar
第 3期 孟 颖等: 生物黑炭对玉米苗期根际土壤氮素形态及相关微生物的影响 271


increased, the content of total nitrogen/nitrate and nitrogen fixation rate also appreciably increased, reaching peak levels at 60 g·kg−1
maize or rice biochar application. Ammonia nitrogen content significantly improved under 40 g·kg−1 maize biochar treatment.
Moreover, each application level of the two types of biochar limited total bacterial count. It also promoted at different degrees of
growth of nitrogen-fixing bacteria and cellulose degrading bacteria in rhizosphere soils, with 60 g·kg−1 maize biochar as the most
effective treatment. Overall, proper biochar application enhanced nitrogen cycle and transformation by influencing community
structure of related microorganisms in rhizosphere soils. The effect of maize biochar was more obvious than that of rice biochar. The
effects of biochar on nitrogen efficiency in soils were investigated from three aspects—crop growth, rhizosphere soil nitrogen
transformation and the related microorganisms. The results detected the mechanisms of the effects of biochar application to soils on
nitrogen availability. This provided the basis for the mechanisms of increasing soil carbon sequestration and decreasing the amount of
nitrogen fertilizer input under biochar application to mollisols. This was profoundly significant in terms of protecting the fertility of
black soils.
Keywords Biochar; Maize; Rhizosphere soil; Soil nitrogen transformation; Nitrogen availability; Azotobacter; Cellulose-
degrading bacteria
(Received Aug. 4, 2013; accepted Jan. 6, 2014)
据估计 , 我国每年各类作物秸秆生产量达到
6.5×109 t以上, 其中水稻、小麦、玉米等大宗农作物
秸秆在 5×108 t左右[1−2]。黑龙江省是粮食大省, 秸秆
资源丰富, 资源化利用问题突出, 仅 2009 年黑龙江
省秸秆理论产量为 0.58×108 t, 占东北区秸秆产量的
50%[3]。近年来, 随着秸秆产量增加、农村能源结构
改善和各类替代原料的应用, 秸秆出现了地区性、
季节性和结构性过剩, 大量秸秆资源未被合理利用,
经常发生就地焚烧秸秆的现象 , 这不仅浪费资源 ,
还会造成大气环境的污染。因此, 如何实现秸秆资
源化已成为当前农业面临的主要问题, 由此生物黑
炭转化技术应运而生[4]。
生物黑炭(biochar)是有机质在缺氧条件下热分
解(高温分解)的产物, 具有结构稳定、表面积大等特
点, 最初仅被认为是缓和气候变化的重要措施[5−7]。
在过去几年里, 农业上生物黑炭的利用主要是关注
其固碳减排作用和作为肥料对植物生长的影响[8−9]。
深入研究表明, 生物黑炭与土壤有机质不同, 它不
仅能够减少CH4和N2O等温室气体的排放, 更具有增
加土壤碳库、改善土壤持水性、改变土壤容积、增加
酸性土壤pH, 进而通过影响营养物质转化(如氮的有
效性)提升土壤肥力等作用[10−13]。尽管生物黑炭能够
提高土壤肥力, 但到目前为止, 关于生物黑炭农用与
土壤养分有效性之间的关系, 特别是关于功能菌群
随之发生哪些结构性变化还知之甚少[11−12]。
本研究利用不同来源(玉米和水稻)的秸秆制成
生物黑炭, 采用不同的施用数量, 探究了不同生物
黑炭的施用对玉米苗期生长及根际土壤氮素形态转
化和相关微生物群落数量的影响, 旨在为秸秆生物
黑炭的合理利用提供理论基础和实践依据, 同时对
于实现秸秆高效还田, 提高玉米产量和质量以及促
进农业生态环境的可持续发展具有重要的意义。
1 材料与方法
1.1 试验材料
试验设在东北农业大学资源与环境学院网室。供
试土壤为壤土, 有机质含量 48.36 g·kg−1, 全氮 1.7 g·kg−1,
全磷 0.21 g·kg−1, 碱解氮 173 mg·kg−1, 速效磷 18 mg·kg−1,
速效钾 209 mg·kg−1, pH 为 6.91。供试玉米品种为
‘东农-253’。
供试生物黑炭: 分别将玉米秸秆和水稻秸秆在
马弗炉(北京中科路建公司生产)中烧制(400 ℃) 2 h,
粉碎并过 2 mm筛。其中水稻黑炭的氮、磷、钾含量及
pH分别为5.358 g·kg−1、3.324 g·kg−1、6.584 g·kg−1和9.11;
玉米黑炭的氮、磷、钾含量及 pH分别为 6.878 g·kg−1、
10.259 g·kg−1、25.986 g·kg−1和 9.89。
1.2 试验设计
采用盆栽试验方法, 选用上口径为20 cm、下口
径15 cm、高20 cm的聚乙烯塑料盆, 按0、20 g·kg−1、
40 g·kg−1和60 g·kg−1的施用量(按营养面积折算, 分别
相当于0、19 t·kg−1·hm−2、38 t·kg−1·hm−2和57 t·kg−1·hm−2),
分别添加两种不同的生物黑炭 , 共设置7个处理 :
对照(不加生物黑炭)、玉米黑炭20 g·kg−1、玉米黑炭
40 g·kg−1、玉米黑炭60 g·kg−1、水稻黑炭20 g·kg−1、
水稻黑炭40 g·kg−1、水稻黑炭60 g·kg−1, 每个处理3
次重复。每盆装入等量风干过筛供试土壤3 kg后, 将
相应生物黑炭全部施入并与土壤混匀。玉米于2012
年6月2日播种, 每盆播种20粒, 出苗后每盆留长势
一致的植株15株, 各处理每天均用500 mL量杯进行
等量浇水, 除草等管理措施均统一处理, 且均不施
用化肥和农药, 待幼苗生长30 d后收获取样。
1.3 样品采集及测定
1.3.1 植株及土壤样品的采集处理
各处理随机取具代表性完整植株10株, 采用抖
272 中国生态农业学报 2014 第 22卷


落法收集根际土壤, 并将根际土壤装入无菌塑封袋,
封好后放入冰盒内迅速带回实验室, 将采回的土样
分成两部分, 一部分新鲜土样置于无特殊气体、无灰
尘污染的室内自然风干, 研磨并过0.25 mm尼龙网筛,
用于全氮测定; 另一部分新鲜土样研磨过2 mm尼龙
网筛 , 装入无菌塑料袋 , 置于4 ℃冰箱保存 , 用于
土壤含水量、微生物量氮、固氮强度、氨态氮和硝
态氮的分析测定以及细菌、固氮菌和纤维素降解菌
的计数。抖落根际土壤后的各处理玉米植株, 用自
来水冲洗干净, 进行株高测定, 然后将地上部和地
下部分开, 分别于80 ℃烘箱中烘干至恒重并称重。
1.3.2 测定方法
土壤含水量采用烘干法(105 ℃, 24 h)[14]进行测
定。土壤全氮采用凯氏定氮法[14]测定, 固氮作用强
度采用土壤培养法[15]测定, 土壤微生物量氮的测定
采用氯仿熏蒸法[15], 土壤氨态氮和硝态氮采用流动
分析仪法 [14]。微生物计数采用平板稀释测数法 [15]:
细菌培养采用牛肉膏蛋白胨琼脂培养基, 28~30 ℃
下避光培养36~72 h; 固氮菌采用改良的阿须贝无氮
培养基, 28~30 ℃下避光培养7 d; 纤维素菌采用赫
奇逊培养基, 28~30 ℃下避光培养14 d。
1.4 数据分析
利用SPSS 15.0进行数据的处理和统计分析, 采
用Duncan多重比较法判断各处理间的差异显著性
(P<0.05), 并使用Excel 2010作图。
2 结果与分析
2.1 不同生物黑炭对玉米苗期植株生长的影响
2.1.1 对玉米苗期植株高度的影响
如表1所示, 在20 g·kg−1、40 g·kg−1和60 g·kg−1的
玉米黑炭处理下, 玉米苗期株高分别比对照(未施用生
物黑炭)低0.72%、1.44%和20.38%, 而施入20 g·kg−1、
40 g·kg−1和60 g·kg−1水稻黑炭的株高比对照分别
低9.68%、21.89%和32.30%。这表明在玉米苗期 ,
生物黑炭抑制了玉米株高增长 , 即株高随着生物
黑炭施入量的增加而降低 , 且均在60 g·kg−1时达
最低值。
方差分析表明, 分别施入60 g·kg−1玉米黑炭和
40~60 g·kg−1水稻黑炭均对玉米苗期的株高有显著
(P<0.05)降低作用。同时, 不同种类生物黑炭处理对
株高的降低程度也不同, 玉米黑炭处理的株高分别
比同等施入量下的水稻黑炭处理高9.02%、20.75%
和14.03%, 但仅在施入量为40 g·kg−1时 , 玉米黑炭
对玉米苗期株高的降低程度显著(P<0.05)低于水稻
黑炭 , 其他施入量下两者的差异未达到显著水平
(P>0.05)。
2.1.2 对玉米苗期植株生物量积累的影响
由表1可知 , 不同种类生物黑炭的施入对玉米
苗期植株地下部生物量的积累没有显著影响
(P>0.05), 但对地上部生物量的积累影响较大, 地上
部生物量随生物黑炭施入量的增加而不断减少。与
对照相比, 60 g·kg−1玉米黑炭处理的地上部生物量降
低了46.92%(P<0.05), 各施入量下的水稻黑炭处理
分别比对照处理降低 26.15%、 45.38%和 59.23%
(P<0.05), 但40 g·kg−1与60 g·kg−1的水稻黑炭处理间
差异不明显。同时, 20 g·kg−1和40 g·kg−1玉米黑炭处
理的地上部生物量显著高于同等施入量的水稻黑炭
处理。而60 g·kg−1施入量下不同种类生物黑炭间无显
著差异。
表 1 不同生物黑炭对玉米苗期植株株高和干重的影响
Table 1 Effects of different biochars on plant height and dry weight of maize at seedling stage
干重 Dry weight (g·plant−1) 生物黑炭种类
Biochar type
施用量
Application rate (g·kg−1)
株高
Plant height (cm) 地上部分 Shoot 地下部分 Root 整株 Whole plant
无 No 0 55.6±5.6a 1.30±0.08a 0.76±0.14a 2.06
20 55.2±5.3a 1.50±0.03a 0.66±0.12a 2.16
40 54.8±5.3a 1.41±0.05a 0.64±0.27a 2.05
玉米黑炭
Maize biochar
60 44.3±7.3bc 0.69±0.03bc 0.51±0.21a 1.20
20 50.2±4.0ab 0.96±0.06b 0.57±0.17a 1.53
40 43.4±2.9bc 0.71±0.06bc 0.50±0.34a 1.21
水稻黑炭
Rice biochar
60 37.6±2.4c 0.53±0.11c 0.48±0.02a 1.01
表中数据为 3次重复的平均值±标准差, 同列不同字母表示差异显著(Duncan法, P=0.05), 下同。Data in the table are means±SE, different
letters in the same column represent significant difference at 0.05 level. The same below.

2.2 不同生物黑炭对玉米苗期根际土壤含水量的
影响
由图1可知 , 随不同种类生物黑炭施入量的不
断增加, 玉米苗期根际土壤含水量也随之增加, 且
两种生物黑炭均在60 g·kg−1处理下达最大值。其中
60 g·kg−1的玉米黑炭处理显著(P<0.05)高于对照和
其他生物黑炭处理, 且其他处理与对照间无显著差
异(P>0.05)。可见, 玉米苗期施入适宜的生物黑炭可
第 3期 孟 颖等: 生物黑炭对玉米苗期根际土壤氮素形态及相关微生物的影响 273


有效地提高黑土的持水能力, 且玉米黑炭对于土壤
持水能力的提高优于水稻黑炭。

图 1 不同生物黑炭对玉米苗期根际土壤含水量的影响
Fig. 1 Effects of different biochars on water content of
rhizosphere soil at maize seedling stage
2.3 不同生物黑炭对玉米苗期根际土壤氮素形态
的影响
不同种类生物黑炭的施入提高了玉米苗期根际
土壤生物固氮的作用强度(表2)。玉米黑炭和水稻黑
炭均在施入量为40 g·kg−1和60 g·kg−1时影响最显著
(P<0.05), 土壤生物固氮作用强度分别比对照提高
66.22%~73.40%和65.28%~70.24%。在相同施入量下,
玉米黑炭处理的土壤生物固氮作用强度比水稻黑炭
处理高 15.00%、 2.70%和 10.64%, 但差异不显著
(P>0.05)。
由表2所示 , 不同生物黑炭的施入增加了玉米
苗期根际土壤微生物量氮含量。在施入生物黑炭
20 g·kg−1、40 g·kg−1和60 g·kg−1时, 玉米黑炭处理的
土壤微生物量氮比对照分别高42.31%、51.61%和
55.88%, 且60 g·kg−1处理下达显著水平(P<0.05); 而
水稻黑炭处理土壤微生物量氮比对照分别高
34.78%、 44.44%和 53.12%, 但均未达显著水平
(P>0.05)。同时, 同等施用量下不同种类生物黑炭处
理之间也无显著差异。可见, 微生物量氮含量随玉
米生物黑炭施入量的增加而增加, 60 g·kg−1的玉米黑
炭处理能更有效地增加根际土壤微生物量氮。
随不同生物黑炭施入量的增加, 玉米苗期根际
土壤的全氮含量得到显著(P<0.05)提高。在施入生物
黑炭20 g·kg−1、40 g·kg−1和60 g·kg−1时, 玉米黑炭和
水稻黑炭处理的根际土壤全氮含量分别比对照高
23.56%~33.75%和 9.66%~19.29%; 同等施入量下 ,
玉米黑炭处理的土壤全氮含量显著(P<0.05)高于水
稻黑炭处理。同时, 60 g·kg−1的玉米黑炭可显著提高
玉米苗期根际土壤氨态氮的含量, 其他生物黑炭处
理对根际土壤氨态氮含量无显著影响(表2)。
玉米苗期根际土壤硝态氮的含量随着生物黑炭施入
量的增加而增加。在施入生物黑炭20 g·kg−1、40 g·kg−1
和60 g·kg−1时, 玉米黑炭处理的土壤硝态氮分别比
对照高9.23%、11.85%和16.34%, 水稻黑炭处理的土
壤硝态氮分别比对照高7.23%、11.76%和13.48%, 且
均达到显著水平(P<0.05)。在同等施入量下, 玉米黑
炭和水稻黑炭处理间无显著差异(P>0.05)。
表 2 不同生物黑炭对玉米苗期根际土壤氮素形态的影响
Table 2 Effects of different biochars on nitrogen forms of rhizosphere soil at maize seedling stage
生物黑炭种类
Biochar
type
用量
Application rate
(g·kg−1)
固氮强度
Nitrogen fixation strength
(g·kg−1)
微生物量氮
Microbial biomass nitrogen
(mg·kg−1)
氨态氮
Ammonium nitrogen
(mg·kg−1)
硝态氮
Nitrate nitrogen
(mg·kg−1)
全氮
Total nitrogen
(g·kg−1)
无 No 0 0.25±0.05c 0.15±0.02b 8.56±0.40b 17.71±0.68d 1.59±0.22d
20 0.40±0.04bc 0.26±0.03ab 9.49±0.36b 19.51±0.38bc 2.08±0.09b
40 0.74±0.11ab 0.31±0.03ab 11.37±0.55a 20.09±0.95abc 2.18±0.12b
玉米黑炭
Maize biochar
60 0.97±0.10a 0.34±0.02a 8.15±0.21b 21.17±0.40a 2.47±0.01a
20 0.34±0.04c 0.23±0.04ab 8.65±0.50b 19.09±0.38c 1.76±0.12cd
40 0.72±0.12ab 0.27±0.02ab 8.46±0.54b 20.07±0.71abc 1.84±0.13c
水稻黑炭
Rice biochar
60 0.84±0.09a 0.32±0.03ab 9.67±0.52b 20.47±0.94ab 1.97±0.03bc

2.4 不同生物黑炭对玉米苗期根际土壤氮素形态
转化相关微生物的影响
如表3所示 , 不同生物黑炭的施入降低了玉米
苗期根际土壤中总细菌数量。与对照相比, 40 g·kg−1
和60 g·kg−1的玉米黑炭处理下根际土壤细菌数量降
低了52.23%和66.88%(P<0.05), 但各水稻黑炭处理
对根际土壤细菌数量均无显著(P>0.05)影响。
同时, 不同生物黑炭的施入增加了玉米苗期根
际土壤固氮菌的数量, 各施用水平下, 玉米黑炭和
水稻黑炭处理分别比对照的土壤固氮菌数量增加
50.88%~55.56%和28.81%~43.62%。其中, 各玉米黑
炭处理的土壤固氮菌数量与对照之间差异均达显著
水平(P<0.05), 而水稻黑炭虽亦增加了土壤固氮菌
数量, 但各处理均未达到统计显著水平(P>0.05)。
由表3可知, 纤维素降解菌的数量随着生物黑炭施
入量的增加而增加, 玉米黑炭的施入量在60 g·kg−1时影
响最显著(P<0.05), 纤维素降解菌数量比对照高48.52%,
水稻黑炭各处理与对照之间差异不显著(P>0.05)。
274 中国生态农业学报 2014 第 22卷


表 3 不同生物黑炭对玉米苗期土壤氮素形态相关微生物数量的影响
Table 3 Effects of different biochar on microbial amount of rhizosphere soil at maize seedling stage
生物炭种类
Biochar type
用量
Application rate (g·kg−1)
细菌
Bacteria [106·g−1(dry soil)]
固氮菌
Azotobacter [106·g−1(dry soil)]
纤维素降解菌
Cellulose bacterium [106·g−1(dry soil)]
无 No 0 1.57±0.29a 0.84±0.02c 0.87±0.15b
20 1.50±0.33a 1.71±0.29ab 1.16±0.12ab
40 0.75±0.12bc 1.72±0.24ab 1.56±0.17ab
玉米黑炭
Maize biochar
60 0.52±0.71c 1.89±0.74a 1.69±0.69a
20 1.45±0.20a 1.18±0.06bc 0.90±0.11b
40 1.35±0.11a 1.25±0.31abc 1.25±0.42ab
水稻黑炭
Rice biochar
60 1.23±0.23ab 1.49±0.47abc 1.37±0.56ab

3 讨论和结论
在玉米苗期, 不同生物黑炭的施入降低了玉米
植株的株高和地上部生物量, 提高了土壤含水量、
土壤全氮、土壤硝态氮和微生物量氮, 但对土壤氨
态氮影响不显著; 不同生物黑炭的施入可有效提高
土壤生物固氮作用强度, 抑制土壤总细菌生长, 促
进固氮菌和纤维素降解菌生长。其中, 施用玉米黑
炭比水稻黑炭更能有效影响玉米苗期根际土壤氮素
转化及相关微生物的数量, 更能促进玉米生长。
本研究中, 不同生物黑炭的施入降低了玉米苗
期植株的高度, 且降低程度随着生物黑炭施入量的
增加而增大, 这与张晗芝等[16]的结论趋势相似。张
晗芝等[16]研究表明, 生物黑炭对玉米株高有显著抑
制作用, 但随着玉米的生长发育, 生物黑炭的抑制
作用会逐渐消失。在本文中, 不同生物黑炭的施入
对地下部生物量的积累无显著影响, 对地上部的影
响较显著, 其中玉米黑炭处理在60 g·kg−1及水稻黑
炭各施入量下与对照相比均达到显著。这与张晗芝
等[16]的结论相似。生物黑炭对玉米苗期植株生长的
抑制作用, 可能是由于生物黑炭具有很高的碳氮比
以及部分生物黑炭分解导致氮的固定[14], 抑制了植
株对有效氮的吸收, 也可能与生物黑炭的高pH相关,
具体原因还有待于进一步研究。
不同生物黑炭的施入有效提高了玉米苗期根际
土壤的持水能力, 玉米黑炭处理在60 g·kg−1时作用
达到显著水平, 水稻黑炭处理的作用并不显著。这
可能是因为生物黑炭中含有丰富的有机大分子和空
隙结构, 施入土壤后又比较容易形成大团聚体, 改
善了土壤的物理性状, 提高了土壤保水性, 促进了
土壤团聚体的形成[17]。Glaser等[18]研究表明, 含黑色
炭丰富的土壤, 其表面积是周围无炭土壤的3倍, 可
以使田间持水量增加18%, 这有力地支持了本研究
的结果。
生物黑炭固有的孔隙结构和高pH等特性可有效
改善土壤理化性质, 而这必将对土壤微生物产生重
要影响[19−20]。土壤微生物的数量、多样性对土壤功
能以及生态系统稳定方面有重要影响, 其变化与土
壤结构和稳定性、通气性、养分循环、水分利用效
率、病害防治及碳固定有着密切关系[21]。已有一些
研究表明, 生物黑炭可提高土壤微生物繁殖能力[22],
但尚不明确其机理。本研究结果表明, 在玉米苗期,
不同生物黑炭的施入降低了玉米苗期根际土壤中的
总细菌数量, 增加了固氮菌和纤维素降解菌的数量,
固氮菌和纤维素降解菌的数量随着生物黑炭施入量
的增加而增多。比起水稻黑炭处理, 玉米黑炭处理
更能显著增加固氮菌和纤维素降解菌的数量。营养
元素和有效碳含量变化[23]、pH调节[24]、生物炭表面
吸附作用[25]、孔隙保护作用[26]、保持有机体水分[27]
等可能是其影响微生物数量的主要原因。
郭伟等[28]的研究结果表明, 施用生物黑炭提高
了土壤全氮含量, 但降低土壤碱解氮含量, 这意味
着生物黑炭增强对土壤氮固持的同时, 也减少了土
壤可利用氮含量。也有研究认为, 施用生物黑炭对
土壤微生物量氮的影响不大, 但可促进土壤有机氮
的矿化[29]。Ding等[30]通过实验室研究发现, 以竹子
为原料生产的生物炭, 施入砂质粉土后能影响土壤
的氮贮存。Lehmann等[31]的研究发现生物炭具有固
碳、贮存养分和提高土壤肥力的能力。本研究表明,
不同生物黑炭的施入均可增加玉米苗期根际土壤微
生物量氮的含量, 在玉米黑炭施入量为60 g·kg−1时
达到显著, 水稻黑炭各浓度处理均没有达到显著水
平。这可能是由于生物黑炭对土壤微生物量氮的影
响一直受到土壤类型、田间管理等因素影响, 而得
到各不相同的结果。不同生物黑炭的施入对氨态氮
无显著影响, 但均增加了土壤固氮强度、全氮和硝
态氮含量, 且增加的含量随生物黑炭施入量的增加
而增加。这可能是由于氨态氮在旱地土壤中的变化
比硝态氮小的缘故[14]。
在本试验中, 施用玉米黑炭比水稻黑炭更能提
高土壤的质量 , 且更有利于苗期玉米的植株生长 ,
第 3期 孟 颖等: 生物黑炭对玉米苗期根际土壤氮素形态及相关微生物的影响 275


这可能是由于同种秸秆炭化还田更有利于其同种作
物的生长。龚亚琴等[32]通过不同生物黑炭对烤烟生
长及养分吸收影响的试验表明, 施用烟秆黑炭比玉
米秸秆黑炭更能促进烟株生长。本试验只是对玉米
苗期进行了生物黑炭的研究, 玉米植株生长时间较
短, 生物黑炭是否有持续的固碳、固氮能力以及对
作物全生育期生长的影响动态还需进一步研究。
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Faculty positions: Center for Agricultural Resources Research,
Chinese Academy of Sciences

The Center for Agricultural Resources Research (CARR), the Institute of Genetics and Developmental Biology (IGDB), Chi-
nese Academy of Sciences, invites applicants for several research group leader positions.
CARR is one of the research organizations in Chinese Academy of Sciences (CAS). We seek nominations and applications
from individuals who have expertise and a record of accomplishment in research areas related to ecology, agro-hydrology,
agro-biology, crop genetics and breeding, and agro-informatics. The successful candidates for the research group leader posi-
tions will be expected particularly to farmland water transfer and development of water saving technologies, farmland related
groundwater management and hydrochemistry, hydrology, agricultural water resource management, remote sensing application
in agriculture, soil microbiology, agro-ecosystems, plant physiology of drought tolerance, and molecular genetics and breeding
to address fundamental and application agricultural questions.
The appointment of all positions will be at Principal Investigator (full professor) level. Candidates are expected to hold a Ph.D.
degree and postdoctoral experience. Start-up package will be accompanied by either the “One-Hundred Talents Program of
CAS” (minimal four-year postdoctoral required) or the “One-Thousand Youth Talents Program of China” (three-year postdoc-
toral required). Very compatible salary, benefits, and research funding will be provided based on the qualifications of selected
candidates. More information about CARR can be found at http://www.sjziam.cas.cn.
Interested candidates should submit a cover letter, curriculum vitae, representative publications, a statement of research ex-
periences and interests as well as the names and contact information of two referees to:

Dr. Yibo Han, or Chunsheng Hu, Co-Chair of the Research Committee
Center for Agricultural Resources Research
Institute of Genetics and Developmental Biology
Chinese Academy of Sciences
Shijiazhuang, Hebei 050022, China
E-mail: ybhan@genetics.ac.cn or cshu@sjziam.ac.cn