生物炭腐植酸對盆栽油菜鉻污染土壤化學(xué)性狀及鉻含量的影響

郭 茹，洪堅(jiān)平

(山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院，山西 太谷 030801)

隨著我國工業(yè)化不斷發(fā)展，土壤污染和安全問題日益嚴(yán)峻[1]，特別是土壤的重金屬污染[2]。大部分農(nóng)田采用工業(yè)污水與生活污水進(jìn)行灌溉而且缺乏長期有效治理手段，使灌溉區(qū)內(nèi)的土壤受到較為嚴(yán)重的重金屬污染[3]，進(jìn)而對糧食產(chǎn)生污染[4]，從而通過食物鏈危害人體健康[5]。鉻(Cr)是污染土壤中廣泛存在且對植物生長毒性很強(qiáng)的重金屬元素，當(dāng)土壤中鉻含量達(dá)到一定濃度時(shí)，會(huì)嚴(yán)重影響植物根系的生理功能。在鉻脅迫下生物大分子構(gòu)象發(fā)生改變，最終會(huì)影響植物的基本生理代謝和生長發(fā)育，對植物起到毒害作用[6-7]。因此，減輕重金屬鉻毒害植物、提高農(nóng)作物產(chǎn)量與品質(zhì)受到了人們的廣泛關(guān)注。不同類型的試劑對不同重金屬的固定效果差異明顯，對重金屬固定存在專一性、選擇性。針對農(nóng)田土壤重金屬的污染，將有機(jī)物料施加到受污染的土壤中，一方面能夠吸附和絡(luò)合土壤中的重金屬離子，改變重金屬在土壤中賦存的形態(tài)；另一方面也可以提高土壤的肥力，直接或間接地改變土壤的理化性質(zhì)，降低土壤的容重，提高土壤的持水量，影響土壤微生物數(shù)量與活性，減輕重金屬對植物毒害，提高植物的生產(chǎn)力和安全性[8]。因此，通過有機(jī)物料還田修復(fù)重金屬污染土壤常被認(rèn)為是一種環(huán)境友好和經(jīng)濟(jì)有效的修復(fù)方法。生物炭作為一種改良污染的修復(fù)劑已經(jīng)成為國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)，研究表明，生物炭能提高土壤肥力，促進(jìn)作物的生長并且能夠降低重金屬生物有效性，減少作物吸收重金屬的風(fēng)險(xiǎn)。生物炭多功能特性與它所具有的吸附性能密切相關(guān)。但是，生物炭自身缺乏營養(yǎng)成分，所含灰分組分也只能提供植物少量礦物質(zhì)，對促進(jìn)植物生長具有一定局限性。在土壤中施用生物炭，作物產(chǎn)量的提高主要仍由土壤自身肥力所決定[9-10]，將生物炭和肥料配施后施入土壤后，能夠彌補(bǔ)生物炭本身營養(yǎng)物質(zhì)的匱乏，也能解決生物炭修復(fù)土壤污染與滿足作物生長需求的矛盾[11]。腐植酸(Humic acid，HA) 在自然界中廣泛存在，主要成分是植物與土壤微生物分解合成后的天然生物大分子，除了能夠提高土壤肥力外，還能夠抗菌、抗病毒。有研究表明，腐植酸鈉(Na-HA)中含有羧基、酚羥基和醌基等活性功能團(tuán)[12]，具有親水、吸附等特性；并且含有吲哚酸、赤霉素、萘乙酸和水楊酸等典型的植物生長素[13]。研究發(fā)現(xiàn)，腐植酸施入土壤中可對重金屬離子進(jìn)行吸附、絡(luò)合螯合等各種化學(xué)反應(yīng)，吸附固定重金屬離子，降低重金屬離子的生物有效性[14]，減少重金屬對植物的毒害。目前，大量研究表明[15-16]，生物炭和腐植酸在改良土壤重金屬污染、提高土壤持水增肥能力及改善植物生理特性方面具有較好的效果，但二者混合施用還鮮有報(bào)道。

本研究采用盆栽模擬鉻污染試驗(yàn)，探究生物炭配施腐植酸對于鉻污染土壤修復(fù)的作用，以期為生物炭和腐植酸配施控制農(nóng)田土壤鉻污染、提高土壤肥效提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

1.1.1 土壤 供試土壤為位于山西省晉中市盆地北端的太原市小店區(qū)流澗村污灌區(qū)0～20 cm表層土壤，屬于由黃土母質(zhì)所發(fā)育而成的石灰性褐土，質(zhì)地為輕壤土。該地區(qū)因長期使用工業(yè)廢水灌溉農(nóng)田，土壤被重金屬鉻污染。采集土壤后去除樣品中的雜粒，過0.5 cm篩，自然晾干后備用。采集的太原市流澗區(qū)污灌土壤的基本性質(zhì)如表1所示。

表1 供試土壤基本性狀Tab.1 Being measured soil basic properties

1.1.2 作物品種 供試油菜品種為五月慢。

1.1.3 肥料 供試生物炭購于平遙晟弘科技有限公司，其基本理化性質(zhì)如表2所示。

表2 供試生物炭基本性質(zhì)Tab.2 Basic properties of the biochar used

注： MSB.玉米秸稈炭；RSB.稻殼炭；WSB.小麥秸稈炭。圖1-6同。

Note:MSB.Maize straw biochar；RSB.Rice hull biochar；WSB.Wheat straw biochar. The same as Fig.1-6.

供試肥料為尿素H2NCONH2(CO(NH2)2)，含氮量為46.67%；過磷酸鈣(磷酸二氫鈣Ca(H2PO4)2和石膏CaSO4·2H2O)，含磷量為14%～20%；硫酸鉀(K2SO4)，含鉀量為50%～55%；雞糞，含氮磷鉀5.3%、有機(jī)質(zhì)45%；腐植酸鈉5 g/kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)采用溫室盆栽進(jìn)行研究，盆栽放于山西農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院溫室大棚，化驗(yàn)分析試驗(yàn)于山西農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院的環(huán)境監(jiān)測實(shí)驗(yàn)室完成。盆栽試驗(yàn)采用雙因素完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，每盆稱土2.67 kg，肥料添加量為：尿素0.625 g/kg、過磷酸鈣1.875 g/kg、硫酸鉀0.44 g/kg、雞糞6.67 g/kg。

試驗(yàn)共設(shè)置4個(gè)處理：CK(不施生物炭)、MSB(玉米秸稈炭)、RSB(稻殼炭)、WSB(小麥秸稈炭)，每種生物炭設(shè)置3個(gè)施用量：0.3%，0.6%，0.9%，每個(gè)處理3次重復(fù)，共計(jì)30盆油菜(添加量水平為占土質(zhì)量的百分比)。

2017年4月13日，將供試土壤過1 cm篩去除雜物。14日將基肥與供試土壤充分混勻后，靜置3 d后于4 月16日加入生物炭、腐植酸充分混勻稱質(zhì)量后裝盆。在山西省太谷縣巨鑫生態(tài)園育苗。油菜于2017年3月8日開始育苗，4月19日移苗，澆水400 mL。在作物生長期間，每天晚上澆水200 mL，定期松土，天氣炎熱時(shí)澆水量適當(dāng)增加到400 mL。于5月19日收獲，采取每盆中試驗(yàn)土壤混勻置于塑料袋中，自然風(fēng)干后磨碎、過篩后置于塑封袋中，待測。

1.3 測定項(xiàng)目及方法

土壤有機(jī)質(zhì)含量采用重鉻酸鉀容量法-稀釋熱法測定；土壤全氮含量采用半微量凱氏法測定；土壤全磷含量測定采用NaOH熔融分光光度計(jì)法；土壤全鉀含量采用NaOH熔融火焰光度計(jì)測定；土壤堿解氮含量采用堿解擴(kuò)散法測定；土壤有效磷采用NaHCO3浸提法測定；土壤速效鉀含量采用NH4OAc浸提-火焰光度法測定[17]。土壤中鉻含量測定采用ICP-OES法。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

采用Microsoft Excel 2010整理數(shù)據(jù)；采用Sigma Plot 12.5軟件制作圖表；采用SPSS軟件進(jìn)行單因素方差分析；采用Duncan法進(jìn)行檢驗(yàn)，顯著水平為α=0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 生物炭腐植酸對鉻污染盆栽油菜土壤有機(jī)質(zhì)的影響

由圖1可知，不同水平WSB/RSB/MSB配施腐植酸可顯著提高鉻污染盆栽油菜土壤中有機(jī)質(zhì)含量(P<0.05)，MSB 0.9% 處理下，有機(jī)質(zhì)含量最高，提高了164%。WSB/RSB/MSB處理下，隨著施加量的增加土壤有機(jī)質(zhì)含量均顯著提高(P<0.05)。有機(jī)質(zhì)含量均表現(xiàn)為MSB>WSB>RSB。但0.3%施加量下，3種生物炭處理下有機(jī)質(zhì)含量不顯著(P>0.05)，0.6%施加量下MSB與WSB差異不顯著(P>0.05)，0.9% 施加量下，3種生物炭處理下有機(jī)質(zhì)含量僅 MSB 0.9% 與 WSB 0.9%差異顯著(P<0.05)。

不同小寫字母表示處理間差異達(dá)到5% 顯著水平。圖2-6同。Different letters above the bars mean significant differences among the treatments at the 5% level. The same as Fig.2-6.

2.2 生物炭腐植酸對鉻污染盆栽油菜土壤全氮和堿解氮的影響

從圖2可以看出，不同水平WSB/RSB/MSB配施腐植酸顯著提高了鉻污染土壤全氮和堿解氮含量(P<0.05)，其中，MSB 0.9% 處理下土壤中全氮含量最高，較CK增加了95%；不同水平WSB/RSB/MSB處理下，土壤中全氮均呈現(xiàn)MSB(玉米秸稈炭)>WSB(小麥秸稈炭)>RSB(稻殼炭)的趨勢，3種施用量下，僅RSB與WSB/MSB差異顯著，而WSB與MSB差異不顯著；MSB處理下隨著施加量的增加到0.6%，全氮含量增加并未達(dá)到顯著水平(P>0.05),但是施加量的增加到0.9%，全氮含量增加達(dá)到顯著水平(P<0.05)；WSB處理下隨著施加量的增加到0.9%，全氮含量增加并未達(dá)到顯著水平(P>0.05)；RSB處理下隨著施加量的增加到0.9%，全氮含量增加達(dá)到顯著水平(P<0.05)。

MSB 0.9% 處理下土壤中堿解氮含量最高，較CK增加了23%；0.3% 和0.9%施加量下，RSB與WSB、MSB差異顯著(P<0.05)；0.6%施加量下，3種生物炭之間差異不顯著(P>0.05)。3種生物炭處理下土壤堿解氮含量均隨施加量增加有增加的趨勢，但MSB處理下，堿解氮3種施加量之間無顯著差異；RSB處理下，3種施加量之間差異顯著(P<0.05)；WSB處理下，僅0.3%和0.9%之間差異顯著(P<0.05)。

圖2 生物炭腐植酸對鉻污染土壤全氮、堿解氮含量的影響Fig.2 Effects of different types of biochar with humic acid treatments on soil total nitrogen content and alkali-hydrolysis N content

2.3 生物炭腐植酸對鉻污染盆栽油菜土壤全磷和有效磷含量的影響

從圖3可以看出，不同施加量WSB/RSB/MSB配施腐植酸均顯著增加了鉻污染土壤全磷和有效磷含量(P<0.05)，其中，MSB 0.9%處理下全磷含量最高，增加了134%。3種施加量處理下，土壤全磷含量均呈現(xiàn)MSB>RSB>WSB的趨勢，3種施加量處理下，MSB均顯著高于RSB與WSB(P<0.05)；但RSB與WSB之間僅RSB 0.9%與WSB 0.9%差異顯著(P<0.05)，其余施加量處理差異均不顯著(P>0.05)。隨著WSB/RSB/MSB施加量的增加，全磷含量均呈現(xiàn)增加的趨勢，但0.3%與0.6%施加量之間均差異不顯著(P>0.05)，0.9%施加量與0.3%和0.6%之間差異顯著(P<0.05)。

圖3 生物炭腐植酸對鉻污染盆栽油菜土壤全磷、有效磷含量的影響Fig.3 Effects of different types of biochar with humic acid treatments on soil total phosphorus content and available phosphorus content

RSB 0.6%處理下有效磷含量最高，提高77.8%。3種生物炭處理下，不同施加量處理下土壤有效磷含量均呈現(xiàn)RSB>MSB>WSB的趨勢；隨著施加量增加，土壤有效磷含量先增加后降低，0.3%和0.9%施加量下，RSB和WSB/MSB之間差異顯著(P<0.05)，WSB與MSB差異不顯著(P>0.05)；0.6%施加量下，WSB和RSB/MSB之間差異顯著(P<0.05)，RSB與MSB差異不顯著(P>0.05)。0.6%施加量下，有效磷含量顯著高于其他施加量，RSB 0.6%處理下有效磷含量最高，提高77.8%。

2.4 生物炭腐植酸對鉻污染盆栽油菜土壤全鉀和速效鉀含量的影響

由圖4可知，不同水平WSB/RSB/MSB配施腐植酸顯著提高了鉻污染土壤全鉀含量和速效鉀含量(P<0.05)，其中，在MSB 0.9% 處理下土壤中全鉀含量最高，較CK增加了44%。相同施加量處理下，土壤全鉀含量均呈現(xiàn)MSB>WSB>RSB，但WSB>RSB之間差異不顯著(P>0.05)，且MSB 0.9%>RSB 0.9%之間差異也不顯著(P>0.05)。隨著MSB/RSB/WSB施加量的增加，全磷含量均呈現(xiàn)增加的趨勢，但0.3% 與0.6% 施加量之間均差異不顯著(P>0.05)；相同施加量處理下，土壤全鉀含量均呈現(xiàn)MSB>WSB>RSB的趨勢，僅RSB 0.3%與WSB 0.3%之間差異不顯著(P>0.05)。

相同施加量處理下，土壤速效鉀含量均呈現(xiàn)MSB>WSB>RSB，但WSB 0.3%>RSB 0.3%之間差異不顯著(P>0.05)。WSB/RSB/MSB均隨著施加量的增加，速效鉀含量均逐漸增加，僅RSB 0.3%和RSB 0.6%之間差異不顯著(P>0.05)。MSB 0.9%處理下速效鉀含量最高，增加了195%。

圖4 生物炭腐植酸對鉻污染盆栽油菜土壤全鉀、速效鉀含量的影響Fig.4 Effects of different types of biochar with humic acid treatments on soil total potassium content and available potassium content

2.5 生物炭腐植酸對鉻污染盆栽油菜土壤酶活性的影響

從圖5可以看出，不同水平WSB/RSB/MSB配施腐植酸處理顯著增加了土壤蔗糖酶和脲酶活性(P<0.05)。相同施加量，土壤蔗糖酶活性呈現(xiàn)MSB>WSB>RSB的趨勢，且三者之間差異顯著；隨著WSB/RSB/MSB施加量增加到0.9%，蔗糖酶活性顯著增加；MSB 0.9% 處理下土壤中蔗糖酶含量最高，較CK增加了195%。

0.3%和0.9%施用量下，3種生物炭處理下土壤脲酶活性無顯著性差異(P>0.05)；0.6%施用量下，MSB顯著高于RSB和WSB(P<0.05)，但RSB和WSB之間差異不顯著(P>0.05)。土壤脲酶活性隨著3種生物炭添加量增加而均提高，但MSB 0.6%和MSB 0.9%、WSB 0.3%和WSB 0.6%之間差異不顯著(P>0.05)。MSB 0.9%處理下土壤中脲酶含量最高，較CK增加了57.8%。

不同水平WSB/RSB/MSB處理下對土壤磷酸酶活性影響除MSB 0.6%、RSB 0.6%、RSB 0.9%、WSB 0.6%處理下磷酸酶活性較CK顯著增加，其他均無明顯處理與對照土壤無明顯差異(P>0.05)。RSB 0.6%處理下土壤磷酸酶活性最高,較CK提高了83.3%。相同施加量下土壤磷酸酶活性均呈現(xiàn)RSB>MSB>WSB的趨勢，但在0.3% 施加量下，3種生物炭之間無顯著差異(P>0.05)；0.6%施加量下，MSB和RSB之間無顯著差異；0.9% 施加量下，MSB和WSB之間無顯著差異。3種生物炭處理下，施加量增加到0.6%時(shí)，磷酸酶活性較0.6% 顯著提高(P<0.05)；施加量增加到0.9% 時(shí)，磷酸酶活性較0.6% 顯著降低(P<0.05)。

不同施加量WSB/RSB/MSB處理下，僅在RSB 0.3%處理下土壤過氧化氫酶活性顯著提高(P<0.05)，提高了5%；MSB 0.9%、WSB 0.9%處理下，過氧化氫酶活性較顯著降低(P<0.05)；其余處理下土壤過氧化氫酶較CK無顯著性差異(P>0.05)。相同施加量下，土壤過氧化氫酶活性均呈現(xiàn)RSB>MSB>WSB的趨勢，但三者之間差異不顯著(P>0.05)。隨著施加量的增加到0.9%，過氧化氫酶活性較0.3%顯著降低。

圖5 生物炭腐植酸對鉻污染盆栽油菜土壤酶活性的影響Fig.5 Effects of different types of biochar with humic acid treatments on soil enzyme activity

2.6 生物炭腐植酸對鉻污染盆栽油菜土壤鉻含量的影響

從由圖6可以看出，不同水平WSB/RSB/MSB對重金屬鉻的吸附鈍化作用顯著(P<0.05)，不同處理均增加了收獲后土壤中鉻含量，阻止了鉻向油菜組織中轉(zhuǎn)移，但隨著施用量的增加到0.9%土壤中重金屬鉻含量無顯著差異(P>0.05)。3種生物炭之間也無顯著性差異(P>0.05)。

圖6 生物炭腐植酸對鉻污染盆栽油菜土壤中鉻總量的影響Fig.6 Effects of soil Cr content under different types of biochar with humic acid treatments

3 結(jié)論與討論

本試驗(yàn)研究結(jié)果表明，在各處理間氮、磷、鉀化肥施加量相同的條件下，施用生物炭腐植酸顯著增加了重金屬鉻污染土壤中有機(jī)質(zhì)含量、全氮、全磷、全鉀的含量，這可能與生物炭能夠減少土壤部分養(yǎng)分的淋失有關(guān)，一方面由于生物炭本身的吸附特性；另一方面可能是因?yàn)樯锾恐泻胸S富的有機(jī)大分子和發(fā)達(dá)孔隙結(jié)構(gòu)，施入土壤后易促進(jìn)大團(tuán)聚體的形成，從而增進(jìn)吸附和保持土壤養(yǎng)分離子[18-19]。本試驗(yàn)中，各處理下土壤全氮含量較對照顯著增加，且隨著施炭量的增加而增加，與張晗芝等[20]的研究結(jié)果一致。生物炭中含有大量穩(wěn)定的碳元素，能夠長期保存于土壤中不易發(fā)生分解[21]，土壤中全氮均呈現(xiàn)MSB(玉米秸稈炭)>WSB(小麥秸稈炭)>RSB(稻殼炭)的趨勢，WSB/RSB/MSB施入土壤之后，土壤中有機(jī)碳大幅度增加，土壤的生物能夠調(diào)控土壤的C/N，進(jìn)而增加土壤中氮的含量，最后到達(dá)平衡。生物炭施入土壤之后，土壤中有機(jī)碳含量大幅度提高，土壤微生物對土壤C/N進(jìn)行調(diào)控，進(jìn)而提高土壤中氮的含量，最終達(dá)到平衡。而且生物炭具備特殊的微孔結(jié)構(gòu)，能較強(qiáng)地吸附土壤養(yǎng)分離子，改善土壤的透氣保水性，減少氮素的淋溶與揮發(fā)損失[22]。而生物炭有機(jī)碳含量MSB(玉米秸稈炭)>WSB(小麥秸稈炭)>RSB(稻殼炭)。說明WSB/RSB/MSB在提高土壤碳儲(chǔ)量和氮含量方面均有明顯效果，對提高土壤肥力有積極作用。本試驗(yàn)各處理下，土壤全磷含量顯著增加，且隨著施炭量的增加到高水平時(shí)全磷顯著高于中低施炭量。張晗芝等[20]研究發(fā)現(xiàn)，施加生物炭可以顯著增加紅壤的有機(jī)質(zhì)含量、全氮含量，紅壤中全磷、全鉀含量較對照無顯著變化，這與本試驗(yàn)結(jié)果不太一致。本試驗(yàn)中，各處理下土壤全磷和全鉀較對照均顯著提高，這可能是由于腐植酸的添加與生物炭、無機(jī)肥中多種營養(yǎng)元素發(fā)生了相互作用，腐植酸活化了土壤中養(yǎng)分活性，改善了作物生長發(fā)育的周圍環(huán)境，緩釋無機(jī)肥中養(yǎng)分，提高了肥料利用率[23]。

生物炭添加到土壤中，可延緩肥料養(yǎng)分釋放，提高肥料的利用率，與其他肥料配施時(shí)，能明顯提高土壤中的養(yǎng)分含量，改善土壤微結(jié)構(gòu)[24-25]。Jones等[26]、Sohi等[27]研究表明，生物黑炭施加到土壤后提升了土壤肥力、作物產(chǎn)量和土壤對氮元素的吸收能力。本試驗(yàn)中，不同水平WSB/RSB/MSB配施腐植酸均顯著提高土壤速效養(yǎng)分含量；3種生物炭處理下土壤堿解氮含量均隨施加量增加有增加的趨勢，但MSB處理下，堿解氮3種施加量之間無顯著差異；RSB處理下，3種施加量之間差異顯著(P<0.05)；WSB處理下，僅0.3%和0.9%之間差異顯著(P<0.05)。這可能是因?yàn)楸驹囼?yàn)中生物炭施加量較低和梯度小的原因。但隨著施炭量到0.9%時(shí)，有效磷含量出現(xiàn)降低的趨勢，這與韓翠蓮等[28]的研究結(jié)果一致，可能是因?yàn)樯锾孔顬橹匾墓δ苁切迯?fù)土壤、促進(jìn)土壤養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化[29]，生物炭作為肥料的載體和土壤養(yǎng)分的供應(yīng)有一定的“度”，超過這個(gè)“度”促進(jìn)效應(yīng)會(huì)受到影響，在一定程度上會(huì)限制土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化；也有研究表明，生物炭的C/N過高，施加到土壤中，降低土壤養(yǎng)分利用性、氮素有效性[30]，具體原因還有待進(jìn)一步研究。本試驗(yàn)中，各處理速效鉀含量較對照顯著增加，可能是由于腐植酸提高了土壤中養(yǎng)分含量，協(xié)調(diào)了土壤營養(yǎng)狀況。高華軍等[31]研究表明，土壤施用腐植酸肥后對土壤速效鉀提高最為明顯。

土壤酶活性是表征土壤質(zhì)量的重要指標(biāo)，能敏感地反映土壤環(huán)境微小的變化。土壤磷酸酶活性與磷循環(huán)密切相關(guān)。脲酶是尿素在土壤中轉(zhuǎn)化的主要酶類，脲酶活性過高或過低都會(huì)直接作用于土壤肥力和作物的生長。土壤蔗糖酶的酶促反應(yīng)產(chǎn)物葡萄糖是微生物的營養(yǎng)來源，直接關(guān)系土壤土著微生物的生長。有研究表明，生物炭對土壤蔗糖酶活性具有顯著的刺激作用，對土壤磷酸酶、脲酶活性的影響與施炭量和生物炭制備溫度密切相關(guān)[32-33]。本試驗(yàn)中，相同施加量，土壤蔗糖酶活性呈現(xiàn)MSB>WSB>RSB的趨勢，且相同生物炭隨施加量的增加三者之間蔗糖酶活性差異顯著。研究表明，蔗糖轉(zhuǎn)化酶活性與土壤 pH 和土壤有機(jī)碳(SOC)呈正相關(guān)關(guān)系。本試驗(yàn)中，施加的生物炭有機(jī)碳含量為MSB>WSB>RSB；而且隨著WSB/RSB/MSB施加量增加到0.9%，蔗糖酶活性顯著增加。表明生物炭的施加對蔗糖酶的影響較大。 脲酶活性呈現(xiàn)MSB(玉米秸稈炭)>WSB(小麥秸稈炭)>RSB(稻殼炭)，與生物炭對土壤全氮含量的影響表現(xiàn)一致。本試驗(yàn)中，磷酸酶活性也隨著生物炭施加量增加先增加后降低，且呈現(xiàn)RSB>MSB>WSB的趨勢，土壤堿性磷酸酶與土壤速效磷含量直接相關(guān)。

本試驗(yàn)中，施用生物炭可提高土壤中蔗糖酶、脲酶的活性，尤其是WSB+HA處理具有顯著的促進(jìn)作用，這可能主要與土壤微生物活性的增大以及數(shù)量的增加有關(guān)。研究表明，施加生物炭后土壤中微生物數(shù)量顯著提高[34-36]。添加生物炭提高了土壤有機(jī)質(zhì)和溶解性有機(jī)質(zhì)的含量[37]，而有機(jī)質(zhì)中較多可利用的碳源、氮源等為土壤微生物提供了易利用的營養(yǎng)物質(zhì)，利于微生物生長；其次，生物炭較大的比表面積[38]，能夠吸附水溶性的有機(jī)物，為多種微生物提供適宜的生存環(huán)境；而且施用生物炭有利于形成土壤團(tuán)聚體，改善土壤通氣性、保水性，對土壤微生物代謝有利[39]。本研究還發(fā)現(xiàn)，過氧化氫酶活性呈現(xiàn)RSB>MSB>WSB的趨勢，這是由于本試驗(yàn)供試生物炭裂解溫度和孔隙度RSB>MSB>WSB，而且隨著生物炭施加量，活性越來越低，0.9% WSB/RSB/MSB的加入能回吸附酶分子進(jìn)而保護(hù)了酶促反應(yīng)的結(jié)合位點(diǎn)，從而阻止酶促反應(yīng)的進(jìn)行[40]。由于生物炭和酶分子結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性[41]，其具體作用機(jī)制及原因還有待進(jìn)行深入研究。

已有研究表明，生物炭對土壤中鉻具有一定的鈍化效果，但是因生物炭類型、施用土壤種類的不同，修復(fù)效果不同。甘文君等[42]研究發(fā)現(xiàn)，隨著秸稈生物炭添加量的增加多種重金屬污染土壤殘?jiān)t的含量隨之增加；該生物炭對銅和鎳的鈍化效果受其添加量影響明顯，當(dāng)生物炭添加量分別高于7%和3%時(shí)，對銅和鎳具有一定的鈍化效果。本試驗(yàn)中，各處理對土壤中鉻的固定作用明顯，均顯著降低了油菜中鉻的含量，但是隨著生物炭施加量的增加，鉻含量無顯著差異，可能是由于本試驗(yàn)中腐植酸對鉻產(chǎn)生了顯著的固定吸附作用，生物炭施加量較低、施加量梯度差異小，沒有到達(dá)吸附固定的最低界限。