【摘要】：生物炭是指動植物殘體或者其他生物質(zhì)在完全或部分缺氧的情況下，以相對“低溫”(700℃)熱解炭化后產(chǎn)生的一類高度芳香化難熔性固態(tài)高聚產(chǎn)物。目前，針對生物炭農(nóng)業(yè)應(yīng)用的研究十分廣泛，主要表現(xiàn)在改良土壤、污染防控、溫室氣體減排和促進作物生長等方面，但是對生物炭施加到水稻土中對其中的鐵氧化還原過程及稻田中光合微生物的生長的影響研究很少。在稻田生態(tài)系統(tǒng)中，由于淹水產(chǎn)生的厭氧環(huán)境可導(dǎo)致土壤中鐵錳氧化物發(fā)生微生物介導(dǎo)的還原作用，鑒于鐵在土壤中具有較高豐度，所以鐵的氧化還原過程倍受關(guān)注。另一方面，與水生態(tài)環(huán)境密切相關(guān)的光合微生物及其代謝過程亦能夠?qū)Φ咎锃h(huán)境產(chǎn)生影響。光合微生物的產(chǎn)氧過程可改變土壤的氧化還原體系，使Mn(II)和Fe(II)氧化，從而影響到養(yǎng)分的有效性和重金屬的形態(tài)。
另外，水稻土在厭氧光照培養(yǎng)時可產(chǎn)生大量的藍細菌，藍細菌產(chǎn)生的藻毒素也會增加稻田土壤的環(huán)境風險。因此研究水稻田中光合微生物及鐵還原過程對生物炭的響應(yīng)對于生物炭在農(nóng)田方面及抑制水體富營養(yǎng)化的應(yīng)用有重要意義。本研究通過模擬水稻土淹水環(huán)境，采用泥漿厭氧培養(yǎng)探討光合微生物生長及鐵氧化還原過程對生物炭的響應(yīng)，主要得到以下結(jié)論:
1、生物炭的添加會影響水稻土中光合微生物的豐度和優(yōu)勢種群。生物炭對光合微生物葉綠素的合成有影響，且與土壤性質(zhì)、培養(yǎng)時間、添加量及粒度有關(guān)。NX水稻土光照培養(yǎng)體系中，生物炭抑制葉綠素的合成，且抑制作用隨添加量的增大而增大，生物炭添加量為4%時，0.25-0.5 mm的生物炭對葉綠素的合成抑制作用最小。TJ水稻土光照培養(yǎng)體系中，低生物炭添加的處理(1%、2%)能促進葉綠素的合成，隨著添加量的增大抑制作用增大，生物炭添加量為4%時添加生物炭粒度較大的兩個處理對葉綠素的合成有促進作用。SC水稻土光照培養(yǎng)體系中低生物炭添加處理(1%、2%)對葉綠素的合成有微弱促進作用，隨著添加量增大，抑制作用增大，生物炭添加量為4%時添加生物炭粒度越大抑制作用越大。
2、生物炭的添加能促進鐵還原過程，且表現(xiàn)為添加量越大促進作用越大；生物炭添加會抑制光合作用過程，添加量越大抑制作用越大，生物炭對體系鐵氧化過程的作用與生物炭添加量和土壤性質(zhì)有關(guān)。TJ水稻土中，添加量為1%的處理對鐵氧化的促進作用最大，添加量為4%的處理對鐵氧化有抑制作用；NX水稻土中，添加量為8%和16%的處理對鐵氧化有促進作用，其他處理均呈現(xiàn)抑制作用；SC水稻土中，添加量為1%的處理對鐵氧化有抑制作用，其他處理均呈現(xiàn)促進作用，且添加量越大促進作用最大。
3、光照條件下由于光合微生物大量生長，光合作用產(chǎn)生氧氣能氧化體系中Fe(II)，同時光合微生物的生長代謝過程能消耗CO2和HCO3-，使得體系pH上升。光合微生物物生長具有顯著的抑制作用，粒度越大時對光合微生物生長抑制作用越明顯。
4、水溶性磷的固定與鐵氧化過程呈負相關(guān)關(guān)系，與光合作用過程呈正相關(guān)關(guān)系。磷酸鹽的添加能促進體系中水溶性磷酸鹽的固定。避光條件下生物炭的添加能促進水溶性磷酸鹽的固定；光照條件下生物炭的添加對水溶性磷酸鹽的固定有抑制作用，一是生物炭能改變體系中的pH值，使得體系P的存在方式朝負電荷多的形態(tài)轉(zhuǎn)化；二是生物炭會抑制光合微生物的生長，減少光合作用，進而抑制鐵氧化物的生成，減少光合微生物與鐵氧化物對水溶性磷的固定；三是鐵-生物炭復(fù)合物的零點荷電低于單一鐵氧化物，也會抑制光照條件下鐵氧化物對水溶性磷酸鹽的固定。
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