大气CO2浓度升高条件下施加生物炭对水稻生物量分配及产量的影响

  【目的】  大气二氧化碳 (CO₂) 浓度升高会影响作物光合作用,土壤中添加生物炭能够影响作物根系生长,但关于二者互作对作物的影响尚未有明确结论,鉴于此,我们研究了CO₂浓度升高与施用生物炭两者互作对作物的影响。  【方法】  盆栽试验在北京昌平进行,供试水稻品种为吉粳88。试验共设计4个处理,常规大气CO₂浓度 (CK)、常规大气CO₂浓度 + 生物炭 (B)、高浓度CO₂ (F)、高浓度CO₂ + 生物炭 (F + B),常规大气和高浓度CO₂分别为400和550 μmol/mol,生物炭添加量为20 g/kg。于水稻分蘖期、拔节期、抽穗期、成熟期取样,测定株高、各器官生物量、产量构成因素。  【结果】  相较于CK,其他3个处理均提高了分蘖期、拔节期和抽穗期的水稻株高,F + B处理株高在3个时期平均分别增加了2.4%、1.3%、4.9% (P < 0.01)。相较于CK,其他3个处理均增加了水稻分蘖期、拔节期、抽穗期、成熟期的单茎、叶片、根系和地上部总干重,B处理和F处理对水稻叶片、根系和地上部总干重的影响均达到极显著水平,F + B处理仅对根系干重的影响达到显著水平 (P < 0.05)。与CK相比,F + B处理的水稻根冠比在分蘖期没有显著变化,抽穗期增加了10.7%,而拔节期和成熟期分别降低了5.0%、12.7%。相较对照,常规大气CO₂浓度下施生物炭 (B) 及单增CO₂浓度处理 (F) 水稻穗长和千粒重增幅达到极显著水平。F + B处理水稻产量构成均表现出增加趋势,仅对千粒重的影响达到极显著水平。  【结论】  高CO₂浓度有利于水稻植株地上部和地下部生长及干物质积累,但会降低结实率及最终产量;在高CO₂浓度下配施生物炭不仅促进植株生长和干物质积累的效果更佳,还显著提高产量构成因素,显示出良好的互作效应。     

调理剂配合紫云英还田降低水稻土镉的生物有效性

  【目的】  研究紫云英(Astragalus sinicus L.)还田及配施石灰或生物炭等不同土壤调理剂,对镉(Cd)污染水稻土中Cd有效性及水稻吸收转运Cd的影响,以期为我国南方Cd污染稻田的修复和水稻的安全生产提供理论依据和技术支撑。  【方法】  盆栽试验在湖南省土壤肥料研究所科研实验基地进行,供试土壤为重度污染的水稻土 (总镉 1.27 mg/kg、有效镉0.15 mg/kg)。以水稻收获后冬闲为对照(CT),设冬季种植并翻压等量紫云英3个处理:紫云英单独还田(GM)、紫云英还田+石灰(GL)、紫云英还田+生物炭(GB)。在水稻分蘖期和成熟期,测定土壤主要理化性质和有效Cd含量,测定水稻各器官吸收和富集Cd量,并于成熟期测定水稻产量。  【结果】  1) GM处理提高了水稻分蘖期土壤有效Cd含量和水稻根部Cd富集系数,但GM处理降低了分蘖期水稻茎叶Cd含量,对稻米中Cd含量没有显著影响;GM处理对水稻成熟期土壤pH无显著影响,但提高土壤微生物量碳(MBC)的效果最好(P<0.05)。2) GL处理和GB处理均显著提高了土壤pH,降低了土壤Cd活化率和有效Cd含量,两处理分别平均降低了分蘖期水稻根部Cd累积量55.4%和57.8%。与紫云英单独还田(GM)相比,紫云英配施石灰还田(GL)减少了稻米中Cd的累积量,而紫云英配施生物炭还田(GB)提高了成熟期水稻根部Cd富集系数和茎叶–籽粒的Cd转运系数,导致水稻籽粒中Cd含量(0.08 mg/kg)显著高于对照(低于国家稻米Cd含量标准)。3)冗余分析(RDA)和随机森林模型预测结果显示,土壤pH、可溶性有机碳(DOC)和土壤有效磷(AP)是决定土壤Cd生物有效性的最重要的环境因子。  【结论】  紫云英还田提高了水稻产量,配施石灰或生物炭还田可通过提高土壤pH而有效降低土壤有效Cd含量。紫云英配施石灰可减少稻米中的Cd含量,而紫云英配施高量生物炭则会增加稻米Cd污染的风险。     

施用生物炭对红壤富硒区硒生物有效性的影响

研究生物炭调理措施对红壤区富硒土壤硒形态及硒生物有效性的影响,为富硒土壤硒活化及硒资源高效利用提供理论依据。通过盆栽试验,连续开展三批玉米苗期研究,设置3 个生物炭添加水平:土壤质量0.5%(T1)、1.0%(T2)和1.5%(T3),以不添加生物炭处理为对照(CK),分析生物炭添加对土壤硒形态及玉米硒素营养的影响。结果表明:施用生物炭后,T1、T2 和T3 的可溶态硒分别平均提高0.46、0.42 和0.43 个百分点;可交换态硒分别平均提高0.61、1.66 和1.50 个百分点;降低了铁锰氧化物结合态硒的比例;有机结合态硒比例先降低后逐渐提高,残渣态硒比例则先提高后逐渐降低。玉米根系硒含量与土壤可溶态、可交换态及有效硒含量均呈显著线性正相关,玉米茎叶硒含量与土壤各硒形态之间的相关性不显著。施用生物炭能提高玉米植株体内的硒累积量,T1、T2 和T3 处理玉米植株平均硒累积量分别比CK 提高9.46%、31.00% 和21.22%。可见,在红壤上施用生物炭能有效提高土壤硒的生物有效性并促进硒在植物体内的累积,其中以添加土壤质量 1.0% 的生物炭效果最好。     

生物炭对宁夏引黄灌区水稻产量及氮素利用率的影响

【目的】氮是作物生长发育所需的主要营养元素,随着宁夏引黄灌区农业生产集约化程度不断提高,氮肥投入亦不断增加,由此导致的土壤板结及氮素利用率低等问题日益突显。鉴于生物炭在改良土壤及提高氮肥利用方面的潜在可行性,本文通过大田试验研究添加不同用量生物炭对水稻产量和氮素利用率的影响,为生物炭在该地区的应用提供参考和依据。【方法】以宁夏灌区具有代表性的集约化水稻田为研究对象,以宁粳43号水稻为试验材料,采用裂区试验设计,施氮量设常规施氮量(N 300,N 300 kg/hm2)和不施氮(N0)2个水平;生物炭设高量炭(C3,9000 kg/hm2)、中量炭(C2,6750 kg/hm2)、低量炭(C1,4500 kg/hm2)和不施炭(C0)4个水平。旨在明确添加生物炭对灌淤土基本理化性质、水稻产量及氮素利用率的影响。【结果】1)添加生物炭种植一季水稻后对灌淤土土壤含水量没有明显影响,土壤p H值亦没有发生明显变化。2)施加氮肥情况下,C3处理较C0处理可显著提高灌淤土全氮、全磷和速效钾含量,但对速效磷含量没有影响,C2和C3处理下土壤全氮、全磷、速效磷和速效钾都没有明显差异,但二者全氮和速效钾含量要显著高于C1处理;不施肥情况下,除C3和C2处理显著增加土壤速效钾含量外,其余处理对土壤养分含量没有影响。3)生物炭和氮肥配施可以显著增加水稻籽粒产量,并随生物炭用量(4500 9000 kg/hm2)增加而增高,增产率在15.26%44.89%之间,水稻籽粒产量与生物炭用量呈显著正相关关系(r=0.962),水稻株高和穗粒数也随生物炭用量增多而增加,同时,水稻地上部总吸氮量随生物炭用量增加而增加,C3处理较C0处理提高66.27 kg/hm2,各处理之间差异显著;不施氮肥情况下,添加生物炭(4500 9000kg/hm2)对水稻籽粒产量没有显著影响,对水稻产量构成因素的影响亦不明显,C1和C2处理可以显著提高水稻地上部总吸氮量,但C3处理对总吸氮量影响不明显,同时各施炭处理之间无显著差异。4)生物炭和氮肥配施时,氮肥农学效率和氮肥利用率均表现为随生物炭用量增加而增加,C3较C0处理氮肥农学效率提高10.87 kg/kg,氮肥利用率提高22.09个百分点。【结论】生物炭和氮肥配施可以提高宁夏引黄灌区水稻产量,本试验以施用9000kg/hm2(C3)的生物炭产量最高(增产率达44.89%),同时水稻株高和穗粒数也随生物炭用量增多而增加,生物炭和氮肥配施,氮肥农学效率和氮肥利用率随生物炭用量增加而增加;不施氮肥情况下,添加生物炭对水稻产量没有显著影响,对水稻产量构成因素的影响亦不明显。。     

盐胁迫下添加外源硅提高水稻抗氧化酶活性与钠钾平衡相关基因表达

  【目的】  盐胁迫是影响全球作物生长的主要非生物胁迫之一，添加外源硅可有效提高植物对盐胁迫的抗性。本研究通过水培试验，分析硅对盐胁迫下水稻生长、光合系统、钠钾含量、抗氧化酶活性和钠钾平衡关键基因表达量的影响，以探究硅缓解水稻盐胁迫的机制。  【方法】  供试材料为日本晴水稻 (Oryza sativa L. cv. Nipponbare)，设置NaCl 0 (CK)、50 (Na1) 和100 mmol/L (Na2) 3个盐胁迫浓度与Na₂SiO₃ 0 (Si0)、0.5 (Si1) 和1.5 mmol/L (Si2) 3个硅浓度，共9个处理。处理5天后，测定水稻长度与生物量、光合与蒸腾速率、氧化伤害、钠钾含量。结果表明，在100 mmol/L NaCl与1.5 mmol/L硅处理下，硅盐互作效果最显著，据此进一步测定了该处理下水稻的抗氧化酶活性与钠钾转运关键基因表达量。  【结果】  盐胁迫显著降低了水稻地上部与地下部的长度与干重，同时显著降低了光合速率、蒸腾速率和叶绿素含量，并明显促进丙二醛的累积。盐胁迫下，外源硅显著增加了水稻地上部高度与干重，但对地下部长度与干重无显著影响；盐胁迫下添加硅显著提高了叶片光合速率和叶绿素含量，显著降低了丙二醛含量，但对蒸腾速率无显著影响。盐胁迫均引起地上部与地下部钠含量显著上升与钾含量显著下降，盐胁迫下添加外源硅可显著降低地上部钠含量，但是对钾含量没有显著影响，并且硅对根系钠钾含量均无显著影响。总体而言，100 mmol/L NaCl处理在水稻中造成的生长抑制、氧化伤害与钠钾失衡等胁迫伤害比50 mmol/L NaCl处理更为严重，而添加1.5 mmol/L的硅对盐胁迫的缓解效果优于添加0.5 mmol/L的硅。在100 mmol/L NaCl处理下，添加1.5 mmol/L的硅显著提高了SOD、CAT、APX的活性，但是对POD的活性无显著影响；同时，添加1.5 mmol/L硅显著提高了盐胁迫下水稻钾吸收基因 (OsHAK1、OsHAK7、OsHAK11与OsHAK12)、钠外排基因 (OsSOS1) 与钠区隔化基因 (OsNHX1、OsNHX3与OsNHX5) 的表达。  【结论】  营养液中添加1.5 mmol/L的硅比0.5 mmol/L的硅对盐胁迫下水稻的生长、光合系统和离子平衡调控效果更好，能更有效地缓解水稻盐胁迫。硅可通过调控SOD、CAT、APX等抗氧化酶活性与钾吸收、钠外排和钠区隔化等钠钾平衡关键基因的表达，从而缓解水稻盐胁迫。     

花生壳及其生物炭施用对旱地红壤微生物活性及红薯产量的影响

  目的  明确旱地红壤微生物活性及作物产量对花生壳及其生物炭的响应规律。  方法  本研究在江西旱地红壤区进行田间定位试验,根据“等碳量还田”原则设置7个处理。包括常规管理（CK）,施用花生壳3000 kg hm?2（S1）、4500 kg hm?2（S2）、6000 kg hm?2（S3）,施用花生壳生物炭1000 kg hm?2（BC1）、1500 kg hm?2（BC2）、2000 kg hm?2（BC3）,各处理均种植红薯。通对红薯生育期内土壤基础呼吸强度、土壤微生物量碳、土壤酶活性的测定探讨花生壳及其生物炭对旱地红壤微生物活性及红薯产量的影响。  结果  施用花生壳及其生物炭均能提高土壤基础呼吸强度、土壤微生物量碳含量,花生壳及其生物炭的施用提高了土壤FDA水解酶和土壤脱氢酶活性,且均以苗期S2比CK增加最显著,增幅分别达54.78%和47.79%。花生壳及其生物炭的施用对土壤过氧化氢酶活性有促进作用,在块根形成初期S3增加最显著,达31.33%,土壤蔗糖酶活性以苗期S3增加最显著,达69.42%;施用花生壳及其等碳量生物炭均能提高红薯产量,红薯产量与土壤微生物量碳呈极显著正相关,与土壤基础呼吸强度呈显著正相关。  结论  适量的花生壳及其生物炭还田可以改善土壤肥力状况,增加红薯的产量。     

生物炭基肥与紫云英联合还田对红壤区早稻干物质累积和氮素利用特征的影响

  【目的】  探讨生物炭基肥与紫云英联合还田对提高水稻产量与氮素利用率的影响，为同时实现稻区秸秆循环利用和降低氮肥用量提供参考。  【方法】  采用盆栽实验，设计不施氮肥 (CK₀)、施100%氮肥 (CK₁)、减施20%氮肥后分别施炭基肥 (BF)、紫云英 (MV) 以及两者联合还田 (BF + MV) 5个处理。分析了早稻地上部干物质累积量、产量构成及氮素吸收利用。  【结果】  与CK₁相比，减施20%氮肥后，紫云英和炭基肥单独或联合还田均可通过增加早稻千粒重和有效穗数而改善其产量构成；炭基肥单独或与紫云英联合还田不仅可有效提高早稻籽粒和地上部干物质量 (P > 0.05)，而且分别显著提高了籽粒中氮素生理利用率11.8%与7.52% (P < 0.05)；紫云英单独还田分别显著提高籽粒和地上部干物质量11.8%和7.62%，以及地上部氮素累积量10.9% (P < 0.05)。另外，由Pearson相关分析表明，减施20%氮肥条件下，紫云英还田与早稻千粒重和籽粒氮素累积量呈显著正相关关系，炭基肥还田与早稻地上部氮素生理利用率和干物质生产效率呈显著或极显著正相关关系。  【结论】  在确保红壤稻区早稻不减产的前提下，将秸秆炭化生产炭基肥与冬季豆科绿肥联合还田，既有利于提高作物秸秆资源利用率，又降低稻田氮肥用量，并提高氮素利用率，从而为水稻绿色生产开辟新途径和提供理论依据。     

生物炭对红壤和褐土中镉形态的影响

【目的】重金属对环境危害的大小主要取决于其形态分布,尤其是生物有效态镉 (Cd) 的含量和存在比例。添加生物炭可以降低Cd超标土壤中生物有效态Cd的含量,本文研究了施用生物炭后红壤和褐土中Cd形态的变化及其与生物炭施用量的关系,以加深对生物炭修复Cd污染土壤机理的认识。【方法】选择红壤 (pH 5.21) 和褐土 (pH 7.75) 两类土壤进行了室内培养试验。将两个过2 mm筛的自然风干土壤各40 kg,分别装于20 L塑料盒中,加Cd(NO₃)₂溶液使土壤外源Cd含量达到5 mg/kg,保持70%田间最大持水量,于25℃条件下平衡两周;之后,在每1000 g土内,分别添加生物炭0、5、10、20 g,均匀混合后,室温培养50 d;在培养1、4、7、14、21、35、49 d时分别取样,测定土壤pH和有机碳含量,利用Tessier分级法测定土壤Cd形态。【结果】红壤pH随生物炭施用量的增加显著升高,培养14天后,生物炭施加量为2%时,土壤由酸性变为弱碱性,生物炭对褐土pH的提高作用不显著。红壤和褐土有机碳含量均随生物炭施用量的增加而升高。培养49天后,红壤可交换态Cd含量的降幅较大,降幅为0.31～0.82 mg/kg,且处理2%的可交换态Cd含量最低,为1.24 mg/kg,生物炭施用量2%的红壤碳酸盐结合态Cd含量最高,为1.06 mg/kg,施用生物炭的红壤碳酸盐结合态Cd和Fe、Mn氧化物结合态Cd所占比例增加了3.14%～14.21%、8.20%～23.96%,施用生物炭的褐土碳酸盐结合态Cd和Fe、Mn氧化物结合态Cd升高了0.94%～2.61%、0.80%～7.90%。褐土的土壤有机碳含量和生物炭施用量与土壤可交换态Cd呈极显著负相关关系,与土壤碳酸盐结合态Cd,土壤Fe、Mn氧化物结合态Cd和土壤有机结合态Cd呈极显著正相关关系;红壤pH、有机碳含量和生物炭施用量均与土壤可交换态Cd呈极显著负相关关系,与土壤其他四种形态Cd呈极显著正相关关系。但在红壤中土壤有机碳和生物炭施用量与各形态Cd的相关系数均大于在褐土中的相关系数。【结论】综合分析两种类型土壤中Cd形态的变化,发现生物炭对红壤的修复效果优于对褐土的修复效果,因此生物炭可以作为Cd污染的酸性土壤的一种修复改良材料。     

减氮配施抑制剂及鸡粪提高尿素氮在稻田土壤中的转化及利用

  【目的】  探究氮肥减量配施氮肥抑制剂和鸡粪的情况下土壤及肥料氮素供应和利用状况,及其对土壤肥力和水稻产量的影响,为我国东北地区水稻生产中提高氮肥利用效率、实现节肥增效提供理论基础。  【方法】  采用15N同位素示踪技术,盆栽试验设不施氮肥处理 (CK)、常规氮肥 (15N示踪尿素) 处理 (N)、80%尿素氮+20%鸡粪氮处理 (NM)、80%尿素氮+抑制剂处理 (NI)、80%尿素氮+抑制剂+20%鸡粪氮处理 (NIM)。测定不同生长时期来自于土壤及肥料中的铵态氮、微生物量氮含量及植株含氮量,收获时测定水稻产量。  【结果】  1) NI处理在土壤及肥料来源的铵态氮供应能力方面与N处理相当,抑制剂添加对氮肥减施有一定的补偿作用。在分蘖期和灌浆期,NM处理供氮能力优于无机氮肥处理。NIM处理在铵态氮和硝态氮供应能力方面效果最好。与N处理相比,NIM处理在水稻返青期、分蘖期和灌浆期土壤铵态氮含量分别提高了19.2%、66.3%和36.5%,硝态氮含量分别提高了13.9%、12.7%和17.3%,15NH₄+-N含量在分蘖期增加了14.59 mg/kg。2) 无机氮肥处理 (N、NI) 对土壤微生物量碳含量无显著影响,但添加鸡粪处理 (NM、NIM) 显著提高了返青期和灌浆期土壤微生物量氮含量 (P < 0.05)。与N处理相比,NIM处理在水稻返青期、分蘖期、灌浆期和成熟期土壤微生物量碳含量分别提高了32.61%、29.23%、53.46%和2.85%,微生物量氮含量分别提高了147.98%、22.97%、133.33%和24.63%,15N-微生物量氮含量在分蘖期增加了约22.56 mg/kg。3) 抑制剂及鸡粪添加均提高了水稻产量和生物量,NIM处理的水稻生物量、产量和吸氮量较N处理分别提高了83.59%、124.18%和46.66% (P < 0.05),土壤中肥料氮的残留量显著增加了56.48%,肥料氮的损失减少了约78.7%。NIM处理的氮素吸收利用率、氮肥农学效率等显著高于其他处理,抑制剂与鸡粪在提高肥料氮素利用率方面存在显著交互作用。  【结论】  在我国北方棕壤水稻土上,在尿素中添加抑制剂 (1%PPD+1%NBPT+2%DMPP) 或者用鸡粪替代20%的尿素均能改善土壤氮素供应,氮肥减量20%配施抑制剂和鸡粪不仅不会减产,还会在提高水稻产量的同时提高肥料利用率。从肥料氮释放及水稻吸收利用的角度综合考量,减少20%尿素投入,添加氮肥抑制剂,以及添加氮肥抑制剂的同时,用鸡粪替代20%的尿素的效果较好。     

减氮条件下生物炭对甜菜盐碱胁迫的缓解效应

  【目的】  通过模拟盐碱胁迫环境，在施用生物炭、减施氮肥的条件下，研究甜菜根际土壤微生物数量、甜菜氮代谢相关酶活性、块根产量和含糖率的变化，明确生物炭对盐碱胁迫的缓解作用，以及盐碱胁迫下施加生物炭后是否可减少氮肥的施用， 为今后盐碱地改良以及甜菜合理施肥提供理论依据和技术支撑。  【方法】  试验于2018年在黑龙江哈尔滨东北农业大学试验站进行。以甜菜品种KWS0143为试验材料，在土壤中添加盐碱处理以中性盐 (Na₂SO₄、NaCl) 和碱性盐 (Na₂CO₃、NaHCO₃) 模拟盐碱胁迫土壤 (Na+含量为3 g/kg)。采用桶栽试验，每桶装土10 kg，共设6个处理，以在盐碱胁迫土壤施N 180 kg/hm2为对照 (CK)，其余5个处理土壤中均加入生物炭30 g/kg, 施氮量依次为N180、162、144、126和108 kg/hm2。子叶完全展开后测定甜菜出苗率，3对真叶后每隔20天左右测定土壤微生物数量及叶片硝酸还原酶 (NR)、谷氨酰胺合成酶 (GS)、谷氨酸合成酶 (GOGAT) 活性，收获后测定块根产量和含糖率并计算产糖量。  【结果】  盐碱胁迫下，施加生物炭显著提高了土壤真菌和细菌数量；BC+N180处理显著提升放线菌数量，在施BC基础上随着施氮量的降低，各时期土壤放线菌含量呈降低趋势。施加生物炭能够显著提高盐碱胁迫下甜菜出苗率，施氮量对出苗率的影响不大；施加生物炭后氮代谢相关酶活性显著提高，其中BC+N162和BC+N144各时期NR活性均高于CK，BC+N144除播种后第117天、第138天外，叶片GS活性均显著高于CK，BC+N144叶片GOGAT活性始终显著高于CK，BC+N126除播种后第53天和第138天外，GOGAT活性显著高于CK；施加生物炭后除BC+N108处理外, 各施加生物炭处理甜菜的块根产量、含糖率、产糖量均显著高于对照，减施氮肥10%～20%的甜菜产量与BC+N180相当，BC+N162的产糖量与BC+N180差异不显著，但显著高于其他处理；而BC+N126和BC+N108的产量与产糖量均显著低于BC+N180。  【结论】  施加生物炭可有效缓解盐碱胁迫对土壤微生物数量及甜菜氮代谢相关酶活性的影响，提高甜菜产量、含糖率、产糖量。在本试验条件下，施加土壤风干质量3%的生物炭，可节约氮肥施用量的10%～20%，提高甜菜的产糖量。     

小麦产量及土壤性状对施用生物质炭的量化响应

  【目的】  生物质炭作为一种新型的土壤改良材料，其增产效应已有很多报道。量化评估生物质炭对小麦产量和麦田土壤性状的影响，为生物质炭在小麦生产中应用推广奠定基础。  【方法】  本研究数据来源于知网、Web of Science和维普文献数据库，以“生物质炭”、“Biochar”和“小麦”为主要关键词检索文献，共获得国内外公开发表的59篇相关试验的文献和227组数据。采用整合分析方法 (meta-analysis)，定量分析生物质炭在不同田间管理措施、不同土壤条件、不同生物质炭特性下对小麦产量的影响及麦田土壤性状对施用生物质炭的响应。  【结果】  我国施用生物质炭能使小麦产量平均提高11.7%。施用生物质炭的增产效应在质地疏松的壤土 (16.0%) 和6.5 ≤ pH < 7.5 (17.1%) 的田块最显著；不同原料生物质炭的增产效果存在一定差异，木本材质 (29.3%) > 玉米秸秆 (10.7%) > 小麦秸秆 (8.1%) > 水稻秸秆 (5.9%)。不同管理措施下施用生物质炭的增产效应具有差异，雨养区 (15.7%) > 灌溉区 (4.9%)。随氮肥施用量的增加，生物质炭的增产效应逐渐降低，施氮量为0 ≤ N < 50 kg/hm2时，增产17.9%。施用生物质炭对前四季小麦增产效应显著，第四季之后，增产效应不明显，第一季 (17.2%) > 第三季 (13.4%) > 第四季 (9.4%) > 第二季 (7.3%)；生物质炭施用量为10～25 t/hm2时增产效应最大 (14.9%)。施用生物质炭对麦田土壤全氮、全磷、全钾、硝态氮、铵态氮、速效磷、速效钾、有机碳、pH、土壤含水量、C/N、微生物量碳含量均有显著提高，有机碳 (38.4%) 含量变化最大。  【结论】  在不同管理措施、土壤理化性状下，施用生物质炭能显著提高小麦产量，改善土壤理化性质，但对土壤微生物量氮 (SMBN) 影响不显著。生物质炭的增产效应随施用后时间的延长不断减弱，其产量效应持续时间为4季作物。小麦生产过程中，生物质炭最佳施用量为10～25 t/hm2。     

田间陈化生物质炭提高稻田土壤团聚体稳定性和磷素利用率

  【目的】  生物质炭因其巨大的比表面积和稳定的结构而被用作土壤改良剂。然而关于田间陈化生物质炭对土壤肥力和养分利用效率影响的研究相对缺乏。通过定位试验，分析田间不同陈化年限的生物质炭对水稻产量和养分利用效率的影响。  【方法】  田间定位试验设在江苏南京，供试土壤为粘质水稻土。共设置5个处理，分别是不施磷肥对照 (CK)、施用磷肥 (P) 及磷肥配施新鲜生物质炭 (PB_0y，2017年施入)、2年陈化生物质炭 (PB_2y，2015年施入) 和5年陈化生物质炭 (PB_5y，2012年施入)。在水稻收获后采集土壤样品进行团聚体分级，测定大团聚体 (250～2000 μm)、微团聚体 (53～250 μm)、粉粒 (2～53 μm)、粘粒 (< 2 μm) 含量以有效磷含量和基本理化性质，同时测定水稻产量和磷素利用效率。  【结果】  与P处理相比，PB_2y和PB_5y处理显著提高250～2000 μm大团聚体的比例 (69.2%～107.8%) ，降低2～53 μm粉粒 (13.1%～14.7%) 和 < 2 μm粘粒 (6.9%～41.9%) 的比例，而PB_0y与P处理相比各粒级比例均无显著差异；PB_0y、PB_2y和PB_5y处理土壤有机碳 (SOC) 提高了18.5%～58.5%，全磷含量提高了5.7%～17.1%，但2～53 μm粒级SOC含量无显著差异。与P处理相比，PB_0y处理对水稻产量和磷素利用效率影响不显著，PB_2y和PB_5y处理均可显著提高水稻产量 (13.7%和16.3%) 和磷素利用率 (35.4%和45.5%)。由结构方程模型可知，陈化生物质炭 (PB_2y和PB_5y) 通过改善土壤养分状况 (SOC、全磷含量、碳磷比等) 和土壤结构 (250～2000 μm大团聚体比例增加)，保证了水稻产量和磷储量。  【结论】  与新鲜生物质炭相比，陈化生物质炭可有效增加250～2000 μm大团聚体比例以及土壤有效磷和全磷的保护，从而促进植物对磷的吸收利用，达到增加产量和磷素利用效率的目的。5年陈化生物质炭的改良效果好于2年陈化生物质炭。     

稻草和紫云英联合还田下施氮水平对水稻产量及土壤氮素形态的影响

  【目的】  紫云英和稻草联合还田时其有机成分的分解和释放具有互补性。研究紫云英和稻草联合还田条件下水稻的适宜施氮水平，为稻田绿肥和稻草联合还田后优化养分管理提供依据。  【方法】  两年定位试验位于江汉平原稻区，在稻草全量还田基础上，设置冬季种植并翻压紫云英和冬闲两种模式。水稻季氮肥处理设不施氮 (N0) 和常规施氮量 (N 165 kg/hm2) 的50% (N50)、100% (N100) 和150% (N150) 共4个水平，以不施氮、冬闲和稻草不还田作为空白对照，共9个处理。测定水稻籽粒产量、氮含量及累积量，分析耕层土壤无机氮及有机氮组分。  【结果】  在稻草和紫云英联合还田条件下，减少常规氮肥量的50% (SMN50) 获得的稻谷产量较稻草单独还田的SN50处理高21%～23%，与联合还田或稻草单独还田下的SMN100、SMN150、SN100、SN150处理之间没有显著差异。稻草和紫云英联合还田的SMN0、SMN50、SMN100处理的稻谷氮累积量均显著高于对应的稻草单独还田处理 (SN0、SN50、SN100)，增幅分别为65%、27%和22%。水稻收获后各处理间土壤全氮、非酸解性氮含量差异不显著，酸解性氮含量有差异，在N150处理下，稻草单独还田处理 (SN150) 的土壤酸解性氮含量显著高于稻草和紫云英联合还田处理 (SMN150)；在酸解性氮组分中，SN150处理的未知酸解态氮成分的含量显著高于稻草单独还田的其他处理及所有稻草和紫云英联合还田处理。  【结论】  减少常规施氮量的50%情况下，与稻草单独还田处理相比，稻草和紫云英联合还田可显著增加稻谷氮素累积量、提高水稻产量，而保持常规施氮量和提高施氮量不能增加水稻的氮素吸收和产量；紫云英与稻草联合还田可以改善土壤氮素的有效性，显著降低高施氮量下稻草单独还田带来的酸解性氮组分中未知态氮的残留量。     

新型肥料对全球三大粮食作物产量和土壤生物学活性影响的Meta分析

  【目的】  随着近年来农业发展方式从资源消耗型向绿色生态型的转变,发展绿色新型肥料成为一大热门。已有研究大多关注新型肥料对三大粮食作物 (小麦、玉米和水稻) 产量、氮吸收和氮利用效率的影响,但关于新型肥料对土壤生物学活性影响的系统研究相对较少。本研究旨在整合已有的研究结果,定量分析新型肥料对三大作物产量和土壤生物学活性的影响,进而为加快新型肥料的研发与推广提供科学依据。  【方法】  本研究数据来源于“中国知网 (CNKI) ”及“Web of Science”数据库,以“小麦”、“玉米”、“水稻”、“产量”、“微生物量”、“酶活性”、“新型肥料”为主要关键词检索相关的田间试验文献,共筛选出文献29篇,包含32个独立试验,共545组数据。以施用传统化学肥料为对照组,施用新型肥料为试验组,采用Meta分析的方法,整合分析施用新型肥料对作物产量、土壤微生物量及酶活性的影响。  【结果】  与施用传统化学肥料相比,施用新型肥料显著提高三大作物产量、地上部吸氮量和氮肥利用效率,分别提高8.4%、9.9%和36.8%。施用新型肥料显著增加土壤微生物量氮 (14.6%),但对土壤微生物量碳无显著影响。施用新型肥料显著提高了土壤磷代谢酶活性 (8.6%) 和氧化相关酶活性 (5.7%),但对土壤碳代谢酶活性和氮代谢酶活性无显著影响。  【结论】  施用新型肥料提高了三大作物产量、地上部吸氮量和氮肥利用效率,同时增加了土壤微生物量氮、土壤磷代谢酶活性和氧化相关酶活性,提高了农田生态系统土壤生物学活性。     

利用稻壳炭提高复合肥料在土壤中的磷素有效性

[目的]研究稻壳炭添加对复合肥料在土壤中磷素有效性的影响,旨在为养分高效、环境友好型复合肥料的开发提供科学依据.[方法]以磷酸一铵(MAP)、磷酸二铵(DAP)、硝酸磷肥(NP)和聚磷酸铵(APP)为磷源,设置0、5％、10％3个稻壳生物炭加入量,与尿素、氯化钾、石粉以及其他辅料制作N-P2O5-K2O比例为15-10...     

生物炭和氮肥配施对粳稻产量形成、氮肥当季效应及其后效的影响

  【目的】  探究不同量生物炭与氮肥配合施用对北方稻田土壤氮含量、植株茎蘖生长、产量构成因素和氮肥的当季效应及后效的影响,为合理利用生物炭提高粳稻产量和氮素利用率提供理论依据。  【方法】  水稻定位试验于2019—2020年在沈阳农业大学水稻研究所进行。试验设置3个施氮水平:N₀ (不施氮肥对照)、N₁₈₀ (减施氮肥,N 180 kg/hm2)、N₂₂₅ (常规施氮,N 225 kg/hm2); 3个生物炭施用量:B₀ (不施生物炭)、B₁₅ (低施炭量,生物炭15 t/hm2)、B₄₅ (高施炭量,生物炭45 t/hm2),共组合为9个处理。氮肥每年按照基肥∶蘖肥∶穗肥比例3.6∶2.4∶4施用,生物炭于2019年施入,之后不再施用。于移栽后5天起,定期调查水稻茎蘖动态、生长状况和氮素含量,在收获期测产。在水稻主要生育期取样测定土壤养分含量的变化。  【结果】  1)生物炭提高了粳稻分蘖盛期和孕穗期稻田土壤全氮含量和碱解氮含量,对灌浆期全氮含量无显著影响,但降低了碱解氮含量。同一施氮量下,B₁₅和B₄₅之间全氮和碱解氮含量均无显著差异(P < 0.05)。2)施氮条件下,施用生物炭显著降低了最高分蘖数,但显著提高了有效分蘖数和成穗率(P < 0.05),获得了较高的总颖花数。在同一施氮水平下,相较于无炭处理,生物炭的增产效果均表现为低炭量好于高炭量。其中N₁₈₀B₁₅处理比N₁₈₀B₀处理增产4.4%,N₂₂₅B₁₅处理比N₂₂₅B₀处理增产3.2%,而N₁₈₀B₄₅与N₁₈₀B₀、N₂₂₅B₄₅与N₂₂₅B₀处理的产量水平无显著差异。氮肥减施后(N₁₈₀)产量显著低于常规施氮处理(N₂₂₅),配合B₁₅处理产量显著增加,达到了常规施氮条件下的产量水平(P < 0.05),而配合B₄₅处理较配合B₁₅处理降低了产量。3)生物炭对粳稻的氮素积累量影响表现出年际差异,施用生物炭的第一年(2019年),在N₁₈₀水平下,粳稻分蘖盛期至灌浆期的氮素积累量B₁₅处理显著高于B₄₅处理;在N₂₂₅水平下,B₁₅和B₄₅处理间无显著差异。在2020年,B₁₅和B₄₅处理之间无论氮肥水平高低,氮素积累量均无显著差异(P < 0.05)。B₄₅处理在第一年会降低生物炭的有益效果,其不利作用在第二年消失。4)生物炭促进了粳稻对氮素的吸收,提高了氮素利用率。其中氮素吸收利用率、农学利用率和偏生产力随施炭量增加呈先升高后降低趋势,且在N₁₈₀B₁₅处理下达到最高,两年趋势一致。  【结论】  适量的生物炭与氮肥组合在提高稻田土壤肥力、促进粳稻分蘖成穗和颖花分化方面有一定的正向耦合作用。高生物炭用量在施用当季不利于水稻生长和氮素吸收,但其增产和增效的后效与适宜生物炭用量没有明显差异。因此,减施氮肥(施氮量180 kg/hm2)条件下配合施炭15 t/hm2较为适宜。     

酒糟生物炭与化肥配施对土壤理化特性及作物产量的影响

  【目的】  以酿酒废弃物(酒糟)为原料热解制备可燃气体和生物炭,研究生物炭对土壤及作物产量的影响,为酒糟的无害化处理与资源化利用,以及合理施用生物炭提供理论依据。  【方法】  利用电子显微镜观察比较400°C、480°C和600°C裂解得到的生物炭表面结构,分析其理化性质。在四川泸州设置油菜–高粱轮作田间试验,研究不施肥(CK)、单施化肥(CF)和化肥与生物炭配施(CF+BC)处理的作物产量和土壤理化性质及生物学性状。  【结果】  在480°C热裂解条件下,酒糟生物炭的表面孔隙结构最佳,pH 10.1,阳离子交换较大(33.41 cmol/kg),保蓄了较多的碳、氮、磷、钾,理化性质最优。在CF+BC处理中,田间土壤碳含量增加,土壤微生物生物量碳氮提高,蔗糖酶和磷酸酶活性及有效氮、磷、钾含量显著高于或相似于CF,说明部分生物炭能被微生物利用,促进其生长繁殖,增强土壤酶活,提高土壤养分的生物有效性。与单施化肥相比,化肥配施生物炭使油菜和高粱产量分别增加9.3%和9.5%,油菜磷和钾的经济效率分别提高15.1%和30.7%。  【结论】  采用480℃低温热裂解制备的酒糟生物炭理化性质优良,与化肥配施有利于提高油菜和高粱产量,改善土壤理化和生物学性状,具有良好的应用潜力。     

长期不同量秸秆炭化还田下水稻土孔隙结构特征

  【目的】  生物炭被认为是一种能够提高土壤固碳能力、改善土壤结构和减缓全球气候变化的土壤改良剂。土壤孔隙结构直接影响土壤中水、气、热的运动，因此，研究长期施用生物炭对土壤孔隙结构特征的影响，以期为秸秆炭化还田提供理论依据。  【方法】  研究基于2013年建立的水稻秸秆炭化还田长期定位试验，选取在等氮磷钾条件下不施用生物炭 (C0)、施用低量生物炭 (1.5 t/hm2，C1.5)、高量生物炭 (3.0 t/hm2，C3.0)的 3个处理。利用X射线CT扫描和图像处理技术，分析了土壤孔隙结构参数，包括土壤孔隙度、土壤孔隙大小分布、孔隙连通性指数 (欧拉特征值)、各向异性、分形维数、最紧实层孔隙度和最紧实层平均孔隙直径等参数。  【结果】  C1.5和C3.0处理均能显著增加土壤有机碳含量和土壤总孔隙度，降低土壤容重，平均增加或降低比例分别为15.5%、10.5%和7.4%。C1.5与C3.0处理之间的总孔隙度没有显著差异，但孔隙大小分布存在差异。C1.5处理显著增加了大孔隙中当量孔径为100～500 μm和 > 500 μm的孔隙度，增幅分别为81.6%和275.3%，而C3.0处理显著降低了大孔隙中当量孔径100～500 μm的孔隙度，降幅为32.9%。C3.0处理当量孔径 < 25 μm的孔隙度显著大于C0处理和C1.5处理，增幅分别为13.8%和16.3%。C1.5处理的欧拉特征值最低，分形维数、最紧实层孔隙度和平均孔隙直径最大。各处理土壤孔隙的各向异性没有显著差异。  【结论】  长期施用水稻秸秆生物炭能够显著增加稻田土壤有机碳含量和总孔隙度，降低土壤容重。施用适量生物炭会增加土壤大孔隙度和土壤孔隙的连通性，但是过量施用生物炭可能会降低土壤大孔隙度和土壤孔隙的通气导水能力。炭化秸秆还田量与孔隙结构之间的定量关系还需深入研究。