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酸性土壤(通常p H<6.5)约占全世界耕地面积的40%,由于人类不合理的生产活动导致酸沉降不断增加,土壤酸化现象日益严重。酸性土壤肥力低下,磷素匮乏,严重限制作物生长,造成减产减收。传统的酸性土壤改良剂,如石灰、粉煤灰等都有一定的局限性。生物炭因其较高的p H、发达的孔隙结构和良好的吸附性能,在酸性土壤改良中具有广泛的应用前景。水稻作物残体由于具有量大、来源丰富、硅含量高的特点,是制备生物炭的理想材料。本研究首先选用不同原料(稻秆和稻壳)制备生物炭,然后通过盆栽实验,研究磷和生物炭(1%、2%、4%)对酸性土壤改良及大豆植株对硅和磷的吸收、运转作用,以期为生物炭在酸性土壤改良及作物磷吸收利用提供一定的理论基础。主要研究结果如下:(1)稻秆生物炭和稻壳生物炭的施用显著提高土壤p H(增幅为0.21~2.16个单位),增加土壤EC值,大幅降低土壤交换性酸(降幅达25.92%~95.96%)、交换性铝的含量(降幅为23.95%~95.24%),改善土壤酸度;生物炭处理可以增加土壤总碳、总氮、全磷、交换性盐基离子的含量,从而提高土壤肥力水平。总体上,稻秆生物炭的作用效果优于稻壳生物炭,且随添加量增大,而磷处理对土壤性质影响不明显。(2)生物炭添加显著增大大豆的株高和茎粗,大豆生物量也显著提高0.87~1.47倍。同时,生物炭显著增大大豆根系的长度、表面积和体积,但使根的平均直径减小。(3)添加生物炭处理可以显著提高大豆植株根和叶的硅含量。在4%的添加量下稻壳和稻秆生物炭对大豆叶片的硅含量分别提高48.39%、42.15%。生物炭施入酸性土壤后,土壤有效态硅的含量增加4.13%~42.15%,无定形态硅占比减少。稻秆生物炭有效硅含量高达790.7 mg·kg-1,为土壤提供充足的硅源,从而导致大豆根尖低硅诱导型的硅转运基因Gm NIP2-1和Gm NIP2-2的表达量在生物炭施用后显著下调。(4)生物炭促进大豆根系对磷的吸收,并向地上部转移,茎、叶和荚的磷含量分别增加17.05、1.54和0.77倍,比单纯磷处理作用效果要强。土壤磷素的有效性在生物炭作用下显著增大,有效磷含量增加2.13~6.65倍;土壤Hedley磷分级中,生物炭施用使土壤总磷含量上升,活性磷组分(NH4Cl-Pi+Na HCO3-Pi(NH4F-Pi)+Na HCO3-Po)提高0.91%~12.58%,难溶性残渣态磷相对含量下降0.32%~17.86%,使土壤磷素向有效态转化。生物炭施入土壤后,大豆根系分泌的有机酸如酒石酸和延胡索酸含量分别增大5.74、1.78倍,土壤微生物量磷提高0.77~4.87倍,碱性磷酸酶活性增强29.86%~67.24%,从而加速土壤有机磷的矿化,提高土壤活性磷含量。(5)通过16S r DNA高通量测序对土壤细菌微生物群落结构分析表明,添加生物炭可以显著增大土壤细菌微生物群落多样性,改变细菌门水平的种群比例,其中芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)和拟杆菌门(Bacteroidetes)的相对丰度显著增大。同时,土壤解磷菌属芽单胞菌属(Gemmatimonas)、黄杆菌属(Flavisolibacter)和芽孢杆菌属(Bacillus)的相对丰度在生物炭处理下分别显著增大18.63~20.94倍、9.78~15.91倍和26.45~27.88倍。