生物质炭与有机物料配施的土壤培肥效果及对玉米生长的影响

生物质炭作为一种多功能的土壤培肥材料被广泛应用,但其与传统有机物料的对比及配施研究还比较少。通过盆栽试验,研究了生物质炭与秸秆、发酵鸡粪单施及配施对壤质潮土和砂土养分含量、酶活性及玉米生长的影响,并采用主成分分析方法对3种有机物料的培肥效果进行综合评价。试验设6个处理,分别为不添加有机物料(CK)、添加生物质炭(BC)、小麦秸秆(WS)、发酵鸡粪(CM)、秸秆和生物质炭(WS+BC)、鸡粪和生物质炭(CM+BC)。研究结果表明,各处理均增加了砂土玉米生物量和株高,3种有机物料的提升幅度排序为:鸡粪生物质炭秸秆,鸡粪还可增加壤质潮土玉米生物量和株高。添加生物质炭和有机物料还可提高土壤有机质含量,其中生物质炭的提升幅度最大。此外,3种有机物料对土壤养分和酶活性的影响各异,单施鸡粪分别增加壤质潮土和砂土的碱解氮22.08%和26.67%,速效磷91.92%和53.65%,脲酶活性40.54%和36.94%;单施生物质炭分别增加壤质潮土和砂土速效磷83.52%和89.91%,速效钾79.38%和127.02%,过氧化氢酶活性3.41%和11.22%,却降低了土壤碱解氮含量,且与鸡粪配施后会抑制鸡粪中氮的有效性;单施秸秆分别增加壤质潮土和砂土速效钾49.48%和63.02%,β-葡糖苷酶活性51.86%和59.09%;生物质炭与鸡粪或秸秆配施可以更均衡地提升土壤肥力。通过主成分分析和相关分析发现,玉米生物量和株高与土壤氮、磷供应正变化的第2主成分(PC2)得分呈极显著正相关关系。因此,3种有机物料中,鸡粪对土壤氮、磷含量及相关酶活性影响最大;秸秆对土壤钾以及纤维素分解相关酶影响较大,而生物质炭对土壤肥力的提升作用更均衡,且土壤肥力综合得分最高。秸秆或鸡粪配施生物质炭可以更全面地提高土壤肥力。     

施用生物质炭对黄淮海地区玉米生长和土壤性质的影响

本文通过大田试验研究了施用生物质炭对玉米的生长性状、产量以及土壤性质的影响。生物质炭是小麦秸秆在350℃~450℃下限氧热裂解制成。田间设置了20 t/hm2和40 t/hm2两个生物质炭施用水平。结果表明:①施用生物质炭在玉米拔节期抑制了植株生长,其株高、地上部生物量和叶片叶绿素含量均显著低于对照;在生育后期施用生物质炭20 t/hm2处理的玉米生物量、叶面积指数和叶绿素含量显著高于对照,40 t/hm2处理则没有显著性差异。②施用生物质炭显著影响土壤特性,在施用量为20 t/hm2和40 t/hm2时,土壤有机碳含量较对照分别提高34.79%和44.93%,土壤全氮含量在40 t/hm2水平下显著增加12.2%,同时还显著提高了土壤的pH和土壤含水量,显著降低土壤体积质量;③施用生物质炭玉米产量的提高范围为2.2%~4.8%,但不同施用量间差异不显著。本研究结果为生物质炭改良和培肥土壤、提高作物生产效率、促进土壤可持续利用及作物增产提供了一定的理论依据。     

秸秆与生物质炭施用对土壤温室气体排放的影响差异

采用室内培养试验,向土壤中添加小麦秸秆和不同量生物质炭,同时比较探究秸秆与生物质炭施用对土壤温室气体排放及微生物活性的影响差异。试验共设5个处理:土壤(S)、土壤+1%小麦秸秆(WT)、土壤+1%生物质炭(BC1)、土壤+2%生物质炭(BC2)和土壤+4%生物质炭(BC4)。在培养期内,施秸秆处理土壤CO2排放量比对照处理S显著增加约12.60%~2005.63%,而施生物质炭处理降低约51.49%~97.93%。施秸秆处理的温室气体增温潜势(GWP)是对照处理S的1.12~19.24倍,而施生物质炭处理,即处理BC1、BC2和BC4的GWP分别降低了0.27%~64.06%,15.78%~94.01%和29.43%~92.28%。小麦秸秆施用会明显增加土壤温室气体排放,增加温室效应;而添加生物质炭对土壤CO2、N2O排放表现出一定的抑制作用,并明显减弱温室气体增温潜势,即生物质炭能明显减弱温室效应。添加小麦秸秆促进土壤微生物生物量碳的增加,提高FDA水解酶、脲酶、过氧化氢酶、磷酸酶活性;生物质炭施用一段时间后对土壤过氧化氢酶活性表现为显著激活作用。     

生物质炭复混肥对土壤肥力与玉米和大豆生物量的影响

将玉米秸秆在300℃和500℃下裂解制备生物质炭,再按照一定比例(0%,5%,10%,15%)与NPK化肥混合制成颗粒状生物质炭复混肥料,通过盆栽试验,比较不同生物质炭复混肥对玉米和大豆生长的影响。结果表明,土壤碱解氮和有效磷,种植玉米的土壤比种植大豆的土壤平均分别高21%和25%;与施用常规复混肥相比,施用生物质炭复混肥时,玉米干物质质量增加了6%~58%,平均增加了35%。总体来看,不同处理间土壤性质和作物生物量均没有显著性差异。这一方面说明,肥料效果受肥料本身性质、施肥量、作物等多种因素的影响,另一方面可能与实际输入土壤生物质炭量比较少有关。长期施用生物质炭复混肥料能否对土壤性质及作物生长产生显著的影响还有待进一步研究。     

生物质炭对黑土硝态氮淋失的影响

为探究不同类型和不同用量生物质炭对黑土硝态氮(NO_3~-—N)淋失的影响,采用室内土柱模拟法进行淋溶试验,探究了3种来源(玉米秸秆、稻壳、松木)和4个添加比例(0.6%,1.2%,3.6%,6%)的生物质炭对黑土淋溶液的pH、电导率(EC)、体积、淋溶液中NO_3~-—N浓度及土壤NO_3~-—N淋失量的影响。结果表明:淋溶液的pH和EC与生物质炭的施用量呈正比,且3种生物质炭对淋溶液pH的影响表现为玉米秸秆稻壳松木;对淋溶液EC的影响表现为稻壳松木玉米秸秆。淋溶液体积与生物质炭的施用量呈反比,CK处理中累积淋溶液体积为2 530ml,玉米秸秆、稻壳和松木生物质炭的各处理中均为6%处理的累积淋溶液体积最低,分别比CK降低了16.91%,10.77%和10.70%。施用生物质炭可降低淋溶液中NO_3~-—N浓度,CK处理中淋溶液NO_3~-—N浓度范围为38.09~5.02 mg/L,玉米秸秆生物质炭中1.2%处理的淋溶液NO_3~-—N浓度最低,范围为21.31~0.74mg/L;稻壳、松木生物质炭中3.6%处理的淋溶液NO_3~-—N浓度最低,范围分别为21.86~1.06mg/L和22.76~1.11mg/L。施用生物质炭降低了土壤NO_3~-—N淋失量,不同生物质炭对其影响表现为玉米秸秆稻壳松木,当玉米秸秆生物质炭的添加比例为1.2%,稻壳及松木制备的生物质炭添加比例为3.6%时,土壤NO_3~-—N淋失量最低。因此,向黑土中施用生物质炭可以增加淋溶液的pH和EC,降低淋溶液体积和其中所含NO_3~-—N的浓度,从而减少了土壤中NO_3~-—N的淋失量。     

养殖废水灌溉下施用生物质炭和果胶对土壤养分和重金属迁移的影响

【目的】 养殖废水中含有丰富的养分,但也含有一定的重金属。本文研究了生物质炭和果胶对养殖废水灌溉下的土壤–植物系统养分和重金属迁移规律的影响,以利用养殖废水中的养分,并对其重金属进行调控。 【方法】 选取新乡市郊区农田土壤为供试土壤,采用根箱试验方法种植玉米。设置根箱土壤中添加1%的生物质炭和果胶,分别灌溉蒸馏水和养殖废水发酵产生的沼液。测定了土壤中养分和重金属的含量,探讨了其在土壤–植物系统的迁移规律。 【结果】 沼液灌溉的植株地上部生长与蒸馏水灌溉无显著差异。果胶相比于生物质炭可以促进植株生长。沼液灌溉时,果胶处理的根系和地上部生物量分别比对照增加了25.38%和31.21%。沼液灌溉普遍降低了根际和非根际土壤的pH,生物质炭处理和果胶处理与对照根际和非根际土壤的pH均无显著差异。沼液灌溉增加了非根际土壤的电导,生物质炭相比于果胶增加了土壤的电导。沼液灌溉增加了土壤全氮、有效磷、速效钾和有机质含量。果胶根际土壤的全磷、碱解氮、有效磷、有效Fe、有效Mn均高于生物质炭处理,生物质炭处理根际和非根际土壤的全钾和速效钾含量均高于果胶处理。沼液灌溉相比于蒸馏水灌溉,增加了植株根、茎中N含量和Ca含量。生物质炭处理植株根茎叶N含量、根茎P含量、茎K含量、根茎叶Ca含量、根茎Mg含量高于果胶处理,但果胶处理养分的转运系数较高。养殖废水灌溉增加了根际和非根际土壤中有效Cu和Zn尤其是Zn的含量。与对照相比,生物质炭降低了根际土壤Cu、Pb、Ni的含量,而果胶增加了它们的含量。沼液灌溉增加了植株根茎叶中Cu、Zn、Pb含量,果胶处理植株根系Cu、Zn、Pb、Cd、Ni含量最高,但向地上部转运较少。 【结论】 在北方碱性土壤灌溉养殖废水发酵产生的沼液时,施用生物质炭和果胶可以提高土壤肥力和植株养分含量,生物质炭通过减少土壤中有效态重金属含量以减少重金属在植物体内累积,果胶虽然增加土壤有效态重金属含量,但可以降低其向地上部的转运,避免了重金属在植物体内的累积。      

生物质炭与秸秆施用对红壤有机碳组分和微生物活性的影响

采用玉米秸秆、玉米秸秆生物质炭及其两者配合施用于红壤旱地的田间试验,通过有机碳分组、微孔板荧光法及底物诱导呼吸手段,研究不施肥条件下土壤有机碳组分、土壤酶活性及微生物底物利用速率的变化。结果表明:施用9个月后,与对照(不施任何物料)相比,单施秸秆提高土壤易矿化碳含量,对pH、总有机碳含量、惰性碳含量影响较小,而生物质炭及其与秸秆配施显著提高土壤总有机碳和惰性有机碳含量。单施秸秆提高土壤β-葡萄糖苷酶活性,而生物质炭及其与秸秆配施对土壤酶活性无影响。单施秸秆提高土壤微生物对葡萄糖、天冬氨酸和丁香酸的利用速率,提高土壤基础呼吸速率,而生物质炭及其与秸秆配施对土壤呼吸和微生物底物利用速率无影响。生物质炭与秸秆配施对土壤易矿化碳组分和基础呼吸呈显著互作效应。土壤基础呼吸与易矿化碳含量、β-葡萄糖苷酶活性及葡萄糖利用速率呈显著正相关。因此,秸秆炭化相比秸秆直接施用更有利于提高土壤稳定性碳库,降低土壤碳排放。     

生物炭施用下潮土团聚体微生物量碳氮和酶活性的分布特征

  【目的】  探究生物炭配施化肥对不同粒级团聚体中微生物量碳、氮 (MBC、MBN) 含量和胞外酶活性的影响,分析影响团聚体胞外酶活性变化的主控因素,为提升土壤质量提供科学依据。  【方法】  田间微区试验在河南现代农业研究基地进行,供试土壤为石灰性潮土。设置4个处理:不施肥 (CK)、单施化肥 (NPK)、单施生物炭 (BC) 和生物炭配施化肥 (BC+NPK),生物炭是以花生壳为原料高温裂解制备而成,仅在试验开始前施用一次,化肥每季均施用。试验开始于2017年小麦季,于2019年9月玉米收获后采集耕层土壤样品,测定土壤养分含量,分析各粒径团聚体MBC、MBN含量和酶活性。  【结果】  与CK相比,NPK处理可显著提高耕层土壤有效磷、速效钾和硝态氮含量,BC处理可显著提高有机碳和全氮含量,BC+NPK处理则显著提高了以上各指标含量。与CK相比,BC处理显著降低了粒径2～0.25 mm团聚体MBN含量,并明显增加了该粒径的MBC/MBN值;BC+NPK处理显著增加了粒径 > 2 mm和0.25～0.053 mm团聚体中MBC含量 (增幅分别为59.57%和34.68%),也增加了耕层土壤、粒径 > 2 mm和2～0.25 mm团聚体中MBN含量 (增幅分别为17.33%、42.24%和19.28%)。与CK相比,NPK、BC和BC+NPK处理均显著增加粒径 > 2 mm团聚体微生物熵,而BC和BC+NPK处理则显著降低了耕层土壤、粒径2～0.25 mm和0.25～0.053 mm团聚体微生物熵。与CK相比,NPK和BC+NPK处理均显著提高了粒径2～0.25 mm和0.25～0.053 mm团聚体中β-葡糖苷酶、β-纤维二糖苷酶、α-葡糖苷酶和β-木糖苷酶活性;在粒径 > 2 mm团聚体中,仅BC+NPK处理明显提高了该四种酶的活性。与CK相比,NPK和BC+NPK处理均明显提高了粒径 > 2 mm团聚体中脲酶活性及粒径0.25～0.053 mm团聚体中乙酰氨基葡糖苷酶活性,仅BC+NPK处理可显著提高粒径 > 2 mm和0.25～0.053 mm团聚体中亮氨酸氨基肽酶活性。团聚体酶活性变化与MBC、MBN含量以及MBC/MBN值显著相关。粒径 > 2 mm团聚体中酶活性变化与微生物熵、全氮和MBC含量均显著相关,粒径2～0.25 mm团聚体中酶活性变化与MBC/MBN值显著相关,而粒径0.25～0.053 mm团聚体中酶活性变化与MBC含量显著相关。  【结论】  生物炭与化肥配施有利于土壤碳的固存,改善土壤微环境,提升土壤质量,且生物炭添加到土壤中有较长的后效。     

秸秆直接还田与炭化还田下土壤有机碳稳定性和温室气体排放潜力的对比研究

选取北方旱地和南方水田两种不同农业利用方式的土壤为研究对象,分别在旱地和水田设置了无秸秆还田(NR)、秸秆直接还田(SR)和秸秆转化为生物质炭还田(BR)三种处理,在作物收获后,采集对应处理的土壤通过室内培养对比研究了秸秆直接还田和生物质炭还田下土壤有机碳的稳定性及温室气体排放潜力的变化。研究结果表明:秸秆直接还田与生物质炭还田均可显著增加土壤有机碳和全氮含量,但不同处理下的土壤有机碳稳定性存在显著差异。从有机碳的矿化量和矿化率来看,生物质炭还田处理与秸秆直接还田处理相比,分别降低旱地、水田土壤矿化量的36.0%、21.5%和矿化率的47.0%、34.7%;水田与旱地相比,表观上水田矿化显著高于旱地土壤,但从土壤有机碳矿化率来看,水田土壤各处理均显著低于旱地土壤相同处理的19.0%、26.2%和9.2%。不同处理显著影响土壤N2O的释放,无论旱地还是水田土壤,与秸秆直接还田相比,施用生物质炭均显著降低土壤N2O的释放;进一步分析土壤产生的综合温室效应(GWP)表明,生物质炭还田下的GWP比秸秆直接还田显著降低39.6%和28.5%。因此,秸秆转化为生物质炭后还田可作为一项重要的农田土壤固碳减排措施进行秸秆利用。     

不同产地油菜秸秆制备的生物质炭对红壤酸度和土壤pH缓冲容量的影响

  目的  明确不同产地油菜秸秆制备的生物质炭对红壤酸度的改良和土壤pH缓冲容量的提升效果。  方法  将不同添加量的油菜秸秆炭分别与两种酸性红壤混合,然后进行室内培养试验,测定培养实验前后土壤pH、pH缓冲容量、土壤交换性盐基离子和土壤交换性酸。  结果  添加油菜秸秆炭显著提高了土壤的pH、pH缓冲容量、交换性盐基离子含量,显著降低了土壤交换性酸含量。说明添加油菜秸秆炭不仅可以改良红壤酸度,还能提高红壤的抗酸化能力,因而可以减缓土壤的复酸化。生长在碱性土壤上的油菜秸秆制备的生物质炭对红壤酸度的改良效果和对土壤pH缓冲容量的提升效果均优于生长在酸性土壤上的油菜秸秆制备的生物质炭,在5%添加水平下,前者使湖南红壤pH相比对照提高37.4%,后者使该土壤的pH提高22.4%;相应地,2种生物质炭分别使该土壤的pH缓冲容量分别提高41.4%和37.3%。2种油菜秸秆炭对红壤pH和pH缓冲容量的提升效果与其碱含量和表面官能团多少相一致。  结论  碱性土壤上生长的油菜秸秆制备的生物质炭对红壤具有更好的改良效果。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

连续施用土壤改良剂对砂质潮土团聚体及作物产量的影响

  【目的】   研究施用无机和有机土壤改良剂对团聚体形成和作物产量的影响,为新型土壤改良剂的应用提供理论依据。   【方法】   以河北廊坊砂质潮土为研究对象,以虾头蟹壳废弃物为核心材料的有机土壤改良剂 (SC) 和以凹凸棒土为核心材料的无机土壤改良剂 (SA) 为试材,进行4年 (2015—2019) 定位试验。试验设4个处理:单施化肥 (CK)、化肥+无机改良剂 (SA)、化肥+有机改良剂 (SC)、化肥+无机改良剂+有机改良剂 (SCA)。种植方式为小麦–玉米轮作。2019年小麦和玉米收获后,测定作物产量并采集耕层土壤,测定土壤理化指标、微生物量碳氮含量、团聚体组成及其碳氮含量。   【结果】   在小麦季和玉米季,SCA处理均可显著提高作物产量,较CK处理分别提高了54.16%和24.26%;在小麦季,SC处理较CK处理显著提高土壤全氮 (TN)、有机碳 (SOC)、速效钾 (AK) 和有效磷 (AP) 含量,微生物量碳 (MBC) 显著提高8.82%,pH显著降低3.19%;在玉米季,SCA处理较CK显著提高了土壤TN、SOC、AK、AP含量,MBC显著提高了33.65%,土壤pH显著降低了5.92%;在小麦季和玉米季,土壤团聚体均以粒径0.053～0.25 mm为主;与CK处理相比,小麦季SC处理土壤粒径 > 0.25 mm的大团聚体含量、平均重量直径 (MWD) 和几何平均直径 (GMD) 分别显著提高42.51%、22.41%和20.35%,玉米季SCA处理3个指标分别显著提高68.71%、35.47%和29.65%;各粒级团聚体中SOC和TN含量都以粒径 > 0.25 mm大团聚体最高,且SCA处理显著增加土壤各级别团聚体SOC和TN含量;施用土壤改良剂增加粒径 > 0.25 mm大团聚体SOC和TN贡献率,小麦季SC处理较CK处理分别增加了29.06%和69.24%,玉米季SCA处理较CK处理分别增加了61.62%和114.20%;通过冗余分析和结构方程模型分析发现,粒径> 0.25 mm大团聚体与pH呈负相关关系,与AP、MBC、SOC以及各粒级团聚体中碳含量呈正相关关系;稳定的团聚体结构会影响SOC含量和pH,改善土壤C/N,进而影响作物产量。   【结论】   在砂质土壤上,单独施用以虾头蟹壳废弃物为核心材料的有机土壤改良剂或与无机土壤改良剂配施均可改善土壤理化性质,促进大团聚体形成,提高团聚体稳定性,稳定的土壤团聚体可通过改善土壤碳氮比以提高作物产量。     

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...     

施用小麦秸秆或其生物炭对烟田土壤理化特性及有机碳组分的影响

  【目的】  以2年田间定位试验为依托，研究小麦秸秆及其生物炭连续施用对植烟土壤理化性状和有机碳组分的影响，为烟区土壤质量提升提供依据。  【方法】  田间试验在山东省诸城市潮褐土烟田上进行。试验设4个处理，分别为:常规施肥且秸秆不还田(CK)，常规施肥+小麦秸秆还田(FS)，常规施肥+小麦秸秆生物炭2.25 t/hm2 (FB1)和4.50 t/hm2 (FB2)。在烟叶收获后，采集0—20 cm耕层土样，测定了土壤基础理化指标和总有机碳(TOC)、微生物生物量碳(MBC)、热水溶性有机碳(HWC)、活性有机碳(LOC)及轻组有机碳(LFOC)含量，并计算土壤碳库管理指数(CPMI)。  【结果】  连续施用小麦秸秆或其生物炭2年后，FB1和FB2处理TOC含量显著高于CK，增幅分别为74.9%和116.0%，而FS与CK处理间差异不显著。LFOC含量的变化趋势与TOC类似，FB1和FB2处理LFOC含量分别较CK处理显著增加154%和326%。FS处理HWC含量显著高于CK和FB1处理，而与FB2处理差异不显著。与CK相比，FS处理HWC含量增加了107%。FS和FB2处理MBC含量较CK分别增加了252%和144%，而FB1处理与CK相比差异不显著。FS处理LOC含量较CK显著增加了68.9%，而FB1、FB2处理LOC含量与CK相比差异不显著。FS处理还能显著降低土壤容重、增加土壤含水量及有效磷含量，其对部分土壤理化特性的改良效果优于生物炭处理(FB1和FB2)。此外，CPMI也以FS处理最高，较CK显著增加了73.5%，而FB1、FB2处理与CK处理差异不显著。  【结论】  连续秸秆还田有利于提升烟田土壤活性有机碳(MBC、HWC和LOC)含量，降低土壤容重，提高有效磷含量，提高土壤CPMI。而同量秸秆转化为生物炭后连续还田能够提高土壤总有机碳和轻组有机碳含量，更有利于土壤有机碳的长期固存。     

热解温度和氮肥用量影响生物炭的减排和增产效应

  【目的】  研究生物炭性质与氮肥用量对河套灌区春玉米田温室气体排放和产量的影响,为河套灌区高效利用生物炭固碳减排提供理论支撑。  【方法】  试验采用室内培养与田间试验相结合的方法,供试材料为秸秆生物炭和竹炭。田间试验设常规施氮300 kg/hm2对照(N)、常规氮量配施秸秆炭(SB+N)、常规氮量配施竹炭(BB+N)、减氮50%配施秸秆炭(SB+50%N)、减氮50%配施竹炭(BB+50%N)。采用静态暗箱–气象色谱法测定春玉米田温室气体排放量,并测定玉米产量。室内培养试验中分别制备热解温度为200℃、400℃和600℃的秸秆炭(S)和竹炭(B)加入土壤中,平衡3天后施入N 300 kg/hm2开始恒温恒湿培养,共培养14天。监测了不同培养时间土壤中N₂O、CO₂及CH₄气体的排放通量。  【结果】  与N处理相比,SB+N、BB+N、SB+50%N和BB+50%N处理0—5 cm深土壤温度分别提高了0.50℃、1.84℃、0.35℃和1.37°C,0—10 cm深土壤温度分别提高了0.43℃、1.83℃、0.39℃和1.11°C;0—10 cm土壤含水率分别提高13.70%、8.90%、12.33%和8.90%。与N处理相比,在春玉米整个生育期内SB+N、BB+N、SB+50%N和BB+50%N处理的土壤N₂O累积排放量分别减少了21.91%、23.16%、25.98%和28.17% (P<0.05);SB+N和BB+N处理的CO₂累积排放量分别提高了7.96%和9.94% (P<0.05),而SB+50%N和BB+50%N处理的分别降低了11.54%和10.74% (P<0.05);整个春玉米生育期各生物炭处理的CH₄累积排放量为负值,显著低于N处理(P<0.05);SB+N、BB+N、SB+50%N和BB+50%N处理土壤的全球增温潜势(GWP)分别降低了23.26%、23.98%、27.00%和29.14%,温室气体排放强度(GHGI)分别降低了27.24%、28.97%、32.57%和34.68% (P<0.05)。生物炭添加能够提高玉米产量,SB+N、BB+N、SB+50%N和BB+50%处理较N处理分别增加5.47%、7.01%、8.26%和8.47% (P<0.05)。培养试验发现生物炭能够减少土壤N₂O和CO₂的排放。N₂O和CO₂的排放通量随生物炭热解温度升高而减少,在相同热解温度下,竹炭的减排效果优于秸秆炭。各处理下土壤CH₄的排放均表现为碳汇,其中600°C制备的竹炭对CH₄的吸收量最高。  【结论】  施用生物炭能够改善土壤温度和土壤含水率,并显著降低N₂O和CH₄累积排放量,但常规施氮量下施用生物炭会提高CO₂累积排放量。施用生物炭能够显著提高春玉米的产量并降低春玉米田GWP和GHGI。培养试验进一步说明了竹炭的减排效果优于秸秆炭,高热解温度的生物炭减排效果优于低热解温度生物炭,综合考虑田间与室内培养试验的结果、环境效益和经济效益,减氮50%配施竹炭的处理是河套灌区春玉米田提高产量并减少温室气体排放较为合适的措施。     

潮土小麦–玉米轮作体系氮肥用量阈值及土壤硝态氮年际变化

  【目的】  合理施氮是粮食高产、稳产的重要保证。研究不同施氮水平下作物产量的可持续指数以及土壤硝态氮年际迁移特征，对指导黄淮海地区冬小麦–玉米轮作体系下农田氮肥的合理施用具有重要意义。  【方法】  长期定位试验始建于2006年，设置10个施氮水平:0、60、120、180、240、300、360、420、500和600 kg/hm2。测定冬小麦和夏玉米产量及土壤剖面 (0—200 cm) 硝态氮含量的年际变化特征。  【结果】  施氮水平显著影响冬小麦–夏玉米轮作体系下作物产量，施肥年限以及施肥年限与施肥量间的交互作用对小麦、玉米产量也存在极显著影响。施N 0～240 kg/hm2的处理，小麦、玉米产量随施氮量的增加逐渐增加；施N 300～600 kg/hm2的处理作物产量基本稳定，处理间差异不显著 (P > 0.05)。施氮能显著提高冬小麦产量的可持续性指数 (P < 0.05)，但对夏玉米产量的可持续指数影响较小。随着施氮量增加，土壤硝态氮含量呈现逐渐增加的趋势，且施N量低于300 kg/hm2时，0—200 cm土层硝态氮含量均处于较低水平，施氮量超过300 kg/hm2后，土壤硝态氮含量显著增加。另外，随着试验年限的延长，土壤硝态氮累积峰逐渐下移，2008、2011和2017年土壤硝态氮含量峰值分别在40—60 cm、80—120 cm和80—160 cm。  【结论】  黄淮海盐化潮土区，冬小麦–夏玉米轮作制度下氮合理用量在冬小麦上的阈值为240 kg/hm2、在夏玉米上的阈值为180 kg/hm2，在此氮肥用量下，长期施肥既可保证作物 (小麦、玉米) 稳产，又不会显著增加土壤硝态氮残留及向下迁移。