沼液施用量對毛竹林地土壤理化性質及碳儲量的影響

柴彥君，黃利民，董越勇，李 艷，王志榮，單勝道，平立鳳，張無敵

?

沼液施用量對毛竹林地土壤理化性質及碳儲量的影響

柴彥君1，黃利民2，董越勇3，李 艷4，王志榮3，單勝道1※，平立鳳1，張無敵5

（1. 浙江科技學院環境與資源學院，浙江省廢棄生物質循環利用與生態處理重點實驗室，杭州 310023； 2. 龍游縣農業局農村能源辦公室，龍游 324400；3. 浙江省農業廳農業生態與能源辦公室，杭州 310012； 4. 浙江省農業科學院環境資源與土壤肥料研究所，杭州 310021；5. 云南師范大學能源與環境科學學院，昆明 650500）

為了解決沼液資源化利用，化肥減施的問題，該文以沼液替代化肥來研究相同氮磷鉀含量肥料施用的前提下，不同沼液用量與化肥配合施用（N1P1K1Z1—沼液全氮替代化肥施氮總量的25%，N2P2K2Z2—沼液全氮替代化肥施氮總量的50%，N3P3K3Z3—沼液全氮替代化肥施氮總量的75%）對毛竹林地土壤理化性質及竹林固碳增匯效應的影響。結果表明，單獨施用化肥或者化肥與沼液配合施用對毛竹林地土壤pH值、有機質、全氮、磷、鉀含量的影響不明顯（>0.05），而沼液與化肥配合施用（特別是N3P3K3Z3—高量沼液）對土壤堿解氮、有效磷、速效鉀含量提高的幅度較為顯著（單施化肥處理除外）（<0.05）。單獨施用化肥或化肥與沼液配施顯著降低了放線菌的比例（單施化肥處理除外），卻顯著增加了細菌和真菌的比例（<0.05）。與不施肥對照CK處理相比，單施化肥處理顯著增加了細菌與真菌數量的比值，增幅為 24.51%；而沼液與化肥配施則與CK處理之間的差異不顯著（>0.05）。化肥與沼液配施均能顯著提高毛竹林地土壤微生物量碳和氮的含量，而且能夠顯著提高土壤蔗糖酶、脲酶、過氧化氫酶的活性（<0.05），各施肥處理均以N3P3K3Z3提高的幅度最大。此外，單獨施用化肥或者化肥與沼液配施均能顯著提高I度竹、II度竹和林分的平均胸徑以及I度竹和林分的碳儲量（<0.05），各施肥處理仍以N3P3K3Z3處理增加的幅度最大。可見，施用沼液替代化肥能夠提升土壤肥力水平，促進毛竹生長，尤其是新竹的生長和固碳增匯。

沼液；土壤；氮肥；毛竹；固碳增匯；土壤理化性質

0 引 言

森林是陸地生態系統的主體，也是陸地生態系統中最大的碳庫，森林在增加碳匯、減緩大氣CO2濃度升高中所發揮的作用受到廣泛的關注[1-2]。竹林是亞熱帶地區十分重要的一種森林類型，分布廣泛，具有良好的經濟功能和生態功能，對保障竹材供給和平衡大氣CO2等方面均具有重要作用[3-4]。中國南方毛竹林面積巨大，據中國第七次森林清查，中國毛竹林面積已經達到386.83萬hm2，資源優勢明顯，但現有竹林土壤肥力水平不高，生產力水平普遍偏低，如浙江省近75%竹林還屬于低產低效林，存在很大的經營增匯空間[5-6]。根據目前生產經營實踐，施肥翻耕是現有竹林經營中最主要的經營方式之一，會對竹林植被碳庫，甚至整個生態系統固碳效果產生重要影響[7-9]。

沼液作為一種優質的有機液體肥料是人畜糞便、農作物稻稈等各種有機物經厭氧發酵后的液體殘余物，其富含植物生長必需的營養元素。施用沼液可以不同程度提高酸性土壤pH值，有效防止土壤的酸化[10-11]。施用沼液可以有效增加土壤表層有機質和各類養分的含量，尤其是速效養分的含量，長期施用沼液能夠有效提高土壤的肥效，促進植物的生長[12-14]。

然而，以往的研究主要集中于如何通過施用化肥經營毛竹林來提高竹材的產量上，而基于施用沼液替代化肥來研究其對毛竹林土壤培肥及竹林固碳增匯效應方面的報道甚少。因此，在當今人們普遍關注農業廢棄物資源化利用與森林生態效益，特別是森林固碳效益的大背景下，實施沼液替代化肥來研究其對毛竹林土壤培肥及竹林固碳增匯的影響機制具有重要的科學和實際 意義。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地點為浙江省衢州市龍游縣橫山鎮（119°02￠～ 119°20￠E，28°44￠～29°17￠N），該區域屬亞熱帶季風氣候區，具有明顯的盆地特征，溫度適中、光照充足、雨量充沛、旱澇明顯。垂直差異明顯，春早秋短，夏冬長。年平均氣溫17.1 ℃。全年無霜期為257 d；≥10 ℃的活動積溫5 441 ℃；年平均降雨量1 602.6 mm；年平均相對濕度79%；全年日照數為1 761.9 h。試驗土壤為第四紀紅色黏土發育的紅壤，平均pH值為5.16，土壤有機質質量分數為19.38 g/kg，陽離子代換量為10.31cmol/kg，全氮質量分數1.05 g/kg, 全磷質量分數0.39 g/kg，全鉀質量分數9.90 g/kg。

1.2 試驗設計

該試驗2016年4月開始實施，采用隨機區組設置，試驗區共設置了5個處理：CK—不施肥對照；NPK—單施化肥；N1P1K1Z1—低量沼液（以NPK處理施氮量為標準，沼液全氮占施氮總量的25%）；N2P2K2Z2—中量沼液（以NPK處理施氮量為標準，沼液全氮占施氮總量的50%）；N3P3K3Z3—高量沼液（以NPK處理施氮量為標準，沼液全氮占施氮總量的75%），沼液還田處理中不足的P2O5、K2O用化肥補足（見表1），每個處理3次重復，共15個樣方，每個樣方面積10 m×10 m，同時相鄰樣方相互之間間隔5 m以上，防止交叉影響。試驗區內竹林隔年留養新竹，隔年采伐老竹，一般采伐4～6 a生老竹，該竹林為異齡竹林，大小年不明顯；立竹密度為2 400～4 300株/ hm2。

表1 各試驗處理施肥量

毛竹林地折合總施肥N、P2O5、K2O分別為240、135、195 kg/hm2，化肥NPK處理施用氮肥為尿素（含N 量46%）、磷肥為鈣鎂磷肥（P2O512%）、鉀肥為氯化鉀（K2O 60%）。供試沼液取自試驗基地內的中小型養豬場正常使用的沼氣池，原料主要是豬糞尿等，發酵時間3個月以上，無明顯糞臭味。沼液每季度施一次，分別于2016年04月、2016年07月和2016年10月等量施入土壤，冬季沒有施用，不同季節的沼液養分含量見表2。

表2 供試沼液理化性質

1.3 樣品采集與分析

本研究于2016年4月試驗前采集基礎土壤樣品用于土壤基本理化性質的分析，于2017年3月試驗結束后采集土壤試驗樣品，在10 m×10 m樣地內的中心點及4個角樁點共設置5個采樣點，分別采集表土（0～20 cm）的土壤樣品，樣品充分混合后，用四分法分別取400～600 g土壤樣品，去除全部直徑大于2 mm石礫、根系和其他有機殘體后分為2份。一份帶回實驗室風干、磨碎，過篩（2 mm）后用于土壤理化性質的測定，另一份新鮮土樣同樣過孔徑為2 mm的土篩后，進行土壤微生物生物量及酶活性等的測定。土壤理化性質的測定根據文獻[15]；土壤微生物生物量及酶活性等的測定依據文獻[16]；沼液相關性質的測定依據《水和廢水監測分析方法》[17]。毛竹生物量及碳儲量的測定：在標準樣地內進行每株立竹調查，記錄每株毛竹的胸徑、齡級數據，根據單株毛竹二元地上部分生物量模型，對樣地內各單株毛竹地上生物量求和得到地上部分生物量，然后通過毛竹根莖比將毛竹地上部分生物量轉化成毛竹全株生物量，再利用生物量乘平均含碳率得到毛竹地上碳儲量[18]。單株毛竹二元地上部分生物量計算模型為[19]

式中為單株毛竹地上部分生物量，kg；為胸徑， cm；為齡級。

根據下式計算樣地內毛竹單位面積生物量碳儲量（t/hm2）：

式中表示樣地內毛竹單位面積生物量碳貯量，t/hm2；表示生物量根莖比，比值為0.32；CF表示平均含碳率，為0.504 2；AP表示樣地面積，m2。

2 結果與分析

2.1 沼液對毛竹林地土壤化學性質的影響

施用沼液對毛竹林地表層土壤（0～20 cm）養分的影響見表3。毛竹林地土壤偏酸性，與CK處理相比，施用沼液（N1P1K1Z1、N2P2K2Z2和N3P3K3Z3）3個處理的pH值之間差異不顯著（>0.05）。與CK處理相比，各處理間土壤有機質含量的差異不顯著（>0.05）。與CK處理相比，各處理間土壤全氮、全磷、全鉀含量的差異不顯著（>0.05）。與CK處理相比，施用化肥及沼液的各處理土壤堿解氮、有效磷及速效鉀含量均有所增加，分別增加了10.8%～25.1%、6.1%～14.9%和3.3%～19.9%，其中均以N3P3K3Z3處理增加的幅度最為顯著（<0.05）。綜上可知，沼液的施用對毛竹林地土壤pH值、有機質及全氮、全磷、全鉀的影響不明顯，而能夠顯著提高土壤速效養分含量，達到培肥毛竹林地土壤的目的。

表3 沼液對毛竹林地表層土壤養分的影響

注：同列不同字母表示差異達0.05顯著水平,下同。

Note: Different letters in each column indicate significant difference among the treatments at 0.05 level. The same as fellow.

2.2 沼液對毛竹林地土壤微生物及生物量的影響

由表4可知，施用沼液能夠顯著提高毛竹林地細菌、放線菌、真菌及總微生物量的數量（<0.05），毛竹林土壤中細菌比例最大，放線菌比例次之，而真菌比例最小。與CK處理相比，施用化肥或者沼液與化肥配施均顯著增加了細菌的比例，并顯著降低了放線菌的比例（NPK處理除外）（<0.05）；單獨施用化肥（NPK處理）顯著降低了真菌的比例，而沼液與化肥配施卻顯著增加了真菌的比例（<0.05）。與CK處理相比，NPK處理顯著增加了細菌與真菌數量的比值，增幅為 24.51%；而沼液與化肥配施的處理的細菌與真菌數量的比值與CK處理相比，差異不顯著（>0.05）。細菌與真菌數量的比值是土壤微生物區系結構的重要特征指標。鄭學博等[20]和馮丹妮等[21]的研究結果指出，細菌與真菌數量的比值的增加表明土壤有從低肥高害“真菌型”轉為高肥低害“細菌型”的風險。所以，結合本試驗的研究結果可知，施用化肥可能會使得毛竹林地土壤微生態失衡，使得土壤質量存在潛在危險。

表4 沼液施用對表層土壤微生物的影響

微生物是土壤中有機質與養分循環、轉化的推動者，土壤微生物量碳、氮對環境條件非常敏感，是土壤肥力的重要指標[22]。從表5可以看出，施用化肥或者化肥與沼液混施能夠提高毛竹林土壤微生物量碳和微生物量氮的含量。NPK處理的微生物量碳和氮與CK處理相比，它們之間的差異均不顯著（>0.05）。與CK處理相比，施用沼液能夠顯著提高微生物量碳和氮的含量（<0.05），其中微生物量碳的含量提高了19.3%～62.0%，微生物量氮的含量提高了52.7%～147.3%；微生物量碳和氮的含量均以N3P3K3Z3處理提高的幅度最大。在土壤有機碳中，土壤微生物量碳雖然含量較小，但卻是有機碳中最活躍的部分，其參與土壤中有機質的分解、腐殖質的形成、養分轉化和循環的過程，可以在一定程度上反映土壤微生物的活動狀態，能夠快速反映土壤養分的變化，易受土壤溫度、水分、養分等條件的影響[23]。而土壤微生物量氮指標反映了土壤氮素的有效性，能夠直觀反映土壤中的微生物對氮素的礦化、固持作用[24]。可見，N3P3K3Z3處理與其他處理相比，更有利于土壤微生物量的累積及土壤養分的轉化。

土壤微生物量碳氮比可以反映出土壤中微生物的區系構成。由表5可知，施用化肥及化肥與沼液混施能夠顯著降低土壤微生物量碳氮的比值（<0.05）。與CK處理相比，隨著沼液施用的增加，各施肥處理的微生物量氮碳比隨之逐漸降低，降低的幅度在5.8%～34.5%之間。研究表明，當土壤微生物量碳氮比范圍在3～6時，微生物中細菌活性較高，碳氮比范圍在7～12時，真菌活性較高[25]。可見，隨著沼液施用量的增加，毛竹林地土壤微生物的群落結構發生不同程度的改變。細菌是土壤物質轉化的主要動力，許多細菌類群可增加土壤中可利用氮和磷的含量，提高土壤肥力。所以，沼液的施用不僅可以直接為土壤帶來速效養分物質，還可以從微生物代謝的角度間接促進土壤肥力的提升。

表5 沼液施用對表層土壤微生物生物量的影響

2.3 沼液對毛竹林地土壤酶活性的影響

土壤酶作為土壤質量的生物活性和土壤肥力的綜合評價指標，在土壤生態系統中扮演著重要的角色，其在土壤中廣泛分布，參與了土壤中許多重要的生物化學過程，其活動同土壤性質關系密切[26]。由表6可知，單獨施用化肥處理與CK處理相比，其土壤蔗糖酶的活性間的差異不顯著（>0.05），而化肥與沼液混施均能顯著提高土壤蔗糖酶的活性（<0.05），提高幅度在46.2%～138.5%之間，其中N3P3K3Z3處理提高的幅度最大。本研究以沼液作為外源性碳源反應底物對土壤蔗糖酶活性會產生不同程度的提高，可能與本研究的試驗期較短以及施用沼液引起土壤原有土壤有機碳“激發效應”有關，這與Kayikcioglu[27]的研究結果相似。

與CK處理相比，單獨施用化肥或者化肥與沼液配施均能夠顯著提高毛竹林地土壤脲酶的活性（<0.05），NPK、N1P1K1Z1、N2P2K2Z2和N3P3K3Z3處理的脲酶活性分別增加了7倍、9.1倍、11.9倍和14.5倍。此結果說明沼液能提高毛竹林土壤脲酶活性，這與沼液中含有大量的易分解的含氮化合物、生物活體及可以分泌脲酶等土壤酶類有關[14]。沼液中含有大量營養物質，可被微生物直接吸收利用，對脲酶活性提高可能有重要影響。

由表6可知，與CK處理相比，各施肥處理的酸性磷酸酶的活性隨著沼液施用量的增加呈現出先增大后降低的趨勢。與CK處理相比，NPK和N1P1K1Z1處理土壤酸性磷酸酶活性顯著提高(<0.05)，而N2P2K2Z2和N3P3K3Z3處理的酸性磷酸酶活性與CK處理之間的差異不顯著（>0.05）。這可能是因為沼液pH值偏堿性，加上是厭氧發酵的產物，具有較強的還原能力，隨著沼液施用量的增加可能對酸性磷酸酶的活性產生一定的抑制作用。

毛竹林施用沼液能夠提高土壤過氧化氫酶的活性，加速有毒過氧化氫的分解，從而減少其對毛竹根系的損害。本研究結果表明，隨著沼液的施用量的增加，各施肥處理過氧化氫酶的活性隨之增加。然而，NPK、N1P1K1Z1和N2P2K2Z2處理過氧化氫酶的活性與CK處理相比，差異不顯著（>0.05），N3P3K3Z3處理過氧化氫酶的活性得到顯著地提高（<0.05）。總體而言，各施肥處理對土壤過氧化氫酶活性影響不大，可見，短期施用沼液用于毛竹生產相對比較安全，不會積累過多抑制毛竹生長的有毒、有害物質。

表6 沼液施用對表層土壤酶活性的影響

2.4 沼液施用對毛竹胸徑的影響

毛竹胸徑是反映竹林生長質量的重要因子，施用不同類型的肥料將會對毛竹胸徑產生不同的影響。沼液施用對各齡級毛竹平均胸徑的影響結果見圖1。與CK處理相比，單獨施用化肥或者化肥與沼液配施均能顯著提高I度竹、II度竹和竹林林分的平均胸徑（<0.05），分別提高了38.9%～61.7%、11.8%～18.8%和13.1%～24.4%。NPK處理和N1P1K1Z1處理III度竹的平均胸徑，它們之間的差異不顯著（>0.05），而N2P2K2Z2和N3P3K3Z3處理III度竹的平均胸徑與CK處理相比，得到顯著提高（<0.05），分別提高了16.2%和17.1%。可見，肥料的施用能夠不同程度地提高各齡級毛竹的平均胸徑，其中各施肥處理I度竹平均胸徑提高的幅度最大。I度竹也就是新竹，其平均胸徑反映了竹林未來的生長狀況，是竹林經營的關鍵[6]。本研究結果表明，在相同NPK含量的肥料施用前提下，隨著沼液施用量的增加，I度竹即新竹平均胸徑在逐漸增大。該結果與朱琳琳等[28]研究不同經營措施對毛竹林生物量與碳儲量的影響結果相似。因此，在竹林經營中施用沼液能顯著提高新竹的平均胸徑，從而有利于提高整個毛竹林的林分質量。

注：同一齡級毛竹不同處理的不同字母代表差異達0.05顯著水平,下同。

2.5 沼液施用對毛竹林碳儲量的影響

毛竹碳儲量直觀反映了毛竹林分當前的生長力，不同施肥處理對毛竹碳儲量的影響可以用來評價各施肥處理的施肥效果。不同施肥處理對各齡級毛竹碳儲量的影響結果見圖2。單獨施用化肥或者化肥與沼液配施均能顯著提高I度竹的碳儲量（<0.05），提高了41.5%～179.0%。NPK處理和N3P3K3Z3處理的II度竹碳儲量與CK處理之間沒有顯著差異（>0.05），而N1P1K1Z1和N2P2K2Z2處理II度竹碳儲量與CK處理相比，顯著提高了23.8%和42.2%（<0.05）。與CK處理相比，肥料的施用均能夠提高各施肥處理的III度竹碳儲量，其中N2P2K2Z2處理III度竹碳儲量提高的不顯著（>0.05），其他施肥處理的III度竹碳儲量均有顯著提高（<0.05），提高了26.3%～39.0%。單獨施用化肥或者化肥與沼液配施顯著提高了竹林林分的總碳儲量（<0.05），提高的幅度在26.3%～39.0%之間。與CK處理相比，各施肥處理I度竹和竹林林分的總碳儲量均以N3P3K3Z3處理增加的幅度最大。這與杜滿義等[29]施肥對閩西毛竹生物量及碳儲量分布格局的影響結果類似，其結果表明施用有機肥能夠較大幅度地增加毛竹林總碳儲量。各施肥處理不同齡級碳儲量均以I度竹增加的幅度最大，可見不同施肥處理對各齡級毛竹碳儲量的影響主要體現在I度竹（新竹）上。由圖2可知，在相同NPK含量的肥料施用前提下，隨著沼液施用量的增加，I度竹碳儲量在不斷地增加，而I度竹是衡量竹林固碳能力的重要指標[6]，可見沼液替代化肥施用能夠促進毛竹林分的固碳增匯效應。沼液作為一種優質的有機液體肥料，其含大量的速效養分和植物生長所需的各種營養物質[9,30]，沼液與肥料配合施用能夠顯著促進土壤酶活性的提高和土壤微生物量的增加，激發土壤中原有機質的礦化分解，促進土壤釋放出更多的養分元素供毛竹新竹的生長，進而通過增加新竹的平均胸徑而提高毛竹新竹的地上碳儲量。

圖2 沼液施用對各齡級毛竹碳儲量的影響

3 結 論

1）單獨施用化肥或者沼液與化肥配施對毛竹林地土壤pH值、有機質及全氮、全磷、全鉀的影響不明顯（>0.05），而能夠顯著提高土壤速效養分（堿解氮、有效磷、速效鉀）的含量（<0.05）；此外，沼液與化肥配合施用能夠顯著增加土壤微生物量碳、氮含量，并且提高土壤蔗糖酶、脲酶、過氧化氫酶的活性（<0.05），各施肥處理均以N3P3K3Z3（沼液全氮替代化肥施氮總量的75%）處理提高的幅度最大。可見，沼液替代化肥施用后，毛竹林地土壤理化性質得到明顯的提高。

2）單獨施用化肥或者沼液與化肥配施對各齡級毛竹平均胸徑、碳儲量都有不同程度的增加，其中I度竹（新竹）平均胸徑和碳儲量增加的幅度最為顯著（<0.05）；各施肥處理以N3P3K3Z3（沼液全氮替代化肥施氮總量的75%）處理的I度竹碳儲量最高。可見，相同氮磷鉀養分含量的肥料施用前提下，隨著沼液施用的增加，毛竹的長勢及固碳量在不斷提高，尤其是新竹的長勢及固碳量的提高最為顯著。沼液全氮替代化肥施氮總量>75%施用的條件下，其對毛竹林地土壤理化性質及固炭增匯效應的影響如何，還有待于進一步研究。

[1] Seiler C, Hutjes R W A, Kruijt B, et al. The sensitivity of wet and dry tropical forests to climate change in Bolivia[J]. Journal of Geophysical Research: Biogeosciences, 2015, 120(3): 399－413.

[2] Lan Q, Lewis S L, Sullivan M J P, et al. Long-term carbon sink in Borneo’s forests halted by drought and vulnerable to edge effects[J]. Nature Communications, 2017, 8(1):1－11.

[3] Wang Z, Li Y, Chang S X, et al. Contrasting effects of bamboo leaf and its biochar on soil CO2efflux and labile organic carbon in an intensively managed Chinese chestnut plantation[J]. Biology and Fertility of Soils, 2014, 50(7): 1109－1119.

[4] Zhou G M, Jiang P K, Mo L F. Bamboo: A possible approach to the control of global warming[J]. International Journal of Nonlinear Sciences and Numerical Simulation, 2009, 10(4): 547－550.

[5] 張厚喜，莊舜堯，季海寶，等．我國南方毛竹林生態系統碳儲量的估算[J]．土壤，2014，46(3)：413－418. Zhang Houxi, Zhuang Shunyao, Ji Haibao, et al. Estimating carbon storage of moso bamboo forest ecosystem in southern China[J]. Soils, 2014, 46(3): 413－418. (in Chinese with English abstract)

[6] 劉恩斌，施擁軍，李永夫，等. 基于非空間結構的浙江省毛竹林固碳潛力[J]. 林業科學，2012，48(11)：9－14. Liu Enbin, Shi Yongjun, Li Yongfu, et al. Carbon sequestration potential of Moso bamboo forest in Zhejiang province based on the non-spatial structure [J]. Scientia Silvae Sinicae, 2012, 48(11): 9－14. (in Chinese with English abstract)

[7] 馬少杰，李正才，王斌，等. 不同經營類型毛竹林土壤活性有機碳的差異[J]. 生態學報，2012，32(8)：2603－2611. Ma Shaojie, Li Zhengcai, Wang Bin, et al. Changes in soil active organic carbon under different management types of bamboo stands[J]. Acta Ecologica Sinica, 2012, 32(8): 2603－2611. (in Chinese with English abstract)

[8] 夏恩龍，吳志莊，夢夢. 中國竹林認證的發展現狀和趨勢分析[J]. 竹子研究匯刊，2014，33(2)：1－4. Xia Enlong, Wu Zhizhuang, Meng Meng. The development situation and trend of bamboo certification in China [J]. Journal of Bamboo Research, 2014, 33(2): 1－4. (in Chinese with English abstract)

[9] 李永夫，姜培坤，劉娟，等. 施肥對毛竹林土壤水溶性有機碳氮與溫室氣體排放的影響[J]. 林業科學，2010，46(12)：165－170. Li Yongfu, Jiang Peikun, Liu Juan, et al. Effect of fertilization on water-soluble organic C, N, and emission of greenhouse gases in the soil ofstands[J]. Scientia Silvae Sinicae, 2010, 46(12): 165－170. (in Chinese with English abstract)

[10] 喬鋒，肖洋，趙淑蘋. 海林農場沼肥連年施用對玉米產量和土壤化學性質的影響[J]. 中國農學通報，2018，34(36)：93－98. Qiao Feng, Xiao Yang, Zhao Shuping. Consecutive application of biogas manure affects maize production and soil chemical properties in Hailin farm[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2018, 34(36): 93－98. (in Chinese with English abstract)

[11] Jia Y, Sun G X, Huang H, et al. Biogas slurry application elevated arsenic accumulation in rice plant through increased arsenic release and methylation in paddy soil[J]. Plant & Soil, 2013, 365(1/2): 387－396.

[12] Du Z J, Chen X M, Qi X B, et al. The effects of biochar and hoggery biogas slurry on fluvo-aquic soil physical and hydraulic properties: A field study of four consecutive wheat-maize rotations[J]. Journal of Soils and Sediments, 2016, 16(8): 2050－2058.

[13] Zheng X B, Fan J B, Cui J, et al. Effect of biogas slurry application on peanut yield, soil nutrients, carbon storage, and microbial activity in an Ultisol soil in southern China[J]. Journal of Soils and Sediments, 2016, 16(2): 449－460.

[14] 鄭學博，樊劍波，周靜，等. 沼液化肥配施對紅壤旱地土壤養分和花生產量的影響[J]. 土壤學報，2016，53(3)：675－684. Zheng Xuebo, Fan Jianbo, Zhou Jin, et al. Effects of combined application of biogas slurry and chemical fertilizer on soil nutrients and Peanut yield in upland red soil[J]. Acta Pedologica Sinica, 2016, 53(3): 675－684. (in Chinese with English abstract)

[15] 中國科學院南京土壤研究所. 土壤理化分析[M]. 上海：上海科技出版社，1978.

[16] 關松蔭. 土壤酶及其研究方法[M]. 北京：農業出版社，1986.

[17] 國家環境保護總局本書編委會. 水和廢水監測分析方法[M].北京：中國環境出版社，2002.

[18] 周國模，姜培坤，徐秋芳. 竹林生態系統中碳的固定與轉化[M]. 北京：科學出版社，2010：78－79.

[19] 李翀，周國模，施擁軍，等. 毛竹林老竹水平和經營措施對新竹發育質量的影響[J]. 生態學報，2016，36(8)： 2243－2254. Li Chong, Zhou Guomo, Shi Yongjun, et al. Effects of old bamboo forests and relevant management measures on growth of new bamboo forests[J]. Acta Ecologica Sinica, 2016, 36(8): 2243－2254. (in Chinese with English abstract)

[20] 鄭學博，樊劍波，何園球，等. 沼液化肥全氮配比對土壤微生物及酶活性的影響[J]. 農業工程學報，2015，31(19)：142－150. Zheng Xuebo, Fan Jianbo, He Yuanqiu, et al. Effect of total nitrogen ratio of biogas slurry/chemical fertilizer on microflora and enzyme activities of soil[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2015, 31(19): 142－150. (in Chinese with English abstract)

[21] 馮丹妮，伍鈞，楊剛，等. 連續定位施用沼液對水旱輪作耕層土壤微生物區系及酶活性的影響[J]. 農業環境科學學報，2014，33(8)：1644－1651. Feng Danni, Wu Jun, Yang Gang, et al. Influence of long-term applications of biogas slurry onmicrobial community composition and enzymatic activities in surface soil under rice-rape rotation[J]. Journal of Agro-Environment Science, 2014, 33(8): 1644－1651. (in Chinese with English abstract)

[22] 郭振，王小利，徐虎，等. 長期施用有機肥增加黃壤稻田土壤微生物量碳氮[J]. 植物營養與肥料學報，2017，23(5)：1168－1174. Guo Zhen, Wang Xiaoli, Xu Hu, et al. A large number of long-term application of organic fertilizer can effectively increase microbial biomass carbon and nitrogen in yellow paddy soil[J]. Journal of Plant Nutrition and Fertilizer, 2017, 23(5): 1168－1174. (in Chinese with English abstract)

[23] 王娟娟，朱莎，靳士科，等. 上海市3種森林類型土壤微生物生物量碳和氮的時空格局[J]. 生態與農村環境學報，2016，32(4)：615－621. Wang Juanjuan, Zhu Sha, Jin Shike, et al. Spatio-temporal distribution of soil microbial biomass carbon and nitrogen in three types of urban forest soils in Shanghai[J]. Journal of Ecology and Rural Environment, 2016, 32(4): 615－621. (in Chinese with English abstract)

[24] 張寶泉，李紅紅，馬虎，等. 渭北旱塬區不同年限苜蓿對土壤主要養分及微生物量的影響[J]. 草地學報，2015，23(6)：1190－1196. Zhang Baoquan, Li Honghong, Ma Hu, et al. Effects ofon soil nutrients and microbial biomass under different years in the arid area of northern Weihe river basin[J]. Acta Agrestia Sinica, 2015, 23(6): 1190－1196. (in Chinese with English abstract)

[25] Behera N, Sahani U. Soil microbial biomass and activity in response to Eucalyptus plantation and natural regeneration on tropical soil[J]. Forest Ecology and Management, 2003, 174(1): 1－11.

[26] 袁晶晶，同延安，盧紹輝，等. 生物炭與氮肥配施對棗園土壤培肥效應的綜合評價[J]. 農業工程學報，2018，34(1)：134－140.Yuan Jingjing, Tong Yan’an, Lu Shaohui, et al. Comprehensive evaluation on soil fertility quality of jujube orchard under combined application of biochar and nitrogen fertilizer[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2018, 34(1): 134－140.(in Chinese with English abstract)

[27] Kayikcioglu H H. Short-term effects of irrigation with treated domestic wastewater on microbiological activity of a Vertic xerofluvent soil under Mediterranean conditions [J]. Journal of Environmental Management, 2012, 102: 108－114.

[28] 朱琳琳，張萌新，趙竑緋，等. 不同經營措施對毛竹林生物量與碳儲量的影響[J]. 經濟林研究，2014，32(1)：58－64.Zhu Linlin, Zhang Mengxin, Zhao Hongfei, et al. Effects of different management measures on biomass and carbon storagein Phyllostachys pubescens forest[J]. Nonwood Forest Research, 2014, 32(1): 58－64. (in Chinese with English abstract)

[29] 杜滿義，劉廣路，范少輝，等. 施肥對閩西毛竹生物量及碳儲量分布格局的影響[J]. 熱帶作物學報，2015，36(5)：872－877. Du Manyi, Liu Guanglu, Fan Shaohui, et al. Effects of fertilization on the distribution patterns of biomass and carbon storage in Moso bamboo forest, western Fujian province, China[J]. Chinese Journal of Tropical Crops, 2015, 36(5): 872－877. (in Chinese with English abstract)

[30] 黃繼川，徐培智，彭智平，等. 基于稻田土壤肥力及生物學活性的沼液適宜用量研究[J]. 植物營養與肥料學報，2016，22(2)：362－371. Huang Jichuan, Xu Peizhi, Peng Zhiping, et al. Biogas slurry use amount for suitable soil nutrition and biodiversity in paddy soil[J]. Journal of Plant Nutrition and Fertilizer, 2016, 22(2): 362－371. (in Chinese with English abstract)

Effects of biogas slurry application rates on soil physical and chemical properties and carbon storage of bamboo forest

Chai Yanjun1, Huang Limin2, Dong Yueyong3, Li Yan4, Wang Zhirong3, Shan Shengdao1※, Ping Lifeng1, Zhang Wudi5

(1.310023,; 2.324400,; 3.310012,; 4.310021,; 5.650500,)

In order to solve the problem of resource utilization of biogas slurry and the reduction of chemical fertilizers, in this study, we worked on the effects of combined application of different biogas slurry dosages and chemical fertilizers (all treatments receiving the same amount of NPK application) on soil physical and chemical properties and carbon sink enhancement of bamboo forest. The result showed that the solo application of chemical fertilizers (NPK treatment) or combined application of biogas slurry and chemical fertilizers (N1P1K1Z1—total nitrogen in biogas slurry replaced 25% of the total application amount of chemical fertilizer,N2P2K2Z2—total nitrogen in biogas slurry replaced50% of the total application amount of chemical fertilizer, N3P3K3Z3—total nitrogen in biogas slurry replaced 75% of the total application amount of chemical fertilizer) had no obvious effects on the soil pH values and the contents of soil organic matter, total nitrogen, total phosphorus and total potassium (>0.05), while the combined application of biogas slurry and chemical fertilizers (especially N3P3K3Z3treatment -high dosage biogas slurry) significantly increased the contents of soil alkali hydrolyzable nitrogen, available phosphorus, and available potassium (<0.05). Compared to the CK treatment, solo application of chemical fertilizers slightly decreased the proportion of actinomycetes (>0.05), while the combined application of biogas slurry and chemical fertilizers significantly decreased the proportion of actinomycetes(<0.05), and significantly increased the proportions of bacterial and fungi, respectively (<0.05). Relative to the CK treatment, NPK treatment significantly increased the ratio of bacteria to fungi by 24.51% (<0.05), while the combined application of biogas slurry and chemical fertilizers decreased the ratio of bacteria to fungi to different degrees with no significant difference (>0.05). Solo application of chemical fertilizers had no significant effects on the contents of soil microbial biomass carbon and nitrogen of bamboo forest (>0.05), but the combined application of biogas slurry and chemical fertilizers significantly increased the contents of soil microbial biomass carbon and nitrogen by 19.3%-62.0% and 52.7%-147.3%, respectively (<0.05). Compared to the CK treatment, solo chemical fertilizers or combined application of biogas slurry and chemical fertilizers significantly decreased the ratio of soil microbial biomass carbon to microbial biomass nitrogen (<0.05). The solo application of chemical fertilizers had no significant effect on invertase activity (>0.05), but the combined application of biogas slurry and chemical fertilizers significantly increased the invertase activity by 46.2%-138.5% (<0.05). The solo application of chemical fertilizers or combined application of biogas slurry and chemical fertilizers significantly improved urease activity by 7 to 14.5 times compared to the CK (<0.05). Application of fertilizers significantly increased the acid phosphatase activity in the NPK and N1P1K1Z1treatments compared to the CK, respectively (<0.05), but no significant difference was found among CK,N2P2K2Z2and N3P3K3Z3treatments. There were no significant (>0.05) difference among the CK,NPK, N1P1K1Z1and N2P2K2Z2treatments of catalase activity. In summary, the combined application of biogas slurry and chemical fertilizers could significantly increase soil available nutrient contents, the proportions of bacterial and fungi, soil microbial biomass carbon and nitrogen, and the activity of invertase, urease and catalase. In all fertilization treatments, the increase of above indicators under N3P3K3Z3treatment was the most obvious. In addition,all fertilization treatments significantly increased the mean diameter at breast height of one-year bamboo, two-year bamboo and bamboo stand by 38.9%-61.7%, 11.8%-18.8%, and 13.1%-24.4%, respectively (<0.05). In addition, all fertilization treatments significantly increased carbon storage of one-year bamboo and bamboo stand by 41.5%-179.0% and 26.3%-39.0%, respectively (<0.05). For all fertilization treatments, the increase of mean diameter at breast height and carbon storage of one-year bamboo under N3P3K3Z3treatment was the most obvious. It could be seen that the combined application of biogas slurry and chemical fertilizers could increase soil fertility, promote the growth of bamboo (especially newly grown bamboo) and increase carbon sequestration of bamboo.

biogas slurry; soils; nitrogen fertilizer; bamboo; carbon storage; physicochemical properties of soil

2018-11-14

2019-03-07

浙江省基礎公益項目（LGN18D010004）、浙江省重點研發計劃項目（2017C03010）和（2019C02061）、國家自然科學基金項目（41501238）、浙江科技學院省屬高校科研經費（2019QN29）資助

柴彥君，博士，講師，主要從事土壤改良與培肥的研究。Email：chaiyanjun@zust.edu.cn

單勝道，教授，博士，博士生導師，主要從事廢棄生物質綜合利用研究。Email：shanshd@vip.sina.com

10.11975/j.issn.1002-6819.2019.08.025

S1

A

1002-6819(2019)-08-0214-07

柴彥君，黃利民，董越勇，李 艷，王志榮，單勝道，平立鳳，張無敵. 沼液施用量對毛竹林地土壤理化性質及碳儲量的影響[J]. 農業工程學報，2019，35(8)：214－220. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.08.025 http://www.tcsae.org

Chai Yanjun, Hung Limin, Dong Yueyong, Li Yan, Wang Zhirong, Shan Shengdao, Ping Lifeng, Zhang Wudi. Effects of biogas slurry application rates on soil physical and chemical properties and carbon storage of bamboo forest[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2019, 35(8): 214－220. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.08.025 http://www.tcsae.org