不同水分培养下添加生物质炭湿地土壤pH的变化特征

[目的]研究在不同水分条件下添加生物质炭后湿地土壤pH的变化特征。[方法]以巢湖十五里河河口湿地土壤为研究对象,采用室内土柱模拟试验,研究在干湿交替(J)、75%田间持水量(75%)和淹水(Y)3种水分条件下,添加不同条件(350℃与600℃、洗涤与未洗涤)制备的生物质炭对湿地土壤pH的影响。[结果]随着培养时间的延长,在干湿交替和75%田间持水量条件下,对照组土样pH先降低后升高,加入生物质炭可以降低土样的pH,增加其酸度,且干湿交替时培养时间越长,降低作用越明显;淹水培养土壤pH变化趋势呈"W"型,添加生物质炭对其有影响,但在不同培养周期作用不同。培养期间,对照组土壤pH为CKYCKJCK75%。添加生物质炭后,土壤pH为YJ和75%,且水分培养条件相同,添加同一温度制备的洗涤与未洗涤生物质炭土壤pH变化趋势相同。[结论]该研究为利用生物质炭进行土壤酸碱度改良提供参考。     

不同培养条件下生物炭对磷吸附解吸能力的影响

将350℃和600℃2种不同裂解温度下的芦苇秸秆生物炭作洗涤和未洗涤处理后,与巢湖十五里河河口湿地土壤进行网隔培养,培养的水分处理分为:淹水、干湿交替和75%田间持水量,共得到12个样品。对培养后生物炭进行磷素吸附-解吸实验,采用Langmuir和Freundlich吸附模型分析处理3种水分培养后的生物质炭对磷的吸附-解吸差异。结果表明:吸附量均随磷平衡浓度的增加而增大,且淹水的吸附量远远大于75%田间持水量。Langmuir和Freundich方程均能很好地描述12种不同处理的生物质炭对磷的等温吸附过程。淹水的各个拟合参数均高于干湿交替和75%田间持水量。解吸量均随添加磷浓度的增大而增大,解吸率随添加磷浓度的增加而减少。淹水的解吸量和解吸率均高于干湿交替和75%田间持水量。     

生物质炭与土质互作对土壤硝态氮含量的动态影响

为探讨生物质炭改良植烟土壤的技术途径,在玻璃温室内,用蒸渗仪种植烟草,研究不同炭化温度(360℃、500℃)的生物质炭与土质(壤土和砂土)互作对植烟土壤0～30 cm土层硝态氮含量动态变化及土壤-烟株体系氮素表观损失量的影响。结果表明:①施用生物质炭能增加土壤硝态氮含量,施用低温炭(360℃)和高温炭(500℃)土壤硝态氮含量较对照分别增加20.58%和8.97%,低温炭比高温炭对硝态氮的持留效果更好;②低温炭对土壤硝态氮的持留作用主要发生在0～10 cm土层,而高温炭主要发生在10～20 cm土层,分别比对照高38.39%和7.37%,均达到显著水平;③施加低温炭后壤土和砂土硝态氮含量分别比对照高16.09%和29.18%,可见施加低温炭对砂土保肥效果的提升高于壤土;而施加高温炭后壤土和砂土硝态氮含量分别比对照高11.03%和4.97%,可见施加高温炭对壤土保肥效果的提升高于砂土;④施用生物质炭能减少土壤-烟株体系的氮素表观损失量,低温炭比高温炭效果更好。各处理(壤土施化肥+低温炭、壤土施化肥+高温炭、砂土施化肥+低温炭、砂土施化肥+高温炭)分别较各自常规施肥对照的氮素表观损失量减少40.27%、34.10%、68.72%和54.05%,均与对照差异显著。因此,施用生物质炭能增强土壤对硝态氮持留效果,减少土壤-烟株体系的氮素表观损失量,低温炭比高温炭效果更显著,为生物质炭在植烟土壤中的合理施用提供理论指导。     

生物炭对冻融黑土中铵态氮和硝态氮淋失的影响

为了深入研究冻融条件下生物质炭对东北黑土中铵态氮和硝态氮淋失的影响效果,为解决冻融作用下黑土中无机氮素的淋失问题提供科学依据,采用室内模拟土柱淋溶实验方法研究了生物质炭对经过不同冻融循环次数处理土壤中铵态氮和硝态氮淋失的影响。研究结果表明:冻融会增加土壤氮素的淋失,且淋失量与冻融次数有关,施加生物质炭可以有效降低土壤因冻融作用引起的氮素淋失;玉米秸秆炭对无机氮素淋失降低率在76.15%~85.79%之间,树枝炭在55.26%~68.09%之间,可以看出玉米秸秆炭持氮效果较树枝炭更好;在冻融次数分别为3和1时,玉米秸秆炭和树枝炭持氮能力最强;两种生物质炭对铵态氮的固持能力均优于硝态氮。     

不同温度制备的生物质炭对土壤有机碳矿化及腐殖质组成的影响

在150～600℃范围内制备生物质炭,并通过室内培养实验研究了施加不同温度制备的生物质炭对土壤有机碳矿化及腐殖质组成的影响。结果表明,随热解温度升高,生物质炭比表面积加大,芳香化结构加深。土壤中添加不同温度制备的生物质炭培养400d后,土壤有机碳的含量都有不同程度的增加。土壤有机碳的累积矿化量随热解温度升高而降低,且添加高温(≥400℃)制备生物质炭的土壤CO2累积释放量低于未添加生物质炭的土壤处理;添加低温(<400℃)制备生物质炭增加了土壤腐植酸和胡敏酸含量,而添加高温(≥400℃)制备生物质炭的土壤其腐植酸和胡敏酸含量的变化不显著。另外,添加生物质炭后,土壤H/F皆未发生显著变化,而胡敏酸的E4/E6值则在添加200℃和250℃制备的生物质炭时显著高于其他处理,添加500℃和600℃制备的生物质炭时显著低于其他处理。     

生物质炭对砖红壤性质与养分及硝化作用的影响

土壤性质制约着作为氮转化重要环节的硝化作用,生物质炭显著影响与硝化作用密切相关的土壤性质,可能对硝化作用产生影响。本文利用培养试验研究生物质炭对砖红壤性质及硝化作用的影响。试验设生物质炭+淹水、生物质炭+75%田间持水量、空白+淹水及空白+75%田间持水量4个处理。研究表明,生物质炭能显著提高土壤pH值和有机碳含量以及N、P、K养分元素的有效性。水分条件差异影响生物质炭的作用效果,淹水更利于提高砖红壤的pH值,但显著降低了磷的有效性。添加生物质炭后,土壤硝化作用进程加速,硝化彻底。在利用生物质炭改良砖红壤时,应根据土壤改良目的调整土壤水分,以防硝态氮淋失风险和氨挥发的可能。     

水稻秸秆不同处理方式对亚热带农田土壤微生物生物量碳、氮及氮素矿化的影响

通过室内模拟培养试验,添加水稻秸秆及由此热解产生的生物质炭,分析亚热带典型旱地土和水稻土微生物生物量碳(MBC)、微生物生物量氮(MBN)及氮素矿化的变化动态,探讨添加不同处理方式的水稻秸秆对土壤碳氮矿化的影响。结果表明,培养35 d后,与对照(CK)相比,添加生物质炭处理,旱地土MBC、MBN、矿化氮量分别增加了34.6%、163.1%和6.4%;水稻土MBC没有明显差异,MBN和矿化氮量分别增加23.0%和15.1%。添加秸秆处理,旱地土MBC、MBN分别增加了90.4%和203.8%,矿化氮量却减少了22.2%;水稻土MBC、MBN、矿化氮量分别增加了13.4%、19.9%和7.3%。研究阐明了生物质炭添加对农田土微生物生物量氮和氮素矿化具有促进作用,而对土微生物生物量碳的影响却因土地利用方式的差异而略有不同;水稻秸秆添加对微生物生物量均有促进作用,其促进程度基本高于生物质炭,而对氮素矿化的影响因土地利用方式的不同而存在差异。     

添加玉米秸秆及其生物质炭对砖红壤N2O排放的影响

为比较秸秆和生物质炭对土壤氧化亚氮排放的影响,利用室内培养试验研究生物质炭、秸秆添加对土壤性质、硝化作用及N_2O排放的影响。试验设生物质炭、秸秆和空白3个处理,试验培养条件为30℃和75%田间持水量。结果表明,添加秸秆和生物质炭显著提高土壤pH、有机碳和速效K含量,其中秸秆对土壤pH的增加作用更为突出。与对照(1 604.82±168.93μgN_2O-N·kg~(-1))相比,添加秸秆和生物质炭减少N_2O排放量分别为58.0%和65.6%,但二者减排机理不同;秸秆对N_2O的减排因生物的氮固定,降低了硝化反应底物的有效性,生物质炭对N_2O减排可能源于硝化过程中较低的N_2O产生比例。由于生物质炭显著促进土壤硝化速率,而产生较多的NO_3~-,使得热带地区砖红壤硝态氮的淋失风险增大。     

施用生物质炭对红壤氮素供应能力的影响

通过室内培养试验研究添加生物质炭对红壤氮素供应能力的影响。结果表明,施用生物质炭明显提高土壤的pH值和土壤有机碳的积累,增加微生物生物量碳和氮的数量,减缓土壤氮素供应强度,促使土壤中矿质态氮向微生物生物量氮转化,但对土壤碱解氮的影响较小。氮素较低的土壤中施用生物质炭可导致速效氮素的明显下降,在施用生物质炭同时应配合施用氮素;而对于氮素偏高的土壤施用生物质炭,可降低土壤中的速效氮的水平,减少土壤氮素的淋失或NH+4 N和NO-3 N在土壤中的过度积累。     

硝化/脲酶抑制剂及生物质炭对养殖肥液灌溉土壤氮素转化的影响

化学氮肥添加硝化/脲酶抑制剂和生物质炭均可起到减少硝态氮淋溶损失或气态损失的作用。为研究以有机氮素和无机氮素复合系统的养殖肥液为主体的新型肥料对减少氮素损失的作用，在控制施氮量相同的前提下，通过设置不同种类的抑制剂和抑制剂组合方式：养殖肥液单施（CK）、尿素单施（U）、养殖肥液+双氰胺（DCD）、养殖肥液+氢醌（HQ）、养殖肥液+双氰胺+氢醌（DCD+HQ）、养殖肥液+生物质炭（B），探究硝化抑制剂、脲酶抑制剂单施或配施及生物质炭的添加对养殖肥液施用后土壤氮素转化的影响。结果表明，土壤N₂O-N累积排放量抑制率呈现DCD+HQ > HQ > DCD > B，抑制率依次为21.97%、19.39%、18.55%和10.71%；土壤氮素矿化速率依次为DCD+HQ > DCD > HQ > B > CK > U；土壤氮素硝化速率由大到小依次为CK > HQ > B > DCD+HQ > DCD > U。研究表明，DCD+HQ抑制剂组合模式更加有利于防控养殖肥液灌溉过程土壤氮素的损失。