减氮施加生物炭对盐碱胁迫下甜菜根际土壤酶活性、根活力及产量的影响

通过模拟盐碱土壤环境,在减施氮肥配合施加生物炭条件下,研究甜菜根际土壤酶活性、根际土壤氮素含量、根系活力、块根产量和含糖率的变化,明确减氮条件下施加生物炭对甜菜产量的影响,为今后盐碱土壤环境下种植甜菜、减少氮肥施用量提供依据。试验共设置6个处理,分别为盐碱胁迫全氮处理(CK)、盐碱胁迫施加占风干土壤质量3%生物炭(BC)全氮处理(BC+N180)和减氮10%(BC+N162)、20%(BC+N144)、30%(BC+N126)、40%(BC+N108)处理。结果表明:盐碱胁迫施加生物炭减氮条件下甜菜根际土壤酶的活性和根系活力相较CK明显提高,其中土壤脲酶活性增加14.9%～33.0%;磷酸酶活性增加18.6%～54.7%;蔗糖转化酶活性增加16.5%～22.7%;过氧化氢酶活性增加9.9%～12.2%;根系活力提高12.3%～24.1%。各处理中除减氮40%外,其他处理的甜菜块根产量、含糖率和产糖量均显著高于CK,减氮10%和20%处理产糖量与全氮处理无明显差异。在本试验的条件下,施加占风干土壤质量3%的生物炭,可提高土壤酶活性、甜菜的产糖量,节约氮肥10%～20%的施用量。     

甜菜谷氨酸合成酶活性与块根产量、含糖率的相关性分析

采用双丰16(偏丰产型)和甜单1号(偏高糖型)两个甜菜(Beta vulgaris L.)品种作为试材,在5个氮素水平(0、60、120、180和240 kg.hm-2)下,研究甜菜功能叶片与块根中谷氨酸合成酶(glutamate syn-thase,GOGAT)在生育进程中的活性变化动态及其与块根产量、含糖率和产糖量的关系。结果表明:在不同氮素水平下,两个品种功能叶片和块根的GOGAT活性均呈双峰曲线变化,两峰值分别出现在6月下旬和8月下旬,其中,功能叶GOGAT前一峰值高于后一峰值;块根GOGAT则与之相反。在不同氮素水平下,功能叶片GOGAT活性表现为N180>N120>N240>N60>N0,块根GOGAT表现为N120>N180>N240>N60>N0。GOGAT的活性与块根产量及含糖率关系紧密,块根产量随GOGAT活性的增加而提高,但是GOGAT活性过高反而降低了块根含糖率,进而导致甜菜产糖量的降低。     

减氮条件下生物质炭施用对珠三角地区生菜产量、品质及土壤性质的影响

生物质炭(biochar,BC)施用具有改良土壤、提高作物产量等效应。本文探究了生菜产量、品质和土壤性质等对化肥氮(N)减施和生物质炭施用1年后的响应，以期为珠三角地区露地蔬菜生产中化肥合理减量和生物质炭科学施用提供依据。通过在佛山市三水区开展田间小区试验，观测了常规施氮(N100%)、减氮20%(N80%)、减氮40%(N60%)、减氮40%+生物质炭10 t/hm²(N60%+BC10)和减氮40%+生物质炭20 t/hm²(N60%+BC20)处理下生菜产量、品质、叶片SPAD值及土壤养分等指标的变化。结果表明：(1)较N100%处理，N60%处理生菜产量显著降低13.5%。减氮40%条件下，配施10～20 t/hm²生物质炭可提高生菜产量9.5%～22.7%，与N100%处理产量相当，说明生物质炭施用对生菜产量具有显著提升效果。(2)氮肥减量和生物质炭施用对生菜单株鲜重、直径和水分含量等均无显著影响，而对叶片SPAD值在不同生育期有不同影响。减氮条件下施用生物质炭处理生菜的氮和磷吸收量提高，是其增产机理之一。(3...     

盐碱胁迫对甜菜氮代谢相关酶活性及产量和含糖率的影响

利用KWS0143和ACERO为试验材料,比较盐碱(碳酸钠)胁迫对2个甜菜品种氮代谢关键酶活性及产量和含糖率的影响,旨在进一步明确甜菜对盐碱胁迫的适应性。通过桶栽试验,设5个处理,分别是碳酸钠占土壤质量百分比0、0.5%、1%、1.5%和2%,对应的土壤溶液p H值分别为7.14、8.92、9.45、10.19、10.56。研究盐碱胁迫对甜菜叶片硝酸还原酶(NR)、谷氨酰胺合成酶(GS)、谷氨酸合酶(GOGAT)活性及产量和含糖率的影响。结果表明,盐碱胁迫使甜菜叶片的硝酸还原酶(NR)、谷氨酰胺合成酶(GS)及谷氨酸合酶(GOGAT)活性均下降,且随着盐碱胁迫程度的增大,下降幅度增大。两品种比较,ACERO的酶活性高于KWS0143,且ACREO的块根产量和含糖率下降的幅度低于KWS0143,ACREO比KWS0143具有较强的耐盐碱能力。该研究为进一步提高盐碱胁迫下甜菜对氮素的吸收利用效率理论依据。     

生物炭及生物硝化抑制剂添加对黄土区设施菜地土壤温室气体排放的影响

通过室内培养试验研究生物炭及生物硝化抑制剂添加对黄土区设施菜地土壤N2O和CO₂排放的影响,并与化学合成硝化抑制剂作对比。试验设置6个处理:不施肥(CK)、施氮(N)、施氮+生物炭(N+BC)、施     

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。     

化肥氮素减施条件下生物炭施用对冬瓜产量和品质及土壤氮素淋失的影响

【目的】明确冬瓜产量、品质及土壤氮素淋失对化肥氮素减施与生物炭施用的响应，为珠三角地区蔬菜生产科学施用氮肥和生物炭提供理论依据。【方法】在佛山市三水区开展2年田间小区试验，试验设对照(Control)、常规施肥(100%N)、减氮30%(70%N)、减氮30%+生物炭10 t hm^-2(70%N+BC10)和减氮30%+生物炭20t hm^-2(70%N+BC20)5个处理，测定各处理冬瓜产量与品质、土壤氮素淋失与养分指标等的变化。【结果】相较100%N处理，70%N处理2019年冬瓜产量降低27.4%；而70%N+BC10和70%N+BC20处理冬瓜产量较70%N处理2019年分别提高18.2%和32.6%,2020年分别提高13.8%和46.3%，其产量水平与100%N处理相当，说明施用生物炭对冬瓜有显著增产效果，且单位面积冬瓜数量、单瓜重及瓜长均有所提高。与70%N处理相比，生物炭与等氮量配施各处理冬瓜亚硝酸盐含量降低、维生素C含量提高，可溶性固形物、出汁率、总酸度等指标变化不显著，且以施用10t hm^-2生物炭处理...     

15N示踪法研究生物炭施用对水稻—土壤系统氮肥去向的影响

为探究施用水稻秸秆生物炭对水稻产量、氮肥利用率、氮肥残留及损失的影响,采用盆栽试验结合¹⁵N示踪技术,分析了施用水稻秸秆生物炭对水稻生物量、氮素积累量、肥料氮去向以及氨氧化微生物的影响。研究共设置5个处理:不施氮肥(N0)、单施化肥(CF)、施化肥配施0.5%生物炭(BC1)、施化肥配施1%生物炭(BC2)和施化肥配施2%生物炭(BC3)。结果表明:与CF处理相比,BC2和BC3处理均显著提高水稻产量,增产率分别为19.3%和22.0%。施用生物炭显著增加水稻氮素积累量和表观利用率。施用生物炭的水稻籽粒肥料氮积累和总肥料氮积累量较CF处理分别提高18.6%~23.4%和18.5%~26.5%。然而,施用生物炭处理与CF处理之间的籽粒土壤氮吸收量没有显著差异。BC1、BC2和BC3处理的氮肥利用率分别为30.4%,28.5%和29.3%,均显著高于CF处理(24.1%)。施用生物炭有利于肥料氮在土壤中的 残留,从而减少损失。因此,施用生物炭的肥料氮损失率(25.7%~27.5%)显著低于单施化肥处理(38.4%)。与CF处理相比,高量施用生物炭(BC3)显著降低氨氧化细菌的amoA基因拷贝数,但施用生物炭对氨氧化古菌丰度没有显著影响。综上表明,施用水稻秸秆生物炭是提高水稻产量和氮肥利用率,同时还是有效减少氮素损失的一种有效措施。     

生物质炭与氮肥配施对土壤氮素变化和烤烟氮素利用的影响

为探明生物炭与氮肥配施对土壤中氮素循环和烤烟氮素利用的影响,采用盆栽试验,设置四个处理：5 g/盆纯氮（CK）,5 g/盆纯氮+100 g/盆生物炭（T1）,3.5 g/盆纯氮+100 g/盆生物炭（T2）,2 g/盆纯氮+100 g/盆生物炭（T3）,利用15N标记的氮肥,测定生物炭与氮肥配施条件下烤烟生长不同时期土壤中15N的残留量、不同形态氮素的含量、土壤微生物量氮和移栽后90 d烟叶对不同氮源氮素的累积量。试验结果表明：相同施氮量时,生物炭的施用可以提高土壤中15N残留量、土壤无机氮、碱解氮、微生物量氮的含量和叶片对氮素的累积量。生物炭与氮肥配施时提高了肥料氮在烟叶中的占比,使15N利用率也提高了25.4%-63.3%。与对照相比,T2处理植烟土壤中铵态氮、硝态氮、碱解氮在移栽后75 d比对照分别提高了17.3%、8.0%、7.2%,碱解氮和微生物量氮的含量在移栽后90 d时也高于对照。在本试验条件下,生物炭与氮肥配施对土壤氮素的影响是显著的,施用生物炭时减少30%氮肥用量是可行的。     

秸秆还田方式及施氮量对滴灌棉田土壤有机碳氮的影响

通过连续7年田间定位试验,采用2因素试验设计,设置秸秆不还田(CK)、秸秆直接还田(ST)和秸秆炭化还田(BC)3种秸秆还田方式和0(N0),300(N300),450(N450) kg/hm²3个施氮(N)量,研究秸秆直接还田和炭化还田配施氮肥对土壤碳氮含量和棉花产量的影响。结果表明:ST和BC处理土壤有机碳含量呈现逐年递增趋势,且BC处理增幅大于ST处理。第7年,在各施氮水平下,ST处理较CK处理土壤有机碳提高33.28%~36.43%,BC处理较CK处理土壤有机碳提高58.56%~63.25%。多年秸秆还田(ST和BC)可以提高土壤全氮含量,N0水平下,ST处理全氮含量最高;N300水平下,BC处理7年后土壤全氮含量较ST处理显著提高;N450水平下,5年后BC处理土壤全氮含量高于ST处理。在N0水平,ST和BC处理提高了土壤碳/氮,N300和N450水平,BC处理提高了土壤碳/氮。秸秆炭化还田配施氮肥显著提高了棉花产量,N300和N450条件下,BC处理较CK增产17.43%~17.89%。因此,多年秸秆炭化还田配施氮肥可增加土壤有机碳含量,氮库容量和土壤碳/氮,提高棉花产量。     

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。     

不同温度制备的棉花秸秆生物碳对棉花生长及氮肥利用率(~(15)N)的影响

【目的】生物碳可提高土壤肥力,增强土壤对养分的保持能力,减少养分损失,提高肥料利用率。研究不同温度热解制备的生物碳对棉花生长和肥料利用率的差异,可以为提高生物碳的有效利用提供依据。【方法】供试生物碳由棉花秸秆分别在450℃、600℃和750℃高温限氧条件下热解制备而成。本试验为两因素(生物碳、氮)温室盆栽试验,生物碳处理包括3种不同热解温度生物碳处理(分别以450BC、600BC、750BC表示)和1个空白对照(CK);每个生物碳土壤设置3个施氮水平0、2.1和4.2 g/pot(分别以N0、N1、N2表示),用15N同位素示踪方法分析不同施氮水平下3种热解温度生物碳对棉花生长、15N回收和淋洗损失的影响。【结果】1)施用3种生物碳处理棉花干物质重总体表现为750BC600BC、450BCCK,450BC、600BC和750BC处理分别较对照平均增加了9.2%、12.6%和17.3%;并且棉花总干物质重随施氮量的增加而增加,但生物碳作用随之降低;2)3种生物碳处理棉花氮素吸收总量总体也表现为750BC600BC、450BCCK。不施氮肥条件下(N0),600BC和750BC处理棉花氮素吸收总量显著高于CK,但450BC处理与与CK无显著差异;施氮肥条件下(N1、N2),3种生物碳处理均显著高于CK,450BC、600BC和750BC处理棉花氮素吸收总量平均较CK分别增加29.5%、37.1%和48.8%;3)15N标记试验结果表明,450BC、600BC和750BC处理植株15N回收率显著高于对照,分别较CK平均提高27.46%、36.44%和42.87%。而N1和N2水平下3种生物碳处理之间植株15N回收率均没有显著差异;4)450BC、600BC和750BC处理土壤15N残留率分别较对照平均增加101.4%、147.3%和200.7%。土壤15N残留率在N1水平下随着生物碳热解温度的升高而增加,而在N2水平下750BC处理显著高于450BC和600BC处理,但是后二者之间没有显著差异。土壤15N残留率随着施氮量的增加而降低;5)施用生物碳可以显著降低土壤15N的淋洗,并且不同施氮水平下(N1、N2)淋洗率都随着生物碳热解温度的升高而降低。【结论】施用生物碳可促进棉花生长,增加棉花氮素吸收,提高氮肥利用率,降低氮素损失,并且生物碳的热解温度越高效果越明显;但是随着氮肥施用量的增加生物碳作用减弱。     

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。     

干湿交替灌溉与氮肥形态耦合对水稻光合特性及氮素利用的影响

  【目的】  探讨干湿交替灌溉与氮肥形态对水稻光合特性及氮肥利用的影响。  【方法】  以徐稻3号为材料，在防雨棚内按处理数量构建9 m × 1.5 m × 0.4 m水泥池，用于2因素3水平完全区组试验。因素1为灌溉方式:浅水层灌溉 (0 kPa，CK)、轻度干湿交替灌溉 (?20 kPa)、重度干湿交替灌溉 (?40 kPa)。因素2为氮素形态:100%NH₄+-N (NH)、50%NH₄+-N+50%NO₃–-N (1/2NH+1/2NN)、100%NO₃–-N (NN)。在水稻分蘖盛期、幼穗分化始期、抽穗期和成熟期取植株样品，测定水稻根系氮代谢酶活性、叶片光合荧光特性及植株各部位氮素含量。  【结果】  在相同氮肥形态下，轻度干湿交替灌溉根系硝酸还原酶 (NR)、谷氨酰胺合成酶 (GS)、谷氨酸合成酶 (GOGAT)、谷氨酸脱氢酶 (GDH) 活性与浅水对照相比分别增加6.4%～80.4%、8.1%～85.9%、5.1%～61.8%与13.4%～94.0%；叶片光合速率及最大光化学效率得到提升；水稻产量、光合氮素利用率及氮肥农学效率明显提高，重度干湿交替灌溉则抑制根系NR、GS、GOGAT及GDH活性，降低叶片光合速率及最大光化学效率，最终导致水稻产量、光合氮素利用率及氮肥农学效率显著降低 (P < 0.05)。在浅水对照下，NH处理可改善根系氮代谢酶活性，提高叶片光合速率及最大光化学效率，有利于水稻产量、光合氮素利用率及氮肥农学效率的提升。干湿交替灌溉下，铵硝混合处理提高了根系氮代谢酶活性，增加了叶片光合速率及最大光化学效率，提高了水稻产量、光合氮素利用率及氮肥农学效率。相关分析表明，根系GS、GOGAT及GDH活性及叶片光合速率、最大光化学效率与氮素农学效率呈显著 (P < 0.05) 或极显著 (P < 0.01) 的正相关关系，而非光化学猝灭系数则与氮肥吸收利用率呈显著的负相关关系 (P < 0.05)。  【结论】  水稻生长期一直保持浅水层时，供应100%铵态氮可以充分发挥水肥的耦合效应，促进根系氮代谢酶活性，提高叶片的光合速率及最大光化学效率，有利于水稻的高产及氮高效利用。轻度干湿交替灌溉则以施用50%铵态氮和50%硝态氮混合氮肥最佳。     

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。     

施用生物炭对黑土各组分有机质结构的影响

  【目的】  生物炭还田已经成为培肥土壤的重要农艺措施之一,研究生物炭还田对黑土各粒径水稳性团聚体中有机碳的分配,以及对不同密度组分有机质化学结构的影响,以深化认识施用生物炭增加农田土壤固碳潜力的机理。  【方法】  选取中国科学院海伦农业生态实验站内长期定位试验中施用化肥(?BC)和化肥配施生物炭(+BC) 的两个处理,采集土壤样品以常规方法分析了有机质总量,并将土壤样品分离为>2 mm、2～0.25 mm、0.25～0.053 mm和 <0.053 mm 4个粒级水稳性团聚体,测定其中的有机碳含量。将土壤样品中的有机质分为游离态轻组(free light fraction, LF)、闭蓄态轻组(occluded light fraction, OF)和矿物结合态组(mineral-associated fraction, MF) 3个密度组分,利用元素分析仪和傅里叶红外光谱技术分析了有机碳含量和化学结构。  【结果】  与?BC处理相比,+BC处理的土壤有机质含量增加19.72%,密度组分中LF和OF有机质含量分别增加了73.50%和192.66%,团聚体>2 mm和2～0.25 mm两个粒级的有机质含量分别显著增加了12.54%和21.35%。土壤中除芳香族C=C和羰基C=O相对丰度分别减少了18.18%和21.95%以外,其他官能团均增加,?CH/C=C和?CH/C=O值分别增加66.67%和62.11%;在>2 mm团聚体中,脂肪族?CH的相对丰度增加了55.11%,芳香族C=C减少17.06%,致使>2 mm团聚体中的?CH/C=C和?CH/C=O值增加;在<0.25 mm粒级中,芳香族C=C相对丰度增加27.63%～49.83%,脂肪族?CH减少了16.58%～20.80%,致使?CH/C=C和?CH/C=O值下降。在>2 mm的团聚体中—CH/C=C和CH/C=O值的增幅最大。此外,与?BC相比,+BC处理各密度组分中脂肪族?CH和芳香族C=C相对丰度均增加,其中OF组分中增幅分别达125.74%和29.06%,?CH/C=C值增加了74.19%。  【结论】  施用生物炭增加了黑土有机质含量,促使土壤特别是大团聚体中的有机质结构趋于脂肪化,促进了微团聚体中有机质的稳定性。闭蓄态轻组中脂肪族?CH的相对丰度增幅最大,有利于促进有机质活性的增强,加快土壤有机质的周转更新。     

产酸克雷伯氏菌提高玉米幼苗耐盐碱胁迫的机理

  【目的】  研究产酸克雷伯氏菌提高盐碱土壤生物学活性的效应,深入理解其缓解作物盐碱胁迫的机理,开发适用于盐碱土壤的微生物菌肥。  【方法】  首先,诱导保存的产酸克雷伯氏菌产生可遗传的耐300 μg/L抗生素利福平的特性。然后,将产生抗性的菌种接种于LB液体培养基中,于30℃、180 r/min培养24 h,经离心、洗涤后用蒸馏水调配成1 × 108 cfu/mL的菌悬液,测定其固氮、溶磷、产铵和IAA能力,并逐步稀释制备1 × 106 cfu/mL、1 × 104 cfu/mL、1 × 102 cfu/mL菌悬液用于盆栽试验。盆栽试验用盐碱土 (pH 9.4) 采自黑龙江肇东市,供试作物为玉米,品种为郑单958。设置产酸克雷伯氏菌添加量为0、1 × 102、1 × 104、1 × 106、1 × 108 cfu/mL,施于土壤中,然后种植发芽的玉米。待玉米幼苗第二片叶展开后,测定其光合特性;幼苗生长12天后收获,调查玉米幼苗株高、根长、地上干重、地下干重,测定叶片中C、N和P含量。采用抖根法收集玉米幼苗根际土壤,测定土壤脲酶、碱性磷酸酶、蔗糖酶、过氧化氢酶活性。  【结果】  产酸克雷伯氏菌发酵液的总固氮量为12.8 mg/L、可溶性磷含量85.59 mg/L、IAA浓度256.57 mg/L、产氨量75.46 mg/L。产酸克雷伯氏菌在盐碱土中可以很好地定殖,并在施入土壤后的第3天达到稳定的菌体数量。在盐碱土中,随着产酸克雷伯氏菌施用水平的增加,玉米幼苗根际土壤脲酶、碱性磷酸酶、蔗糖酶、过氧化氢酶活性总体呈现增加的趋势。与对照相比,施入产酸克雷伯氏菌水平为1 × 106、1 × 108 cfu/mL的处理4个酶活性增加幅度均达到显著水平,且以1 × 106 cfu/mL最适宜,相较CK脲酶活性提高62.81%、碱性磷酸酶活性提高17.74%、蔗糖酶活性提高115.5%、过氧化氢酶活性提高35.6%。与对照组相比,施用产酸克雷伯氏菌1 × 106 cfu/mL处理的植株叶片盐分离子含量显著减少,光合能力显著增强,提高玉米幼苗株高12.44%、根长22.59%、地上干重26.67%、地下干重37.78%。  【结论】  产酸克雷伯氏菌具有固氮、溶磷和分泌生长素的功能。产酸克雷伯氏菌可显著提高根际土壤酶活性,降低玉米幼苗中Na＋含量,提高K＋和Ca2＋含量以及K＋/Na＋和Ca2+/Na＋的值,进而显著提高幼苗的光合效率,促进玉米幼苗生长,提高玉米幼苗耐盐碱能力。但是,产酸克雷伯氏菌的促生效果取决于施用量,具体田间施用浓度还需进一步试验确定。     

富硅生物炭有效提高红壤性稻田土壤不同形态硅含量及水稻产量

  【目的】  硅是水稻正常生长发育的有益元素,研究富硅生物炭对红壤性稻田土壤中硅形态、水稻产量和硅吸收的影响,旨在为富硅生物炭在水稻生产上的应用提供科学依据。  【方法】  以南方红壤性水稻土为研究对象进行水稻盆栽试验,供试水稻品种为‘美香粘2号’。试验包括5个硅生物炭材料:1个低硅(BW3)、2个中硅(BH7、BB7)和2个富硅生物炭(AH、AB),每个生物炭材料添加量分别为盆栽土量的0.4%和0.8%,以不添加生物炭的处理为对照(CK)。水稻成熟期测产,并将水稻植株分为根、茎、叶样品,测定生物量及硅吸收量。同时,以连续化学浸提法测定土壤不同形态硅的含量。  【结果】  添加富硅生物炭显著增加了土壤有效硅、有机结合态硅及铁锰氧化物结合态硅的含量。5个生物炭材料中,以添加AB生物炭的处理增加幅度最高,其土壤有效硅、有机结合态硅及铁锰氧化物结合态硅较CK分别提高了184.23%、59.53%和117.54%。双因素方差分析结果表明,生物炭的硅水平和添加量对水稻产量、秸秆生物量、根部生物量均有极显著影响(P<0.01),且二者间交互作用极显著(P<0.01)。添加生物炭的处理间水稻籽粒产量差异显著(P<0.05);除低量低硅生物炭（BW3）处理外,其他生物炭处理水稻籽粒产量均显著高于对照(P<0.05),且各生物炭高添加量处理的水稻产量显著高于其低添加量,较CK的增幅达到4.18%～44.28%。水稻各部位硅积累量表现为:秸秆>籽粒>根部。两种添加量下水稻总吸硅量高低均表现为:AB>AH>BB7>BH7>BW3。在高添加量时,生物炭AB处理的水稻总吸硅量最大,比CK增加了73.68%,其次是AH生物炭。  【结论】  添加富硅生物炭比普通生物炭可更有效地提高红壤性水稻土中有效硅、有机结合态及铁锰氧化物结合态硅的含量,进而显著增加水稻对硅的吸收,提高水稻籽粒产量和生物量。提高生物炭的添加量对土壤和水稻硅含量的提升效果更好。因此,富硅生物炭是水稻生产中的高效生物硅肥。     

氮锌配施对冬小麦产量及土壤氮素转化相关酶活性的影响

  【目的】  锌(Zn)能够促进冬小麦对氮(N)素的吸收利用。研究氮锌配施对冬小麦土壤氮素形态转化及相关酶活性的影响，有助于探究氮锌配施促进冬小麦吸收利用氮的可能机制，为通过合理施肥提高冬小麦产量和品质提供理论依据。  【方法】  以‘郑麦379’为试材进行壤质潮土培养试验，设置CK (不施N和Zn)、Zn (施Zn 10 mg/kg)、N (施N 0.2 g/kg)、N+Zn (施N 0.2 g/kg+Zn 10 mg/kg) 共4个处理，分析了冬小麦产量及产量构成要素，测定4个生育期植株各部位N、Zn含量，土壤NO₃–-N和NH₄+-N含量及土壤硝酸还原酶、亚硝酸还原酶、脲酶和蛋白酶活性。  【结果】  与CK相比，Zn、N及N+Zn显著提高了冬小麦每盆穗数、穗粒数和籽粒产量，提高了不同时期小麦根、茎叶、穗和籽粒中N、Zn含量，且N+Zn处理的提高幅度明显高于Zn和N处理。随着冬小麦生育期的延长，各处理下土壤NO₃–-N和NH₄+-N含量有所降低，亚硝酸还原酶和脲酶活性有所提高，蛋白酶活性有所降低。N和N+Zn处理能显著提高土壤NO₃–-N含量，且N+Zn在冬小麦生育后期提高土壤NO₃–-N含量的幅度显著高于N处理。Zn、N及N+Zn处理能显著提高冬小麦生育后期土壤NH₄+-N的含量，且N+Zn处理提高的幅度高于Zn处理。Zn处理显著降低了拔节期后土壤硝酸还原酶活性，N及N+Zn处理降低了小麦生育后期土壤硝酸还原酶活性，且N+Zn降低硝酸还原酶活性的程度高于N处理；Zn、N和N+Zn处理均降低了土壤亚硝酸还原酶活性；Zn和N处理显著降低拔节期土壤脲酶的活性，但Zn、N和N+Zn处理均显著提高了土壤蛋白酶活性。  【结论】  氮锌配施提高冬小麦籽粒产量，促进冬小麦吸收土壤氮素，这是由于氮锌配施提高了土壤脲酶和蛋白酶活性，促进了土壤有机氮向铵态氮及铵态氮向硝态氮的转化，同时降低了冬小麦生育后期土壤硝酸还原酶和亚硝酸还原酶活性，抑制了硝态氮的反硝化作用，从而提高了土壤中可供冬小麦吸收的铵态氮和硝态氮含量。