生物炭对施用有机肥土壤重要酶活性的影响 本科毕业论文模版参考

1、 本科毕业论文题目： 生物炭对施用有机肥土壤重要酶活性的影响 目 录第一部分 毕业论文（统一）一、毕业论文（统一） （统一）第二部分 过程管理资料二、毕业论文课题任务书( )三、本科毕业论文开题报告( )四、本科毕业论文中期报告( )五、毕业论文指导教师审阅表( )六、毕业论文评阅教师评阅表( )七、毕业论文答辩评审表( )注意：以上七条中的“（设计）”字样全部删除2014届本科生毕业论文题 目：生物炭对施用有机肥土壤重要酶活性的影响2015年06月生物炭对施用有机肥土壤重要酶活性的影响摘 要本实验设置5组预培养土样、3种实验分别进行，探索施加不同量生物炭对施用有机肥土壤重要酶活性的影响，研究

2、最适生物炭施加量。结果表明，在施用有机肥土壤中加入生物炭能够增强土壤重要酶活性，其活性随生物炭施加量的增多而上升。研究中发现，生物炭对不同类型土壤重要酶活性的影响程度不同，其中脲酶活性变化幅度最大，过氧化氢酶变化幅度最低，这可能与它们本身在土壤生境中原有微生物量有关。另外，随着生物炭施加量的增多，土壤重要酶活性的持续时间会有一定地延长，当施加高量（5%)生物炭时，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、生态环境等方面有着积极的影响。随着对生物炭研究的拓宽，生物炭的利用将有很大发展的前景。关键词：砖红壤，有机肥，生物炭，酶活性 Effect of biochar on s

3、oil organic fertilization important enzyme activityAuthor：Li hongjiTutor：Shi yunfeng（书写格式应与中文摘要对应，题目一律用大写字母）ABSTRACT(空一行)×××××××××（小四号Times New Roman，行距20磅，首行缩进2字符）×××××××××××××××&

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

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10、#215;××.（空1行）Keywords: Latosol, Organic Fertilizer, Biochar, Activity 目 录1 前言11.1 生物炭简介11.2 土壤酶简介21.3 生物炭对土壤酶影响国内外研究现状21.3.1 国外研究现状21.3.2 国内研究现状31.4 研究的目的与意义31.4.1研究的目的31.4.2 研究的意义31.5 研究内容与技术路线41.5.1 研究内容41.5.2 技术路线52 实验部分62.1 实验材料的准备62.1.1 生物炭的制备62.1.2 有机肥的处理62.1.3 土壤的处理方法62.2 实验方法62.2.1

11、 生物炭对土壤过氧化氢酶活性影响测定62.2.2 生物炭对土壤脲酶活性影响测定82.2.3 生物炭对土壤蔗糖酶活性影响测定102.3 检测方法112.3.1 溶液中H2O2含量的测定方法122.3.2 溶液中尿素含量的测定方法122.3.3 溶液中葡萄糖含量的测定方法133 结果与分析153.1 生物炭对土壤主要酶活性的影响153.1.1 生物炭对土壤过氧化氢酶活性的影响153.1.2 生物炭对土壤脲酶活性的影响163.1.3 生物炭对土壤蔗糖酶活性的影响173.2 生物炭对土壤主要酶活性的整体影响184 结论与展望204.1 结论204.2 展望20参考文献22致谢24附录251 前言近年来

12、研究表明，生物炭对农业、环境保护、能源利用等领域有着积极的作用，其本质是高度芳香化难熔性固态高聚产物，在完全或部分缺氧的情况下，动植物遗体或其他生物质在低于700 的环境下热解炭化产生1。生物炭不是近年研发出来的一种农业新材料，早在2500年以前甚至6000年以前，巴西亚马逊流域已经开始在土壤中加入生物炭加强其肥力，也就是所谓的亚马逊黑土。随着当今世界人口的增多，人均能源资源、人均环境资源和人均粮食资源越来越贫瘠，对生物炭的研究逐渐兴起，成为农业、环境等学术界的热点课题之一。 当前的研究表明，土壤施用一定量的生物炭后，一方面，酸性土壤的通过提高pH 值从而土壤肥力得到增强2，另一方面，借助其阳

13、离子吸附从而使土壤营养物质的持有量得到增加3。与此同时，土壤中的微生物群落组成情况和数量也会改变4，因此也就间接地对此土壤上生长的植物产生了影响5。但由于受不同来源生物炭的性质不同、同源生物炭施用量不同、不同类型土壤质地不同、同种土壤施肥量不同等因素的影响，目前有关生物炭的施用对有机肥土壤中重要酶活性影响的研究结果并不是很明确，因此当今国内外学者对土壤中重要酶在有机肥土壤中施用生物炭后活性的情况仍存在争议。本文在此基础上，通过实验不同量生物炭对施用有机肥的砖红壤中重要酶活性的影响，研究探讨施用有机肥后的砖红壤最适生物炭施用量，选择合适的生物炭，以期使施用有机肥土壤得到较好的改良效果，促进植物生

14、长。1.1 生物炭简介生物炭是指植物生物质在部分或完全缺氧的条件经热解炭化产生的一类高度芳香化、富含碳素的固态物质，具有高度稳定性6。诸多研究表明，添加生物炭会刺激土壤微生物活动，从而影响微生物特性，但其影响程度与实验条件(室内培养或者田间试验)、土壤质地及肥力状况、土地利用方式、养分管理及生物炭自身性质(材料来源、热解温度)等密切相关。生物炭的孔隙结构及其对水肥的吸附作用使其可成为土壤微生物的良好栖息环境；这种变化还可能与土壤理化特性改善、养分有效性增加、生物炭自身提供养分等因素有关7。生物炭对土壤微生物丰度的影响生物炭的多孔性和表面特性能够为微生物生存提供附着位点和较大空间，同时调控土壤微

15、环境的理化性质，影响土壤微生物的生长、发育和代谢，进而改善土壤肥力8。生物炭对土壤微生物的影响是复杂的、多方面的，作用机制尚不完全清楚。大多数研究表明，生物炭的添加会增加土壤微生物量，会明显改变土壤微生物群落结构组成和土壤酶活性。研究发现9，生物炭的添加增加了两种农田土壤（微酸性和碱性土壤）的微生物量碳含量。研究发现，竹炭的添加增加了土壤微生物量碳、氮、磷的含量10。研究发现11，生物炭的施用显著提高了土壤微生物量碳水平，且随施用量增加，其对土壤微生物量碳的影响越大。同时，生物炭在一定程度上也提高了土壤微生物量氮水平，但当施用量达到一定程度量时，反而会显著降低土壤微生物量氮的含量。1.2 土壤

16、酶简介土壤酶主要来源于土壤中动物、 植物根系和微生物的细胞分泌物等， 土壤酶活性反映了土壤中各种生物化学过程的强度和方向。而在土壤中，酶的活性反映着该土壤中微生物的活性，代表着该土壤物质代谢的旺盛程度12。在土壤营养成分转化、土壤腐殖质形成过程中，土壤微生物是的重要参与者。土壤微生物在土壤有机质的腐殖化、再循环和矿化等反应过程中发挥着不可替代重要作用。与此同时，土壤的性质和组成成分也极大地影响着土壤中微生物和酶的活性。土壤作为适合微生物生存的微环境，具有六大特点13：土壤中的微生物种类多样，微生物量巨大；存在复杂的营养交互作用；活微生物在土壤中占据的空间较小，仅占土壤中生物有效空间的5%以下；

17、土壤胶体能吸附重要的生物大分子如DNA、蛋白质等；微生物在土壤固相中居于核心地位；并存着生物调节和非生物调节的生物化学反应。通过借助土壤其特点，调控土壤组成成分，可以借此研究同种物质不同量对土壤中酶活性的影响。1.3 生物炭对土壤酶影响国内外研究现状1.3.1 国外研究现状生物炭的使用一直伴随着人类的农业发展历程，而对生物炭的研究，早在20世纪80年代国外就已经有了一定的进展，但其农田土壤中的研究对象主要为增加农作物产量，如日本在1994年就有研究报道关于生物炭对柑橘生长的影响。随着对全球气候变化的研究，人类生存面临能源、环境和粮食危机的日益加剧，在 Marris 发表了“Black is t

18、he new green” 的文章之后，生物炭逐渐进入更多学者的视野里，其生物炭性质和应用技术也有了更广泛和更深入的研究。在一方面，目前国外对生物炭应用于土壤的研究已经发展到改良土壤机理的高度，但其更多的是侧重于单一方面的效果，且生物炭类型不一，在土壤中长期生态环境产生的效益受生物炭的影响也存在不同的观点1。在另一方面，生物炭对土壤重要酶的影响存在着矛盾性。生物炭对施用有机肥土壤中微生物的影响是存在着复杂的、不同方面的因素，其作用机制还未能能够全面的研究。大部分的国外研究成果显示，在土壤中添加生物炭会增加土壤微生物量，土壤中的微生物群落组成结构和土壤酶活性会有明显的变化15。同时，研究发现添加

19、生物炭后，微酸性土壤和碱性土壤中的微生物量碳含量能够得到提升8。但也有研究表面，在土壤中添加生物炭会明显地减少土壤微生物量碳含量，但对其氮含量影响不明显16。与此同时，在土壤中添加生物炭会对菌根真菌产生积极的影响，使菌根真菌的丰度有所增加，促进菌根真菌对植物根部的侵染17。1.3.2 国内研究现状中国是个农业大国，农业废弃资源丰富，但对生物炭的研究相对于国外起步较晚，尤其是生物炭关于对施用有机肥土壤中重要酶活性影响的方面。国内也有做过关于生物炭的类似研究，发现在土壤中施用生物炭后土壤微生物量碳水平得到了显著提高，且其对土壤微生物量碳的影响随生物炭的施用量增加而增大11。与此同时，也有深入细化地

20、研究：在土壤中施用生物炭可对玉米、小麦等作物产生积极的影响，能够增加土壤中主要微生物的数量12；但在土壤中施用高量（5%)生物炭对植物生长可能会有抑制作用19。但目前中国关于生物炭在土壤酶影响方面的研究，所做的实验是相对较少，主要还是针对国外所做的成果进行研究和归纳。中国在生物炭对土壤酶活性影响的研究还有很大的空白需要去填补。1.4 研究的目的与意义1.4.1研究的目的测定不同量生物炭对施用有机肥的砖红壤中重要酶活性的变化情况，探索适量生物炭对砖红壤中重要酶活性的积极影响。1.4.2 研究的意义近几年，生物炭作为新型环保类资源引起广泛关注，在改良土壤、减排温室气体和修复受污染环境等方面都有着相

21、当大的应用潜力。目前生物炭在环境、生态等领域作用机理的基础研究方面鲜有报道，还缺少大规模试验和统计数据的支持，在土壤生境中的地位与作用方面的研究才刚刚起步，具体的作用机理与贡献还不清楚，尤其是在国内，亟待加强生物炭在土壤方面的基础理论和研究技术，拓宽研究领域。本文以水稻秸秆为原材料制成生物炭，探索不同量生物炭对施用有机肥的砖红壤中重要土壤酶活性的影响，为生物炭在农业发展及环境保护过程中的应用提供理论依，为深入研究生物炭对土壤酶的影响提供参考。1.5 研究内容与技术路线1.5.1 研究内容本次实验研究生物炭对施用有机肥土壤重要酶活性的影响，因此将实验分为三个方面进行，每个方面分为5组进行，每组重

22、复三次。土壤预培养时间共计50天，在培养开始后的第10天、第20天、第35天、第50天分别测定实验土壤中重要酶活性的变化情况。第一方面：测定在不同量生物炭下土壤过氧化氢酶活性的变化情况。通过向预培养的不同组土壤中注入等量的H2O2溶液，密封振荡0.5小时，采用滴定法，计算培养液中剩余H2O2量，测定不同时刻土壤中过氧化氢酶活性的变化情况。第二方面：测定在不同量生物炭下土壤脲酶活性的变化情况。通过向预培养的不同组土壤中注入等量的尿素溶液并都加入柠檬酸缓冲液和甲苯。在恒温条件下培养5h。通过铵氮生成法计算培养液中尿素含量，测定不同时刻土壤中脲酶活性的变化情况。第三方面：测定在不同量生物炭下土壤蔗糖

23、酶活性的变化情况。通过向预培养的不同组土壤中注入等量的蔗糖溶液并都加入磷酸缓冲液和甲苯。在恒温条件下培养24h。通过3,5-二硝基水杨酸比色法计算培养液中葡萄糖含量，测定不同时刻土壤中蔗糖酶活性的变化情况。整合三方面的实验数据，通过Excel作图，研究在不同量生物炭下施用有机肥土壤中重要酶的活性情况，探索生物炭对土壤和土壤酶产生积极影响的最适量。22分组注入尿素溶液、柠檬酸缓冲液、甲苯培养50天，定时补水，在第10、20、35、50天测定酶活性变化分组注入蔗糖溶液、磷酸缓冲液、甲苯取液显色数据测定及处理37恒温中培养24h测定土壤蔗糖酶活性滴定振荡培养0.5h分组注入H2O2测定过氧化氢酶活性

24、测定土壤脲酶活性原料制备水稻秸秆烘干、粉碎、制炭、过筛砖红壤风干、过筛有机肥烘干、粉碎、过筛分组培养土壤中加入2%有机肥和5%生物炭土壤中加入2%有机肥和2%生物炭纯土壤培养，不加有机肥，不加生物炭土壤中加入2%有机肥，不加生物炭土壤中加入2%有机肥和0.5%生物炭38恒温下培养5h取液显色数据测定及处理分析数据，筛选单位土壤最适生物炭施用量 1.5.2 技术路线2 实验部分2.1 实验材料的准备实验主要研究添加不同量水稻秸秆生物炭对施用有机肥料的土壤中重要酶（蔗糖酶、过氧化氢酶、脲酶）活性的影响。因此，采集三亚常见的新鲜废弃水稻秸秆，经过进一步的处理制作本实验的生物炭并做好密封保存以备后续实

25、验进行。有机肥？整个实验涉及到的土壤为砖红壤，该种土壤质地偏砂且粘重，粘粒含量高达60%以上，呈酸性至强酸性反应，海南经济作物地区主要为砖红壤地区，便于实验进行。2.1.1 生物炭的制备将采集后的水稻秸秆在60-70条件下恒温烘干12小时，烘干后的水稻秸秆通过粉碎机进行粉碎。把马弗炉调整到500，将粉碎后的水稻秸秆粉碎干粉放入铁盒中，放入马沸炉中加热分解。当马弗炉中温度升高到指定温度开始计时，2h后停止加热，将铁盒取出并自然冷却到室温。用粉碎机粉碎生物炭，生物炭粉碎干粉过60目筛，在塑封袋中储存备用。2.1.2 有机肥的处理将有机肥料在60-70条件下恒温烘干，通过粉碎机粉碎，过60目筛，在塑

26、封袋中储存备用。2.1.3 土壤的处理方法将采集回来的土壤风干，过2mm土壤筛，储存备用。2.2 实验方法2.2.1 生物炭对土壤过氧化氢酶活性影响测定2.2.1.1 实验设置实验使用一种土壤（砖红壤），设置三个实验组（低生物炭组：培养一定量的土壤，含有一定量的有机肥和少量的生物炭；中生物炭组：培养等量的土壤，含有等量的有机肥和中量（2%)的生物炭；高生物炭组：培养等量的土壤，含有等量的有机肥和高量（5%)的生物炭），一个纯土壤组（添加等量土壤但不添加任何有机肥和生物炭），一个无生物炭组（添加等量土壤和有机肥但不添加任何生物炭），每组实验重复3次，共3×5×n个样。实验共采

27、集生物炭样本1种，所以本实验共3×5×1=15个样。实验需要重复3次。2.2.1.2 土壤预培养实验将所需土壤的含水量调整到约田间持水量的60%（一般加水量为土壤量的15%到20%之间，以不粘结但很湿润为准），将土壤容器用塑料薄膜封盖以免水分过快损失，将塑料薄膜用针扎一些小孔，以保持气体流通，保证土壤重要酶的活性。每隔3天，补水一次。按照各要求处理，将一定量土壤、所需有机肥及生物炭混匀，做好补水（即补充所加入的干燥有机肥和生物炭所需的水量），放入培养瓶中进行培养。2.2.1.3 溶液配制酶促反应试剂的配制：准确量取1ml的30%H2O2溶液，放入100ml的容量瓶中，稀释至

28、100ml，并定溶。双氧水在常温下易分解成H2O和O2，故该溶液需要现配现用。2.2.1.4 处理设置及检测在实验开始前，测定预培养土壤的过氧化氢酶活性，代表土壤酶活性的初始值。在培养开始后的第10天、第20天、第35天、第50天测定土壤过氧化氢酶活性。纯土壤组处理：培养一定量的纯土壤，不加任何有机肥和生物炭。称取5g土壤，置于150ml三角瓶中，并注入40ml蒸馏水和5ml0.3%过氧化氢。破碎大颗粒后，密封处理，室温下振荡培养。无生物炭组处理：培养等量的土壤，含有2%的有机肥培养，不加生物炭。称取5g土壤，置于150ml三角瓶中，并注入40ml蒸馏水和5ml0.3%过氧化氢。破碎大颗粒后，

29、密封处理，室温下振荡培养。低生物炭组处理：培养等量的土壤，含有2%的有机肥和0.5%的生物炭。称取5g土壤，置于150ml三角瓶中，并注入40ml蒸馏水和5ml0.3%过氧化氢。破碎大颗粒后，密封处理，室温下振荡培养。中生物炭组处理：培养等量的土壤，含有2%的有机肥和2%的生物炭。称取5g土壤，置于150ml三角瓶中，并注入40ml蒸馏水和5ml0.3%过氧化氢。破碎大颗粒后，密封处理，室温下振荡培养。高生物炭组处理：培养等量的土壤，含有2%的有机肥和5%的生物炭。称取5g土壤，置于150ml三角瓶中，并注入40ml蒸馏水和5ml0.3%过氧化氢。破碎大颗粒后，密封处理，室温下振荡培养。对照组

30、处理：取一个空白三角瓶，不加入土壤，只注入40ml蒸馏水和5ml0.3%过氧化氢，作为对照。密封处理，室温下振荡培养。上述处理在室温下培养0.5小时后，做如下处理：培养结束后，立即向各三角瓶中注入5ml 1.5 mol/L的硫酸终止反应，过滤。取滤液，用对照组做标准H2O2含量，测定各实验组H2O2含量。过氧化氢酶活性采用单位时间（min或h）单位质量土样催化分解的H2O2的质量（mg）衡量，单位为mg/(g·h)。2.2.1.5 注意事项1、实验需每隔1周采用重量法测定含水量并补充水分1次，使各处理的含水量保持一致。2、实验不能及时测定的土壤样品在4保存，可认为土壤酶活性和微生物学

31、性质不会发生较大变化，但不宜长期储存。3、实验全过程要采用蒸馏水4、每次实验试剂为现配现用2.2.2 生物炭对土壤脲酶活性影响测定2.2.2.1 实验设置实验使用一种土壤（砖红壤），设置三个实验组（低生物炭组：培养一定量的土壤，含有一定量的有机肥和少量的生物炭；中生物炭组：培养等量的土壤，含有等量的有机肥和中量（2%)的生物炭；高生物炭组：培养等量的土壤，含有等量的有机肥和高量（5%)的生物炭），一个纯土壤组（添加等量土壤但不添加任何有机肥和生物炭），一个无生物炭组（添加等量土壤和有机肥但不添加任何生物炭），每组实验重复3次，共3×5×n个样。实验共采集生物炭样本1种，所以

32、本实验共3×5×1=15个样。实验需要重复3次。2.2.2.2 土壤预培养实验将所需土壤的含水量调整到约田间持水量的60%（一般加水量为土壤量的15%到20%之间，以不粘结但很湿润为准），将土壤容器用塑料薄膜封盖以免水分过快损失，将塑料薄膜用针扎一些小孔，以保持气体流通，保证土壤重要酶的活性。每隔3天，补水一次。按照各要求处理，将一定量土壤、所需有机肥及生物炭混匀，做好补水（即补充所加入的干燥有机肥和生物炭所需的水量），放入培养瓶中进行培养。在培养开始后的第10天、第20天、第35天、第50天测定土壤脲酶活性。2.2.2.3 溶液配制1、10%尿素：准确称量10g尿素溶解并

33、定容为100ml2、1mol/L氢氧化钠：准确称取4g氢氧化钠溶解并定容为100ml3、柠檬酸钠缓冲液：准确称取36.8g柠檬酸溶于60ml水中；准确称取29.5g氢氧化钾溶于100ml水中；将两溶液混匀，用1mol/L氢氧化钠将溶液pH调节至6.7左右，定容为200ml。2.2.2.4 处理设置及检测在实验开始前，测定预培养土壤的过氧化氢酶活性，代表土壤酶活性的初始值。在培养开始后的第10天、第20天、第35天、第50天测定土壤过氧化氢酶活性。纯土壤组处理：培养一定量的纯土壤，不加任何有机肥和生物炭。称取5g土壤，置于150ml三角瓶中，均匀加入2ml甲苯，处理15min。向瓶中注入10ml

34、10%尿素溶液和20ml柠檬酸缓冲液，混合均匀。将三角瓶密封，置于38恒温中培养。无生物炭组处理：培养等量的土壤，含有2%的有机肥培养，不加生物炭。称取5g土壤，置于150ml三角瓶中，均匀加入2ml甲苯，处理15min。向瓶中注入10ml10%尿素溶液和20ml柠檬酸缓冲液，混合均匀。将三角瓶密封，置于38恒温中培养。低生物炭组处理：培养等量的土壤，含有2%的有机肥和0.5%的生物炭。称取5g土壤，置于150ml三角瓶中，均匀加入2ml甲苯，处理15min。向瓶中注入10ml10%尿素溶液和20ml柠檬酸缓冲液，混合均匀。将三角瓶密封，置于38恒温中培养。中生物炭组处理：培养等量的土壤，含有

35、2%的有机肥和2%的生物炭。称取5g土壤，置于150ml三角瓶中，均匀加入2ml甲苯，处理15min。向瓶中注入10ml10%尿素溶液和20ml柠檬酸缓冲液，混合均匀。将三角瓶密封，置于38恒温中培养。高生物炭组处理：培养等量的土壤，含有2%的有机肥和5%的生物炭。称取5g土壤，置于150ml三角瓶中，均匀加入2ml甲苯，处理15min。向瓶中注入10ml10%尿素溶液和20ml柠檬酸缓冲液，混合均匀。将三角瓶密封，置于38恒温下培养。上述处理在38恒温下培养5h后，做如下处理：培养结束后，向溶液中加入20ml 2mol/L KCl，振荡10min，过滤。用NH3-N标准溶液做标准曲线，取滤液

36、加入显色剂待其显色后，测定各处理NH3-N生成量脲酶活性采用单位时间（h），单位质量土壤（1g）所催化生成的NH3-N的量（mg）表示，即mg/（g·h）2.2.2.5 注意事项1、用甲苯处理时要保证土样都有被覆盖，以免存活脲酶对实验造成影响。2、实验过程中，密封培养时，为保证反应正常进行，需将塑料薄膜用针扎一些小孔，以保持气体流通。2.2.3 生物炭对土壤蔗糖酶活性影响测定2.2.3.1 实验设置实验使用一种土壤（砖红壤），设置三个实验组（低生物炭组：培养一定量的土壤，含有一定量的有机肥和少量的生物炭；中生物炭组：培养等量的土壤，含有等量的有机肥和中量（2%)的生物炭；高生物炭组：

37、培养等量的土壤，含有等量的有机肥和高量（5%)的生物炭），一个纯土壤组（添加等量土壤但不添加任何有机肥和生物炭），一个无生物炭组（添加等量土壤和有机肥但不添加任何生物炭），每组实验重复3次，共3×5×n？个样。实验共采集生物炭样本1种，所以本实验共3×5×1=15？个样。实验需要重复3次。2.2.3.2 土壤预培养实验将所需土壤的含水量调整到约田间持水量的60%（一般加水量为土壤量的15%到20%之间，以不粘结但很湿润为准），将土壤容器用塑料薄膜封盖以免水分过快损失，将塑料薄膜用针扎一些小孔，以保持气体流通，保证土壤重要酶的活性。每隔3天，补水一次。按照

38、各要求处理，将一定量土壤、所需有机肥及生物炭混匀，做好补水（即补充所加入的干燥有机肥和生物炭所需的水量），放入培养瓶中进行培养。在培养开始后的第10天、第20天、第35天、第50天测定土壤蔗糖酶活性。2.2.3.3 溶液配制1、pH5.5磷酸缓冲液：准确称取1.19g Na2HPO42H2O溶于100ml蒸馏水中得到1/15M磷酸氢二钠溶液，准确称取0.91g KH2PO4溶于100ml蒸馏水中得到1/15M磷酸二氢钾溶液。取5ml1/15M磷酸氢二钠溶液和95ml1/15M磷酸二氢钾溶液均匀混合，即得100ml pH5.5磷酸缓冲液。2、8%蔗糖溶液：准确称取8g蔗糖溶于蒸馏水中，定溶到10

39、0ml。2.2.3.4 处理设置及检测在实验开始前，测定预培养土壤的过氧化氢酶活性，代表土壤酶活性的初始值。在培养开始后的第10天、第20天、第35天、第50天测定土壤过氧化氢酶活性。纯土壤组处理：培养一定量的纯土壤，不加任何有机肥和生物炭。称取2g土样，置于50ml三角瓶中，注入15ml 8%蔗糖溶液，5ml pH5.5磷酸缓冲液和0.25ml甲苯，摇匀混合物。将三角瓶密封，置于37恒温中培养。无生物炭组处理：培养等量的土壤，含有2%的有机肥培养，不加生物炭。称取2g土样，置于50ml三角瓶中，注入15ml 8%蔗糖溶液，5ml pH5.5磷酸缓冲液和0.25ml甲苯，摇匀混合物。将三角瓶密

40、封，置于37恒温中培养。低生物炭组处理：培养等量的土壤，含有2%的有机肥和0.5%的生物炭。称取2g土样，置于50ml三角瓶中，注入15ml 8%蔗糖溶液，5ml pH5.5磷酸缓冲液和0.25ml甲苯，摇匀混合物。将三角瓶密封，置于37恒温中培养。中生物炭组处理：培养等量的土壤，含有2%的有机肥和2%的生物炭。称取2g土样，置于50ml三角瓶中，注入15ml 8%蔗糖溶液，5ml pH5.5磷酸缓冲液和0.25ml甲苯，摇匀混合物。将三角瓶密封，置于37恒温中培养。高生物炭组处理：培养等量的土壤，含有2%的有机肥和5%的生物炭。称取2g土样，置于50ml三角瓶中，注入15ml 8%蔗糖溶液，

41、5ml pH5.5磷酸缓冲液和0.25ml甲苯，摇匀混合物。将三角瓶密封，置于37恒温中培养。上述处理在37恒温下培养24h后，做如下处理：培养结束后，取出并迅速过滤。用葡萄糖标准溶液做标准曲线，取滤液加入显色剂加热，待其显色后，用蒸馏水稀释，并在分光光度计上于波长508nm处进行比色。蔗糖酶活性以单位时间（1h）、单位土壤（1g）生成的葡萄糖的质量（mg）表示，即mg/(g·h)。2.3 检测方法2.3.1 溶液中H2O2含量的测定方法定量滴定酶促反应后剩余的过氧化氢量2.3.1.1 适用范围定量滴定酶促反应后剩余的过氧化氢量2.3.1.2 实验原理过氧化氢酶，又称接触酶，能酶促过

42、氧化氢对各种化合物的氧化。几乎在所有生物体内都有过氧化氢酶，在某些细菌里，其数量约为细胞干重的1%。土壤的过氧化氢酶活性，与土壤呼吸强度和土壤微生物活性相关，在一定程度上反应了土壤微生物学过程的强度。2.3.1.3 试剂配制1、1.5mol/L硫酸：量取8.2ml硫酸溶解并定容为100ml。2、0.002mol/LKMnO4溶液：称取0.3161g高锰酸钾溶解并溶于1000ml水中。2.3.1.4 操作步骤1、标准含量测定：取对照组滤液20ml，用0.002mol/L 高锰酸钾溶液滴定至微红，记录0.002mol/L 高锰酸钾溶液消耗量。2、H2O2的提取：称取5g土壤，置于150ml三角瓶中

43、，并注入40ml蒸馏水和5ml0.3%过氧化氢。破碎大颗粒后，密封处理，室温下振荡培养。培养结束后，立即向各三角瓶中注入5ml 1.5 mol/L的硫酸终止反应，过滤。3、所提取的H2O2用0.002mol/L 高锰酸钾溶液滴定至微红，分别记录不同组0.002mol/L 高锰酸钾溶液消耗量。4、计算所得各处理过氧化氢酶活性。2.3.2 溶液中尿素含量的测定方法实验用铵氮生成法测定溶液中尿素含量2.3.2.1 适用范围？2.3.2.2 实验原理脲酶是一种酰胺酶，能酶促有机质分子中肽键的水解。土壤的脲酶活性与土壤的微生物数量、有机质含量、全氮和速效氮含量呈正相关。脲酶是一种高度专性的酶，能酶促尿素

44、的水解，生成二氧化碳和氨。通常可以通过测定生成的氨的数目以表示土壤脲酶的活性。2.3.2.3 试剂配制1、苯酚钠溶液：准确称取12.5g苯酚溶于12ml乙醇，并加入0.4ml甲醇和3.7ml丙酮；准确称取5.4g氢氧化钠溶于30ml水中。将两溶液均匀混合并用蒸馏水定容为100ml。该溶液需要现用现配。2、次氯酸钠溶液：用蒸馏水稀释为有效氯（活性氯）含量为1%左右，该溶液需要现用现配。3、NH3-N标准溶液：准确称取0.4717g硫酸铵，溶解并定容为1L，该溶液所含NH3-N 100mg/L。2.3.2.4 操作步骤1、标准曲线：取6支50ml容量瓶，分别加入NH3-N标准溶液0、2、4、6、8

45、、10ml，定容后，NH3-N的含量分别为0、4、8、12、16、20mg/L。2、取滤液1ml置于50ml容量瓶中（标准曲线也是取1ml置于50ml容量瓶中），注入入10ml蒸馏水，4ml苯酚钠溶液，3ml次氯酸钠溶液，混匀。3、显色30min后，定容。4、用蒸馏水作参比，在578nm下比色测定各处理NH3-N生成量。5、应用Excel软件以实验中标准曲线的吸光度（y轴）对浓度（x轴）作图，拟合其方程，得出吸光度A和浓度的关系，并计算各处理样品的浓度20。2.3.3 溶液中葡萄糖含量的测定方法实验用3,5-二硝基水杨酸比色法测定溶液中葡萄糖含量2.3.3.1 适用范围适于成批样品测定，且在测

46、定土壤蔗糖酶活性时，溶液为在酸性介质中，均以蔗糖为基质，蔗糖液浓度范围为5-20%。2.3.3.2 实验原理蔗糖酶能酶促蔗糖水解生成葡萄糖和果糖。可根据蔗糖水解的生成物与3,5-二硝基水杨酸生成有色化合物进行比色测定。2.3.3.3 试剂配制1、3,5-二硝基水杨酸溶液：准确称取1.6gNaOH溶解于20ml水中，准确称取0.5g二硝基水杨酸，溶于20ml 2mol/L氢氧化钠和50ml水中，再加入18.2g酒石酸钾钠，用蒸馏水定溶至100ml。2、标准葡萄糖溶液：准确称取0.15g苯甲酸溶解并定容为100ml得到12mmol/L苯甲酸溶液，准确称取0.5g葡萄糖溶于该100ml苯甲酸溶液）中

47、。2.3.3.4 操作步骤1、标准曲线做法：取0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0ml葡萄糖标准溶液，定容到50ml，其浓度分别为含有葡萄糖0、2、4、6、8、10mg/L。与测定蔗糖酶活性同样的方法进行显色。2、取滤液1ml置于50ml容量瓶中，加3ml 3,5-二硝基水杨酸，并在沸水显色加热5min。3、将容量瓶移至自来水流下冷却3min。4、用蒸馏水稀释至50ml。5、用蒸馏水作参比，在分光光度计上于波长508nm处进行比色。6、应用Excel软件以实验中标准曲线的吸光度（y轴）对浓度（x轴）作图，拟合其方程，得出吸光度B和浓度的关系，并计算各处理样品的浓度20。3 结果与分析 3

48、.1 生物炭对土壤主要酶活性的影响3.1.1 生物炭对土壤过氧化氢酶活性的影响图1 不同量生物炭对有机肥土壤过氧化氢酶活性的影响Fig. 1 Different Amounts of Biochar on Soil Organic Fertilizer Over the Activity of Hydrogen Peroxide由图1可知，随着时间变化，纯土壤中过氧化氢酶活性会先上升后缓慢降低的变化；施用有机肥会对过氧化氢酶活性有一定的促进作用，但在10d之后其总体活性也会不断降低；在施用有机肥土壤中加入低量（0.5%)生物炭，过氧化氢酶活性在相同时间段里相对于未加生物炭的施用有机肥土壤虽有所

49、变化，但从整个时间段的情况来看，其活性变化影响不是很大；在施用有机肥土壤中加入中量（2%)生物炭，从第10d、第20d、第35d、第50d的数据来看，过氧化氢酶活性相对于未加生物炭的施用有机肥土壤总体上提高了5%20%；在施用有机肥土壤中加入高量（5%)生物炭，从第10d、第20d、第35d、第50d的数据来看，过氧化氢酶活性相对于未加生物炭的施用有机肥土壤总体上提高了10%40%。从整体的数据来看：在施用有机肥的砖红壤中加入生物炭后，过氧化氢酶活性程度和持续时间都有了一定的提高，而且随着生物炭量的增多其效果越明显，虽在其活性在第10d后仍开始下降，但不同于未加入生物炭的有机肥土壤，其活性在第

50、35d又开始回升，到50d时其活性已接近之前的峰值。3.1.2 生物炭对土壤脲酶活性的影响图2 不同量生物炭对有机肥土壤脲酶活性的影响Fig. 2 Effect of Different Amounts of Biochar on Soil Organic Fertilizer Urease Activity由图2可知，随着时间的变化，纯土壤中的脲酶活性变化不是很明显，趋于稳定；施用有机肥会对脲酶的活性有一定的促进作用，第10d其活性达到峰值，之后开始下降，且其逐渐接近未施用有机肥的土壤；在施用有机肥土壤中加入低量（0.5%)生物炭，脲酶活性在相同时间段里相对于未加生物炭的施用有机肥土壤提高了

51、100%以上,但在10d后其活性逐渐降低，第50d时生物炭对其活性增强从100%以上降到了50%；在施用有机肥土壤中加入中量（2%)生物炭，脲酶活性在相同时间段里相对于未加生物炭的施用有机肥土壤提高了130%左右，在10d后其活性同样逐渐降低，但在第50d时加入中量（2%)生物炭对其活性增强幅度仍有100%左右；在施用有机肥土壤中加入高量（5%)生物炭，脲酶活性在相同时间段里相对于未加生物炭的施用有机肥土壤在第10d的时候效果不是很明显，只提高了35%左右，但不同于加入低量（0.5%)、中量（2%)生物炭的情况，加入高量（5%)生物炭的施用有机肥土壤中脲酶活性在第10d后仍不断增强，第35d达

52、到峰值，其活性相对于未加入生物炭的施用有机肥土壤脲酶活性提高100%以上。从整体上看：在施用有机肥的砖红壤中加入生物炭后，脲酶活性有了显著的提高，但加入低量（0.5%)、中量（2%)的生物炭虽效果很明显，在10d后，其脲酶活性增强幅度开始下降。在施用有机肥土壤中加入高量（5%)生物炭，虽开始土壤脲酶活性增强幅度相对于低量（0.5%)、中量（2%)生物炭的环境下明显，但对脲酶活性增强幅度影响不断上升，在第35d后超过加入低量（0.5%)、中量（2%)生物炭的环境下的脲酶活性。3.1.3 生物炭对土壤蔗糖酶活性的影响图3 不同量生物炭对有机肥土壤蔗糖酶活性的影响Fig. 3 Effect of D

53、ifferent Amounts of Biochar on Soil Organic Fertilizer Invertase Activity由图3可知，随着时间变化，纯土壤中蔗糖酶的活性不断提高，在第35d前后达到峰值，第50d其活性下降到略高于初始的水平；施用有机肥会对土壤中蔗糖酶的活性一定程度的提高，但不是很明显；在施用有机肥土壤中加入低量（0.5%)生物炭，蔗糖酶活性在相同时间段里相对于未加生物炭的施用有机肥土壤提高了10%左右，在第35d之后，土壤中蔗糖酶的活性开始降低，但其活性相对于未加生物炭的施用有机肥土壤增强幅度仍保持在10%左右；在施用有机肥土壤中加入中量（2%)生物炭，

54、蔗糖酶活性在相同时间段里相对于未加生物炭的施用有机肥土壤增强幅度与加入低量（0.5%)生物炭的环境相比在前20天差别不是很明显，在35d时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；在施用有机肥土壤中加入高量（5%)生物炭，蔗糖酶活性在前35d里相同时间段里跟加入低量（0.5%)、中量（2%)生物炭环境下的相比，相对于未加生物炭的施用有机肥土壤中增强幅度最低，但其中的蔗糖酶活性到第50d仍保持着峰值。从整体上看，在施用有机肥的砖红壤中加入生物炭后，蔗糖酶活性前20d在不同量生物炭的环境普遍提高了10%左右，到了第35d，低量（0.5%)生物炭环境下的蔗糖酶活性开始下降，而在中量（

55、2%)、高量（5%)生物炭环境下的蔗糖酶活性到第50天仍保持着峰值，中量（2%)生物炭效果略高于高量（5%)生物炭。3.2 生物炭对土壤主要酶活性的整体影响由图4可知，在施用有机肥的土壤中加入生物炭，土壤中重要酶的活性都有增加。在纯土壤和施用有机肥土壤的环境中，从初始时间到第35d，土壤中生物酶活性达到峰值，随后开始下降，甚至低于初始值，但加入生物炭后情况有所改变，且随加入生物炭量增多而增强。土壤中生物炭对不同酶影响情况差别很大，酶活性增强幅度从10%到200%，其中对脲酶活性影响最大，过氧化氢酶影响最小。在土壤中加入中量（2%)、高量（5%)生物炭，其效果更加明显，在第50d时仍能使土壤重要

56、酶活性保持峰值，其中蔗糖酶活性还有进一步提高。图4 不同量生物炭对有机肥土壤主要酶活性的整体影响Fig. 4 the Overall Impact of Varying Amounts of Biochar on Soil Organic Fertilizer Main Activity 4 结论与展望4.1 结论在中国，每年有大量的农业废弃物堆积，就地焚烧是现在中国普遍的现象，这对大气污染、温室效应、资源浪费产生巨大的影响。随着生物炭研究的开展，会对这些现象的改善产生积极作用。同时，研究生物炭对土壤中的重要酶活性的影响，是在寻找减少农业施肥、增加粮食产量的新途径，这对土壤及生态环境和人口粮食

57、资源方面有着重要的意义。本实验基于前人的研究上探讨生物炭对施用有机肥土壤中的重要酶活性的影响，并对过氧化氢酶、脲酶、蔗糖酶等的活性在生物炭施用下的变化情况进行分析，主要结论如下： （1）在施用有机肥土壤中加入生物炭能够对过氧化氢酶、脲酶、蔗糖酶等产生积极的影响。但其促进效果差别巨大，土壤重要酶活性增强幅度从5%到150%不等。其中，对脲酶的活性影响最大，其活性在整个时间段增强了130%左右；蔗糖酶次之，其活性在整个时间段增强50%左右；对过氧化氢酶的活性影响幅度最低，只有10%左右。在土壤中过氧化氢酶初始活性就有5.5mg/(g·h)，而脲酶和蔗糖酶初始活性都低于0.2mg/(g&#

58、183;h)。这说明生物炭能增强土壤重要酶的活性，但对其提升量有所限值。（2)在加入生物炭的施用有机肥土壤生境中，过氧化氢酶、脲酶、蔗糖酶等的活性随着生物炭施加量的增加而增强，同时其高度活性的持续时间也有所延长。与此同时，生物炭施加量达到中量（2%)或高量（5%)时，过氧化氢酶、脲酶等的活性随着时间的变化能够稳定在峰值，蔗糖酶的活性还能进一步提高。(3)在土壤生境中， 过氧化氢酶能反应出土壤腐殖化强度及有机质积累程度，脲酶活性反应出土壤氮素供应强度， 蔗糖酶在糖类物质的水解和土壤碳素循环的过程中起着积极的作用18。在施用有机肥土壤中施加生物炭不会对土壤温度产生太大影响，但能够显著地改变地土壤中

59、的含水量，这将会对土壤中的微生物产生积极的影响11。实验证明生物炭能够在不同程度上增加土壤重要酶活性，并延长土壤重要酶活性持续时间，在改善土壤的生境，增加土壤的肥力，促进作物的生长方面有着积极影响。4.2 展望生物炭作为当今农业方面的研究热点，对农业发展、环境保护、能源利用等领域产生积极的影响。目前，国内外的大量实验研究12证明在土壤中施加生物炭能够对土壤肥力和作物生长产生积极作用，但同时也有实验证明生物炭的施用会对土壤生境产生一定的影响，这其中存在着诸多不确定性因素。在今后，对生物炭利用的研究仍需进一步深入开展。（1）本实验基于前人的研究开展，但只关注了生物炭施加对土壤中重要酶的活性影响，未

60、涉及生物炭施加量对作物生长及产量的影响。同时，本实验是在实验室里进行，排除了野外土壤生境中生物炭流失的因素。未来，将在此基础上进一步开展对生物炭的研究。（2）虽然，目前的研究表明，生物炭的利用存在的诸多不确定因素，但其在农业、环境、能源等方面产生的积极作用是显而易见的。在此之前，有亚马逊流域成功利用生物炭的显现；在未来，随着对生物炭的研究，其将会在一定的农业范围内进行开发使用。参考文献1 丁艳丽,刘杰,王莹莹. 生物炭对农田土壤微生物生态的影响研究进展J. 应用生态学报,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