施用生物炭对云南烟区典型土壤养分淋失的影响

土壤养分尤其是氮、钾的淋失是制约云南烟叶生产可持续发展的重要因素之一。近些年来的一些研究表明,生物炭在减少土壤养分淋失方面有着很好的应用效果。然而,关于生物炭在云南植烟土壤上的应用效果研究报道较少。本文基于土柱淋洗模拟试验,研究了添加生物炭对南方紫色土、赤红壤和黄棕壤硝态氮、磷、钾养分淋失的影响,以期为生物炭的合理广泛应用提供理论依据。研究结果显示,添加生物炭后,紫色土、赤红壤和黄棕壤的硝态氮淋洗总量分别减少16%、14%和22%;紫色土、赤红壤的磷素淋洗总量分别减少41%和32%,黄棕壤磷素淋洗总量变化不明显;紫色土和黄棕壤的钾素淋洗总量分别增加19%和23%,赤红壤的钾素淋洗总量变化不明显。研究表明,施用生物炭是控制云南植烟土壤氮磷淋失的有效措施。     

改性生物炭的吸附作用及其对土壤硝态氮和有效磷淋失的影响

在实验室通过生物炭与FeCl3的不同配比确定了生物炭的最佳改性条件,并利用土柱模拟试验,研究改性生物炭对土壤硝态氮和有效磷淋失的影响。结果表明,Fe3+与生物炭质量比为0.7是最佳改性条件,改性作用大大增强了生物炭吸附硝态氮和有效磷的能力。在含N量为50mg.L-1的KNO3和含P量为50mg.L-1的KH2PO4溶液中,最佳改性炭的吸附量分别比改性前提高了12倍和66倍,氮和磷的理论最大吸附量分别为2.47mg.g-1和16.58mg.g-1。土壤中添加最佳改性炭能够延缓并减少硝态氮和有效磷的淋失,添加量为2.5%、5%和10%与不添加任何物质的对照相比,硝态氮的淋失量分别显著降低20%、43%和59%(P<0.05),有效磷的淋失量分别显著降低45%、59%和75%(P<0.05),表明土壤中添加改性生物炭能够有效降低土壤硝态氮和有效磷的淋失风险。     

添加生物炭对灌淤土土壤养分含量和氮素淋失的影响

灌淤土是宁夏引黄灌区的主要土种,当地大引大排的灌溉方式不仅造成土壤养分淋失,而且会引起水体污染。本文采用室内土柱模拟降雨淋滤方式,设置1500g灌淤土分别添加1%、2%、5%、10%生物炭4个处理,观测淋滤后土柱中的养分状况和淋溶液中氮素含量,以不加生物炭为对照,研究添加生物炭对土壤养分含量和氮素淋失的影响。结果表明:(1)添加生物炭后土壤pH、全盐以及全磷含量未发生变化,土壤中全氮、速效磷和速效钾含量随着生物炭添加量的增大而显著增加;(2)添加生物炭处理与对照相比均极显著降低了土壤淋溶液的硝态氮含量和淋溶损失量(P0.01),以2%生物炭添加处理效果最好,比对照减少了49%的淋溶损失。(3)铵态氮的淋失峰值随生物炭添加量的增大而延后,但仅添加生物炭10%的处理显著减少铵态氮的淋溶损失量(P0.05),比对照减少了18%,其它处理则显著增加了铵态氮的淋溶损失量(P0.05),这一效果是否与生物炭种类有关,还需进一步探讨。     

生物炭对黄土高原不同质地土壤中NO3-N运移特征的影响

为了解生物炭在抑制黄土高原农田土壤可溶态养分淋失方面的功效,通过人工模拟实验,研究土壤中添加生物炭后对硝态氮运移的影响,为黄土高原地区农田非点源污染防治及氮循环研究等提供科学依据。选择黄土高原地区三种不同质地土壤类型（风砂土、黄绵土、塿土）,通过室内土柱模拟研究方法,用连续流动分析仪（SKALAR-SAN⁺⁺）测定出流液的硝态氮浓度,通过硝态氮的穿透曲线分析在稳态条件下,生物炭添加及不同添加量对土壤中硝态氮运移的影响。结果表明:对于质地较粗黄绵土和风沙土,生物炭输入能够降低硝态氮的淋失,随添加量增加,其阻滞作用越强。对于质地较为粘细的土,添加生物炭反而促进了硝态氮淋失,随添加量增加,其促进作用越强。稳态条件下,三种土壤的硝态氮穿透过程均符合对流弥散方程。研究表明加入生物炭对不同质地土壤中可溶态养分的影响不同,可以促进质地较粗土壤的保肥能力,却不利于质地较为粘细土壤硝态氮养分的保持。     

洞庭湖平原冲积性菜园土壤养分径流规律研究

通过定位大田和田间小区试验,研究不同作物类型及不同施肥结构对菜园土壤养分径流损失的影响。结果表明,菜园土壤养分径流损失以氮为主,磷、钾素相对较少。从氮素形态看,以硝态N为主,铵态N较少。就淋失速度而言,硝态N最快,磷素次之,铵态N和钾素较慢且有一定的持续性。种植辣椒作物,由于施肥量大于南瓜,N、P养分的淋失显著高于南瓜地。当地菜农习惯施肥(CK2)和单施化肥处理(NPK),在辣椒生育前期,N、P养分的淋失较其他处理严重。施用有机肥料,特别是饼肥,作物生育后期水溶性总N和硝态N的淋失大于其他处理。不施肥处理,也存在着N、P养分的损失,且数量较大,在生产实践中应加强土壤养分资源的管理和高效利用。     

酸雨对紫色土氮磷淋失的影响

利用土柱淋洗模拟试验,研究了酸雨影响下,不同施肥处理紫色土氮、磷淋失的动态变化特征。结果表明,在酸雨作用下,紫色土中硝态氮的淋失量远远大于磷元素;不同施肥处理下二者淋失量的大小不同,淋失量大小排序均为有机无机混合施用〉化肥〉有机肥〉对照处理;淋失量受施肥量和降雨量的影响明显,土壤中硝态氮、磷元素淋失量随施肥量的增加而增加,淋失过程主要集中在雨季。同一施肥处理下,土壤硝态氮淋失量随降雨pH值的升高而增加;pH值5.5是土壤磷元素淋失量的临界点,此时土壤有效磷含量最高,淋失量达到峰值。     

烟地土壤养分淋失与利用研究

利用淋溶池收集地下径流,通过测定下渗液、土壤、植株的氮、磷、钾含量,研究了植烟土壤的养分淋溶和利用.结果表明,土壤地下径流量与降雨量呈显著正相关,下渗液量/降雨量前期最高,但随着植株体积的增加而降低.在下渗液中,硝态氮浓度远远高于铵态氮,钾离子浓度与硝态氮相当,未检测出磷.施入土壤的氮肥超过60%被淋失,钾肥淋失量约占1/4.土壤养分淋失与养分含量(硝态氮)和降雨量(钾)有关.氮、磷、钾肥的表观利用率分别为42.71%,20.77%,34.48%.土壤残留量磷肥最高,钾肥次之,氮肥最低.     

洞庭湖平原菜园土壤养分径流规律及其影响因素

通过定位大田和田间小区试验,研究了不同蔬菜类型及不同施肥结构对菜园土壤养分径流损失的影响。结果表明:菜园土壤养分径流损失以氮为主,钾素次之,磷素最少。种植辣椒作物由于施肥量大于南瓜,氮、磷、钾养分的淋失显著高于南瓜地。白菜地磷、钾养分的淋失显著高于甘蓝地。春、夏季蔬菜地氮、磷、钾养分的淋失高于秋、冬季蔬菜地。在茄子生育前期,当地菜农习惯施肥处理(CK2),氮、磷养分的淋失较其他处理严重,单施化肥处理(NPK),钾养分的淋失较其他处理严重。白菜、甘蓝地前2次径流水样中,习惯施肥和单施化肥处理氮、磷、钾养分的淋失较其他处理严重。施用有机肥料,在蔬菜生育后期氮、磷、钾养分的淋失大于其他处理,维持较高的水平。不施肥处理,也存在着养分的损失,且数量较大,在生产实践中应加强土壤养分资源的管理和高效利用。     

生物炭和秸秆添加对海南热带水稻土氮素淋溶的影响

通过室内土柱模拟淋洗试验,研究不同水分条件下添加秸秆和生物炭对海南热带水稻土氮淋失的影响。物料添加设对照(CK)、添加生物炭(B)、生物炭+水稻秸秆(BCS)、水稻秸秆(CS)4个处理,培养水分设75%田间持水量(WHC,模拟旱作土壤)和淹水(模拟水田)2个水平。结果表明,生物炭和秸秆添加均可以提高土壤pH,增加土壤有机质、全氮、速效钾和有效磷含量。75%WHC条件下,相比CK,BCS和CS处理显著增加土壤NH_4~+—N的淋失量,分别增加16.30%和48.56%,B处理无显著差异;CS处理增加土壤NO_3~-—N淋失,BCS处理降低土壤NO_3~-—N淋失,B处理对硝、铵态氮淋失无显著影响;BCS和CS处理显著增加土壤硝、铵态氮总量(S)淋失,B处理对S无显著影响。淹水条件下,相比CK,B处理降低土壤的NH_4~+—N和S的淋失,分别降低16.30%和12.81%,而对NO_3~-—N淋失量无显著影响;CS处理土壤降低土壤NH_4~+—N、NO_3~-—N和S的淋失,分别降低19.26%,33.96%和22.37%;BCS处理降低土壤NH_4~+—N和S的淋失,分别降低14.52%和14.19%,但对NO_3~-—N淋失影响不显著。综上,海南热带地区稻菜轮作种植模式下,旱作条件秸秆还田增加土壤NH_4~+—N和NO_3~-—N的淋失,但生物炭对硝、铵态氮淋失无影响;水田时,生物炭添加可以降低土壤NH_4~+—N淋失,对NO_3~-—N无影响,秸秆还田后土壤NH_4~+—N和NO_3~-—N的淋失均降低。     

牛粪生物炭对土壤氮肥淋失的抑制作用

为了探讨以牛粪为原材料制备的生物炭对土壤氮肥淋失的抑制作用,对牛粪生物炭的结构和元素组成进行了表征和分析,并通过人工模拟土柱氮肥淋失实验,研究了生物炭对淋滤液p H值、铵态氮、硝态氮和总氮累积淋失总量及浓度影响。结果显示:该生物炭具有发达的管状孔洞结构,K,Ca含量比牛粪增加200%和10%;淋滤液p H值随着生物炭比例增加而提高,生物炭5%与对照0%相比,淋滤10天,p H值增幅最大,为12.5%;淋滤30天内,按生物炭0%、2%、3%、4%和5%,铵态氮和硝态氮浓度逐渐降低。淋滤大于40天,生物炭的添加延缓了土壤中硝态氮的淋失时间。生物炭4%~5%,对土壤氮肥淋失的抑制效果最佳,与对照0%相比,铵态氮、硝态氮和总氮累积淋失总量分别减少了16%、32%和32%左右。     

城市园林废弃物生物质炭对小白菜生长、 硝酸盐含量及氮素利用率的影响

【目的】我国温室种植蔬菜迅速发展,温室种植中肥料利用率低及蔬菜硝酸盐积累等问题日益突出。同时,我国城市化快速发展,城市园林废弃物日益增多,这些木质废弃物的处理也成为城市可持续发展的挑战。本文采用城市园林废弃物制成的生物质炭用于温室栽培生产,分析其对温室蔬菜产量和品质以及养分保持的影响,从而探索一种为绿色环保的现代城市农业服务的技术。【方法】本研究采用温室盆栽试验方法,以小白菜为研究对象,设置5个生物质炭添加水平。 C0 (0 g/kg, CK)、 C1(20 g/kg)、 C2(40 g/kg)、 C3(60 g/kg)和C4(80 g/kg)。研究生物质炭对小白菜产量、 植株硝酸盐含量、 土壤氮素含量与形态以及氮素保持效应的影响。【结果】与对照相比,添加不同比例的生物质炭均显著提高小白菜产量,其中,C3和C4处理下增产幅度达到75%,生物质炭添加量与产量呈显著正相关关系;生物质炭对小白菜植株地上部和地下部的影响并不一致,其中收获指数显著增加,提高幅度在2.5%～9.5%之间,有随着生物质炭用量增加而增加的趋势;对照处理小白菜地上部硝酸盐含量达504 mg/kg,各处理植株硝酸盐含量介于161～256 mg/kg之间,显著降低50%以上,特别是C1处理降低硝酸盐含量的幅度达到68%,而不同生物质炭添加量之间植株硝酸盐含量差异不显著;生物质炭的添加增加了土壤中总氮素的含量,氮素损失率由不施炭处理的5.6%降低到了3.3%以下,显著降低了42%,同时土壤氮素生产率较对照提高幅度大于35%;与C0相比较,生物质炭添加显著降低了土壤NO-3-N的积累,降低幅度在60%以上,生物质炭用量在4%左右时降低作用最大,达到80%,同时土壤NH+4-N在生物质炭添加下降低了77%,生物质炭对降低土壤中铵态氮和硝态氮的累积作用并不与其用量呈正相关,铵硝比随着生物质炭添加量而呈下降的趋势;同时从研究结果看,产量与土壤NH+4-N和NO-3-N含量呈负相关关系,与土壤全氮呈正相关关系,而蔬菜植株硝酸盐含量与土壤NH+4-N和NO-3-N含量具有相关性,但与土壤全氮含量相关性不显著。【结论】温室大棚栽培小白菜的土壤中, 加入不同量的生物质炭能显著提高小白菜产量,同时降低小白菜植株的硝酸盐含量,添加量在2%时效果最好;土壤硝态氮和铵态氮积累随生物质炭施入而降低;生物质炭显著降低氮素损失率而提高氮素生产率。本研究得出生物质炭通过降低损失、 吸持更多氮素而提高了氮素的持续供应,在增产的同时降低了蔬菜硝酸盐积累,提高了品质。因此,在温室大棚蔬菜生产的土壤中添加一定量生物质炭(本试验下添加2%～4%)可以达到高产和优质。     

竹叶及其生物质炭输入对板栗林土壤N2O通量的影响

【目的】氧化亚氮(N2O)是温室气体的主要组成部分,其增温效应极强,陆地生态系统是N2O的主要排放源之一。人工林生态系统是陆地生态系统的重要组成部分,但目前关于经营措施对人工林生态系统土壤N2O通量的影响研究较少。本文研究了竹叶及其生物质炭输入对板栗林土壤N2O排放通量的影响,为调控亚热带人工林土壤N2O排放通量提供理论基础与科学依据。【方法】定位试验于2012年7月~2013年7月在浙江省临安市三口镇典型板栗林区进行,设对照、输入竹叶、输入生物质炭3个处理,利用静态箱-气相色谱法测定板栗林土壤N2O通量的动态变化以及土壤温度、土壤含水量、水溶性有机碳(WSOC)、水溶性有机氮(WSON)、微生物量碳(MBC)、微生物量氮(MBN)、NH+4-N和NO-3-N含量。【结果】不同处理条件下,板栗林土壤N2O排放通量均呈显著的季节性变化特征,最高值出现在7月,最低值出现在1月。与对照相比,竹叶处理的土壤N2O年平均通量和年累积排放量分别增加了17.2%和12.8%,而生物质炭处理的土壤N2O年平均通量和年累积排放量分别降低了27.4%和20.5%。竹叶处理的土壤WSON、MBN、NH+4-N及NO-3-N含量增加12.4%、19.1%、8.3%和13%,而生物质炭处理的NH+4-N和NO-3-N含量分别降低了14.1%和18%。在对照、竹叶以及生物质炭处理条件下,板栗林土壤N2O排放通量与土壤温度(表层5 cm处)和WSOC含量均有显著相关性(P 0.05),与土壤MBC含量均无显著相关性。竹叶处理土壤N2O通量与NH+4-N、NO-3-N及WSON含量均有显著相关性(P0.05)。【结论】在不同处理条件下,板栗林土壤N2O排放通量均呈现明显的季节性变化特征,表现为夏季高、 冬季低。输入竹叶可显著增加板栗林土壤N2O排放通量,而输入生物质炭N2O排放通量显著降低;输入竹叶和生物质炭可能是通过影响土壤碳库与氮库特征而影响土壤N2O的排放通量。     

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。     

不同管理措施对黄土塬区农田土壤水分调控和硝态氮淋溶累积的影响

【目的】研究黄土区旱作农田不同施肥和覆盖处理对土壤水分与硝态氮淋溶的影响,以提高水肥利用效率,增加作物产量,为选取适宜于该区可持续生产的农田管理措施提供理论基础。【方法】选取渭北旱塬定位试验中不施肥对照、施氮磷化肥、氮磷化肥配施钾肥、氮磷化肥配施生物炭、氮磷化肥与休闲期地膜全覆盖、氮磷化肥与生育期地膜全覆盖和氮磷化肥与全年地膜全覆盖共7个处理。分析了不同处理连续耕作冬小麦15年后收获期剖面硝态氮累积和生长季内土壤剖面水分变化状况。【结果】与对照相比,施氮磷化肥处理显著增加了硝态氮在0—300 cm土层中的累积,累积量是对照的6.1倍。与施氮磷化肥相比,在氮磷化肥基础上生育期地膜全覆盖、配施生物炭、配施钾肥和全年地膜全覆盖处理显著减少了土壤硝态氮累积量,分别减少了78.7%、73.2%、66.0%和59.7%,氮磷化肥与休闲期地膜全覆盖土壤硝态氮含量较施氮磷化肥处理虽无显著差异,但硝态氮累积量也减少19.2%。与对照相比,施氮磷化肥处理对0—300 cm土层水分补给和消耗量无显著影响。与施氮磷化肥相比,氮磷化肥基础上配施钾肥和生物炭对土壤水分补给和消耗量也无显著影响,而施氮磷化肥基础上的休闲期地膜全覆盖、生育期地膜全覆盖和全年地膜全覆盖显著增加土壤水分补给量,其中只有氮磷化肥与休闲期地膜全覆盖处理显著增加了土壤水分消耗量。硝态氮在土壤中的累积受土壤水分运移影响,其在土壤中的累积量随着水分补给量的增加而增加。土壤水分运移能显著影响硝态氮在土壤剖面的分布,其结果是氮磷化肥与生育期地膜全覆盖和氮磷化肥配施生物炭处理硝态氮主要分布在0—20 cm土层,氮磷化肥配施钾肥和氮磷化肥与全年地膜全覆盖处理硝态氮主要分布在0—100 cm土层,而施氮磷化肥和氮磷化肥与休闲期地膜全覆盖处理硝态氮主要分布在0—200 cm土层,其中施氮磷化肥和氮磷化肥基础上配施钾肥、全年地膜全覆盖、休闲期地膜全覆盖4个处理出现硝态氮累积峰。【结论】不同农田管理措施通过对水分的调控减少硝态氮淋溶,进而提高氮素利用效率,其中在施氮磷化肥的基础上增加生育期地膜全覆盖能有效调控土壤水分运移和减少硝态氮淋溶累积,是旱塬区改善农田水肥状况,增加作物产量的适宜措施。     

连续施用生物炭对棕壤磷素形态及有效性的影响

【目的】土壤磷有效性差、磷肥利用率低是农业发展的主要限制因素之一。生物炭作为新型土壤改良剂，其独特的理化性质会影响磷素形态及有效性。本研究通过分析连续施用不同用量生物炭对棕壤不同形态磷素含量及变化规律，探讨各形态磷对棕壤磷素有效性的贡献，以期明确生物炭对棕壤磷素有效性的作用，为其合理农用提供理论依据。【方法】本试验研究对象为连续5年增施生物炭的玉米连作棕壤，共设5个处理:不施肥(CK)、单施化肥氮磷钾(NPK )、1.5 t/hm2生物炭 + 氮磷钾(C1NPK)、3 t/hm2生物炭 + 氮磷钾(C2NPK) 和6 t/hm2生物炭 + 氮磷钾(C3NPK)，采用蒋柏藩、顾益初土壤无机磷分级、Bowman-Cole土壤有机磷分级方法测定不同形态磷含量，研究不同用量生物炭配施化肥对棕壤磷素形态及有效性的影响。【结果】连续5年施用生物炭可显著提高棕壤全磷、有效磷含量及磷活化系数；明显提高了棕壤Ca₂-P、Ca₈-P、Al-P、Fe-P、LOP(活性有机磷)、MLOP(中活性有机磷) 含量，降低了MROP(中稳性有机磷) 含量；在磷组分中，MLOP、O-P分别占棕壤有机磷、无机磷比例最大，为64.32%、28.43%。施用生物炭显著提高了Ca₂-P、Ca₈-P占无机磷比例；Al-P与有效磷含量相关系数最大为0.945，LOP、Al-P、MROP对有效磷的直接通径系数较大，分别为0.318、0.285、–0.261；Al-P、HROP(高稳性有机磷) 对有效磷的决策系数分别为0.295和–0.130，是棕壤有效磷的主要决策因子和主要限制因子。【结论】施用生物炭可以促进棕壤磷素积累并提高其活性；施用生物炭条件下，Al-P、LOP是棕壤磷素的活跃组分，提高Al-P含量、限制HROP含量是生物炭提高棕壤磷素有效性的主要途径。     

生物炭及炭基肥改良棕壤理化性状及提高花生产量的作用

【目的】炭基复合肥是生物炭农用的另一种方式,生物炭作为土壤改良剂对土壤改良研究的报道较多,但大多为短期培养或模拟试验。目前更缺乏生物炭与传统土壤培肥方式的比较研究。本研究旨在通过4年的田间微区定位试验,开展生物炭及炭基复合肥对棕壤理化性质及花生产量的影响研究,以期为生物炭的培肥改土及合理农用提供理论依据。【方法】定位试验于2009年开始连续4年进行了花生微区田间试验(2 m~2)。试验设4个处理分别为秸秆还田+NPK(CS)、施用猪厩肥+NPK(PMC)、生物炭+NPK(BIO)和基于生物炭的炭基复合肥(BF)所有处理均为等氮磷钾养分,BIO处理与PMC处理为等碳量,BIO处理相当于CS处理所施用的玉米秸秆量制备得到的生物炭量,BF处理碳含量低于BIO碳含量每个处理重复3次,随机排列。分析试验前和2012年收获后土壤理化性质,比较各处理4年的花生产量。【结果】连续施用4年后,与试验前相比,BIO处理的土壤有机碳提高了27.6%全氮含量提高了75.6%,显著高于其他各处理,土壤pH提高了0.14个单位,显著高于CS处理,与PMC处理相近;土壤碱解氮、速效磷、速效钾和CEC值与CS或PMC处理相近;BIO处理的土壤毛管孔隙度和田间持水量显著高于其他处理容重和土壤总孔隙度与CS和PMC处理差异不显著;4年中花生产量均居首位,从3198.5 kg/hm~2提高到4818.0 kg/hm~2,但与PMC处理差异不显著。连续施用4年后,BF处理土壤pH较试验前提高了0.57个单位显著高于其他各处理,优势显著;土壤有机碳和全氮含量较试验前分别提高了4.4%和27.9%显著低于BIO处理对土壤物理性质的调节作用也不及BIO处理其他指标差异不显著但总体上与CS或PMC处理相近;BF处理的花生产量在试验的前3年与BIO处理差异不显著,第4年较BIO处理降低了317.1 kg/hm2,差异显著介于PMC和CS处理之间。【结论】各处理作物产量随施用年限增加而提高。生物炭和炭基复合肥对土壤的理化性质的改良作用与秸秆还田和施用猪厩肥相近,生物炭在提高土壤有机碳和全氮含量方面,炭基复合肥在改善土壤pH方面优势突出对作物具有持续增产作用。     

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。     

有机无机肥配施对玉米产量及土壤氮磷淋溶的影响

【目的】氮、磷是农作物生长所必需的营养元素,对提高农作物产量和改善产品品质均有重要作用,但由于肥料不合理施用,农田土壤中养分大量盈余,在降雨或灌溉条件下易随水流失,导致水环境质量下降。因此,研究有机无机肥料配施对土壤氮、磷淋溶风险的影响,可为地下水环境质量保护提供依据。【方法】采用田间渗滤池法,对华北地区玉米季氮磷淋溶状况连续5年进行监测,具体施肥处理如下:对照(不施用氮肥,PK)、单施化肥(NPK)、单施有机肥(与NPK处理等氮量,SW)、有机肥无机肥料配施(用猪粪中氮替代50%NPK处理中氮用量,SNP)。采集120 cm处淋溶水,测定氮、磷含量,研究在总氮投入量相同条件下,有机无机肥料配施对华北地区玉米产量及土壤剖面120 cm处氮磷淋溶的影响。【结果】1)有机无机肥料配施(SNP)处理,可以保证玉米较高产量,5年平均产量较单施化肥处理(NPK)提高10.3%。2)有机无机肥料配施可以显著减少总氮(TN)淋溶量,SNP处理较NPK处理减少71.4%;NPK处理淋溶水中NO-3-N浓度显著高于SNP处理,其平均浓度分别为54.93 mg/L、13.47 mg/L。3)在等氮量投入条件下,有机肥的投入带入了大量磷素,单施有机肥(SW)较NPK处理总磷(TP)淋溶量增加了0.6倍,分别为0.056 kg/hm2、0.035 kg/hm2;淋溶水中TP浓度分别为0.09 mg/L、0.066 mg/L。在氮磷养分淋溶损失中,NO-3-N占淋溶水TN的80%以上,可溶性总磷(TDP)占淋溶水TP的70%左右。4)在监测淋溶水中,NPK处理NO-3-N平均浓度已超过我国地下水Ⅲ类水质量标准(GB/T 14848-9),SW处理TP平均浓度0.09 mg/L,也高于水体富营养化TP浓度(0.02 mg/L)的临界值,可对水体造成污染。【结论】在氮磷养分淋溶损失中,NO-3-N占淋溶水TN的80%以上,TDP占淋溶水TP的70%左右。采用猪粪氮替代50%化肥氮素的有机无机肥料配施处理,5年玉米平均产量显著高于单施化肥处理,证明该施肥方法不仅可以确保产量,还可降低氮素淋溶,基本保证淋溶水中NO-3-N浓度低于地下水Ⅲ类水质量标准(GB/T 14848-9)。     

滴灌施肥对冬小麦农田土壤NO_3~--N分布、累积及氮素平衡的影响

【目的】黄淮海平原高产麦田水肥资源的大量投入带来了水肥利用率低、氮素损失量大等一系列问题,本文研究了滴灌施肥对黄淮海平原冬小麦大田氮素利用和损失的影响,以期为小麦高产高效施肥提供新的技术手段。【方法】以尿素、NH4H2PO4和KCl混合的水溶性肥料为材料,在山东桓台进行冬小麦主要生育期测墒补灌并随水施肥的田间试验,设置4个施氮量处理,即N0(不施肥)、N1(94.5 kg/hm2)、N2(189 kg/hm2)和N3(270 kg/hm2),分析了大田土壤NO-3-N空间分布、剖面累积及氮素的平衡。【结果】1)滴灌施肥24 h后,随施氮量的增加,在滴头周围水平方向上土壤NO-3-N从在湿润土体边缘聚集逐渐变化为在滴头下方聚集,当施氮量为189 kg/hm2时,滴灌施肥后滴头下方和湿润土体边缘的NO-3-N含量差异不显著,在滴头周围水平方向上均匀性最好;NO-3-N在滴头下方土壤内随水运移深度主要在60 cm以上,滴灌施肥后滴头下方垂直方向上NO-3-N没有在湿润体边缘聚集。2)冬小麦收获后,0—100 cm土壤剖面NO-3-N累积量随施氮量的增加而逐渐增加,且施氮量超过N 189kg/hm2后,土壤剖面NO-3-N累积量的增加幅度加大,0—40 cm土层的NO-3-N增加量显著高于其他土层,N0、N1、N2和N3处理0—40 cm土层NO-3-N累积量所占比例分别为66%、72%、72%和71%。3)随着施氮量的增加,冬小麦吸氮量和籽粒产量先增加后下降,而0—100 cm土层氮素残留量、表观损失量不断增加,滴灌施肥条件下氮素表观损失量较低,N1、N2和N3的表观损失率分别为20%、17%和16%。【结论】滴灌施肥措施下,合理的灌溉量可以调节滴灌施肥后硝态氮主要向下运移至作物根区范围,集中在作物根系最密集的0—40 cm范围内,肥液浓度对硝态氮运移深度影响不大。施入适宜量氮肥有利于提高滴头下方湿润体内水平方向上NO-3-N分布的均匀度,从而促进作物对氮素的吸收。施氮量为189 kg/hm2的N2处理获得了最高的籽粒产量和氮肥利用效率,播前和收获后根区土壤NO-3-N累积量基本达到平衡,是试验筛选出的最佳滴灌施氮模式。     

番茄穴盘苗组织NO_3~--N阈值的初步研究

【目的】NO-3-N阈值是氮营养状况的评价标准,是蔬菜苗期养分精准管理的重要依据,受品种、施肥、温度、光照等因素的影响。因此,研究不同品种、施肥和外界环境条件下番茄(Lycopersicon esculentum Mill.)幼苗的组织NO-3-N含量的变化程度,以明确番茄幼苗组织NO-3-N阈值,为快速准确诊断幼苗养分状况提供依据。【方法】首先采用穴盘育苗试验,以番茄17个主栽品种为试材,采用水杨酸-硫酸比色法测定了不同组织NO-3-N含量。在该试验基础上,选其中两个品种(‘佳红4号’和‘中杂105号’)继续进行穴盘育苗试验。设施N(26、210、840mg/L),P(4、31、248 mg/L),K(29、234、1875 mg/L),温度(32℃/22℃、28℃/18℃、20℃/10℃),光照(不遮荫、50%遮荫),灌水时间(灌水后2 h取样、灌水后10 h取样、灌水后24 h取样)6因素多水平试验,测定处理后番茄幼苗不同组织中的NO-3-N含量。【结果】番茄幼苗同一品种不同组织NO-3-N含量变化范围为0.79 4.42 g/L,同一组织不同品种间NO-3-N含量变化范围为2.84 4.42 g/L,均达到差异极显著水平;与正常对照相比,氮盈余供应可使组织NO-3-N含量提高1.86倍,而亏缺供应使组织NO-3-N含量降低了97.3%;磷、钾亏缺供应、低温、弱光条件下番茄幼苗组织NO-3-N含量呈降低趋势,最大降低幅度达49.6%,磷、钾盈余供应、高温、灌水时间则因组织NO-3-N含量表现出不同的变化趋势。【结论】番茄幼苗组织NO-3-N含量在多元因素的影响下波动变化。以番茄17个品种不同组织NO-3-N含量为基础值,以环境条件作用最大增幅和最大减幅进行校正,获得番茄幼苗组织NO-3-N含量阈值,即下胚轴1.75 2.72 g/L、茎2.07 4.04 g/L、第1叶位叶柄2.18 4.83 g/L、第1叶位叶片0.62 1.52 g/L、第2叶位叶柄2.31 5.10 g/L、第2叶位叶片0.73 1.50 g/L、第3叶位叶柄2.79 4.09g/L、第3叶位叶片0.40 1.53 g/L、第4叶位叶柄2.44 4.20 g/L、第4叶位叶片0.40 2.13 g/L。