不同有机物料还田对华北农田土壤固碳的影响及原因分析

中国农业面临着废弃物数量大、污染严重,农田土壤生产力低的现实问题。该研究以增加农田土壤固碳为目标对砂质农田进行有机物料还田,将秸秆、猪粪、沼渣和生物炭4种物料用尿素调节等氮还田,对农田土壤有机碳、颗粒有机碳、可溶性有机碳和微生物量碳的含量进行测定,并探究不同有机物料还田对土壤有机碳的影响原因。研究结果表明:物料还田3a后,生物炭、猪粪和沼渣处理土壤有机碳(SOC)比秸秆处理分别高262.4%、26.8%和20.7%;2014—2015年生物炭处理的土壤微生物量碳(MBC)较秸秆处理降低2.9%~35.5%,猪粪处理和沼渣处理的土壤可溶性有机碳(DOC)分别提高17.1%~60.1%和7.2%~64.8%;2014—2015年生物炭、猪粪和沼渣处理土壤颗粒有机碳(POC)较秸秆处理提高10.8%~148.2%、9.5%~58.3%和11.3%~57.6%;物料还田后,土壤总有机碳(TOC)和POC呈极显著的回归关系(R2=0.67,P0.001),土壤DOC与MBC有极显著相关性(R2=0.52,P0.001)。与秸秆还田相比,生物炭还田有利于土壤POC的累积进而促进土壤有机碳的提升,猪粪和沼渣则通过提高土壤MBC、DOC和POC的含量,促进土壤有机碳的周转和固定。从农田土壤固碳角度而言,生物炭,猪粪和沼渣还田优于秸秆还田。     

有机物料还田对华北小麦玉米两熟农田土壤有机碳及其组分的影响

中国农业废弃物种类多、数量大、利用率低、污染重。将有机物料还田,是实现废弃物资源化利用的重要途径。该研究以循环农业理念为指导,选择代表农田内循环的秸秆以及代表农沼循环、农牧循环、农菌循环、农工循环的废弃物沼渣、猪粪、菌渣和酒渣为试验材料,开展了等碳量还田定位试验,分析各有机物料还田后对土壤有机碳及其组分的影响。结果表明:1)连续施用有机物料提高了土壤总有机碳(TOC)、易氧化有机碳(LOC)、微生物量碳(MBC)和可溶性有机碳(DOC)含量。随着有机物料还田年限的增加,土壤TOC、LOC和MBC含量均不同程度地增加,年平均增幅分别为:15.57%~22.82%、20.00%~38.31%和16.30%~50.56%。还田5年后各有机物料处理土壤TOC、LOC、MBC和DOC含量平均分别是无机肥处理的1.24~1.62、2.07~3.19、1.20~2.06和1.05~3.36倍。2)不同有机物料中均利于土壤TOC含量的提高,秸秆提升效果相对最差,沼渣、菌渣、猪粪、酒渣和秸秆还田处理的0~20cm土壤TOC含量平均增长速率分别为:22.82%、21.88%、16.42%、16.13%和15.57%。     

生物炭还田对植烟土壤活性有机碳及酶活性的影响

为探索不同来源的生物炭及其还田方式对连作植烟土壤的改良效果,以四川盐源红壤为研究对象,通过田间试验研究了不同生物炭类型(玉米秸秆生物炭YM、油菜秸秆生物炭YC)配合不同还田方式(条施、穴施、条施+穴施)下,土壤有机碳组分和土壤酶活性在烤烟不同生育期的变化特征。结果表明,生物炭类型和还田方式显著改变了土壤总有机碳(TOC)含量,与CK(不添加生物炭)相比,生物炭处理的土壤TOC含量增加了6.9%~39.7%,其中油菜生物炭穴施还田的效果最佳。生物炭提高了土壤活性有机碳库和颗粒态有机碳含量,其中油菜生物炭处理的活性有机碳平均含量显著高于玉米生物炭,颗粒态有机碳含量则相反;与CK相比,玉米生物炭和油菜生物炭穴施还田提高了土壤可溶性有机碳含量,分别显著增加了25.3%~36.4%和33.3%~51.3%;油菜生物炭穴施还田的烤烟旺长期土壤微生物量碳、易氧化有机碳和颗粒态有机碳含量最高,较CK分别增加了34.6%、28.9%和38.3%。土壤蔗糖酶、蛋白酶活性总体受生物炭类型和还田方式的显著影响,与CK相比,油菜生物炭穴施还田的土壤蔗糖酶活性显著提高了24.1%~30.6%;玉米生物炭对烤烟现蕾期和成熟期土壤脲酶、蛋白酶活性提升效果总体优于油菜生物炭。综上,生物炭还田总体增加了植烟土壤有机碳库含量和酶活性,其中油菜生物炭穴施还田方式对土壤活性有机碳库、蔗糖酶活性的提升效果较佳。本研究结果为植烟土壤保育技术和生物炭在烟草生产的应用提供了科学依据和指导实践。     

长期不同施肥下我国4种典型土壤活性有机碳及碳库管理指数的变化特征

研究长期不同施肥处理对3种旱作土壤(黑土、潮土和红壤)及1种水田土壤(水稻土)活性有机碳含量(LOC)及碳库管理指数(CMI)的影响,为优化施肥管理措施提供科学依据。结果表明:水田土壤总有机碳含量(TOC)和LOC含量高于旱作土壤。单施化肥(NPK),旱作3种土壤TOC、LOC较不施肥对照(CK)显著增加,而水田较CK无显著差异。化肥配施秸秆处理(NPKS),旱作和水田土壤TOC、LOC、活性有机碳占总有机碳的比例(LOC/TOC)及CMI均显著增加,潮土TOC和LOC含量增加最多,增加比例分别为37.6%和66.9%。化肥配施有机肥处理(NPKM),旱作和水田土壤的TOC、LOC、LOC/TOC及CMI均显著增加,其中黑土增加比例最大,分别为90.3%、140.9%、5.1%及277%。旱作和水田土壤的活性有机碳及碳库管理指数均对施肥响应敏感,具有相对一致的响应特征,即长期有机无机肥配施能显著提高土壤活性有机碳含量及碳库管理指数,且效果优于化肥配施秸秆和单施化肥处理。     

不同秸秆还田模式对土壤有机碳及其活性组分的影响

为了探讨不同秸秆还田模式对土壤有机碳(total organic carbon,TOC)及活性碳组分的影响,设置了秸秆不还田(CK)、秸秆直接还田(CS)、秸秆转化为食用菌基质,出蘑后菌渣还田(CMS)和秸秆过腹还田(CGS)4种还田模式。通过田间小区试验,研究了不同秸秆还田模式下,土壤有机碳及活性组分的变化规律。结果表明不同秸秆还田模式均提高了土壤有机碳含量,但不同还田模式下土壤有机碳含量差异不显著(P0.05),和CK相比,CS、CMS和CGS处理下,土壤有机碳质量分数分别增加9.0%、23.9%和26.7%。不同秸秆还田模式也提高了土壤活性碳组分含量。在不同秸秆还田模式下,土壤溶解性有机碳(dissolved organic carbon,DOC)含量表现为CSCMSCGSCK,且不同处理间差异显著(P0.01)。和CK相比,CS、CMS和CGS处理下,土壤DOC质量分数分别增加64.6%、29.4%和8.9%。土壤微生物量碳(microbial biomass carbon,MBC)含量表现为CMSCGSCSCK,且差异显著(P0.05)。和CK相比,CS、CMS和CGS处理下,土壤MBC质量分数分别增加28.9%、84.7%和59.3%。土壤易氧化态碳(easily oxidizable carbon,EOC)含量表现为CMSCSCGSCK,且差异显著(P0.01)。和CK相比,CS、CMS和CGS处理下,土壤EOC质量分数分别增加24.1%、55.7%、和9.3%。不同秸秆还田模式显著影响土壤活性碳组分在总有机碳中占的比例,改变土壤有机碳质量。在不同秸秆还田模式下,DOC/TOC表现为CSCMSCKCGS、MBC/TOC表现为CMSCGSCSCK、EOC/TOC表现为CMSCSCKCGS,且不同处理间均差异显著(P0.01)。从提高土壤质量角度,推荐秸秆-菌渣还田模式,在该模式下,土壤MBC/TOC和EOC/TOC均最大,土壤碳素有效性高、易于被微生物利用,有利于作物生长。从提高土壤固碳角度,推荐秸秆过腹还田模式,在该模式下,土壤DOC/TOC最小,且土壤有机碳含量最高,有利于碳的固定和保存。该研究结果可为秸秆合理高效利用、改善农业土壤碳库质量提供参考。     

作物残体与其生物炭配施对土壤有机碳及其自身矿化率的提升

【目的】本研究通过探讨小麦和玉米残体与其生物炭配施对土壤各组分有机碳及其自身有机碳矿化的影响,揭示其在土壤固碳和培肥方面的效应,为农田有机物资源合理利用提供理论支撑。【方法】采用室内恒温培养试验,共设置小麦或玉米残体(根茬、秸秆)和秸秆制成的生物炭单施(WS、WR、WB、MS、MR、MB),配施(WS+WB、WR+WB、MS+MB、MR+MB)以及对照(CK)构成的11个处理,培养期间测定土壤CO2释放量,培养结束后测定土壤总有机碳(TOC)、可溶性有机碳(DOC)、微生物量碳(MBC)、颗粒有机碳(POC)以及粗细颗粒有机碳含量(CPOC、FPOC)。【结果】添加玉米有机物料对土壤TOC、MBC、POC、CPOC和FPOC含量的增加作用普遍高于添加小麦有机物料。添加小麦或玉米秸秆对土壤TOC、POC、CPOC、FPOC含量的增加作用均高于添加根茬。单独添加生物炭,作物残体与生物炭配施和单独添加作物残体处理分别在培养的第4、8、21 d有机碳矿化速率最大,为有机碳矿化快速期,之后矿化速率减缓并逐渐趋于稳定。单独添加作物残体其有机碳累积矿化率最大,达到30%~46%;与对照相比,添加有机物料的各处理均显著增加了土壤TOC含量,其中添加生物炭处理土壤TOC含量增幅最大;单独添加小麦和玉米生物炭处理,土壤TOC含量分别显著增加34.4%和36.5%,但其有机碳累积矿化率仅为3%左右,土壤FPOC含量及敏感性指数在单独添加生物炭处理最高;小麦和玉米残体与其生物炭配施处理,土壤MBC和CPOC含量分别显著增加80.2%~199.2%,且其有机碳累积矿化率为12%~19%,介于生物炭和残体单施之间,土壤CPOC含量及敏感性指数均表现为配施处理最高。【结论】单独添加作物残体能够较好地补充土壤养分,但CO2释放量显著高于单施生物炭及配施处理;单独添加生物炭其有机碳累积矿化率较低,短期内对土壤养分的补充作用较小。作物残体与其生物炭配施可以较好地克服各自单独施用的弊端,尤其是玉米秸秆与其生物炭配施,在保证作物养分供应的同时能增加土壤碳库储量,对土壤肥力提升效果更好。     

民勤绿洲区苜蓿地土壤有机碳组分分布特征

为了解西北民勤绿洲区紫花苜蓿种植后土壤有机碳组分的变化趋势及影响因素,以民勤绿洲区3a(A3)、14a(A14)和22a(A22)苜蓿种植地为研究对象,以棉花种植地(CK)为对照,通过野外调查取样以及室内测试分析,对土壤中的全部有机碳(TOC)、重组有机碳(HFOC)、轻组有机碳(LFOC)、颗粒有机碳(POC)和微生物量碳(MBC)的含量进行测定,分析变化趋势并对其规律进行研究。结果表明:相对于棉花种植地,22a苜蓿地土壤容重和电导率分别降低了13.9%和95.4%。3~22a苜蓿地较棉花种植地(CK)的TOC、LFOC、HFOC和MBC分别表现出175.0%,1 416.0%,47.8%和216.0%的增长幅度,变化差异较为显著。在垂直剖面上,棉花种植地(CK)显著低于苜蓿地LFOC、POC、MBC含量,并随土层加深而不断降低。逐步回归分析表明LFOC与TOC显著正相关(p0.05)。苜蓿种植年限、土层以及这两个变量的交互作用对POC/TOC产生显著影响(p0.01),对TOC、LFOC、HFOC、POC、MBC、LFOC/TOC、HFOC/TOC和MBC/TOC均产生极显著影响(p0.001)。苜蓿种植提高了土壤质量,降低了土壤容重和盐碱性,连续种植14a是苜蓿最为合理的种植年限,同时苜蓿种植有利于0—60cm垂直土层有机碳组分的累积,尤其对TOC、LFOC和MBC的增长效果极其显著。     

秸秆及其生物炭对土壤碳库管理指数及有机碳矿化的影响

以河南省粮食主产区壤质潮土和砂土为研究对象,通过盆栽试验和室内恒温培养试验,研究了生物炭与不同腐殖化程度的传统有机物料(秸秆和腐熟鸡粪)单施及配施对壤质潮土和砂土有机碳储量、活性及碳库管理指数的影响,并进一步比较了小麦秸秆直接还田和制炭还田对土壤有机碳矿化的影响,以及生物炭对土壤原有有机碳矿化的调控作用。结果表明:相同添加量下,生物炭对土壤有机碳含量的提升效果优于秸秆和腐熟鸡粪,在壤质潮土和砂土上分别较对照提升了63.15%和115.62%。另外,生物炭显著增加了土壤稳态碳含量和土壤碳库指数(CPI),但降低了土壤碳素有效率(SC)和碳库活度指数(AI),对土壤易氧化有机碳(POXC)和碳库管理指数(CMPI)无显著影响,添加秸秆显著增加了2种土壤POXC含量、基础呼吸和CPMI。进一步通过室内恒温培养试验发现,秸秆可在培养前期(0～37天)大幅度提升2种类型土壤有机碳矿化速率和累积矿化量,秸秆制炭还田对土壤有机碳矿化无显著影响。此外生物炭对土壤原有有机碳矿化的调控作用受其施用量、外源活性有机碳输入和土壤类型的影响,高量生物炭(2%)对非秸秆还田土壤有机碳矿化表现出较强的负激发效应,而低量生物炭(0.55%)对秸秆还田土壤有机碳矿化表现出较明显的负激发效应。因此,从"固碳减排"角度考虑,秸秆制炭还田是更合理的利用方式,且应根据土壤施肥管理措施和土壤类型考虑生物炭的施用量,添加质量比为2%的生物炭可显著抑制土壤原有有机碳矿化,降低CO_2排放,但应避开秸秆快速腐解期施用。     

耕作方式和秸秆还田对砂姜黑土碳库及玉米小麦产量的影响

长期秸秆还田免耕覆盖措施导致沿淮区域砂姜黑土耕层变浅、下表层(10～30 cm)容重增加、土壤养分不均衡等问题凸显,限制了小麦-玉米周年生产力的提高。耕作和秸秆还田措施合理的搭配组合是解决这一问题的有效方法。通过8年的小麦-玉米一年两熟田间试验,设置4个处理:1)玉米季免耕-小麦季免耕秸秆不还田(N);2)玉米季深耕-小麦季深耕秸秆不还田(D);3)玉米季秸秆免耕覆盖还田+小麦秸秆免耕覆盖还田(NS);4)玉米季秸秆免耕覆盖还田+小麦季秸秆深耕还田(DS)。通过分析作物收获后不同土壤深度(0～60 cm)总有机碳(TOC)、颗粒态碳(POC)、微生物生物量碳(MBC)、易氧化态碳(KMnO4-C)、可溶性有机碳(DOC)和土壤碳库管理指数(CPMI),并结合小麦-玉米的周年产量变化,以期获得培肥砂姜黑土的最佳模式。研究结果表明:1)相对于长期免耕措施(N),DS处理能够提高0～30 cm土层TOC、POC、MBC、KMnO4-C等组分含量和CPMI;而NS措施仅提高土壤表层(0～10 cm)TOC、活性有机碳组分含量和CPMI;2)DS处理显著提升了小麦-玉米的周年生产力,其麦玉的周年产量均值分别比N、D和NS处理高出14.7%、12.9%和8.5%;3)MBC和KMnO4-C对于耕作和秸秆还田措施都是较为敏感指示因子。总的来说,玉米季小麦秸秆覆盖还田+小麦季玉米秸秆深耕还田(DS)是改善沿淮地区砂姜黑土土壤碳库、提高小麦-玉米周年产量的一种有效农田管理模式。     

有机肥部分替代化肥对土壤有机碳库和烤烟经济性状的影响

通过连续3年的田间定位施肥试验,研究减量化肥20%配施不同有机肥(精制有机肥和生物有机肥)对植烟土壤总有机碳(TOC)、活性有机碳(LOC)和碳库管理指数(CPMI)以及烤烟经济性状的影响。结果表明:1)在减量化肥20%条件下,配施生物有机肥处理(BIO)的烤烟产值、上等烟比例较当地常规施肥处理(CF)分别提高24.99%、27.27%,较配施精制有机肥处理(OF)分别提高18.68%、24.92%;2)与CF处理相比,OF处理的TOC、LOC和CPMI分别显著增加15.34%、25.06%、25.51%,BIO处理的TOC、LOC和CPMI分别提高20.00%、36.95%、41.75%;与OF处理相比,BIO处理的LOC和CPMI分别显著增加19.50%、12.94%;3)相关分析结果显示,土壤活性有机碳和碳库管理指数与烤烟产值、均价和上中等烟比例呈极显著或显著的正相关关系。可见,在当地土壤肥力条件下,减量化肥20%配施有机肥有利于植烟土壤有机碳的积累,提高土壤活性有机碳含量和碳库管理指数,改善土壤肥力,保障烤烟产量,改善烟叶品质,其中以配施生物有机肥的效果最好,是一种"减肥提质"的良好施肥措施。     

秸秆还田对稻麦轮作农田活性有机碳组分含量、酶活性及产量的短期效应

【目的】秸秆还田作为一种有效的秸秆处理方式不仅能够提高土壤肥力,增加作物产量,还可以缓解农田生态压力。研究稻麦轮作系统下不同秸秆还田量对土壤活性有机碳库、酶活性和作物产量的短期影响,可为提出适宜当地生产的秸秆还田量提供理论依据。【方法】利用稻麦轮作农田定位试验进行了研究。采用随机区组设计,设7个处理,以稻麦季秸秆均不还田为对照处理(CK),6个不同秸秆还田量处理。测定了秸秆还田后土壤活性有机碳库和土壤酶活性的变化,稻麦产量以及三者之间的相关关系。【结果】1)与秸秆不还田处理相比,试验范围内的秸秆还田量能在一定程度上提高土壤活性碳组分的含量和土壤酶活性,并能增加水稻和小麦的产量及其构成因素;2)土壤总有机碳和微生物生物量碳的含量随着秸秆还田量增加,增幅呈先增大后减小的趋势,以连续两季50%秸秆还田量处理下显著较高,而水溶性有机碳、活性有机碳含量和碳库管理指数在连续两季25%秸秆还田量处理下最高;3)相比秸秆不还田处理,连续两季25%秸秆还田量对土壤脲酶、过氧化氢酶和蔗糖酶活性的影响均最显著;4)水稻和小麦的产量均为在连续两季25%和50%秸秆还田量处理下增产较显著,与秸秆不还田相比,水稻增产达9.0%,小麦增产达11.45%;5)土壤碳库、土壤酶活性以及水稻和小麦产量之间均存在显著相关。【结论】在本试验条件下,连续两季25%和50%秸秆还田量表现出显著提高土壤碳汇能力和增加作物产量的优势。     

玉米秸秆源有机物料对黑土养分有效性与酶活性的提升效应

  【目的】  研究以玉米秸秆为主要原料制备的不同类型有机物料对东北黑土土壤肥力和玉米产量的影响,为黑土地保护和秸秆资源高效利用提供理论依据。  【方法】  田间定位试验连续进行了5年。试验设不施肥对照 (CK)、单施化肥 (NPK)、化肥配施秸秆 (NPK+ST)、化肥配施生物炭 (NPK+BR) 以及化肥配施堆肥 (NPK+CP) 5个处理,各有机物料每年均为等碳量投入 (C 3200 kg/hm2)。5年后,采集耕层 (0—20 cm) 和亚耕层 (20—40 cm) 土壤样品,测定土壤有机碳 (SOC)、活性有机碳 (LOC)、速效养分与酶活性,并结合年际间玉米产量变化进行综合评价。  【结果】  与NPK相比,NPK+BR处理显著增加了耕层及亚耕层SOC含量,增幅分别为28.2%和11.2%;NPK+CP和NPK+ST处理增加了耕层SOC含量,增幅分别为15.5%和7.6%,对亚耕层SOC含量影响不显著;配施有机物料处理显著增加了0—40 cm土层LOC含量,且NPK+CP和NPK+ST处理LOC含量在0—20 cm土层显著高于NPK+BR,增幅分别为13.2%和8.7%,各种有机物料处理LOC含量在20—40 cm土层差异不显著;3个配施有机物料处理均显著增加了0—20 cm土层有效磷含量,仅NPK+CP和NPK+BR处理显著提高了20—40 cm土层有效磷含量;配施有机物料处理对0—40 cm土层土壤速效氮和速效钾含量影响均不显著,但配施堆肥处理0—20 cm土层土壤速效氮含量显著高于配施秸秆和生物炭处理。配施有机物料处理比NPK处理显著增加了0—40 cm土层土壤纤维素酶、蔗糖酶和磷酸酶活性。NPK+ST和NPK+BR处理比NPK+CP处理更利于提高耕层纤维素酶活性,NPK+ST处理耕层蔗糖酶活性显著高于NPK+BR和NPK+CP处理;配施有机物料处理亚耕层土壤纤维素酶和蔗糖酶活性差异不显著。NPK+ST和NPK+CP处理较NPK+BR处理显著提高了0—40 cm土层土壤磷酸酶活性。不同处理玉米产量在年际间波动变化,配施有机物料处理玉米产量高于NPK处理,NPK+CP和NPK+ST处理对玉米产量的提升在第一年即有明显效果,而NPK+BR处理对玉米产量的积极效果在4年后才表现出来。各处理平均玉米产量的高低表现为NPK+CP > NPK+ST > NPK+BR > NPK > CK。  【结论】  化肥配施生物炭对0—40 cm土层土壤有机碳的积累作用最突出,而配施秸秆和堆肥更利于提升土壤活性有机碳的含量。配施堆肥0—20 cm土层土壤速效氮含量显著高于配施秸秆和生物炭处理,三者0—20 cm土层土壤有效磷含量无显著差异,但配施堆肥和生物炭20—40 cm土层有效磷含量显著高于配施秸秆处理。配施秸秆或生物炭增强了0—40 cm土层土壤纤维素酶活性,而蔗糖酶和磷酸酶活性以配施秸秆和堆肥处理为最高。随着土壤肥力的提高,配施有机物料处理促进了玉米产量的提升,以配施堆肥处理对玉米平均产量的增加幅度最高。因此,对于基础肥力较高的黑土而言,生物炭还田可实现黑土有机碳的快速提升,而堆肥和秸秆直接还田对玉米产量的促进作用更为明显。     

不同质地潮土施用小麦和玉米秸秆生物质炭对玉米养分吸收和根际土壤胞外酶活性的影响

  【目的】  生物质炭施用于农田土壤中能够改善土壤肥力,并提高作物生产力,而该效应受到土壤条件和生物质炭条件的限制。针对不同土壤条件探究适宜的生物质炭利用方式,对促进农业生产具有重要意义。  【方法】  采用盆栽试验,以壤质和粘质两种质地的潮土为研究对象,分别施用玉米秸秆炭(MBC)和小麦秸秆炭(WBC)两种生物质炭,并以不施用生物质炭的处理为对照(CK)。测定各处理玉米苗期生长、生理抗性和养分吸收差异,并分析各处理根际土壤理化性质和胞外酶等活性。  【结果】  1)与CK相比,壤质潮土中,WBC处理下玉米地上部生物量显著增加了43.7%,总根长显著增加34.3%,而MBC处理没有显著影响。粘质潮土中,WBC和MBC对玉米生物量和根系构型均影响较小。2) WBC和MBC在壤质和粘质潮土中显著降低了苗期玉米叶片中MDA含量,降低幅度在32.7%～55.3%,且两种生物质炭之间没有显著差异;粘质潮土中,MBC处理显著提高了玉米叶片超氧化物歧化酶(SOD)活性,壤质潮土中,WBC和MBC处理对SOD活性均没有显著影响。3)壤质潮土中,生物质炭对苗期玉米地上部氮含量没有显著影响,而对作物全磷和全钾含量有显著促进作用,WBC处理的地上部全磷和全钾含量分别比对照显著提高23.5%和28.7%,且显著高于MBC处理。在粘质潮土中,WBC和MBC处理对地上部全氮和全磷含量均没有显著影响,而MBC处理提高了全钾含量。4)在壤质和粘质潮土中施用生物质炭均改善了根际土壤理化性质。与对照相比,壤质潮土中MBC处理的土壤速效磷含量显著增加了25.4%;粘质潮土中WBC和MBC处理速效磷含量均显著增加了15.03%,并且显著提高了阳离子交换量(CEC)。生物质炭处理提高了根际土壤胞外酶活性,在粘质潮土中WBC和MBC处理的胞外酶活性没有显著差异,而在壤质潮土中WBC处理的酶活性高于MBC处理。  【结论】  施用生物质炭能够调控根际土壤酶活性,提高有效磷含量,改善玉米根系构型,提高苗期玉米养分吸收并增加生物量。生物质炭的施用效果在壤质潮土中比粘质潮土中更好,小麦秸秆炭效应优于玉米秸秆炭。     

不同有机物料对苏打盐化土有机碳和活性碳组分的影响

【目的】在大同盆地苏打盐化土上,研究不同有机物料对春玉米产量、土壤有机碳及活性碳组分的影响,明确土壤有机碳及活性碳组分与主要盐碱指标的相关关系,为苏打盐化土改良及有机物料资源化利用提供理论支撑。【方法】2016-2017年在山西省北部怀仁县开展田间定位试验,设对照(CK)、风化煤、生物炭、牛粪和秸秆5个处理,各处理有机物料施用量按照每年9000 kg/hm^2等有机碳投入量折算,收获时对春玉米进行测产。2017年春玉米收获后,采集土壤样品测定土壤有机碳总量(SOC)和水溶性有机碳(WSOC)、易氧化有机碳(EOC)、轻组有机碳(LFOC)含量,分析土壤活性碳组分占有机碳的比例、土壤有机碳及活性碳组分与盐碱指标之间的关系。【结果】与CK相比,生物炭和秸秆处理春玉米产量无明显差异,而风化煤和牛粪处理春玉米产量则分别显著提高30.2%和30.3%。添加有机物料促进了0-20 cm土层SOC累积,其中以风化煤和牛粪处理效果最佳,较CK分别提高47.6%和36.1%。在有机碳组分方面,风化煤和牛粪处理提高WSOC、EOC含量的效果显著高于生物炭、秸秆处理;风化煤、牛粪和秸秆处理的LFOC含量显著高于生物炭处理。四类有机物料处理的WSOC占总有机碳的比例差异不显著,牛粪处理的占比显著高于CK。EOC占总有机碳的比例以牛粪处理最高,风化煤次之,且二者均显著高于CK处理;LFOC占总有机碳的比例则表现为秸秆、牛粪>风化煤、生物炭> CK。此外,添加有机物料能有效降低0-20 cm土层土壤pH、电导率(EC)和碱化度(ESP),其中以风化煤和牛粪处理降幅最大。相关分析表明,土壤SOC与pH、EC和ESP呈显著负相关。【结论】通过有机物料改良效果比较,发现牛粪和风化煤处理能促进苏打盐化土有机碳累积,提高可溶性、易氧化态及轻组有机碳组分在总有机碳中的占比,降低土壤pH、EC和ESP,明显提高春玉米产量。因此,风化煤和牛粪是山西北部苏打盐化土良好的改良剂。     

秸秆还田模式对小麦-玉米轮作体系土壤有机碳固存的影响

为解决麦玉轮作体系小麦秸秆直接粉碎还田存在的弊端,基于多年麦玉秸秆还田定位试验,筛选高产-节本-地力提升为一体的还田模式。选择4种还田模式,即小麦玉米秸秆均不还田(WN-MN,CK1)、小麦玉米秸秆均粉碎还田(WC-MC,CK2)、小麦高留茬还田(WH-MN)和小麦高留茬-玉米粉碎还田(WH-MC)为研究对象,比较其产量表现、土壤有机碳贮量盈亏、碳库管理指数等指标,评价将小麦秸秆粉碎还田改成高留茬还田后形成的还田模式与两季秸秆均粉碎还田的优劣。结果表明,与WN-MN相比,WC-MC和WH-MC的土壤碳储量分别增加24.23%和16.05%;与试验开始前土壤有机碳储量相比,4种还田模式的土壤碳固持为–0.83~6.14 Mg·hm^–2;维持土壤初始碳储量水平的最小碳投入量为4.06 Mg·hm^–2·a^–1。各处理不稳定有机碳组分的含量随着土层加深呈下降趋势。与WN-MN相比,WC-MC、WH-MC和WH-MN显著增加了0~20 cm表层不稳定碳组分的含量;WC-MC和WH-MC也显著增加了各土层的碳库管理指数。2015—2016周年产量,WC-MC、WH-MC平均较其他两个处理分别增加了34.5%、20.1%;2016—2017周年产量,以WH-MC最高,较其他处理平均高出11.1%。小麦高留茬-玉米粉碎还田模式下土壤有机碳储量、不稳定有机碳组分、碳库管理指数和作物产量均较高,且节本增效,表明该模式有利于关中平原麦玉轮作体系粮食生产可持续发展。     

生物炭和有机肥施用提高了华北平原滨海盐土微生物量

【目的】研究施加不同量生物炭和有机肥对山东滨州滨海盐地土壤微生物量碳、氮 (MBC、MBN) 含量的影响,为改善盐地土壤环境质量和盐地的可持续利用提供科学依据。【方法】试验共设置6个处理:CK (无机肥)、C1[生物炭5 t/(hm2·a)]、C2[生物炭10 t/(hm2·a)]、C3[生物炭20 t/(hm2·a)]、M1[有机肥7.5 t/(hm2·a)]、M2[有机肥10 t/(hm2·a)]。各处理均施加等量的N[200 kg/(hm2·a)]和P₂O₅[120 kg/(hm2·a)],生物炭和有机肥处理不足部分由尿素和磷酸二铵补充。生物炭、有机肥和基肥均分为玉米、小麦两季人工施入,每个处理3次重复,小区随机排列。在玉米和小麦的不同生育期,取0—20 cm和20—40 cm土样,测定土壤MBC和MBN、土壤pH、土壤含水量、硝态氮和铵态氮含量。【结果】施加生物炭和有机肥均可增加土壤MBC和MBN。施用基肥5天后,生物炭和有机肥显著增加了土壤MBC和MBN含量,而追肥对土壤MBC和MBN的影响并不显著。生物炭处理土壤MBC变化范围在64.1～570.0 μg/g,有机肥处理变化范围在90.6～451.3 μg/g之间。C3、M1、M2处理均显著增加了0—40 cm土壤MBC (增幅在40.9%～118.4%之间) ,而C1、C2仅显著增加20—40 cm土层的MBC含量 (增幅分别为47.7%、60.0%) 。生物炭处理MBN含量在5.3～92.5 μg/g之间,与CK相比差异不显著;有机肥处理变化范围为4.2～163.9 μg/g,M1和M2显著增加了土壤MBN含量,增加幅度达56.4%～162.3%。生物炭和有机肥的施加对土壤pH影响显著,生物炭显著降低了20—40 cm的土壤pH,而有机肥显著降低了0—40 cm的土壤pH。相关分析表明,土壤pH与土壤MBC和MBN均呈极显著的负相关关系。土壤MBC和MBN均与土壤矿质氮表现出显著正相关关系。除M1处理玉米产量显著降低外,生物炭和有机肥的施加对玉米和小麦产量均没有产生显著影响。玉米季前期以细菌为主,后期则以真菌为主。小麦季MBC/MBN波动较大。【结论】施加生物炭和有机肥对土壤MBC和MBN含量影响显著,对盐地土壤MBC和MBN均具促进作用。土壤MBC和MBN与土壤pH具有显著的负相关关系,与土壤矿质氮呈显著正相关关系,说明生物炭和有机肥的施加能够降低盐地土壤pH,增加土壤矿质氮,有利于盐地土壤环境质量的改善。     

秸秆和生物炭还田对棕壤团聚体分布及有机碳含量的影响

  【目的】  比较长期秸秆和生物炭还田后土壤团聚体的变化与差异，旨在探索棕壤适宜的改良方法。  【方法】  在辽宁沈阳棕壤上连续进行了6年的田间定位微区试验，种植制度为玉米连作，试验共设6个处理:不施肥 (CK)、单施氮磷钾 (NPK)、单施生物炭 (B)、生物炭与氮磷钾配施 (BNPK)、单施秸秆 (S)、秸秆与氮磷钾配施 (SNPK)。在玉米收获后，采集0—20和20—40 cm两土层土壤样品，采用Yoder湿筛法进行了团聚体分级和测定。  【结果】  与NPK相比，BNPK和SNPK处理显著提高了0—20和20—40 cm土层 > 1 mm、1～0.5 mm和 0.25～0.5 mm粒级团聚体含量占比，降低了0.25～0.053 mm粒级团聚体含量占比，SNPK处理提高大团聚体含量占比的效果显著高于BNPK。与NPK处理相比，BNPK和SNPK处理显著增加了团聚体平均重量直径 (MWD)、几何平均直径 (GMD) 和0.25 mm粒级团聚体含量 (R_0.25)，即增加了团聚体的稳定性，SNPK处理的团聚体MWD和GMD值又显著高于BNPK，R_0.25值两处理间无显著差异 (0—20 cm土层)。随团聚体粒级减小，不同粒级团聚体有机碳含量随之减少，以 > 1 mm粒级团聚体有机碳含量最高。与CK相比，各施肥处理均增加了各粒级团聚体有机碳含量，BNPK处理对0—20 cm土层0.25～0.053 mm粒级团聚体有机碳含量影响最显著，有机碳含量增加了44.57%。  【结论】  长期秸秆和生物炭还田能够改变土壤团聚体的分布，有利于大团聚体的形成和土壤结构改善，可提高土壤团聚体有机碳含量和团聚体稳定性，增加作物产量；秸秆直接还田提高团聚体稳定性的效果优于生物炭还田，生物炭还田提高团聚体有机碳的效果方面优于秸秆直接还田。     

碳氮添加对雨养农田土壤全氮、有机碳及其组分的影响

为探明碳氮添加4年后,土壤全氮、有机碳及其组分(可溶性有机碳、微生物量碳、轻组和重组有机碳)的变化特征,依托布设于甘肃省定西市安定区李家堡镇的不同碳源配施氮素田间定位试验,涉及秸秆、生物质炭、氮素3个因素,秸秆设置为不施、施用秸秆2水平;生物质炭为不施和施用生物质炭2个水平;氮素设置为不施氮、施纯氮50 kg/hm^2、施纯氮100 kg/hm^2 3个水平,共9个处理。结果表明:不同处理下土壤全氮、有机碳及其组分的含量均随土层的加深而降低。添加生物质炭对土壤全氮、有机碳及其组分均具有不同程度的提升效应。添加秸秆对土壤全氮、有机碳和可溶性有机碳、微生物量碳、轻组有机碳均具有显著提升效应,仅在0-5 cm土层对重组有机碳有显著提高。添加氮素可显著提升土壤全氮、有机碳和可溶性有机碳、微生物量碳、轻组有机碳含量。较其他处理,添加生物质炭对土壤全氮、有机碳和重组有机碳的提升效应最高,添加秸秆对可溶性有机碳、微生物量碳、轻组有机碳的提升效果最优。从提升土壤质量的角度出发,推荐秸秆配施氮素模式,该模式下土壤碳素有效性高、易于被微生物利用,有利于作物生长。从提高土壤固碳角度考虑,推荐生物质炭配施氮素模式,该模式有利于碳的封存。     

覆盖栽培对渭北旱地冬小麦生产力及土壤肥力的影响

【目的】 覆盖栽培可以有效地改善土壤物理、化学及生物学特性,对土壤质量与作物生产力的持续提高具有重要作用。本研究通过3年田间定位试验,比较了渭北旱地几种覆盖栽培方式下冬小麦生产力及土壤肥力状况,以最大化地发挥覆盖措施的作用和效益。 【方法】 本试验于2014年9月—2017年6月在陕西富平综合试验站进行,共设4个处理,包括传统栽培 (CK)、秸秆覆盖 (NPS)、地膜覆盖 (NPP) 和垄沟覆盖 (RFPS),每个处理重复3次,完全随机排列设计。于冬小麦收获期采集植株样品及表层 (0—20 cm) 和亚表层 (20—40 cm) 土壤样品,分析冬小麦生产力、土壤养分、有机碳、活性有机碳及酶活性的变化。 【结果】 与CK相比,RFPS、NPP和NPS产量分别显著增加了51.8%、41.3%和13.7%,水分利用率分别提高了40.9%、34.0%和11.2%,处理之间差异显著 (P < 0.05);3种覆盖栽培方式均提高了冬小麦籽粒和秸秆氮磷钾吸收量,尤其是RFPS和NPP处理 ( P < 0.05)。RFPS处理较CK显著 ( P < 0.05) 提高了表层土壤全量氮磷钾 (6.5%、4.5%和8.0%)、速效氮磷钾 (46.1%、37.8%和19.5%)、有机碳 (5.1%)、活性有机碳 (15.1%) 含量及3种酶 (蔗糖酶、脲酶和磷酸酶) 活性 (24.6%、34.6%和27.4%),增幅明显高于NPP与NPS处理,且明显改善了亚表层土壤质量;NPP处理表层土壤蔗糖酶活性较CK显著 ( P < 0.05) 提高了9.6%,0—40 cm土层氮磷钾、有机碳及其他酶活性差异较小;NPS处理表层土壤速效氮磷钾含量较CK显著 ( P < 0.05) 提高了22.7%、19.9%和15.0%,有机碳提高了4.1%,活性有机碳提高了12.5%,3种酶活性分别提高了12.0%、15.5%和12.0%,且一定程度上改善了亚表层土壤质量,但对0—40 cm土层全量氮磷钾含量影响较小。 【结论】 垄沟覆盖栽培方式对提高渭北旱地冬小麦生产力及土壤肥力水平具有显著效果,可在当地农业生产中推广使用。