添加不同来源生物质炭对暗棕壤腐殖质组成和胡敏酸结构特征的影响

为了研究暗棕壤添加不同来源的生物质炭对腐殖质组成和胡敏酸结构特征的影响,选用玉米秸秆生物质炭(JG-Bc)、杨木生物质炭(YM-Bc)和毛竹生物质炭(MZ-Bc)进行培养试验,生物质炭(Bc)添加量为10.6 g/kg(相当于24 t/hm~2)。采用腐殖质组成修改法测定胡敏酸(HA)、富里酸(FA)和胡敏素(Hu)的含量;用国际腐殖质协会(IHSS)推荐的方法提取和纯化HA样品,并研究了胡敏酸的元素组成、红外光谱和热力学性质。结果表明:培养90 d后,添加生物质炭处理显著提高了土壤有机碳(SOC)和腐殖质各组分含量。SOC的增加主要体现在Hu上,由ck的8.40 g/kg增加到16.45～18.04 g/kg。可提取腐殖质总量虽然变化不大,但HA比例增加,PQ值由ck的54.71%上升到75.24%～82.50%。添加Bc不仅提高了HA的含量和比例,同时也影响到HA的结构特征,表现为HA的Δlog K、H/C摩尔比、O/C摩尔比降低;碳元素含量和分子缩合度增加,脂族链烃比例增加,促进HA结构趋于复杂化;HA的高温/中温放热和失重比值增加,热稳定性提高。不同处理之间作用大小顺序:毛竹Bc杨木Bc玉米秸秆Bc。该研究可为分析不同来源的生物质炭与腐殖质的关系及增加土壤有机质积累提供理论依据。     

南方双季稻区生物质炭还田模式生态效益评价

应用生态经济系统能值分析理论与方法,引入环境污染指数和能值反馈率2个新的指标,分析了无秸秆还田(CK,即常规施肥处理)、低量秸秆还田(LS)、高量秸秆还田(HS)、低量秸秆源生物质炭施用(LC)和高量秸秆源生物质炭施用(HC)5种秸秆还田模式的能值效益,从农业可持续发展水平来评价南方双季稻区最佳管理模式。结果表明:秸秆还田显著增加了农田温室气体能值产出,LS、HS处理分别是CK处理的1.94倍和2.92倍,分别减少了8.13%和10.80%的水稻生物量能值产出。秸秆源生物质炭还田温室气体能值产出与常规施肥处理(CK)差别不大,但明显低于秸秆直接还田,减少了49.10%~59.36%。秸秆源生物质炭还田增加了水稻生物量能值产出,比常规施肥处理(CK)增加了4.32%~10.49%,比秸秆直接还田增加了16.96%~20.27%。5种秸秆还田模式,能值产投比早稻季依次为:LC> HC> CK> HS> LS,晚稻季依次为:HC> LC> CK> LS> HS。综合评价双季稻生态系统可持续发展水平,早稻和晚稻季节HC均高于其他模式。因此,从能值效益角度,高量秸秆源生物质炭还田是该区域双季稻生产中最优的秸秆还田模式,可以大力推广。     

秸秆腐解及其热转化产物对黑土的培肥效果

为研究秸秆腐解及其热转化产物对黑土的培肥效果，解决黑土肥力下降和秸秆热转化产物未能合理利用的问题。通过连续2年的盆栽试验，设置对照（ck）、玉米秸秆（CS）、腐熟秸秆（HCS）、生物炭（BC）、玉米秸秆灰（ASH）、玉米秸秆粗灰渣（CHZ）和玉米秸秆细灰渣（XHZ）与黑土混合7个处理，研究秸秆腐解及其热转化产物对土壤养分、土壤有机碳（SOC）、腐殖质组成以及玉米产量的影响。结果表明：与ck相比，BC处理显著降低了土壤紧实度，提高了土壤养分含量和作物产量，碱解氮、有效磷和速效钾分别比ck增加了12.99%～16.49%、32.80%～38.37%和26.04%～34.78%，盆栽试验第2年，与其他处理相比，BC和ASH处理土壤养分增加幅度最大，且BC处理提升作物产量作用最大；BC处理也显著增加了土壤SOC及其腐殖质组分胡敏酸（HA）和胡敏素（HM）含量，提高了PQ值（HA在可提取腐殖质中所占的比例），BC处理增加SOC幅度最大，2019年和2020年分别比ck处理增加了22.08%和22.51%，其次是ASH处理，分别比ck增加了17.10%和18.18%。综合来看，BC处理是短期内提高...     

秸秆和秸秆炭对黑土肥力及氮素矿化过程的影响

为实现我国典型黑土区玉米秸秆有效还田与协同提高肥料氮素养分利用提供理论依据,以东北黑土区春玉米种植体系为研究对象,在4年田间连续定位试验基础上,利用15N示踪技术结合淹水培养试验,研究秸秆和秸秆炭对土壤肥力与氮素矿化的影响。试验共设5个处理:对照、单施化肥(N1)、N1+50%玉米秸秆(N2)、N1+100%玉米秸秆(N3)、N1+相当于50%玉米秸秆还田的玉米秸秆炭(N4)、N1+相当于100%玉米秸秆还田的玉米秸秆炭(N5)。结果表明:与N1处理相比较,N2、N3、N4、N5处理均增加了土壤有机质、全氮、速效磷、速效钾、碱解氮含量、微生物量碳和氮含量,且等量秸秆还田处理高于相当于等量秸秆还田的秸秆炭处理,其中100%秸秆还田分别显著提高微生物量碳和氮含量15.1%和23.1%(P0.05);不同处理方式综合土壤肥力指数(IFI)由高到低依次为N3N5N4=N2N1,秸秆、秸秆炭还田可显著提高土壤综合肥力(P0.05);土壤有机氮的矿化量和矿化率随着秸秆和秸秆炭还田量的增加而增加,其中N2处理分别显著提高了23.4%和22.9%,N3处理分别显著提高了53.0%和35.8%(P0.05);N2、N3、N4、N5处理下外源肥料15N的矿化量和矿化率分别显著提高了66.5%和50.0%、213.3%和279.0%、39.4%和36.3%、92.0%和40.0%(P0.05),且随着秸秆炭还田量的增加而显著增加。土壤氮素矿化指标与土壤有机质、总氮、碱解氮、微生物量碳氮含量都存在着显著正相关关系。研究表明玉米秸秆、秸秆炭还田均可以显著提高土壤综合肥力;可协同提高土壤氮素矿化水平,且提高来自外源化肥氮占土壤矿化总氮的比重,其中以100%秸秆还田处理的影响更为明显。     

玉米秸秆与木本泥炭对土壤改良的效应

玉米秸秆与木本泥炭施加到土壤中不仅能稳定土壤有机碳库,保持土壤养分,还可以改善土壤理化性质。但玉米秸秆与木本泥炭性质不同,其对土壤改良的效果不同。通过大田试验研究了还田量在12 000 kg/hm²条件下,玉米秸秆与木本泥炭对黑土的改良效果,共设置3个处理,分别为不施加任何有机物料的对照组（ck）,0～20 cm土层混施木本泥炭组（D）、0～20 cm土层混施秸秆组（CS）。结果表明：土壤施用木本泥炭与秸秆改善了土壤紧实度,提高了土壤有机质、速效养分含量,增加了腐殖质各组分的含碳量,使土壤腐殖化程度增加,胡敏酸（HA）分子趋于简单化;施加秸秆能显著提高土壤中水溶性有机碳活性组分的含量,HA分子结构更简单;土壤施用木本泥炭能显著增加玉米产量,土壤腐殖化程度更高。以上结果表明,黑土施用木本泥炭和玉米秸秆对玉米产量、土壤腐殖化程度影响不同,结合田间实际情况,木本泥炭对增加玉米产量及提高土壤腐殖化程度效果显著,但玉米秸秆可以显著提高土壤水溶性有机碳活性组分含量,使HA分子结构更简单。     

秸秆炭化物长期还田下农田镉风险研究

以中国科学院常熟农业生态试验站宜兴基地秸秆及生物质炭连续还田试验作为研究对象,研究该农艺措施进行7年后对麦季土壤及小麦不同器官中镉(Cd)含量的影响。结果表明,与不添加秸秆源的BC0处理相比,秸秆和生物质炭还田增加了土壤中总Cd浓度(均低于国家土壤环境质量二级标准),但与7年前相比无显著性差异。相较于对照处理(BC0处理),添加2.25 t·hm-2的秸秆(Straw2.25处理,1/3秸秆全量还田量)与11.25 t·hm-2的生物质炭(BC11.25处理,5倍秸秆全量还田量制备生物质炭)对小麦中Cd吸收量无显著影响;但添加22.5 t·hm-2的生物质炭(BC22.5处理,10倍秸秆全量还田量制备生物质炭)的小麦籽粒、秸秆和根部中Cd含量比BC0处理分别显著降低了88.7%、75.3%和52.8%(P0.05)。Straw2.25处理、BC11.25处理和BC22.5处理中土壤DGT-Cd含量与不添加秸秆源的BC0处理相比分别降低了71.2%、74.6%和83.4%(P0.05);且DGT-Cd含量与小麦Cd吸收量呈显著正相关性(P0.01)。该研究结果表明在清洁农田中秸秆资源还田下土壤总Cd短期内环境风险较小,土壤Cd的生物有效性显著降低。     

秸秆还田后接种蚯蚓对夏玉米主要农艺性状及产量的影响

为消除小麦秸秆还田对夏玉米生长的不利影响,设置秸秆还田后接种蚯蚓、秸秆还田、无秸秆还田且不接种蚯蚓(对照)3种处理,探讨了秸秆还田后接种蚯蚓对夏玉米主要农艺性状及产量的影响。结果表明:与对照和秸秆还田相比,秸秆还田后接种蚯蚓加快了秸秆腐熟速度,提高了土壤肥力,促进了夏玉米的营养生长,显著增加了玉米株高、基部第1、2节间直径和叶面积指数,极显著增加了棒三叶叶面积;秸秆还田后接种蚯蚓处理玉米穗粒数和百粒重分别比对照提高6.1%、7.8%,其产量分别比对照和秸秆还田提高14.5%、5.2%。说明秸秆还田后接种蚯蚓具有更好的增产效果,建议引导农民秸秆还田后接种蚯蚓,以提高夏玉米产量。     

施用玉米秸秆生物质炭对黑土腐殖质组成和胡敏酸结构特征的影响

为探究不同施加量生物质炭对黑土中腐殖质组成和胡敏酸(Humic acid,HA)结构的影响,进行了盆栽试验研究,设置4个处理,分别为空白,生物质炭施加量为6、12、24 t·hm~(-2)。结果表明:施加生物质炭3年能明显提高土壤有机碳(Soil organic carbon,SOC)含量,SOC随施加生物质炭量增加而提高,不同处理SOC含量较空白分别上升3.61%、13.40%和30.64%;不同处理水溶性物质(Water-soluble substances,WSS)中有机碳含量较空白分别上升30.88%、86.29%和116.18%;不同处理胡敏素(Humin,Hu)中有机碳含量较空白分别上升5.44%、19.46%和51.16%;不同处理HA中有机碳含量较空白分别上升7.89%、13.60%和25%;不同处理富里酸(Fulvic acid,FA)中有机碳含量较空白降低13.11%、24.60%和45.90%。施加生物质炭3年,能使HA分子结构发生变化。相较于空白,不同处理H/C摩尔比值分别降低0.01%、0.03%和0.05%;相对于空白,不同处理O/C摩尔比值分别降低0.05%、0.11%和0.17%,不同处理在2920 cm~(-1)处相对强度分别提高0.38%、0.41%和0.49%,在1620 cm~(-1)处相对强度分别提高0.94%、0.24%和0.39%。施用生物质炭能提高HA缩合度,降低HA的氧化度,增加HA的脂族性和芳香性,使HA结构复杂化。     

玉米秸秆还田配施腐熟剂对冬小麦生长和产量的影响

为探究麦玉轮作区，玉米秸秆全量还田配施腐熟剂对冬小麦生长的影响，在玉米秸秆全量还田条件下施用2种不同腐熟剂(蔚蓝生物腐熟剂处理和自配处理)。以秸秆还田不施腐熟剂处理为对照，研究各处理对冬小麦生长及产量的影响。结果表明，施用2种秸秆腐熟剂均能明显促进冬小麦叶面积、氮素利用率的提高，且对冬小麦增产效果明显。蔚蓝生物腐熟剂处理、自配处理的氮素利用效率分别比对照高4.71%、3.50%,且与对照间差异达显著水平；蔚蓝生物腐熟剂处理、自配处理的籽粒产量分别比对照高10.02%、7.35%,与对照间差异达显著水平。因此，玉米秸秆还田配施腐熟剂可有效促进冬小麦生长发育，显著提高籽粒产量。该研究为麦玉轮作区玉米秸秆全量还田后冬小麦生长促进和稳产高产提供一定技术参考。     

秸秆生物炭和秸秆对麦玉轮作系统土壤养分及作物产量的影响

为探讨生物炭和秸秆在石灰性潮土区对麦玉轮作系统的影响,采用冬小麦季玉米秸秆还田-夏玉米季小麦秸秆不还田的单季还田模式,按照观测小区内实际平均玉米秸秆干物质量进行倍数施用,设置玉米秸秆0.5(S0.5)、1.0(S1.0)、1.5(S1.5)和2.0倍（S2.0）还田,以及将等量玉米秸秆全部转化为生物炭进行施用（B0.5、B1.0、B1.5、B2.0）,以无生物炭和秸秆的处理为对照（CK）,测定不同处理下的土壤养分及作物产量。结果表明,生物炭和秸秆还田处理对冬小麦、夏玉米两季的土壤全效以及速效养分具有一定的促进作用,整体上在冬小麦季对土壤养分的改善及碳氮比的提升效果优于夏玉米季。在冬小麦季,生物炭和秸秆还田处理的小麦籽粒产量较对照分别显著增加9.04%～21.76%和15.31%～22.96%;在夏玉米季,B0.5、S1.0、S1.5、S2.0处理的玉米籽粒产量较对照分别显著增产10.86%、8.72%、10.89%、12.22%。整体上施用生物炭和秸秆对冬小麦的增产效果高于夏玉米,且以秸秆还田处理的增产效果更优。因此,在鲁西平原石灰性潮土区正常施肥的基础上,在冬小麦季施加0.5倍玉米秸...     

玉米秸秆不同还田方式对黑土有机碳组成和结构特征的影响

为研究玉米秸秆不同还田方式对黑土有机碳组成和结构特征的影响,以吉林农业大学微区试验田黑土为研究对象,设置CK(未施用秸秆)、C1(秸秆浅施)和C2(秸秆深还)共3种处理,通过腐殖质组成修改法提取富里酸(Fulvic acid,FA)、胡敏酸(Humic acid,HA)和胡敏素(Humin,HM),IHSS方法提取HA样品,并测定其元素组成、红外光谱和差热性质等结构性质。结果表明:秸秆还田有利于土壤和各腐殖质组分有机碳含量提高,土壤腐殖质PQ值(HA在可提取腐殖质中所占的比例)显著增加;与CK相比,C1处理表层(0~20 cm)的SOC、HA、FA和HM有机碳含量明显增加,分别增加了21.8%、27.3%、11.5%和30%;C2处理亚表层(20~40cm)的SOC、HA、FA和HM有机碳含量显著增加,分别增加了26.3%、32%、13.4%和31.9%。C1和C2处理均使HA的氧化度、缩合度和热稳定性降低,脂族链烃和芳香碳含量增加,结构趋于简单化。这些变化在C1处理中主要体现在表层,与CK相比,C1处理表层HA的(O+S)/C比值降低了11.3%,I2920/I1620的比值增加了23.4%;C2处理主要为亚表层HA结构的变化,与CK相比,C2处理亚表层HA的(O+S)/C比值降低了9.1%,I2920/I1620的比值增加了23%。这一研究结果对阐明土壤培肥机理和指导秸秆还田实践有重要意义。     

生物炭输入对土壤有机碳和玉米生长的影响

[目的]研究生物炭输入对土壤有机碳和玉米生长的影响.[方法]以无外源碳输入处理为对照(CK),研究不同外源碳(秸秆及其生物炭)等碳量输入条件下(秸秆1％-Str1.0、秸秆3％-Str3.0、秸秆10％-Str10.0;生物炭0.8％-BC0.8、生物炭2.4％-BC2.4、生物炭8.0％-BC8.0),对土壤含水率、...     

不同秸秆生物炭对红壤性水稻土养分及微生物群落结构的影响

【目的】研究不同秸秆转化生物炭对红壤性水稻土养分含量及微生物群落结构的影响差异,为土壤改良和秸秆资源的合理利用提供理论参考。【方法】以水稻和玉米秸秆300℃、400℃和500℃裂解得到的生物炭为添加材料,以发育于第四纪的红壤性水稻土为供试土壤,通过135 d室内培育试验,研究秸秆生物炭添加对红壤性水稻土pH、有机碳和养分含量、土壤微生物生物量碳（MBC）的影响,及其对磷脂脂肪酸（PLFA）表征的微生物群落结构的影响。试验共设7个处理：对照（CK）、添加水稻秸秆炭300℃（RB300）、400℃（RB400）、500℃（RB500）和添加玉米秸秆炭300℃（CB300）、400℃（CB400）、500℃（CB500）。【结果】物料类型和制备温度因素显著影响裂解得到生物炭材料的养分含量和化学性质。培育试验表明,两种秸秆生物炭的添加,平均提高土壤pH值0.16个单位;土壤有机碳、速效磷和速效钾水平,分别比对照增加26.1%、20.6%和281.8%。水稻秸秆炭对土壤速效钾水平促进作用较大,而玉米秸秆炭则主要增加速效磷含量。低温裂解秸秆炭（300℃）的添加,并没有显著影响土壤碱解氮和无机氮含量;而添加RB500和CB500处理的碱解氮分别比对照低10.4%和8.1%,硝态氮含量分别比对照高63.6%和100.7%（P＜0.05）。添加生物炭处理,微生物生物量碳和磷脂脂肪酸总量平均比对照增加63.4%和47.5%,但添加300℃秸秆炭处理与对照差异不显著;两种秸秆炭的输入均可以增加革兰氏阴性细菌（G-）、革兰氏阳性细菌（G+）、放线菌和真菌的含量,且不同制备温度处理间的差异表现为300℃＜400℃＜500℃。主成分分析表明,水稻秸秆炭对土壤微生物群落结构的影响较玉米秸秆炭更为显著;不同温度水稻秸秆炭间,群落结构差异明显,而不同温度玉米秸秆炭间没有区分开来。典范对应分析结果表明,生物炭添加可以通过改变土壤性质,间接影响微生物群落结构;其中,土壤速效磷、有机碳和速效钾含量与土壤微生物群落分布显著相关。【结论】水稻和玉米秸秆炭均可以改良红壤性水稻土的酸度,提高土壤养分含量和微生物量水平;两种秸秆炭的添加均改变了土壤微生物群落结构,其中以水稻秸秆炭的影响更为明显。     

棉秆炭化还田对棉花生长及土壤理化特性的影响

【目的】研究西北连作棉田秸秆炭化还田对棉花生长和土壤性质的影响,提炼适宜的秸秆还田技术,为西北棉花秸秆还田提供技术支撑。【方法】试验设置为田间试验,6个处理,分别为:1、秸秆移除(CK);2、秸秆还田(S);3、有机肥还田(M);4、炭化还田(1.5Bc);5、有机肥+棉秆炭(MBc);6、炭化还田(3.0Bc)。在棉花生长后期测定棉花的生长指标、生物量、产量,并采集土样,分析相关指标。【结果】与秸秆移除(CK)相比, 棉花植株的株高、茎粗、叶长和叶宽均以有机肥还田及其与炭化还田的配合施用最大,分别增加了8.89%、11.86%、11.82%、11.39%。产量则以有机肥还田、有机肥还田与炭化还田的结合两个处理对产量的提高幅度最大, 分别为43.06%、37.01%,其次是1.5Bc和3.0Bc两个处理,均显著增加了棉花产量,分别达到了18.15%、30.25%;地上部干物质积累以3.0 t炭化还田处理提高幅度最大, 达到了34.94%,地下部以秸秆直接粉碎还田提高幅度最大,为62.92%;土壤性质则以3.0tBc处理对土壤饱和含水量和田间持水量的增加幅度以及对土壤容重的降低幅度最大, 分别达到了11.03%、10.02%、4.77%。【结论】有机肥还田、炭化还田及其配施能够有效的促进棉花生长,增加棉花干物质积累,提高产量,改善土壤性质。     

玉米浆及配合其他有机物料对苏打碱土改良效果及腐殖质特性变化

为研究玉米浆(CSL)及其与不同有机物料混合对苏打盐碱土的改良效果及腐殖质特性变化,本文以松原市苏打盐碱土为研究对象,设置对照组(CK)、1/2倍用量玉米浆(1/2CSL)、1倍量玉米浆(CSL)、2倍量玉米浆(2CSL)、1/2倍用量玉米浆与秸秆混合(1/2CSL+C)、1/2倍用量玉米浆与生物质炭混合(1/2CSL+B)和1/2倍用量玉米浆与泥炭混合(1/2CSL+P)7个处理,研究了其对苏打盐碱土的改良效果及腐殖质组成和胡敏酸(HA)结构特征的变化。每个处理3次重复。结果表明:与CK相比,除2CSL,各玉米产量均增加,增长比率为66.67%～193.65%,各处理pH、全盐量的降低比率分别为9.80%～11.09%、12.2%～44.3%,碱化度降低12.67～26.53个百分点。1/2CSL处理的有机碳含量增加了46.19%,HA和胡敏素(HM)分别增加了48.59%和47.32%,I2920/I1720增加了156.3%,H/C增加了25.96%,(O+S)/C降低了30.68%,放热量高温值/中温值降低了48.6%,质量损失量高温值/中温值降低了14.2%。说明有机物料的施入使土壤HA结构的脂族性增强,氧化度、缩合度和热稳定性降低,结构趋于年轻化,其中1/2CSL处理效果最好。     

氧化老化玉米秸秆生物炭吸附镉机理研究

为研究玉米秸秆生物炭在经过模拟自然界老化后对Cd²⁺的吸附响应,本文利用H₂O₂对玉米秸秆生物炭进行氧化老化1、2、3次,利用元素分析仪、扫描电镜、红外光谱及碳谱等分析方法,分析老化前后生物炭对Cd²⁺的吸附及响应机理。结果表明：玉米秸秆生物炭氧化老化过程中形成硅酸盐沉淀;经过H₂O₂老化后H/C、O/C和（O+N）/C的原子比逐渐升高,使得生物炭含氧官能团上升、芳香性减弱、极性增强;老化1次（OYM1）、2次（OYM2）、3次（OYM3）后玉米秸秆生物炭碱性元素逐步被释放,碱性元素较未氧化玉米秸秆生物炭（YM）分别降低了48.23%、95.04%、95.74%;不同处理生物炭对Cd²⁺的最大吸附量表现为： YM（12.42 mg·g^-1） >OYM1（5.98 mg·g^-1） >OYM3（3.88 mg·g^-1） >OYM2（3.61 mg·g^-1）,说明老化作用抑制了其对Cd²⁺的吸附。在玉米秸秆生物炭长期利用过程中,生物炭的老化促进无机组分发挥作用,吸附性能减弱,在进行土壤及水污染修复时应合理使用。     

三种生物质炭对红壤和黄壤镉有效性的影响

采用盆栽试验,研究了5%的花生壳炭、竹炭和小麦秸秆炭对红壤和黄壤中有效镉含量及玉米幼苗镉吸收和转运的影响。结果表明:3种生物质炭使红壤和黄壤的pH分别提高0.12~0.59和0.21~1.00,有机质含量分别提高35.43%~83.34%和52.14%~142.82%,均达到显著性水平(P0.05);生物质炭使红壤和黄壤有效镉含量分别降低12.8%~20.1%和17.7%~29.9%,降幅在红壤中以花生壳炭处理最大,黄壤中则以小麦秸秆炭处理最大,但两种土壤中花生壳炭、小麦秸秆炭处理有效镉含量差异不显著;3种生物质炭一定程度上可抑制红壤中玉米的生长,但花生壳炭和竹炭可促进黄壤中玉米幼苗的生长;花生壳炭和竹炭使红壤中玉米幼苗地上部镉含量分别降低19.63%和23.10%,竹炭使黄壤中玉米幼苗根部镉含量提高14.88%,其余处理对玉米幼苗根部和地上部的镉含量影响均不显著。这说明尽管生物质炭可通过提高土壤pH和有机质含量降低红壤和黄壤的有效镉含量,但对植物镉含量的影响则因土壤类型和生物质炭种类而异。