生物质炭长期施用对旱地红壤微生物特性及理化性质的影响

为了解生物质炭施于旱地红壤较长时间后对土壤物理、化学及微生物特性的影响,以江西典型旱地红壤为对象,采用田间长期定位试验的方法观察了不同用量生物质炭(0、2.5、5、10、20、30 t hm~(-2)和40 t hm~(-2))在施用4年后旱地红壤基础理化性质、土壤微生物生物量碳、氮、土壤基础呼吸强度及微生物商、微生物代谢熵等的变化。结果表明,施用生物质炭4年后,旱地红壤pH、有机碳、全氮、微生物生物量碳和生物量氮均随生物质炭施用量的增加呈上升趋势,土壤容重、微生物碳氮比呈下降趋势。以生物质炭用量40 t hm~(-2)时的改良效果最好,与对照相比,土壤容重显著(P0.05)降低了0.17 g cm-3,微生物碳氮比显著降低了7.97,土壤pH、有机碳、全氮、微生物生物量碳和生物量氮分别显著提高了6.1%、47%、21.5%、43.3%和162.6%。试验证明施用生物质炭较长时间后对旱地红壤的改良效果依旧良好,并且生物质炭施用量越高,对土壤理化性质和微生物特性的影响越显著。     

不同生物质炭输入水平下旱作农田温室气体排放研究

在陇中黄土高原干旱半干旱区,采用小区定位试验,对不同生物质炭输入水平下春小麦农田土壤温室气体(CO_2、N_2O和CH_4)的排放通量进行全生育期连续观测,并分析其影响因子。结果表明:6个生物质炭输入水平处理下[0 t·hm~(-2)(CK)、10 t·hm~(-2)、20 t·hm~(-2)、30 t·hm~(-2)、40 t·hm~(-2)、50 t·hm~(-2)],旱作农田土壤在春小麦全生育期内均表现为CH_4弱源、N_2O源和CO_2源。全生育期各处理CH_4平均排放通量依次为:0.005 7 mg·m~(-2)·h~(-1)、0.0047 mg·m~(-2)·h~(-1)、0.003 6 mg·m~(-2)·h~(-1)、0.003 3 mg·m~(-2)·h~(-1)、0.002 7 mg·m~(-2)·h~(-1)和0.000 4 mg·m~(-2)·h~(-1),N_2O平均排放通量依次为:0.230 5 mg·m~(-2)·h~(-1)、0.144 1 mg·m~(-2)·h~(-1)、0.135 3 mg·m~(-2)·h~(-1)、0.098 9 mg·m~(-2)·h~(-1)、0.125 0 mg·m~(-2)·h~(-1)和0.151 3mg·m~(-2)·h~(-1),CO_2平均排放通量依次为:0.449 2μmol·m~(-2)·s~(-1)、0.447 0μmol·m~(-2)·s~(-1)、0.430 3μmol·m~(-2)·s~(-1)、0.391 4μmol·m~(-2)·s~(-1)、0.408 0μmol·m~(-2)·s~(-1)和0.416 4μmol·m~(-2)·s~(-1)。土壤CH_4排放通量随生物质炭输入量的增加而减小;当生物质炭输入量小于30 t·hm~(-2)时,土壤N_2O、CO_2排放通量随其输入量增加而显著减小,但当其输入量超过30 t·hm~(-2)时,N_2O、CO_2排放通量则呈显著增大趋势。各处理在5~15 cm土层平均土壤温度差异显著(P0.05),在5~10 cm土层平均土壤含水量差异显著(P0.05),土壤温度及含水量受生物质炭影响明显;且CK处理不同土层的土壤温度及含水量波动最大,生物质炭输入可在一定程度上降低不同土层土壤的水热变化幅度;N_2O、CO_2排放通量与10~15 cm土层土壤温度呈显著性负相关,与20~25 cm土壤温度呈显著性正相关;CH_4平均排放通量与5~10 cm土层土壤温度呈显著性负相关,与其含水量呈显著性正相关;N_2O平均排放通量与15~20 cm土层土壤温度呈显著性正相关;CH_4、N_2O、CO_2平均排放通量与0~5 cm土层土壤水分呈显著性负相关。生物质炭的输入能够减小温室气体的排放,且会因其输入量的不同而异,因此适量应用生物质炭有利于旱作农田生育期内增汇减排。     

添加生物质炭对壤土热性质影响机理研究

生物质炭添加对一系列土壤理化性质具有显著影响,然而其对土壤热性质的影响机理仍不明确。本研究结合田间定位试验和室内控制实验揭示了生物质炭添加对壤质土热性质的影响机理。两年田间区组试验中小麦秸秆生物质炭施用量设0 t hm~(-2)、25 t hm~(-2)和50 t hm~(-2)三个水平。使用热脉冲法分别在室内控制土壤含水量和田间自然条件下测定土壤热容量、导热率和热扩散系数。同时测定了不同生物质炭处理下土壤容重、土壤水分特征曲线、孔隙分布以及作物生长季表层土壤含水量。结果表明,生物质炭添加会对土壤热性质产生显著影响,其主要途径为(1)通过降低土壤容重,增加土壤大孔隙,从而显著降低土壤导热率,对土壤热容量和热扩散系数也有降低效应,但受土壤含水量水平影响;(2)通过改变土壤水力学特性,增加土壤含水量,从而提高土壤热容量、导热率和热扩散系数。田间状态下,生物质炭影响土壤热性质的两个途径同时存在而作用相反,综合效应表现为生物质炭添加小区的土壤体积热容量有增加趋势,且与生物质炭施用量有关;生物质炭添加会显著降低土壤导热率和热扩散系数。     

添加生物质炭对土壤热性质影响机理研究

生物质炭添加对一系列土壤理化性质具有显著影响,然而其对土壤热性质的影响机理仍不明确。本研究结合田间定位试验和室内控制实验揭示了生物质炭添加对壤质土热性质的影响机理。两年田间区组试验中小麦秸秆生物质炭施用量设0 t hm~(-2)、25 t hm~(-2)和50 t hm~(-2)三个水平。使用热脉冲法分别在室内控制土壤含水量和田间自然条件下测定土壤热容量、导热率和热扩散系数。同时测定了不同生物质炭处理下土壤容重、土壤水分特征曲线、孔隙分布以及作物生长季表层土壤含水量。结果表明,生物质炭添加会对土壤热性质产生显著影响,其主要途径为(1)通过降低土壤容重,增加土壤大孔隙,从而显著降低土壤导热率,对土壤热容量和热扩散系数也有降低效应,但受土壤含水量水平影响;(2)通过改变土壤水力学特性,增加土壤含水量,从而提高土壤热容量、导热率和热扩散系数。田间状态下,生物质炭影响土壤热性质的两个途径同时存在而作用相反,综合效应表现为生物质炭添加小区的土壤体积热容量有增加趋势,且与生物质炭施用量有关;生物质炭添加会显著降低土壤导热率和热扩散系数。     

生物炭对白浆土土壤微生物功能多样性的影响

为探究不同施用量的生物炭对中国东北酸化白浆土土壤微生物群落碳代谢特征的影响,设置了不施用生物炭的对照(C0t)和生物炭用量分别为15 t·hm~(-2)(C1t)、30 t·hm~(-2)(C2t)与60 t·hm~(-2)(C3t)的处理,运用Biolog-Eco微孔板技术分析土壤微生物群落的功能多样性。结果表明:与C0t处理相比,增施生物炭处理土壤微生物平均每孔颜色变化率(AWCD)、Shannon-Wiener多样性指数、丰富度指数和Simpson指数均显著增加。随着生物炭施用量的增加,碳源利用由多聚物类向氨基酸类和羧酸类碳源转变。D-木糖、D-半乳糖醛酸、N-乙酰基-D-葡萄胺、L-天冬酰胺酸、L-苏氨酸、吐温-40、吐温80、肝糖和腐胺的利用能力显著高于C0t处理。主成分分析结果表明,碳水化合物类和胺类是不同处理下微生物利用的主要碳源。综合考虑,认为30 t·hm~(-2)生物炭施用量对玉米连作土壤微生态环境的影响最优。     

生物炭对干旱区绿洲农田土壤呼吸的影响

为探究不同粒径秸秆生物炭添加对绿洲农田土壤CO2排放及Q10的影响,以新疆典型绿洲农田土壤灰漠土为供试材料,采用室内土柱培养的方法,研究添加＞5、1～5、0.25～1和＜0.25mm共4种粒径棉花秸秆生物炭和葡萄藤生物炭对农田土壤CO2释放的影响。结果表明：（1）试验周期内（0～85d）,添加生物炭处理土壤呼吸速率呈先增加后降低的趋势,前10d土壤呼吸增速较高;添加生物炭的土壤呼吸速率（1.27μmol·m-2·s-1）高于不添加生物炭的对照处理（1.01μmol·m-2·s-1）,棉花秸秆生物炭处理土壤呼吸速率（1.43μmol·m-2·s-1）高于添加葡萄藤生物炭处理（1.08μmol·m-2·s-1）。培养期内土壤CO2累积过程符合一级反应动力学方程,生物炭添加改变了土壤CO2潜在排放量、周转速率和半周转期。（2）添加棉花秸秆和葡萄藤两种生物炭处理与土壤CO2累积排放量（y）分别符合y=7.51x+88.53和y=2.68x+75.85的线性关系（x为生物炭粒径）。（3）添加生物炭处理土壤呼吸速率与空气温度和土壤温度显著相关,棉花秸秆生物炭处理土壤呼吸速率与温度的相关性高于葡萄藤生物炭处理,土壤温度敏感系数随粒径的减小而增加。综合土壤呼吸速率和温度敏感系数考虑,建议绿洲农田施用1～5mm中等粒径生物炭。     

长期定位施肥下黑土呼吸的变化特征及其影响因素

阐明长期不同施肥下的土壤呼吸特征及其影响机制对黑土区固碳减排研究至关重要。该研究基于1990年开始的国家土壤肥力与肥料效益监测网站-吉林省公主岭市黑土监测基地,选取不施肥(CK)、单施氮磷钾肥(NPK)、无机肥配施低量有机肥(NPKM1)、1.5倍的无机肥配施低量有机肥(1.5(NPKM1))、无机肥配施高量有机肥(NPKM2)和无机肥配施秸秆(NPKS)6个处理,明确了长期不同施肥下土壤总呼吸和异养呼吸的季节变化特征,并分析了土壤温度、水分、微生物量碳氮、铵态氮、硝态氮与土壤呼吸和异养呼吸的关系。结果表明:长期有机无机肥配施可以显著提高土壤有机碳、全氮、土壤速效磷、有效钾的含量和土壤活性有机碳库组分含量(P0.05);与不施肥相比,长期有机无机肥配施和无机配施秸秆处理分别显著增加土壤呼吸及异养呼吸碳累积排放量56.32%~86.54%和70.01%~100.93%;根系呼吸对土壤呼吸的整体贡献为23.68%~34.30%;相关分析表明,土壤呼吸速率和异养呼吸速率与土壤温度极显著正相关(P0.01),与土壤含水率呈显著负相关(P0.01),土壤温度可以分别解释土壤呼吸和异养呼吸变化的42.79%和39.61%;土壤微生物量碳氮、土壤硝态氮均与土壤呼吸速率和异养呼吸速率极显著相关(P0.01),土壤微生物量碳氮、土壤硝态氮可以分别解释土壤呼吸和异养呼吸变化的78.42%和77.18%,58.33%和56.79%,59.29%和59.14%;土壤铵态氮虽然显著影响土壤呼吸速率(P0.05),可以解释土壤呼吸变化的5.56%,但其对异养呼吸速率的影响不显著。综合来看,微生物量碳对土壤呼吸及异养呼吸的影响最大,而土壤含水率(15%)越高则土壤呼吸越弱;无机配施秸秆处理可以提高土壤碳库组分含量,且作物生育期内土壤呼吸及异养呼吸碳累积释放量均低于等氮量下施用有机肥(NPKM1)的处理,为最佳的农田管理措施。     

不同生物质炭输入水平下旱作农田温室气体排放日变化研究

在陇中黄土高原干旱半干旱区,采用小区定位试验,对不同生物质炭水平(0 t·hm~(-2)、10 t·hm~(-2)、20 t·hm~(-2)、30 t·hm~(-2)、40 t·hm~(-2)、50 t·hm~(-2))下农田土壤温室气体(CO_2、N_2O和CH_4)的日排放通量及其影响因子进行连续观测,并确定1 d中不同生物质炭处理水平下的最佳观测时间。结果表明:6个生物质炭输入水平处理下,春小麦地土壤CH_4、N_2O和CO_2通量变化趋势与气温日变化轨迹大体一致,均表现为白天排放量大于夜间,并在4:00—5:00时,出现对CH_4通量的吸收峰,以及N_2O与CO_2的排放低谷;全天内各处理CH_4平均排放通量依次为:10.14mg·m~(-2)·h~(-1)、7.82mg·m~(-2)·h~(-1)、6.57mg·m~(-2)·h~(-1)、-0.10mg·m~(-2)·h~(-1)、1.05mg·m~(-2)·h~(-1)和2.89mg·m~(-2)·h~(-1),N_2O平均排放通量依次为:288.79mg·m~(-2)·h~(-1)、201.78mg·m~(-2)·h~(-1)、157.14mg·m~(-2)·h~(-1)、112.06mg·m~(-2)·h~(-1)、154.60mg·m~(-2)·h~(-1)和164.02mg·m~(-2)·h~(-1),CO_2平均排放通量依次为:85.44 mg·m~(-2)·h~(-1)、80.91 mg·m~(-2)·h~(-1)、76.49 mg·m~(-2)·h~(-1)、65.29 mg·m~(-2)·h~(-1)、67.19 mg·m~(-2)·h~(-1)和69.10 mg·m~(-2)·h~(-1);当生物质炭输入量小于30 t·hm~(-2)时,土壤CH_4、N_2O、CO_2排放通量随其输入量增加而显著减小,但当其输入量超过30 t·hm~(-2)时,3种温室气体排放通量则呈显著增大趋势;当生物质炭输入水平为30 t·hm~(-2)时,春小麦土壤全天表现为CH_4的吸收汇,其余各水平处理下的土壤表现为CH_4的弱排放源;6种处理水平下,全天春小麦地土壤表现为N_2O、CO_2的排放源。0~5 cm的土壤温度及水分(y)与生物质炭输入量(x)回归方程分别为y=-0.017 6x+16.585(R~2=0.302 6,r=-0.55,P0.05)和y=0.056 5x+13.626(R~2=0.815 1,r=0.903,P0.05),生物质炭输入量与0~5 cm的土壤水分呈显著正相关关系;无生物质炭输入处理下3种温室气体的吸收或排放通量与地表温度及5 cm地温均呈显著正相关关系,其他各处理也表现出不同程度的正相关关系。因此,当生物质炭输入水平为30 t·hm~(-2)时,更有利于CH_4、N_2O和CO_2 3种温室气体的增汇减排;生物质炭输入水平差异引起的土壤温度及水分差异可能是不同生物质炭处理CH_4、N_2O和CO_2日排放通量产生差异的主要原因;由矫正系数及最佳时段温室气体排放量与累积排放量回归分析可得,3种温室气体的最佳同期观测时间为8:00—9:00。     

生物质炭与秸秆配施对紫色土团聚体中有机碳含量的影响

以油菜/玉米轮作农田生态系统为研究对象,通过田间微区试验,研究了生物质炭、秸秆(BC:8 000 kg·hm~(-2)生物质炭、CS:8 000 kg·hm~(-2)秸秆、0.5BC:4 000 kg·hm~(-2)生物质炭、0.5CS:4000kg·hm~(-2)秸秆、BC+CS:4 000 kg·hm~(-2)生物质炭+4 000 kg·hm~(-2)秸秆)与化肥配施对紫色土团聚体含量及稳定性、土壤有机碳及有机碳在各粒级团聚体中分布的影响,为合理利用有机物料及为紫色土培肥提供依据。结果表明:(1)与对照(CK)相比,秸秆、生物质炭还田(除0.5BC处理外)均能提高2 mm粒级团聚体含量,降低0.053 mm粒级团聚体含量,同时提高水稳性团聚体的平均重量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)、大于0.25 mm团聚体含量(R_(0.25)),其中只有CS处理达到了显著水平,且随着秸秆施用量增加,效果越显著。CS+BC处理则能显著提高0.25～2mm粒级水稳性团聚体含量。(2)除CS处理,其他各处理较CK均能显著提高土壤总有机碳含量,其中BC和CS+BC处理分别提高了45.55%和44.45%(P0.05),效果优于单施秸秆处理,且随着生物质炭施用量的增加,土壤总有机碳呈增加趋势。对不同粒级团聚体有机碳而言,各处理的团聚体有机碳主要分布在0.053mm和2mm粒级团聚体中;BC处理较其他处理能提高土壤不同粒级团聚体有机碳含量,其次为CS+BC处理。(3)通过计算团聚体有机碳贡献率发现,各处理对土壤团聚体有机碳贡献率主要分布在0.25～2 mm和0.053 mm粒级团聚体中,其中仅CS处理显著提高了2 mm粒级团聚体有机碳贡献率,较CK提高了53.53%;CS+BC、0.5BC处理分别较CK显著提高了0.053 mm粒级团聚体有机碳贡献率,增幅为26.20%,48.63%。(4)秸秆和生物质炭还田能提高玉米和油菜的生物产量和经济产量,其中CS、BC、CS+BC效果较明显。总之,秸秆与生物质炭配施是改善紫色土结构和提升碳水平的较优培肥措施。     

生物质炭施用对潮土理化性状、酶活性及黄瓜产量的影响

分析生物质炭施用对潮土理化性状、酶活性及黄瓜产量的影响,为生物质炭在农业中的推广应用提供科学依据。以如皋市农业科学研究所大棚示范区为试验基地,通过田间小区试验,研究了不同生物质炭施用量(0,5,10,20,30,40t/hm~2)条件下土壤理化性状、酶活性及黄瓜产量变化。结果表明:生物质炭施用对土壤理化性状及土壤酶活性有显著的影响。高施用量(40t/hm~2)处理对土壤物理性状的改良效果最好,当生物质炭施用量为30t/hm~2时对土壤养分含量提升效果最好。与对照相比,施用生物质炭各处理土壤容重降幅为0.88%~10.52%,而土壤孔隙度、饱和含水量、田间持水量、饱和导水率、有机质、全氮、硝态氮、铵态氮和速效磷含量的增幅分别为3.68%~7.53%,27.96%~119.25%,30.73~55.05%,1.89%~224.61%,10.39%~54.56%,6.06%~22.58%,2.33%~45.63%,235.71%~414.29%和19.37%~77.76%。土壤脲酶和过氧化氢酶的活性及黄瓜产量随着生物质炭施用量的增加均呈先增加后降低的趋势,两种酶的活性分别在生物质炭施用量为30t/hm~2和20t/hm~2时最大,较对照分别提高了104.57%和15.38%;生物质炭施用量为30t/hm~2时对黄瓜增产效果最好,该处理下黄瓜产量较对照提高了21.80%。主成分分析结果表明,不同生物质炭施用量处理下的土壤质量次序为C4C5C3C2C1CK。在土壤中施用生物质炭不仅可以促进黄瓜增产,改善土壤理化性状,提高土壤养分含量,还可以改良土壤生物学性质,提升土壤酶活性。     

添加生物质炭对旱地红壤中硝态氮水平运移的影响

[目的]探讨不同生物质炭施用量条件下旱地红壤中NO-3-N的含量及水平运移规律,为该地区的农田水分管理和环境保护提供科学依据。[方法]采用室内水平扩散率仪测定不同生物质炭施用量[C0(0t/hm~2,不施用生物质炭),C1(2.5t/hm~2),C2(5t/hm~2),C3(10t/hm~2),C4(20t/hm~2),C5(30t/hm~2)和C6(40t/hm~2)]条件下土壤中硝态氮水平运移速率和运移浓度。[结果]生物质炭施用对土壤中硝态氮的水平运移速率和水平运移浓度影响显著。随着生物质炭施用量的增加,硝态氮的水平运移速率和水平运移浓度呈先增加后降低的趋势,而土壤水扩散率呈逐渐降低趋势。C5(30t/hm~2)处理下硝态氮的水平运移速率和水平运移浓度均出现最大值,分别为0.67cm/min,165.52mg/kg。随着生物质炭施用量的继续增加,C6(40t/hm~2)处理的硝态氮的水平运移速率和水平运移浓度较C5(30t/hm~2)处理有所降低,硝态氮浓度最大值均出现在湿润峰峰面上。分析影响硝态氮水平运移规律的因素表明,生物质炭降低了土壤的容重、增加了土壤有机碳和孔隙度,从而导致了各处理硝态氮的水平运移规律发生了变化。[结论]生物质炭可以改善土壤的理化性状,促进硝态氮的水平运移,在利用生物质炭改良旱地红壤理化性状的同时,也要注意防止氮素流失对环境的影响,降低其对地表水的潜在污染风险。     

生物质炭对小麦根区土壤养分和微生物特征的影响

利用控制性的大田试验栽培技术,连续5年研究了不同浓度生物质炭(对照CK,0 t/hm~2,低生物质炭LB,10 t/hm~2,中生物质炭MB,20 t/hm~2,高生物质炭HB,40 t/hm~2)对小麦生长过程中根区土壤特性和微生物特性的影响。结果表明:(1)小麦根区土壤pH值、容重随生物质炭浓度的增加呈逐渐降低趋势,不同浓度生物质炭处理下的小麦根区土壤pH值、容重均显著低于对照(p0.05);(2)小麦根区土壤有机碳、全氮、全磷和全钾含量均随生物质炭浓度的增加呈先增加后降低趋势,MB浓度处理下,小麦根区土壤有机碳、全氮和全钾达到最大,不同浓度生物质炭处理下土壤有机碳、全氮和全钾均显著高于对照(p0.05),全磷差异并不显著(p0.05);(3)小麦根区土壤微生物数量以细菌最多(占到微生物总数的90%以上),其次是放线菌,真菌最少,小麦根区土壤细菌数量和放线菌数量,随生物质炭浓度的增加呈先增加后降低趋势,MB浓度处理下,小麦根区土壤细菌数量和放线菌数量和最大,并且显著高于对照(p0.05),而生物质炭却显著降低了小麦根区土壤真菌数量,总的来说,生物质炭显著增加了土壤微生物总数;(4)小麦根区土壤微生量碳、微生物量氮、微生物呼吸、微生物代谢熵和微生物活度均随生物质炭浓度的增加呈先增加后降低趋势,MB浓度处理下,小麦根区土壤微生量碳、微生物量氮、微生物呼吸、微生物代谢熵和微生物活度达到最大(p0.05)。生物质炭的施用促进了小麦根区土壤养分、微生物数量和微生物特性和改良土壤肥力作用,以中水平生物质炭(MB)处理下效果最好,而高水平生物质炭(HB)可能会有一定的抑制作用,这还与土壤类型、土壤肥力、植物种类和生态环境等密切相关。     

连续施用无害化污泥对沙质潮土土壤肥力和微生物学性质的影响

以小麦-玉米轮作体系下的沙质潮土为研究对象,选用经无害化处理后的城市污泥产物,通过2013~2015年田间定位试验,研究了不同城市污泥施用量对土壤肥力的影响,以期为城市污泥资源化利用提供理论基础和技术依据。设置单施化肥(CK)、CK+污泥15 t·hm~(-2)(CS1)、CK+污泥30 t·hm~(-2)(CS2)和CK+污泥45 t·hm~(-2)(CS3)共4个处理。主要研究结果如下:(1)连续定位试验结果表明,同一施用量污泥处理的土壤p H值随施用时间的增加呈下降趋势;土壤有机质(SOM)和养分含量如全氮(TN)、有效磷(AP)和速效钾(AK)随施用时间的增长呈上升趋势;(2)与CK比较,在2015年玉米季施用污泥各处理的土壤p H值显著降低了0.34~0.83个单位(P0.05),且与污泥施用量呈反比,以高施量污泥45 t·hm~(-2)下降最多;土壤SOM、TN、AP和AK分别显著提高了52.1%~166.9%、77.3%~177.8%、215.7%~486.3%和167.2%~379.0%(P0.05),且与污泥施用量呈正比,以高施量污泥45 t·hm~(-2)效果最显著;(3)试验所用污泥施用量范围内不会造成土壤和植物籽粒重金属污染,能够保持土壤环境健康;(4)与CK比较,施用污泥各处理土壤微生物量碳(MBC)、氮(MBN)含量均显著提高(P0.05),且与污泥施用量呈正比,并且季节不同也显著影响土壤MBC、MBN含量(P0.05);施用污泥能够显著提高土壤MBC/MBN(P0.05),说明施用污泥能够改变土壤微生物群落组成;(5)施用污泥,尤其是高施量污泥45 t·hm~(-2),在保证土壤和植物籽粒质量安全下,其土壤培肥效果最优。     

生物炭对棕壤玉米田CO_2与N_2O排放的影响

在棕壤区玉米田开展对比试验,以当地常规施肥量为基础,以不施生物炭为对照CK,设3个生物炭施量处理,分别为C1(3000kg·hm~(-2))、C2(5000kg·hm~(-2))、C3(7000kg·hm~(-2)),均以基肥形式一次性施入,玉米播种-成熟收获期内定期测定土壤CO_2与N_2O排放量,以探讨不同生物炭施量对棕壤区玉米田CO_2和N_2O排放的影响。结果表明:C1、C2处理的CO_2排放量小于对照CK,分别比CK减少9.9%和8.0%,但差异不显著。在玉米不同生育时期,土壤CO_2累积排放量表现为拔节-开花阶段最高,达到800~1200mg·m~(-2)·h-1,苗期和成熟阶段排放最低。玉米全生育期内不同处理的CO_2排放量均与土壤5cm处温度呈显著正相关关系;施用生物炭对土壤N_2O排放有抑制作用,且随着生物炭添加量的增加,抑制作用加强。N_2O排放与玉米氮肥施用关系密切,两个排放高峰分别出现在施入底肥和追肥之后。C1、C2、C3处理土壤N_2O累积排放量分别比CK减少24.7%、35.2%、37.0%。研究表明,生物炭抑制了棕壤区土壤呼吸,从而抑制土壤CO_2与N_2O的排放,并与氮肥用量关系密切。随着生物炭施用量的增加,土壤对CO_2排放的抑制作用减弱,而对N_2O排放的抑制作用增加。总体而言,土壤中施加生物炭对抑制农田温室气体排放和固碳减排有积极作用,而生物炭的施用量需要综合考虑土壤条件和施肥量等多种因素。     

氮肥与有机肥配施对设施土壤呼吸的影响

依托设施番茄栽培连续3年田间施肥定位试验,利用田间原位土壤呼吸测定法,研究了施氮量0、187.5、375.0、562.5 kg hm~(-2)(N0、N1、N2、N3)及氮肥与有机肥(M:75000 kg hm~(-2))配施(MN0、MN1、MN2、MN3)对土壤日呼吸速率的动态变化和累积呼吸量的影响,并分析了影响土壤呼吸的因素。结果表明:在番茄生长期内,各处理土壤日呼吸速率的动态变化趋势基本一致,番茄生长前期,各施肥处理土壤日呼吸速率较小且变动较小,生长64 d后,各施肥处理土壤日呼吸速率随生长天数的延长呈快速增加趋势,82 d时达最大峰值,之后则呈现下降趋势,但仍维持较高的数值;与单施氮肥处理相比,氮肥与有机肥配施可提高土壤日呼吸速率,并极显著提高土壤呼吸累积量(P<0.01),在施氮处理中,N1处理土壤呼吸累积量显著高于其它4个处理,而氮肥与有机肥配施处理中,施氮量对土壤呼吸累积量影响不显著。各处理5 cm、10 cm、15 cm处土壤温度与土壤日呼吸速率之间均呈显著指数相关性(P<0.05或P<0.01),敏感系数Q10值均随土层深度的增加呈增大趋势,其中,N1(187.5 kg hm~(-2))和MN1处理土壤日呼吸速率对温度的敏感性较强;表层(0~10 cm)土壤容重、pH值和有机碳含量与土壤呼吸累积量之间均有显著线性关系(P<0.05)。本试验条件下,连续有机肥与氮肥配施,可显著提高土壤呼吸,促进CO2排放。     

生物质炭与氮肥配施对春小麦产量及其C︰N︰P的影响

碳(C)、氮(N)、磷(P)生态计量化学为研究作物-土壤生态系统物质循环及其能量流动提供了崭新视角,研究生物质炭配施不同用量氮肥下小麦C、N、P计量特征,可为探明区域养分限制性以及进行合理施肥等提供理论依据。本文通过田间定位试验,测定施50 kg(N)·hm~(-2)氮肥、100 kg(N)·hm~(-2)氮肥、施生物质炭、生物质炭与50 kg(N)·hm~(-2)氮肥配施、生物质炭与100 kg(N)·hm~(-2)氮肥配施等处理下小麦产量、CNP含量及其生态化学计量等指标。结果表明:相比空白对照(不施氮肥和生物质炭)处理,其他不同处理均显著提高了小麦秸秆和籽粒产量,除了单施生物质炭处理,其他处理均不同程度提高了小麦地上部各器官N含量,生物质炭配施不同用量氮肥显著提高了茎秆和籽粒C和P含量。计量比结果表明,相比对照处理,生物质炭和50 kg(N)·hm~(-2)氮肥配施显著降低了叶片C∶N和C∶P,生物质炭和100 kg(N)·hm~(-2)氮肥配施处理则显著降低了茎秆C∶N、C∶P、N∶P以及籽粒C∶N、C∶P。研究区小麦叶片N∶P大多为18~23,因此小麦可能受到P元素的限制。生物质炭配施氮肥显著提高了作物产量,增加了小麦CNP养分含量,降低了植物C∶N、C∶P、N∶P。总体而言,生物质炭配施100 kg(N)·hm~(-2)氮肥施肥措施的综合表现最优。     

生物质改良剂对川西北地区高寒草地沙化土壤有机碳特征的影响

川西北高寒草原特殊的地理环境、气候条件以及过度人为放牧导致草地沙化问题突出。为了探讨不同生物质改良剂对高寒草地沙化土壤有机碳特征的影响,采用随机区组试验设计方法,设置3种生物质改良剂[秸秆类(JG)、菌渣类(JZ)、生物炭类(SWT)], 2个施用水平(6 t·hm?2和18 t·hm?2),以空白处理(CK)为对照,研究高寒草地沙化土壤总有机碳、活性有机碳和呼吸特征的变化。结果表明:1)施用生物质改良剂显著提高了土壤有机碳(TOC)、微生物量碳(MBC)和易氧化有机碳(EOC)含量,且提高效果随改良剂施用量的增加而增强。与CK相比,JG、JZ、SWT处理0～10 cm TOC含量分别平均提高60.66%、39.22%、34.99%,且JG处理显著高于JZ和SWT处理; MBC含量在0～10 cm则表现为JZJGSWTCK,且处理间差异达显著水平; EOC含量表现为JG处理最高,在0～10 cm、10～20 cm土层处分别比对照提高108.82%、79.26%。2)不同生物质改良剂处理中, EOC/TOC表现为JGJZSWTCK,MBC/TOC表现为JZJGSWTCK,且不同处理间差异显著。3)施用不同改良剂均显著提高了土壤呼吸速率,且随改良剂施用量的增加,土壤呼吸速率显著增加。与CK相比,施用6 t·hm?2的JG、JZ、SWT的土壤呼吸速率平均提高103.42%、86.31%、18.83%, JZ和JG处理的土壤呼吸速率显著高于SWT和CK处理。相关性分析表明,土壤水分与土壤呼吸速率呈显著正相关关系, TOC、MBC以及EOC与土壤呼吸速率呈极显著正相关关系。4)施入不同改良剂均显著提高了土壤呼吸总量、土壤微生物呼吸总量和净生态系统生产力(NEP值),均表现出较强的碳汇潜力, JG处理的NEP值较JZ和SWT处理分别显著提高56.45%和122.12%,且各处理间差异显著,说明秸秆改良剂具有较高的碳汇强度。该研究可为川西北藏区补充完善高寒草地沙化土壤制定科学有效的土壤碳调控管理措施提供依据。     

有机肥施用对农田中小型土壤动物群落的影响

2016年玉米生长季6～9月,以农田土壤为研究对象,设置了有机肥4个不同施用量处理,即0 kg·hm~(-2)(CK)、15 000 kg·hm~(-2)(OF1)、30 000 kg·hm~(-2)(OF2)、45 000 kg·hm~(-2)(OF3),并对其中小型土壤动物群落及其多样性的变化进行调查研究。研究结果表明,1)从试验样地共捕获中小型土壤动物2 821只,其中:OF处理显著提高了中小型土壤动物个体密度(P0.05),OF1、OF2和OF3处理分别较CK提高2.28%、31.93%和60.70%;有机肥施用有降低类群数的趋势,但无显著差异(P0.05);2)各处理对中小型土壤动物多样性指数无显著影响(P0.05);3)农田中小型土壤动物具有明显表聚性,各处理0～10 cm土层的个体密度和类群数显著高于10～20和20～30 cm土层的个体密度(P0.05)。有机肥施用对农田中小型土壤动物具有一定的影响,有机肥对土壤的影响是深远的,目前的结果着重表现在对个体密度的影响较大,对多样性的变化,需要长期观测。     

施用生物质炭对大棚土壤特性、黄瓜品质和 根结线虫病的影响

选择长期种植黄瓜并发生根结线虫病的大棚,设计生物质炭施用量为0(C0)、24(C1)、48(C2)t/hm~2的田间试验,研究生物质炭对黄瓜生长、品质以及根结线虫病的影响。结果表明:生物质炭显著提高了土壤有机质、全氮、铵态氮、速效钾含量和pH,同时降低土壤体积质量11.0%以上,C2处理黄瓜根系生物量较C0显著增加了56.9%。与C0相比,C2处理显著增加黄瓜可溶性糖和有机酸含量25.0%和17.6%,C1处理显著降低黄瓜硝酸盐含量25.5%。C2处理黄瓜根系单株卵块数比C0增加了3.8倍。施用生物质炭对黄瓜产量没有显著影响。研究结果说明,蔬菜大棚土壤中施用生物质炭可改善土壤理化性状,提高黄瓜品质,但有增加根系卵块数的趋势。由于生物质炭与土壤、作物的相互作用会随时间的变化而改变,因此,生物质炭对大棚黄瓜品质和根结线虫病的影响效应需进一步长期观测。     

连作对杨树人工林土壤呼吸及各组分的影响

土壤呼吸是整个陆地生态系统碳循环的关键过程之一.以山东大汶河沿岸沙地不同连作代数杨树人工林(1代林、2代林和3代林)为研究对象,利用ACE自动土壤呼吸监测系统(UK),对3种林分一个生长季(4-10月)的土壤呼吸速率及温湿度进行测定,同时采用壕沟法对3种林分的土壤呼吸进行组分分离,并对土壤呼吸及各组分与土壤温湿度的关系进行模型模拟.结果表明:3种林分的土壤呼吸速率(RS)、自养呼吸速率(RA)和异养呼吸速率(RH)的月变化均为明显的单峰格局;生长季内,3种林分RA贡献率月差异明显,平均贡献率为40.04％;RS及其组分与5 cm处土壤温度存在显著指数关系,与土壤体积含水量没有相关性,土壤温度与土壤体积含水量的复合模型对土壤呼吸速率变化解释能力为80％ ～ 94％;3种林分生长季平均土壤呼吸速率分别为3.12、3.08和2.66μmol/(m2·s),3代林RS和RH均显著低于1代林和2代林.连作导致杨树人工林地土壤呼吸速率减弱,土壤理化性质和微生物量的差异是导致林分间土壤呼吸速率差异的主要原因.揭示连作对杨树人工林土壤呼吸及各组分的影响,以及作用机制,为全面探究杨树人工林连作效应及土壤碳循环,提供数据支撑.