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。     

生物炭提高花生干物质与养分利用的优势研究

【目的】 以秸秆为原料生产生物炭可用于改良土壤和提高养分利用率,其与秸秆直接还田以及传统的制作堆肥后还田相比是否具有优势需要用试验来验证,本研究可为生物炭的高效利用提供理论依据。 【方法】 以传统猪厩肥和秸秆直接还田为对照,连续进行了8年的花生田间微区 (2 m2) 试验。在氮磷钾总投入量相等的条件下,共设4个处理,分别为秸秆还田 (CS)、猪厩肥 (PMC)、生物炭 (BIO) 和基于生物炭的炭基花生专用肥 (BF),每个处理重复3次,随机区组排列。试验于2016年在花生苗期、开花下针期、结荚期和饱果成熟期进行采样,测定植株茎叶、根和荚果的干物质和氮磷钾养分积累量,并计算对应的分配情况,探讨其对花生产量的影响。 【结果】 生物炭处理的花生产量显著高于其它处理,达到7231.7 kg/hm2;生物炭复合肥和猪厩肥处理则相对较低,分别是生物炭处理的82.4%和83.8%,秸秆处理产量最低,为5623.9 kg/hm2。猪厩肥处理的出仁率显著高于其它处理。生育前期各处理的干物质和养分主要在茎叶中积累,从结荚期开始逐渐向荚果中转移。与对照处理相比,复合肥处理的干物质和氮磷钾养分整株积累量在各时期均较高,尤其在结荚期以前保持了良好的荚果干物质和养分分配系数;生物炭处理则至饱果成熟期时呈现出明显优势,干物质积累量达到6295.0 kg/hm2,分别高出专用肥、秸秆和猪厩肥处理43.1%、36.1%和50.8%,茎叶分配比例高达34.5%,氮、磷、钾积累量持续增长至236.4 kg/hm2、 21.7 kg/hm2、77.8 kg/hm2,显著高于其它处理,但此时期荚果的氮、钾分配系数仅有0.83和0.52,低于对照处理(CS、PMC处理) 0.02～0.03和0.15～0.21。 【结论】 在氮磷钾养分投入量相等、不考虑有机碳投入量的前提下,施用生物炭、炭基复合肥和猪厩肥效果均显著好于秸秆直接还田;生物炭可显著提高花生整株的干物质量和氮磷钾积累量,特别是提高生育后期的干物质和养分分配量,促进产量的提高,对花生高产增效有良好的促进作用;炭基复合肥在花生进入结荚期后,对花生干物质及养分积累分配的促进作用减弱,效果与施用猪厩肥相当。因此,在本试验条件下,生物炭直接施用具有维持其养分长期稳定释放,提高花生产量和肥料养分利用率的作用。      

施用生物炭和秸秆对石灰性褐土氮肥去向的影响

为明确秸秆直接还田和秸秆炭化为生物炭后施入土壤对氮肥转化(植株吸收、土壤残留及损失)的影响,采用大田微区试验,运用15N标记示踪技术,分析了石灰性褐土施用生物炭和秸秆后氮肥的去向,并阐明其影响机制。试验共设3个处理,单施化肥(NPK)、施化肥并施生物炭(NPK+B)以及施化肥并施秸秆(NPK+S)。结果表明:石灰性褐土上高粱植株当季的氮肥吸收率、土壤残留率和损失率分别是18.41%～24.94%、22.67%～35.47%和46.12%～52.40%;与NPK处理相比,NPK+B和NPK+S处理高粱植株的氮肥利用率分别降低2.20个百分点和6.53个百分点(P0.05),土壤残留率分别增加5.58个百分点(P0.05)和12.80个百分点(P0.05),氮肥损失率分别降低3.40个百分点和6.28个百分点(P0.05);施用秸秆显著提高了土壤活性有机碳含量、土壤微生物数量及代谢活性,增强了氮肥转化过程中土壤微生物对肥料氮的固定,从而减少氮肥损失。因此,与施用生物炭比较,秸秆直接还田是提高石灰性褐土氮肥有效性及秸秆资源合理利用的更有效途径。     

生物炭和秸秆对华北农田表层土壤矿质氮和pH值的影响

基于2014-2015年华北农田定位试验,设CK（单施氮磷钾肥）、C1（生物炭4.5t×hm^-2×a^-1+氮磷钾肥）、C2（生物炭9.0t×hm^-2×a^-1+氮磷钾肥）和SR（秸秆还田+氮磷钾肥）4个处理,对施用生物炭和秸秆还田对表层土壤矿质氮（NO₃^--N、NH₄⁺-N）含量以及土壤pH值的影响进行研究。结果表明,不同处理土壤矿质氮的动态变化趋势基本一致,施用生物炭和秸秆还田均可显著提高土壤NO₃^--N含量（P<0.05）,但对土壤NH₄⁺-N含量影响不大。与秸秆还田相比,高量施用生物炭有利于增加土壤NO₃^--N含量。各处理土壤中矿质氮主要以NO₃^--N为主,NH₄⁺-N含量均保持在一个较低水平。将冬小麦整个生育期内各处理土壤NO₃^--N、NH₄⁺-N含量与夏玉米的相比,前者显著高于后者。在整个冬小麦-玉米轮作周期内,高量施用生物炭显著提高了土壤pH值,且各处理土壤NO₃^--N与土壤pH值呈显著负相关（P<0.05）,土壤NH₄⁺-N含量与土壤pH值相关性不显著;而各处理土壤NO₃^--N、NH₄⁺-N含量与土壤含水量均呈显著正相关（P<0.05）。可见,添加生物炭对减少氮素的转化和流失具有较大潜力。     

生物炭基肥对酸化茶园土壤养分及茶叶产质量的影响

针对多年生茶园土壤酸化严重、养分失衡、茶叶产质量下降等问题,以七年生酸化茶园为研究对象,设置不施肥（CK）、常规化肥（F）、生物炭（B）、低量生物炭基肥（BF1）、中量生物炭基肥（BF2）和高量生物炭基肥（BF3）6个处理,通过大田试验探究生物炭基肥对酸化茶园土壤肥力性状、茶树养分吸收以及茶叶产质量的影响,揭示生物炭基肥对茶叶的增产提质机理。结果表明:与CK相比,BF1 ~ BF3处理显著提高酸化茶园土壤pH以及铵态氮、硝态氮、速效磷、速效钾、交换性钙和交换性镁含量,且随炭基肥施用量的增加而增大,改土效果明显优于B和F处理;BF1 ~ BF3处理的茶叶养分积累量、SPAD值、产质量以及水浸出物、咖啡碱、氨基酸含量均显著高于CK处理,茶叶酚氨比显著低于CK处理,但与B和F处理的差异不显著;灰色关联分析表明茶叶产质量与土壤pH、铵态氮、速效钾、交换性镁和速效磷以及茶叶SPAD值、氮和镁积累量等因子关联密切,是影响茶叶产质量的主要因子。表明施用生物炭基肥可显著减缓酸化茶园土壤酸性,提高土壤养分有效性,促进茶树对氮、钾和镁的吸收,增强茶树光合作用从而显著提高茶叶的产质量,且以施用2590 kg hm?2生物炭基肥处理的效果较优。     

生物炭的10年土壤培肥效应

大量短期的室内试验和田间试验研究表明,施用生物炭可以增加土壤碳固定,提升土壤肥力和作物产量,然而关于生物炭的长期土壤肥力效应尚不明确。为此,依托持续10年的生物炭的田间定位试验[4个处理:对照(CK)、生物炭4. 5 t·hm-2·年-1(B4. 5)、生物炭9 t·hm-2·年-1(B9. 0)、秸秆还田(SR)],研究了长期施用生物炭对土壤肥力状况的影响。结果显示,与对照相比,长期施用生物炭和秸秆还田对土壤p H值没有显著影响,但容重降低了2. 2%～8. 2%,施用生物炭的土壤电导率降低了1. 5%～7. 8%,而秸秆还田处理土壤电导率提高了4. 7%～13. 4%。施炭和秸秆还田使土壤有机质(SOM)含量增加57. 7%～123. 1%,总氮含量提高11. 3%～21. 9%,总磷没有显著性变化。不同处理土壤NH+4-N含量的差异不显著,而施用生物炭和秸秆还田土壤NO-3-N含量增加3. 8%～67. 1%,且高炭处理的效果显著。土壤有效磷含量显著降低了23. 1%～42. 0%,速效钾含量上升了2. 0%～23. 1%。总体而言,长期施用生物炭提升了土壤肥力,尤其是对土壤有机质的提升有显著的效果。     

炭基肥对老茶园土壤有机碳矿化温度敏感性的影响

采取室内恒温培养法,以施用炭基肥（BF）、不施炭基肥（CK）的40a茶园土壤为研究对象,设定15℃、25℃和35℃共3种不同温度场景,连续监测土壤有机碳（soil organic carbon,SOC）矿化特征并分析有机碳矿化温度敏感性,为评估老茶园固碳减排及障碍消减提供参考。结果表明：（1）炭基肥提升了温变场景下茶园土壤pH值和SOC含量。15℃、25℃和35℃培养温度下,BF处理的土壤pH值较CK处理分别增加0.45、0.07和0.28个单位;BF处理的SOC含量较CK处理分别提高22.19%、16.65%和25.50%。（2）炭基肥增加了温变场景下茶园SOC累计矿化量、潜在矿化势（CS）及土壤呼吸强度,对SOC矿化呈现正激发效应。15℃、25℃和35℃培养温度下,BF处理的SOC累计矿化量较CK处理分别提高15.61%、46.51%和36.89%。BF处理的CS值随温度升高呈现先增加后减少的变化趋势,25℃培养温度下BF处理的CS值较15℃和35℃培养温度下分别提高147.11%和29.21%。（3）炭基肥降低温度升高处理下茶园SOC矿化温度敏感性。25～35℃温度范围内,BF处...     

秸秆直接还田及炭化还田对土壤酸度和交换性能的影响

【目的】 本研究旨在通过连续4年田间微区定位试验,比较等氮磷钾养分条件下秸秆炭化还田与等量秸秆直接还田对土壤酸度及交换性能的影响,以期为土壤酸化改良及秸秆、生物炭资源合理利用提供理论依据。 【方法】 试验以沈阳农业大学植物营养与肥料研究所玉米渗滤池微区定位试验为基础,共设6个处理,分别为不施肥 (CK)、氮磷钾配施 (NPK)、单施生物炭 (C)、生物炭+NPK(CNPK)、单施秸秆 (S)、秸秆+NPK(SNPK)。其中NPK、CNPK和SNPK处理养分投入总量相等,均为N 225 kg/hm2、P₂O₅ 112.5 kg/hm2和K₂O 112.5 kg/hm2,S处理秸秆施用量为4500 kg/hm2,单施生物炭处理生物炭施用量为1500 kg/hm2。应用化学分析法对土壤活性酸、交换性酸、阳离子交换量及交换性盐基离子进行分析和测定。 【结果】 经过连续4年的不同施肥处理,施用生物炭及秸秆均显著提高了土壤pH,降低了土壤交换性酸总量和交换性铝含量,但各处理间交换性H+含量差异不显著。相较于试验前土壤 (pH 6.05),单施生物炭和单施秸秆处理分别使土壤pH提高了0.55和0.45个单位。在等氮磷钾养分条件下,CNPK和SNPK处理较试验前分别使土壤pH提高了0.31和0.13个单位,且CNPK处理显著高于SNPK,但二者之间对土壤交换性酸含量的影响无显著差异。同时各处理交换性盐基离子总量均显著高于CK,单独施用生物炭对提高土壤盐基总量、交换性Ca2+和交换性Mg2+的效果显著优于单独施用秸秆。在等秸秆量与等氮磷钾养分条件下,秸秆炭化还田及秸秆直接还田较不施肥对照分别使交换性盐基总量提高了17.6%和15.1%,且秸秆炭化还田对提高土壤有效阳离子交换量的效果显著优于秸秆直接还田。与CK处理相比,C、CNPK、S和SNPK处理分别使土壤阳离子交换量提高了1.68、2.52、1.53、2.30 cmol/kg,其中以CNPK处理效果最佳。 【结论】 在等秸秆量和等氮磷钾养分条件下,施用生物炭和秸秆能有效降低土壤酸度和交换性酸中交换性铝含量,提高土壤盐基离子含量及交换性能,且秸秆炭化还田的效果更为明显。      

短时暴雨条件下秸秆和生物炭还田对水稻磷素表观利用率的影响

[目的]探究短时暴雨对水稻磷素流失的影响，阐明秸秆和生物炭还田下水稻磷素的利用效果，为稻田土壤磷素管理提供科学依据。[方法]采用盆栽试验和人工模拟降雨的方式，设置暴雨强度为4 mm/h(20 h)和80 mm/h(1 h),选取秸秆(NPK+S)和生物炭(NPK+B)两种还田物料，分析了不同处理对水稻磷素含量、积累量和表观利用率的影响。[结果]短时暴雨条件下，添加秸秆和生物炭能提高水稻磷素含量、积累量和表观利用率。与NPK处理相比，NPK+B处理根TP含量增加了41.84%,秸秆TP含量增加了38.43%,NPK+S和NPK+B处理水稻磷素积累量增加了21.95%,60.14%,NPK+S和NPK+B处理水稻表观利用率增加了21.96%,60.10%,均达到显著水平。长时暴雨条件下，与NPK处理相比，NPK+S和NPK+B处理根TP含量增加了28.67%,33.59%,NPK+B处理秸秆TP含量增加了48.52%,NPK+S和NPK+B处理籽粒TP含量增加了17.15%,39.28%,NPK+S和NPK+B处理水稻体内磷素积累量增加了35.70%,74.71%,NPK+S和NPK+B处...     

生物质炭和秸秆施用对黄褐土生化性质及小麦产量的影响

以位于河南省方城县的黄褐土田间定位试验为平台,监测生物质炭和秸秆连续施用4 a后小麦拔节期和成熟期土壤性质变化及其与成熟期籽粒产量的关系,明确影响小麦产量的主要土壤生化因子。试验包含6个处理,即分别在不施用生物质炭(–B)和施用生物质炭(+B)条件下各设置3个处理:(1)对照(CK),(2)单施化肥(NPK),(3)秸秆还田配施化肥(NPK+S)。结果表明:生物质炭和秸秆施用对土壤生化性质和籽粒产量的影响基本上不存在交互作用。连续4a施用生物质炭后,小麦产量平均降低了17.4%。尽管NPK+S与NPK处理间平均产量没有显著差异,但它们比CK处理产量分别增加了33.8%和37.4%。采用偏最小二乘法路径模型(PLS–PM)分别分析了拔节期和成熟期的土壤速效养分、活性有机质和酶活性对产量的影响,发现小麦拔节期的土壤速效养分含量,特别是氮素的供应是直接影响产量的最为重要因子;而成熟期土壤生化性质对作物产量的影响比较小。因此,为防止黄褐土上施用生物质炭和秸秆后小麦产量降低,需要特别注意小麦拔节期土壤氮素的补充。     

Benefits of Biochars and NPK Fertilizers for Soil Quality and Growth of Cowpea (Vigna unguiculata L. Walp.) in an Acid Arenosol

Fertilization is required for optimum plant growth, particularly in unfertile soils, while optimizing nutrient use efficiency is an alternative to reduce inorganic fertilizer needs and reduce environmental problems caused by nutrient leaching. This study investigated soil properties and cowpea yield responses to biochars (BCs) made from different feedstocks, baby corn peel biochar (BC1), branches of mango tree biochar (BC2), and rice husk biochar (BC3), applied in combination with nitrogen-phosphorus-potassium (NPK) fertilizers. The experiment was conducted in a greenhouse, using an acid sandy soil (Arenosol) that was submitted for 70 d to the following eight treatments:i) control; ii) full dose of NPK (a commercial compound fertilizer (12-24-12 of N-P₂O₅-K₂O) + urea (46% N)); iii) BC1 + half dose of NPK; iv) BC1 + full dose of NPK; v) BC2 + half dose of NPK; vi) BC2 + full dose of NPK; vii) BC3 + half dose of NPK; and viii) BC3 + full dose of NPK. All biochars were applied at a rate of 0.9% (weight/weight), and each type of biochar was combined with half and full doses of NPK fertilizers. Soil pH increased significantly (P < 0.05) in treatments with BC1 and BC2, while cation exchange capacity (CEC) and available P were higher in the treatments with BC1; BC1 and BC2 also induced higher activity of enzymes related to the P cycle and higher cowpea yield. Similar soil properties and cowpea yield parameters were obtained with the full and half doses of NPK fertilizers for each type of biochar used. In conclusion, biochars in the combination with NPK fertilizers improved soil chemistry and enzymatic activities, allowing reduced fertilizer application and food production costs in the acid soil studied.     

生物炭及炭基硝酸铵肥料对土壤化学性质及作物产量的影响

为了促进生物炭研究和农用,采用盆栽试验研究了两种生物炭基氮肥及相应生物炭对土壤部分化学性质、养分状况及作物产量的影响。试验结果表明：施用生物炭基氮肥可显著提高土壤有机碳含量,提高土壤pH值、阳离子交换量、土壤速效磷、速效钾和矿质态氮含量,增强土壤保肥能力,促进作物增产。生物炭对土壤化学性质和养分状况虽有一定改善作用,但作物增产效应不明显甚至减产。因此,将生物炭与肥料复合制成生物炭基肥料不但可以保持生物炭改良土壤的功能,还可促进作物生长和增产,有利于生物炭农用效益的提升。     

生物炭对紫色土农田土壤NO排放的影响

为探明生物炭对紫色土农田土壤NO排放的影响,利用静态箱-化学发光氮氧化物分析法对夏玉米-冬小麦轮作土壤施用生物炭后的NO排放进行了为期一年(2013年6月至2014年5月)的原位观测,比较了生物炭与化肥混施处理(BCNPK)和常规施肥处理(NPK)的紫色土NO排放特征,无肥(CK)作为计算排放系数的对照。结果表明,玉米生长季,NPK处理下的土壤NO排放速率、累积排放通量及排放系数与BCNPK处理下相应参数之间均呈极显著差异(P0.01)。施用生物炭后,NO排放速率、累积通量及排放系数分别降低了73.1%、77.4%和85.5%,但在小麦季两种处理之间的差异均不显著(P0.05)。此外,在玉米季和小麦季,BCNPK处理单位产量的综合温室效应(yield-scale GWP)分别比NPK处理降低了79.4%和26.4%。因此,在同等氮肥施用量的条件下配施生物炭既能保证紫色土农田土壤作物不减产又能降低NO的排放。     

有机无机复混肥对花生生长和品质的影响

试验以不施肥(CK)为对照处理,在同等施肥量下设置化肥处理(NPK)、有机无机复混肥处理(T1和T2),研究其对土壤养分含量、花生农艺性状和花生产量、品质指标的影响。结果表明:与CK相比,化肥处理(NPK)和有机无机复混肥处理均促进了花生生长,增加了土壤速效养分含量,且NPK、T1和T2分别增产9.5%、17.3%和19.7%;与单施化肥处理相比,有机无机复混肥处理改良了土壤pH,提高了土壤速效钾含量,明显改善花生农艺性状,T1和T2处理分别增产7.1%和9.3%,分别提高肥料偏生产力21.0%和23.5%、肥料贡献率6.0%和7.8%。因此,在等量施肥下,有机无机复混肥对土壤速效养分含量的增加、花生农艺性状的改善以及产量的提升具有更好的促进作用,肥料的偏生产力和肥料贡献率更高,是未来花生可持续生产的重要施肥措施。     

生物质炭基肥缓释性能及对土壤改良的研究进展

生物质炭基肥是以生物质炭为基质,与有机、无机肥料配制而成的新型生态环保缓释肥料,也作为土壤改良剂应用于农业生产中,近年来受到农业与环保领域的广泛关注和研究应用。本文讨论了生物质炭基肥缓释性能机制及影响因素,生物质炭基肥的缓释性能在很大程度上取决于磷、氮、钾元素与生物质炭的结合方式。主要结合方式包括静电吸附、络合、矿化等。生物质炭基肥的缓释性能受到生物质炭原料种类、炭基肥制备方法和炭肥配合比的影响。生物质炭基肥通过改善土壤理化性质、调节土壤微生物活性,提高植物对养分的利用效率以及减少土壤中养分流失。综合已有研究与应用结果,需要进一步开展生物质炭基肥在土壤中的长期应用效果、老化过程研究,注重在老化过程中对土壤微生物结构的风险评估;建立生物质炭基肥的标准化应用体系,研究和完善生物质炭基肥对土壤持续的、累加性的改良标准。