黒色土壌へのバイオ炭の逐次施用による微生物応答と物理化学的特性に影響を与える新規環境因子の検討

Novel environmental factors affecting microbial responses and physicochemical properties by sequentially applied biochar in black soil.

• Huanhuan Wang
• Shen Yan
• Tianbao Ren
• Ye Yuan
• Gang Kuang
• Bo Wang
• Fei Yun
• Huilin Feng
• Xiaoming Ji
• Xiaojing Yuan
• Guoshun Liu

抄録

バイオチャーは農業用土壌改良材として利用されることが増えており、土壌の微生態環境の改善や作物の生育に寄与する可能性があることから広く注目されている。本研究で使用したバイオ炭の原料は落花生の殻であり、これに他の有機物やミネラルを混合して加熱条件（220℃）でミネラル強化バイオ炭とした。3期作が終了した時点で、黒土の物理化学的性質、微生物群集、作物の生育を長期農業試験で評価した。改良なし（対照CK）、窒素肥料のみ（70kghaN）、強化バイオ炭のみ（5tha B）、窒素肥料（70kgha）＋強化バイオ炭（5tha）（NB）の4つの処理を設定した。強化バイオ炭は作物の生育を促進し、細菌群集の豊富さを増加させる一方で、真菌群集の豊富さを減少させた。窒素肥料＋強化バイオ炭は、土壌微生物のバイオマス炭素量を43.75％、硝酸態窒素量を7.25％、アンモニア態窒素量を19.28％増加させた。また、細菌群集の変化は土壌有機炭素と密接に関連し、真菌群集構造の変化は土壌炭素/窒素比と密接に関連していることがわかった。また、バイオ炭処理では、肥料処理に比べて、土壌有機炭素量が5.64％、土壌窒素炭素量が6.25％増加した。これらの結果から、バイオ炭の強化は土壌をより効果的に改良し、作物の生育を助ける土壌を作ることができたと結論づけた。土壌の物理化学的特性を改善することで微生物群集を制御することは、バイオ炭を用いた土壌系の安定性と状態を改善するための重要な方法であった。改良されたバイオ炭は、中国東北地方の農業の循環的発展と土壌改良に大きな意味を持つものであった。

Biochar was increasingly used in agriculture soil amendment and has received widespread attention due to its potential to improve soil micro-ecological environment and crop growth. The raw material of the biochar used in this study is peanut shell, which is mixed with other organics and minerals to become a mineral-enhanced biochar under heating conditions (220 °C). When the third season crop is finished, we evaluated black soil physicochemical properties, microbial communities, and crop growth in long-term agricultural trials. Four treatments were set up: no amendment (control CK), nitrogen fertilizer only (70 kg ha N), enhanced biochar only (5 t ha B), and nitrogen fertilizer (70 kg ha) + enhanced biochar (5 t ha) (NB). The enhanced biochar promotes crop growth and increased the richness of the bacterial community, while reducing the richness of the fungal community. Nitrogen fertilizer + enhanced biochar increased soil microbial biomass carbon, nitrate nitrogen, and ammonium nitrogen by 43.75, 7.25, and 19.28%. In addition, we found changes in bacterial community were closely related to soil organic carbon, while changes in fungal community structure were closely related to soil carbon to nitrogen ratio. And the soil organic carbon and soil carbon to nitrogen ratio of biochar treatment were increased by 5.64 and 6.25% compared with fertilizer treatment, respectively. We concluded that enhanced biochar improved the soil more effectively and made the soil more conducive to crop growth. Regulating the microbial community by improving the physicochemical properties of soil was an important way to improve the stability and condition of the soil system with biochar. An enhanced biochar was of great significance for circular development of agriculture and soil improvement in Northeast China.