生物炭配施氮肥改善表层土壤生物化学性状研究

【目的】 探讨生物炭配施氮肥对土壤碳氮、生物学性质及春玉米产量的影响,阐明生物炭配施氮肥后,土壤碳氮含量及生化性质变化规律,旨在为合理培肥、改善土壤环境、增加春玉米产量提供科学依据。 【方法】 在内蒙古西部 (包头) 和东部 (通辽) 2个试验点进行大田试验,设生物炭用量0、8、16、24 t/hm2 4个水平 (分别记作C₀、C₈、C₁₆、C₂₄) ,设施氮量 0、150、300 kg/hm2 3个水平 (分别记作N₀、N₁₅₀、N₃₀₀) ,于成熟期测产,并于收获后分3个土层 (0—10 cm、10—20 cm、20—40 cm) 测定土壤碳氮含量、微生物量及酶活性。 【结果】 生物炭和氮肥对2个试验点0—10 cm、10—20 cm和20—40 cm土层有机碳、碳氮比、微生物量及酶活性均有极显著影响 (P < 0.01) ,且两者交互作用极显著。3个土层有机碳含量以及0—10 cm和10—20 cm土层全氮含量在各施氮水平随生物炭施用量的增加而增加。施加生物炭和氮肥均能显著提高3个土层的微生物量碳、微生物量氮、蔗糖酶活性、脲酶活性以及总体酶活参数,且随炭、氮施入量的增加呈先增后减的趋势;施用生物炭后0—10 cm和10—20 cm土层的微生物量碳、微生物量氮以及蔗糖酶、脲酶活性均显著高于20—40 cm土层。生物炭配施氮肥可显著提高春玉米穗粒数、百粒重及产量,2试验点产量均以C ₈N₁₅₀最大,包头和通辽分别为15.51 t/hm2和16.43 t/hm2。通过相关分析可知,春玉米产量主要与0—10 cm和10—20 cm土层的微生物量及酶活性有关。 【结论】 适量生物炭配施氮肥能够增加土壤碳氮储量、微生物量和酶活性,改善土壤微生态环境。炭氮配施能够提高土壤肥力,减少氮肥用量,本试验中以8 t/hm2生物炭配施150 kg/hm2氮肥为最佳施肥量。      

生物炭与氮肥配施对土壤肥力及红枣产量、品质的影响

【目的】通过连续三年 (2013～2015 年) 田间试验,研究了生物炭与氮肥配施对华北平原枣区潮土土壤肥力及作物产量品质的影响,为华北平原枣区高效施肥和提高红枣产量品质及可持续发展提供理论依据。 【方法】以河南省濮阳市林科院田间试验为研究平台,15 年生扁核酸枣为供试材料,设置生物炭用量 4 个水平 (C₀、C₁、C₂、C₃,即 C 0、2.5、5、10 t/hm2)、氮肥用量 3 个水平 (N₁、N₂、N₃,即 N 300、450、600 kg/hm2),采用“4 × 3”完全方案设计,加上完全空白处理 CK (不施生物炭和氮肥),共计 13 个处理。在 9 月底红枣采收后,采集新鲜红枣测定其产量及品质,同时取 0—20 cm 土壤样品测定不同处理的土壤肥力。 【结果】1) 生物炭与氮肥配合施用,显著提高了土壤有机质、全氮、全磷和全钾的含量。同时也提高了土壤中速效氮、磷、钾的养分含量。土壤养分含量随着生物炭施用量的增加而增加。其中全氮和速效磷养分含量以 C₃N₃ 处理最高,与对照相比,分别增加了 80.28% 和 32.82%,全钾和全磷养分含量以 C₃N₁ 处理增加幅度最大,增幅分别为 55.3% 和 27.9%;C₃N₂ 处理的速效氮和速效钾含量最高,分别增加了 68.0% 和 41.0%。此外,培肥措施显著降低了土壤容重,C₃N₃ 处理的土壤容重最低,为 1.22 g/cm3,降低了 15.86%。2) 生物炭与氮肥配施总体上提高了红枣的总糖、维生素 C、可溶性固形物、蛋白质及氨基酸的含量,但仅氨基酸含量达到显著差异 (P < 0.05),其中C₃N₁处理较对照增加100%。3) 不同施肥处理提高了扁核酸红枣的产量,较对照提高 4.5%～26.9%,其中 C₃N₁ 处理增产效果最明显。 【结论】生物炭与氮肥配合施用,对华北平原枣区的土壤养分吸收、土壤质量和红枣产量及品质起到了积极作用,可作为改善该枣区红枣生产力和土壤肥力的一种有效措施。生物炭施入土壤后,提高土壤肥力的同时也可以减少化肥的投入。生物炭10 t/hm2配施,氮肥300 kg/hm2为该试验区最佳施肥量。     

秸秆生物炭配施氮肥对潮土土壤碳氮含量及作物产量的影响

【目的】探讨玉米秸秆生物炭配施氮肥对华北潮土区土壤理化特性和作物产量的影响,阐明土壤和植株对生物炭和氮肥施用的响应,旨在为该区域秸秆资源高效利用、培肥土壤及作物增产提供科学依据。【方法】以华北冬小麦–夏玉米轮作区为研究对象,研究玉米秸秆生物炭 (缺氧条件下 450℃ 热裂解 1 小时获得) 配施氮肥对土壤养分含量、微生物量以及作物产量的影响。试验采用裂区设计,以秸秆生物炭施用量为主区,施氮量为副区。秸秆生物炭用量设 0、7.5 和 22.5 t/hm2 3 个水平 (以 BC₀、BC_7.5、BC_22.5 表示);氮肥用量设 0、150、225 和 300 kg/hm2 4 个水平 (以 N₀、N₁₅₀、N₂₂₅、N₃₀₀ 表示)。小麦在 2014 年 10 月 9 日播种,次年 6 月 8 日收获;玉米在 2015 年 6 月 10 日播种,当年 9 月 28 日收获。在作物成熟期进行产量测定,并采集 0—20 cm 土壤样品以及采用常规方法进行土壤有机碳 (SOC)、全氮 (TN)、可溶性有机碳 (DOC)、铵态氮 (NH₄+-N)、硝态氮 (NO₃–-N)、土壤微生物量碳 (MBC) 和微生物量氮 (MBN) 的测定。【结果】生物炭对土壤养分含量、微生物量碳氮及作物产量有极显著影响。生物炭用量增加,土壤 SOC、TN、DOC、NO₃–-N 含量以及土壤 SOC/TN 比值均显著增加,较 BC₀ 最大增加幅度分别为 165.0%、74.1%、39.1%、75.1% 和 44.0%。MBC、MBN 含量和作物产量均以 BC_7.5 处理达最大值,较 BC₀ 最大增加幅度分别为 49.2%、57.6% 和 46.1%,BC_22.5 较 BC_7.5 处理平均降低 12.1%、7.3% 和 9.7%;施用生物炭降低 NH₄+-N 含量,BC_7.5 和 BC_22.5 处理较 BC₀ 分别下降 18.4% 和 23.7%。随着氮肥施用量的增加,SOC、DOC、NH₄+-N、MBC、MBN 含量均先增后减,在施氮水平为 150 kg/hm2 时,其含量均达最大值,较 N₀ 最大增加幅度分别为 29.7%、22.9%、44.8%、79.4% 和 115.3%。所有施氮的处理作物产量较 N₀ 均显著增加,而三个施氮处理间其产量差异不显著 (P>0.05)。【结论】在维持作物产量不降低的情况下,短期内 N₁₅₀BC_7.5 处理对提升土壤肥力的效果最佳,是较为理想的施肥方式,但其有效机制及长期效果还需进一步试验研究。     

长期不同施肥设施菜地土壤酶活性与微生物碳源利用特征比较

【目的】探讨长期不同施肥条件下设施菜地土壤的酶活性与微生物碳源利用特征,旨在为推进耕地建设与健康质量保护提供理论依据和数据支持。 【方法】供试土壤采自沈阳农业大学番茄28年定位施肥设施菜地,选取其中6个处理:N₀、N₁、N₂、MN₀、MN₁、MN₂进行分析,其中M表示施腐熟马粪75000 kg/hm2,N₀为不施肥,N₁、N₂尿素施用量为652、1304 kg/hm2。采用Biolog-ECO法解析了土壤酶活性与微生物碳源利用特征的变化。 【结果】施用有机肥可以显著提高土壤有机质、速效磷、速效钾等养分含量,长期单施氮肥可增加土壤铵态氮和硝态氮含量,但有机质、速效磷和速效钾含量较对照下降。增施有机肥可以不同程度地提高土壤酶活性,而单施氮肥导致酶活性降低。增施有机肥可有效提高土壤微生物对碳源的利用能力,提高微生物群落功能多样性,单施氮肥作用相反。具体表现为:菜田微生物对六类碳源利用能力由高到低依次为氨基酸类、糖类、羧酸类、聚合物类、胺类、酚酸类;其中对L-丝氨酸、N-乙酰基-D-葡萄胺、L-天冬酰胺酸、L-精氨酸、丙酮酸甲脂、吐温80、D-纤维二糖、D-半乳糖醛酸、D-甘露醇利用率较高,而对α-环式糊精、2-羟苯甲酸、γ-羟基丁酸基本不利用;31种碳源对PC1和PC2贡献较大的分别有12种和6种（|r|>0.5）。综合比较,以有机肥配施一倍量氮肥（MN₁）处理效果最佳,长期施用可以为设施菜地微生物创造最适宜的生存环境,使其保持较高的群落功能多样性。 【结论】长期不同施肥使得土壤微生物群落形成了不同的碳代谢方式,这是土壤微生物适应环境变化的结果,也是土壤生态系统中“植物-土壤-微生物”互作的结果。     

生物质炭对集约化菜地N2O排放和蔬菜产量的影响

【目的】 本试验评价了生物质炭对菜地土壤温室气体排放和产量的长期效应。 【方法】 田间试验在江苏省南京市集约化种植菜地进行。共设置4个处理,分别为对照 (CK)、单施氮肥处理 (N)、施用氮肥 + 新生物质炭 (NC_F,C_F在2016年6月施用) 以及施用氮肥 + 4年陈化生物质炭 (NC_A,C_A在 2012 年6月施用)。生物质炭施用量为40 t/hm2。2016年11月至2017年11月连续种植4季蔬菜,分别为小青菜、空心菜、苋菜、菠菜,并伴有休耕期。每季蔬菜施氮量均为N 240 kg/hm2,其中空心菜收获三茬,在第一茬收获后按照N 240 kg/hm2 追肥一次。采用静态暗箱–气相色谱法测定N₂O浓度。 【结果】 观测期内各处理菜地N₂O排放主要集中在第二季和第三季,其单位产量N₂O排放量分别为0.038～0.131 kg/t和0.107～0.482 kg/t,而第一季和第四季的单位产量N₂O排放量分别是0.033～0.209 kg/t和0.007～0.070 kg/t。土壤温度和矿质氮变化未显著影响土壤N₂O排放通量;整个观测期内土壤充水孔隙度 (WFPS) 介于37%～93%之间,土壤含水量变化显著影响 (P < 0.01) 土壤N ₂O排放通量。与N处理相比,整个轮作周期内NC_F和NC_A处理N₂O周年累积排放量和周年排放系数均显著降低,两个施生物质炭处理之间差异不显著;NC_F处理N₂O周年累积排放量和周年排放系数降幅分别为35.6%和46.2%,NC_A处理降幅分别达38.8%和49.9%。与N处理相比,NC_F和NC_A处理均增加了集约化菜地蔬菜产量,增幅分别为4.6%和17.9%,NC_A处理达到显著水平,两个施生物质炭处理之间差异不显著。此外,NC_F和NC_A处理分别显著降低单位产量N₂O排放量49.8%和41.3% (P < 0.01)。 【结论】 在集约化菜地土壤中经4年陈化后的生物质炭仍然具有较强的减排和增产能力。与新施入的生物质炭相比,施用4年后的生物质炭增产效果更显著;施用生物质炭对集约化蔬菜生态系统减排和改善作物生产具有长期效应。      

氮锌配施对冬小麦根土界面锌有效性及形态分级的影响

【目的】 氮能够促进冬小麦根系对锌的吸收及在籽粒中的积累。研究氮锌配施对冬小麦根土界面锌有效性及形态分级的影响,有助于探究氮锌配施促进冬小麦吸收锌的可能机制,为合理施用氮肥来提高冬小麦籽粒锌含量提供一定的理论依据。 【方法】 以冬小麦为试材进行了根箱培养试验。分别设置三个氮水平 (0、0.2和0.4 g/kg) 和两个锌水平 (0和10 mg/kg),分析了冬小麦地上部锌含量、根际土和非根际土有效锌含量、pH以及六种锌形态含量。 【结果】 氮锌配施 (N_0.2Zn₁₀和N_0.4Zn₁₀) 处理显著提高了冬小麦地上部干物质重和锌含量。在不施锌 (Zn₀) 条件下,N_0.4处理显著提高根际土壤的有效锌含量;在Zn₁₀条件下,N_0.4和N_0.2处理均显著降低根际土有效锌含量,却提高了非根际土有效锌含量。无论施锌与否,N_0.4和N_0.2处理均显著降低根际土壤的pH,但对非根际土壤的pH影响不大。在Zn₀条件下,N_0.4和N_0.2处理显著降低了根际土壤交换态锌、碳酸盐结合态锌及非根际土氧化物结合态锌含量,提高了非根际土交换态锌、根际与非根际土壤残渣态锌含量。在Zn₁₀条件下,N_0.4和N_0.2处理显著提高了根际和非根际土交换态锌、非根际土松结有机态和紧结有机态锌及根际土残渣态锌含量,降低了根际土松结有机态、碳酸盐结合态锌及根际与非根际土壤残渣态锌含量。 【结论】 氮锌配施提高冬小麦锌含量,促进冬小麦锌的吸收,可能是由于氮锌配施与冬小麦根系共同作用降低了根际土壤pH,促进土壤中锌从松结有机态和碳酸盐结合态向交换态转化,从而提高了土壤锌的有效性。      

减氮配施炭基肥对植烟土壤微生物群落多样性的影响

  目的  为探讨炭基肥对烟田土壤生化特性及微生物的影响,达到化肥减施增效的目的。  方法  在褐土烟田采用田间小区试验,以常规化肥用量为对照,研究了不同减量氮肥（不减少、减少15%和30%氮肥）与炭基肥配施条件下烤烟现蕾期土壤微生物生物量、酶活性以及微生物多样性的变化。  结果  与对照相比,配施炭基肥处理显著提高了土壤有机碳（SOC）和微生物量碳（MBC）含量,分别提高了19.68% ~ 39.68%和20.09% ~ 36.14%,而配施处理之间差异不显著;不同处理间脲酶和蔗糖酶活性没有显著差异;常规化肥用量和减少15%氮肥配施炭基肥增强了Biolog平板的平均颜色变化率（AWCD）,显著提高了对羧酸、酚酸和胺类碳源底物的利用强度,丰富了微生物群落结构;主成分和热图分析显示,在增施炭基肥的基础上,减少15%氮肥与常规化肥用量处理相比,微生物群落代谢功能改变较小。  结论  综合各处理对土壤生物化学特性的影响,减少15%氮肥配施炭基肥具有较好的土壤改良效果。     

生物质炭对酸性菜地土壤N2O排放及相关功能基因丰度的影响

【目的】 生物质炭显著影响土壤氧化亚氮 (N₂O) 排放,但关于其相关微生物机理的研究相对匮乏,尤其是生物质炭对酸性菜地土壤N₂O排放的微生物作用机理。本文通过研究氮肥配施生物质炭对酸性菜地土壤N₂O排放以及硝化和反硝化过程相关功能基因丰度的影响,探讨酸性菜地土壤N₂O排放与功能基因丰度的关系,阐释生物质炭对酸性菜地土壤试验N₂O排放的微生物作用机理。 【方法】 在田间一次性施入生物质炭 40 t/hm2,试验连续进行了3年,共9茬蔬菜。设置4个处理:对照 (CK)、氮肥 (N)、生物质炭 (Bc) 和氮肥 + 生物质炭 (N + Bc)。在施用后第三年,采集土壤样品进行室内培养,应用荧光定量PCR技术检测硝化过程氨氧化古菌 (AOA)、氨氧化细菌 (AOB) 功能基因amoA和反硝化过程亚硝酸还原酶基因 (nirK、nirS) 以及N₂O还原酶基因 (nosZ) 等相关功能基因丰度,同时监测土壤pH值、无机氮 (铵态氮、硝态氮) 含量及N₂O排放。 【结果】 与CK相比,生物质炭 (Bc) 处理的土壤有机碳 (SOC) 提高了27.1%,总氮 (TN) 提高了8.2%,amoA-AOB基因丰度显著降低了11.0%,nosZ基因丰度增加了21.2% (P < 0.05),N ₂O排放没有显著变化 (P > 0.05)。与CK相比,施用氮肥 (N) 显著降低土壤pH ( P < 0.05),显著增加土壤无机氮含量、 nirK、nirS和nosZ功能基因丰度以及土壤N₂O累积排放量 (P < 0.05)。与N处理相比,生物质炭与氮肥联合施用 (N + Bc) 处理显著增加 amoA-AOA、amoA-AOB、nirK、nirS和nosZ基因丰度,增幅分别为68.1%、39.3%、21.1%、19.8%、48.4% (P < 0.05),但 ( nirK + nirS)/nosZ的比值降低,同时N₂O累积排放量显著降低33.3% (P < 0.05)。室内培养期间N ₂O排放峰出现在1～5 d,N和N+Bc处理排放速率分别为 N 1.70 × 103和1.76 × 103 ng/(kg·h)。相关分析结果显示,N₂O排放速率与氧化亚氮还原酶的标记基因nosZ基因拷贝数 (P < 0.05)、NH ₄+-N含量 (P < 0.01) 呈显著正相关,与pH呈显著负相关 ( P < 0.01)。 【结论】 在菜地生态系统中氮肥和生物质炭联合施用可以有效缓解菜地土壤酸化,减少菜地土壤N₂O排放,主要归因于反硝化作用nosZ基因丰度增加,(nirK + nirS)/nosZ比值降低。      

不同盐渍化土壤中微生物对氮肥的响应

【目的】 研究河套灌区土壤不同盐渍化程度下土壤微生物对氮肥的响应机理,为河套灌区盐渍化土壤中确立适宜的氮肥施用量提供理论依据。 【方法】 2015—2016年在内蒙古磴口县坝楞示范基地进行了两年田间试验,供试土壤为粉沙壤土,供试作物为玉米。设置轻度 (0.77～1.24 mS/cm) 和中度 (1.24～1.77 mS/cm) 盐渍化土壤为主区,副区为施氮水平,共设4个施氮水平为N 0、135、270、405 kg/hm2,研究轻、中度盐渍化土壤下不同施氮水平对土壤微生物的影响,探寻土壤盐渍化和氮肥对微生物的交互作用。 【结果】 土壤盐分随着施氮量的增加而增加;细菌、真菌、放线菌数量和微生物量碳、氮含量均随着施氮量的增加呈现出先增加后降低的趋势,在N 270 kg/hm2处理微生物数量和生物量均达到最高值。回归分析表明,土壤微生物与氮、土壤盐分之间呈现出极显著的二元二次非线性回归关系,由回归方程各系数可知,在盐渍化土壤中,单独施用氮肥均可以增加土壤微生物,而土壤盐分增加,土壤微生物减少;在轻度盐渍化土壤中,土壤盐分和施用氮肥对微生物具有正效应,即共同促进了土壤微生物的增加,而在中度盐渍化土壤中,土壤盐分和施用氮肥对微生物具有负效应,即抑制土壤微生物的增加。 【结论】 土壤盐渍化程度越高,土壤中微生物数量和生物量越少,施氮量为N 270 kg/hm2时微生物数量和生物量均达到最大值;土壤微生物与氮、土壤盐分之间呈现出极显著的二元二次非线性回归关系,在轻度盐渍化土壤中,土壤盐分和施用氮肥共同促进土壤微生物的增加,而在中度盐渍化土壤中,土壤盐分和施用氮肥抑制了土壤微生物的生长和繁殖。      

添加生物炭改善菜地土壤氨氧化细菌群落并提高净硝化率

  【目的】  氨氧化过程是硝化作用的限速步骤，对氮循环有着重要影响。本研究通过分析生物炭输入下土壤氨氧化微生物群落的变化，揭示其影响土壤硝化作用的生物学机制。  【方法】  以华北潮土区设施菜地土壤为对象，设置生物炭梯度 (C₀、C_0.5、C_1.5、C_4.0) 土壤培养试验，结合PCR和T-RFLP等分析技术，观测生物炭输入下土壤氨氧化细菌群落变化动态，解析生物炭、土壤硝化作用与氨氧化细菌群落之间的关系。  【结果】  添加生物炭明显改变了土壤氨氧化微生物群落结构及氮素硝化过程。与未添加生物炭处理相比，生物炭添加处理培养前期土壤氨氧化细菌群落Shannon、Evenness指数分别升高5.4%～18.8%、26.2%～33.8%，后期Shannon指数降低20.7%～34.2%。生物炭输入对AOA群落没有明显影响，AOB群落256、58 bp代表物种丰度分别增加61.4%～56.0%、60.6%～78.6%，488 bp代表物种丰度降低22.8%～26.9%。21 bp代表物种丰度前期增加后期降低，与491 bp代表物种丰度变化相反。添加生物炭土壤AOB amoA基因丰度增加48.9%～53.2%。土壤NO₃–-N含量提高1.7%～25.6%，NH₄+-N含量下降13.4%～31.1%，土壤净硝化速率提高21.8%～70.2%。  【结论】  生物炭的输入可以改善以AOB为主的土壤氨氧化微生物群落结构，提高amoA酶活性，但是对氨氧化古菌微生物群落结构未产生明显影响。因此，生物炭提高土壤净硝化速率的作用与其对土壤氨氧化细菌群落和组成的影响密切相关。     

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。     

有机肥和秸秆炭分别替代部分尿素和秸秆降低黑土温室效应的效果

【目的】 农田条件下研究用有机肥替代部分尿素、用秸秆生物炭替代秸秆对黑土有机质提升和温室气体排放的影响,为秸秆有效还田和“固碳减排”提供理论依据。 【方法】 2013—2015年在东北典型春玉米区进行田间定位试验,所有处理采用相同方法施用同量磷钾化肥,磷肥为磷酸氢二铵 (P₅O₂ 60 kg/hm2),钾肥为硫酸钾 (K₂O 75 kg/hm2),在施用4 t/hm2玉米秸秆前提下,设置:1) 不施尿素氮 (N0);2) 尿素氮100% (N 165 kg/hm2,N1);3) 尿素氮60% + 有机肥氮20% + 缓释氮20% (N2)。另外,处理4) 除了用2 t/hm2玉米秸秆炭替代4 t/hm2玉米秸秆外,其他与N2一致 (N3)。各生育期测定生态系统温室气体 (CO₂、N₂O和CH₄) 排放量,收获期测定作物产量和地上部生物量。 【结果】 N1、N2、N3处理间玉米产量差异不显著。在等氮条件下,N1、N2、N3处理生态系统CO₂排放分别为13170、10521、9994 kg/hm2,N2和N3处理降低CO₂排放的效果显著好于N1,N2和N3处理差异不显著 (P < 0.05),N1、N2、N3处理N ₂O累积排放分别为6.092、6.597、3.604 kg/hm2,N3降低N₂O累积排放的效果显著好于N1和N2处理;N1、N2、N3处理CH₄累积排放分别为0.694、1.652、–2.107 kg/hm2,N3处理降低CH₄累积排放的效果显著好于N1和N2处理。农田系统净碳收支 (NECB,除土壤固碳外,作物?土壤系统产生的碳收支,如作物光合、呼吸和产量移出等),N2处理为C 766.5 kg/hm2,是碳汇,而N1和N3处理是碳源 (C ?621.3 kg/hm 2和?673.3 kg/hm2)。当季作物尺度上用NECB估算的土壤固碳效应N1、N2和N3处理分别为C ?142.9、176.3、1385.1 kg/hm 2,N3处理土壤固碳效应显著好于N2和N1处理。在化肥生产和运输以及农事操作等投入产生的间接碳排放量方面,化肥氮是农业投入的主要碳源,分别占N1、N2和N3处理农业投入的73%、71%和66%。综合考虑农事操作带来的碳排放,化学品投入带来的碳排放,以及农田系统温室气体排放和土壤固碳的收支,综合净温室效应N1、N2、N3处理分别为2535.2、1488.2、–3769.7 CO₂ eq. kg/hm2,只有N3处理是碳汇。 【结论】 在供试黑土条件下,用有机肥替代部分化肥增加生态系统净碳收入;用秸秆生物炭替代秸秆显著增加土壤固碳效应、减少N₂O排放;从综合净温室效应看,有机肥与秸秆生物炭分别替代部分化肥与秸秆“固碳减排”效果最佳。      

硝化抑制剂/菌剂对设施土壤–蔬菜体系中氮素去向的影响

  【目的】  明确硝化抑制剂与菌剂单施与配施条件下设施土壤–茄子生产体系中氮的去向,为设施茄子科学施氮提供理论依据。  【方法】  田间试验采用随机区组设计,设置6个处理:不施氮肥对照(CK)、常规施氮720 kg/hm2 (FN)、减施30%氮肥(N 504 kg/hm2,RN),减氮30%配施硝化抑制剂(RND)、菌剂(RNB)和同时配施硝化抑制剂与菌剂(RNDB)。研究设施土壤–茄子体系中茄子对氮素的吸收利用、土壤剖面NO₃–-N累积量、N₂O排放和NH₃挥发的气态损失量及各去向所占比例。  【结果】  1) RNDB处理产量为112.27 t/hm2,比RND处理显著增加11.0%;可溶性糖含量达0.95%,较RND和RNB处理分别显著提高17.3%和18.8%。2)各处理吸氮量均为果实>茎秆>叶片>根系;RNDB处理的总吸氮量为259.66 kg/hm2,比RN处理显著提高16.1%;氮肥表观利用率最高为20.87%,与RND和RNB处理差异不显著;氮肥农学效率为99.69 kg/kg,显著高于RND处理。3)相同施氮量下,RNDB处理的气态净损失量(N₂O与NH₃)和净损失率分别为16.05 kg/hm2和4.73%,RNDB的N₂O累积排放量比RNB显著降低28.8%,各处理间NH₃挥发累积量差异较小。4) 0—60 cm土层土壤剖面NO₃–-N累积量为FN>RNB>RN>RND>RNDB>CK,除CK处理外,RNDB处理的累积量最低为873.1 kg/hm2,RNDB处理土壤硝态氮累积量比RN、RNB和RND处理分别减少17.6%、17.7%和2.2%;60—120 cm土层土壤剖面NO₃–-N累积量为FN>RN>RNB>RND>RNDB>CK,RNDB处理的累积量为744.0 kg/hm2,比RND和RNB处理分别降低1.0%和25.2%。  【结论】  相比RN处理,减氮30%同时配施硝化抑制剂与菌剂能有效减少N₂O气态损失,对NH₃挥发影响较小,提高茄子氮素吸收量,显著降低0—60 cm土层土壤氮素残留,是实现茄子优质高产、环境友好的有效措施。     

吉林春玉米氮磷钾养分需求与利用效率研究

【目的】 明确吉林春玉米的氮、磷、钾养分需求和利用效率,为区域春玉米的高效合理施肥提供技术参数。 【方法】 整理2005—2013年国家测土配方施肥项目在吉林省开展的680个 “3414”田间试验,选取N₀P₀K₀、N₀P₂K₂、N₂P₀K₂、N₂P₂K₂和N₂P₂K₀ 5个处理,研究氮、磷、钾肥对春玉米籽粒产量、植株养分吸收量的影响,明确产量、养分吸收量与土壤基础养分供应能力的关系,评估春玉米的氮、磷、钾养分需求量和利用效率。 【结果】 吉林春玉米在氮磷钾配施处理 (N₂P₂K₂) 获得最高的籽粒产量和植株养分吸收量,平均产量达9.6 t/hm2,玉米氮、磷、钾养分平均吸收量分别为N 190.8 kg/hm2、P₂O₅ 87.0 kg/hm2和K₂O 215.1 kg/hm2。与不施肥处理相比,氮磷钾配施处理平均增产42.5%,植株氮、磷、钾养分吸收量平均分别提高57.5%、64.2%和49.5%。在其他养分充分供应基础上,增施氮、磷、钾肥平均分别增加吸收N 57.2 kg/hm2 (42.9%)、P₂O₅ 19.2 kg/hm2 (28.4%) 和K₂O 32.1 kg/hm2 (17.5%)。以缺素处理植株养分吸收量表征土壤养分基础供应能力,发现氮磷钾配施处理玉米产量和养分吸收量均随土壤基础养分供应能力的提高而逐渐上升,变化趋势均符合显著的对数关系。经测算,吉林春玉米氮磷钾配施处理生产百公斤籽粒平均需吸收N 1.98 kg、P₂O₅ 0.90 kg和K₂O 2.24 kg,比例为1∶0.45∶1.13。减氮、减磷和减钾处理的百公斤籽粒氮、磷、钾素需求量平均分别为N 1.69 kg、P₂O₅ 0.79 kg和K₂O 2.11 kg,与氮磷钾配施处理相比均显著下降,而且试验点间变异也明显增大。目前,吉林春玉米生产中氮、磷、钾肥的平均养分回收利用效率分别为33.7%、27.5%和45.3%,而平均生理利用效率分别为28.8、52.8和28.3 kg/kg。 【结论】 吉林春玉米对肥料养分的依存度较高,合理施肥是保持高产高效的重要前提。      

氮、磷肥对蓖麻吸收积累矿区土壤铜的影响

【目的】 蓖麻是在铜矿区发现的耐性植物,其吸收积累铜的能力较强,但铜矿区土壤异常贫瘠,营养元素极度缺乏,蓖麻生长受限,为提高蓖麻生物量,实现其对铜的高吸收积累,本试验研究施用氮、磷肥对铜矿区蓖麻生长及其吸收积累铜的影响。 【方法】 盆栽试验的蓖麻种子和土壤采自湖北省大冶市铜绿山镇铜矿坑周边,氮肥选用NH₄NO₃,磷肥选用NaH₂PO₄,氮磷肥各设置4个水平 (氮肥0、75、150、300 mg/kg,磷肥0、20、80、200 mg/kg),进行双因素完全随机设计试验,共16个处理,每个处理3次重复。在云母基质中育苗,待蓖麻长出2片真叶后移栽,于矿区土壤中培育2个月后收获,测定蓖麻叶片SPAD值、干重、铜含量和土壤pH值、不同形态铜含量,计算蓖麻铜积累量和转运系数。 【结果】 氮肥单施时,蓖麻叶片SPAD值随施氮量增加而增加,蓖麻干重、铜积累量以N₇₅ P₀处理最高,与其他处理差异显著;磷肥单施时,蓖麻干重以N₀P₂₀处理最高,与其他处理差异显著,体内铜含量随磷肥用量增加先增加后减少最后又增加,在N₀P₂₀₀处理时最大。氮、磷肥同时施用对蓖麻叶片SPAD值、干重、铜含量、铜积累量、转运系数有显著交互作用。低量氮肥、低量磷肥配施可增加蓖麻干重,显著降低蓖麻铜积累量;高量氮肥、低量磷肥配施对蓖麻生长有抑制作用,蓖麻干重低于不施肥处理 (N₀P₀);低量氮肥、高量磷肥配施对蓖麻干重的增加作用最显著,同时蓖麻体内铜积累量达到最大,铜的转运系数降到最低;高量氮肥、高量磷肥配施可显著增加蓖麻叶片SPAD值。N₇₅P₂₀₀处理蓖麻总干重最大,比N₀P₀增加133%;N₃₀₀P₂₀处理蓖麻根部铜浓度最高,是N₀P₀处理的2.88倍;N₇₅P₂₀₀处理蓖麻吸收的铜总量最高,达到34.93 μg/株。施肥时土壤pH值降低不到0.1个单位,种植蓖麻后土壤pH值降低0.2～0.4个单位。施肥对土壤中铜形态的变化无显著影响,种植蓖麻后土壤中弱酸提取态铜和可还原态铜含量增加。 【结论】 施加适宜的氮肥会增加蓖麻叶片SPAD值、生物量,但施氮量过高会使蓖麻叶片SPAD值、生物量减少;施用磷肥可增加蓖麻对铜的吸收,蓖麻铜积累量在施磷量最高时最大。总体来看氮磷肥配施效果优于单施,N₇₅P₂₀₀是最佳组合,铜积累量是N₀P₀的2.33倍。      

生物质炭对黄瓜连作土壤理化性状、酶活性及土壤质量的持续效应

【目的】 探讨不同生物质炭施用量对连作黄瓜根区土壤环境的作用效果,为用生物质炭修复黄瓜连作土壤以及在农业中的推广应用提供科学依据。 【方法】 以如皋市农业科学研究所大棚示范区为试验基地,一次性向设施农田土壤中添加0 (CK)、5 (C1)、10 (C2)、20 (C3)、30 (C4)、40 (C5) t/hm2的生物质炭,通过连续两年温室定位试验,测定生物质炭施用后黄瓜连作根区土壤的物理性状、养分含量及酶活性的变化状况,采用土壤质量指数 (SQI) 评价不同生物质炭施用量对黄瓜连作两季后土壤质量的影响。 【结果】 随着生物质炭施用量的增加,第一季与第二季黄瓜根区土壤的理化性状变化趋势一致,具体表现为容重不断降低,土壤孔隙度、饱和含水量、田间持水量、饱和导水率、有效磷及有机质含量不断升高,且当生物质炭施用量为30 t/hm2(C4处理) 时,土壤中全氮、硝态氮和铵态氮含量最高。与CK相比,生物质炭的施用可以减少黄瓜根区土壤 < 0.25 mm粒径的微团聚体含量,而增加 > 0.25 mm粒径的大团聚体含量,土壤中0.25～0.5 mm和0.5～1 mm粒径的团聚体含量都在高施用量 (40 t/hm 2) 处理中达到最大值。生物质炭施用后的连续两季,黄瓜根区土壤中脲酶与过氧化氢酶活性均随生物质炭施用量的增加呈先增加后降低的趋势,其活性分别在生物质炭施用量为30 t/hm2和20 t/hm2时最大。当生物质炭施用量为30 t/hm2时,两季黄瓜产量都达到最高,分别为3.24 × 104 kg/hm2和6.18 × 104 kg/hm2。通过土壤质量指数 (SQI) 对生物质炭施用后两季黄瓜土壤质量进行评价可知,不同生物质炭施用水平下土壤质量指数依次为C4 > C5 > C3 > C2 > C1 > CK,相应的土壤质量指数分别为0.774、0.740、0.728、0.650、0.635、0.583。 【结论】 施用生物质炭对黄瓜连作田土壤的理化性状和酶活性均有显著影响,高施用量 (40 t/hm2) 条件下对土壤物理性状改善效果最好,当生物质炭施用量为30 t/hm2 (C4处理) 时对黄瓜连作根区土壤的养分含量提升效果最佳。SQI可以客观定量地评价生物质炭施用对连作黄瓜根区土壤质量的影响,其分析结果表明改善黄瓜连作土壤环境的最佳生物质炭施用量为30 t/hm2。