等碳量玉米秸秆及其腐解、炭化材料还田对黑土腐殖质的影响

本文通过在高型塑料桶施加等碳量的玉米秸秆、腐熟秸秆和生物质炭的盆栽试验,以不施加有机物料作对照,研究不同还田材料对土壤腐殖质组成和胡敏酸结构性质的影响,为施用不同秸秆产品提供科学支持。试验共设4个处理,分别是不施加有机物料的对照(CK)、施加玉米秸秆(CS)、施加腐熟玉米秸秆(HCS)和施加玉米秸秆生物质炭(Bc),每个处理3次重复。结果表明:3种有机物料处理有利于增加土壤有机碳含量,改善腐殖质组成。Bc、HCS和CS处理SOC分别增加了18.20%、17.36%和1.45%,Bc和HCS处理差异显著;水溶性物质(WSS)含碳量分别增加36.36%、36.36%和18.18%,差异显著;胡敏素(HM)含碳量分别增加28.91%、24.69%和1.25%,Bc和HCS处理差异显著;胡敏酸(HA)含碳量分别增加21.64%、19.65%、8.46%,差异显著;富里酸(FA)含碳量显著减少;PQ值显著增加,从CK的62.86%分别增加到74.16%、69.86%和67.47%。不同材料对HA分子结构的影响不同,CS和HCS 2种秸秆处理的HA分子H/C和2920/1620比值增大(分别从1.056增加到1.075和1.107;从0.262增加到0.333和0.380),高温/中温放热比和失重比显著降低(分别从1.95降低到1.75和1.57;从1.56降低到1.50和1.41),说明施加玉米秸秆和腐熟秸秆使得HA分子缩合度和芳香性下降,脂族性增强,有利于HA分子向简单化方向发展;而Bc与秸秆处理相反,HA分子H/C和2920/1620比值减小(分别从1.056减少到1.025;从0.262减少到0.223),高温/中温放热比和失重比增加(分别从1.95增加到2.19;从1.56增加到1.65),说明施加生物质炭使得HA分子脂族与芳香碳比例下降,缩合度和芳香性增强,更有利于HA分子的稳定。秸秆和腐熟秸秆还田有利于增强HA的活性,而生物质炭还田更有利于土壤有机碳的固定。     

添加不同来源生物质炭对暗棕壤腐殖质组成和胡敏酸结构特征的影响

为了研究暗棕壤添加不同来源的生物质炭对腐殖质组成和胡敏酸结构特征的影响,选用玉米秸秆生物质炭(JG-Bc)、杨木生物质炭(YM-Bc)和毛竹生物质炭(MZ-Bc)进行培养试验,生物质炭(Bc)添加量为10.6 g/kg(相当于24 t/hm~2)。采用腐殖质组成修改法测定胡敏酸(HA)、富里酸(FA)和胡敏素(Hu)的含量;用国际腐殖质协会(IHSS)推荐的方法提取和纯化HA样品,并研究了胡敏酸的元素组成、红外光谱和热力学性质。结果表明:培养90 d后,添加生物质炭处理显著提高了土壤有机碳(SOC)和腐殖质各组分含量。SOC的增加主要体现在Hu上,由ck的8.40 g/kg增加到16.45～18.04 g/kg。可提取腐殖质总量虽然变化不大,但HA比例增加,PQ值由ck的54.71%上升到75.24%～82.50%。添加Bc不仅提高了HA的含量和比例,同时也影响到HA的结构特征,表现为HA的Δlog K、H/C摩尔比、O/C摩尔比降低;碳元素含量和分子缩合度增加,脂族链烃比例增加,促进HA结构趋于复杂化;HA的高温/中温放热和失重比值增加,热稳定性提高。不同处理之间作用大小顺序:毛竹Bc杨木Bc玉米秸秆Bc。该研究可为分析不同来源的生物质炭与腐殖质的关系及增加土壤有机质积累提供理论依据。     

生物质炭和秸秆对土壤团聚体腐殖物质组成的影响

添加生物质炭和秸秆都是增加土壤有机碳含量的有效方式,但二者在增加土壤腐殖物质组分的差异鲜有报道。为了解生物质炭和秸秆对土壤团聚体腐殖质组分及腐殖化程度的影响,通过180 d的室内培养试验研究施入秸秆及生物质炭后土壤团聚体腐殖质不同组分含量的变化。试验结果表明,施用秸秆及生物质炭均显著提高土壤大团聚体(2～0.25 mm)内腐殖物质的有机碳含量,随着培养时间的延长,大团聚体腐殖物质含量逐渐降低。整个培养期施用秸秆或生物质炭均以胡敏素增加为主,施用生物质炭胡敏素含量更高。表明施用生物质炭和秸秆首先增加土壤大团聚体腐殖物质含量,随着时间延长腐殖物质向微团聚体转移,并且胡敏素是增加的主要组分,施加生物质炭效果较施加秸秆更为明显。随着培养时间延长,添加生物质炭后大团聚体土壤HE和HA的E4/E6值增高,而添加秸秆土壤HE和HA的E4/E6值降低。研究结果认为,在短期内,施加生物质炭及秸秆可提高土壤腐殖化程度,可以提高土壤不同粒级团聚体腐殖质有机碳含量,且施加生物质碳和秸秆对增加大团聚体(2～0.25 mm)腐殖物质有机碳含量效果较微团聚体(<0.25 mm)更为明显。添加生物质炭后大团聚体土壤HE和HA逐渐简单化,而添加秸秆土壤HE和HA逐渐复杂化。     

生物质炭对城市污泥堆肥过程中碳素转化的影响

为促进城市污泥土地化利用,将生物质炭与城市污泥分别以0、3%、5%、10%的比例添加在城市污泥的好氧静态堆肥试验中,研究不同配比下堆肥反应过程中含水率、总有机碳、腐殖质酸、胡敏酸、富里酸含量的动态变化。结果表明:与对照相比,添加生物质炭可有效增加堆肥产品中水分含量,促进堆肥进程。各处理在堆肥末期含水率、总有机碳含量均呈下降趋势,但处理2(生物质炭添加量为5%,稻壳/城市污泥(4∶1)添加量为95%)的含水率较对照高5.8百分点,总有机碳含量较对照高40g·kg~(-1);各处理在堆肥结束期其腐殖质炭含量及胡敏酸炭含量明显增多,增加量由大至小依次为处理2处理3处理1对照。综合各项指标,与其它处理相比,处理2即当生物质炭添加量为5%时,更能促进整个堆肥过程中微生物的活性,更能保证堆肥产品质量。     

玉米秸秆不同还田方式对黑土有机碳组成和结构特征的影响

为研究玉米秸秆不同还田方式对黑土有机碳组成和结构特征的影响,以吉林农业大学微区试验田黑土为研究对象,设置CK(未施用秸秆)、C1(秸秆浅施)和C2(秸秆深还)共3种处理,通过腐殖质组成修改法提取富里酸(Fulvic acid,FA)、胡敏酸(Humic acid,HA)和胡敏素(Humin,HM),IHSS方法提取HA样品,并测定其元素组成、红外光谱和差热性质等结构性质。结果表明:秸秆还田有利于土壤和各腐殖质组分有机碳含量提高,土壤腐殖质PQ值(HA在可提取腐殖质中所占的比例)显著增加;与CK相比,C1处理表层(0~20 cm)的SOC、HA、FA和HM有机碳含量明显增加,分别增加了21.8%、27.3%、11.5%和30%;C2处理亚表层(20~40cm)的SOC、HA、FA和HM有机碳含量显著增加,分别增加了26.3%、32%、13.4%和31.9%。C1和C2处理均使HA的氧化度、缩合度和热稳定性降低,脂族链烃和芳香碳含量增加,结构趋于简单化。这些变化在C1处理中主要体现在表层,与CK相比,C1处理表层HA的(O+S)/C比值降低了11.3%,I2920/I1620的比值增加了23.4%;C2处理主要为亚表层HA结构的变化,与CK相比,C2处理亚表层HA的(O+S)/C比值降低了9.1%,I2920/I1620的比值增加了23%。这一研究结果对阐明土壤培肥机理和指导秸秆还田实践有重要意义。     

生物质炭施用对重金属污染水稻土有机碳矿化的影响

[目的]本文旨在研究重金属污染土壤施用生物质炭后对土壤有机碳稳定性的影响,为环境污染修复条件下土壤有机碳库的科学管理提供参考。[方法]以苏南地区长期Cd/Pb污染和邻近未污染水稻土为研究对象,采集对照无污染土壤(P0)、低污染土壤(P1)和高污染土壤(P2)3种土壤,每种土壤分别设置施用量为0(C0)、10 g·kg~(-1)(C1)和20 g·kg~(-1)(C2)的玉米秸秆生物质炭处理,进行为期60 d的恒温恒湿室内培养试验,对比分析施用生物质炭对不同程度重金属污染水稻土中CO_2-C释放动态、总有机碳和活性碳库含量和激发效应的影响。[结果]添加生物质炭能够显著增加不同程度重金属污染水稻土CO_2排放,其中未污染和低污染土壤施加生物质炭后其CO_2的释放速率及累积矿化量显著高于高污染土壤。相比于污染土壤,施加生物质炭对未污染土壤易氧化态碳含量的增加影响更显著;P1土壤低炭和高炭处理分别比原土微生物量碳含量增加23.1%和27.1%,P2土壤增加49.7%和41.7%;P1土壤低炭和高炭处理颗粒态有机碳含量分别比对照增加66.9%和200.2%,P2土壤增加22.2%和45.8%;施炭处理可显著降低土壤中的可溶性有机碳含量。施用生物质炭对各处理土壤产生负激发效应,且在低污染土壤中表现最为显著;生物质炭抑制土壤本底碳的矿化,促进土壤原有有机碳的稳定性。[结论]施用生物质炭可提高重金属污染水稻土中有机碳的累积量,增加土壤中活性碳库的组分,抑制土壤中原有有机碳的矿化分解,存在显著的负激发效应。     

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。     

3种壳类生物质炭对南方红壤理化性质的动态影响

【目的】探究3种壳类生物质炭对南方红壤理化性质的动态影响,以期为南方红壤改良奠定理论基础。【方法】利用慢速热解法制备3种壳类生物质炭并对其进行表征,通过室内试验,研究添加3种壳类生物质炭对土壤有机质含量、容重、pH以及速效钾含量的动态影响。【结果】在1～90 d处理期内,松子壳炭、稻壳炭和油茶壳炭的施加均显著提高了土壤有机质和速效钾含量。在30～90 d内,施加5%(w)松子壳炭使有机质含量较对照(CK)组上升了258.94%～284.92%,施加5%(w)稻壳炭使速效钾含量较CK组上升了429.98%～716.58%;1～90 d处理期内,施加5%(w)稻壳炭降低了土壤容重,在30～90 d内,施加5%(w)稻壳炭使土壤容重较CK组下降了9.72%～15.38%;在1～90 d处理期内,施加油茶壳炭显著提高了土壤pH,在30～90 d内,施加5%(w)油茶壳炭使土壤pH较CK组增加了16.91%～29.53%。另外,不同施加量的松子壳炭对土壤理化性质影响的研究结果表明,在1～90 d处理期内,施加8%(w)松子壳炭能较稳定地提高土壤的有机质含量、pH和速效钾含量,降低土壤容重。【结论...     

不同秸秆还田方式对土壤腐殖质组成的影响

针对东北黑土肥力下降和秸秆未能合理利用问题,研究了玉米秸秆不同还田方式对黑土土壤有机碳和腐殖质组成的影响.试验共设置未施用秸秆(ck)、秸秆浅施(CS2)、秸秆深还(CS3)、秸秆与土壤混合浅施(CS4)、秸秆与土壤混合深还(CS5)5种处理.使用腐殖质组成修改法提取水溶性物质(WSS)、富里酸(Fulvic acid,FA)、胡敏酸(Humic acid,HA)和胡敏素(Humin,HM).结果表明:秸秆还田后,各处理SOC、HAC、PQ值以及HA的△lgK值均提高.与ck相比,玉米秸秆与0～20cm 土壤均匀混合后浅施(CS4)显著提高了表层土壤速效养分(N、P、K)含量,其中碱解氮含量增加了 14.21 mg/kg,有效磷含量增加了 14.99 mg/kg,速效钾含量增加了 42.91 mg/kg;玉米秸秆与20～40 cm 土壤均匀混合后深还(CS5)显著提高了亚表层土壤速效养分(N、P、K)含量,其中碱解氮含量增加了 21.51 mg/kg,有效磷含量增加了 13.30 mg/kg,速效钾含量增加了39.09 mg/kg.与ck相比,各处理各层土壤腐殖质组成碳的含量均有不同程度上升,其中CS4处理HA、FA、HM有机碳含量与ck相比分别上升33.82％、9.38％、31.15％;CS5处理HA、FA、HM有机碳含量与ck相比分别上升35.48％、17.51％、19.80％.秸秆还田后各处理PQ值均有不同程度上升,与ck相比,表层土壤中CS4处理PQ值显著上升,从63.91％上升到68.42％.与ck相比,全量秸秆深还(CS)处理显著提高了胡敏酸和富里酸色调系数△lgK的值,表层和亚表层胡敏酸的△lgK分别提高了 7.19％和12.48％,富里酸的△lgK分别提高了 4.19％和10.18％.说明秸秆还田可以提高黑土土壤腐殖化程度,使土壤HA结构变得简单.     

施玉米秸秆生物质炭对土壤腐殖质组成和结构特征的影响

生物质炭是黑碳的一部分,与腐殖质碳同为土壤有机碳慢库的组成部分,对土壤固碳、土壤肥力和环境解毒有重要作用。通过培养试验研究了土壤添加玉米秸秆生物质碳360 d后对土壤腐殖质组成及其结构特征的影响。结果表明:土壤添加生物质炭后,土壤有机碳和胡敏素含量随生物质炭用量的增加而增加,胡敏酸及富里酸含量随生物质炭用量增加而降低,可提取腐殖质中胡敏酸的比例差异不显著。施用生物质炭使土壤胡敏酸的色调系数下降、相对色度提高,H与C物质的量比和O与C物质的量比降低,高温放热与中温放热比值和高温失重与中温失重比值上升,施用生物质炭促使黑土胡敏酸的分子缩合度升高,氧化度下降,热稳定性提高,使胡敏酸分子结构复杂化,有利于土壤有机碳的稳定。     

施用生物炭对重金属污染农田土壤改良及玉米生长的影响

为了解生物炭的农业环境效应,采用大田试验,研究了不同生物炭施用量(0、5、10、20、30 t·hm-2)对韶关仁化县矿区周边重金属污染农田土壤理化性质、玉米(粤甜9号)生长状况、产量及重金属累积等的影响。结果表明:与对照(CK)相比,生物炭显著提高土壤pH值和有机质质量分数,其提升幅度随施用量的增加而升高,而土壤阳离子交换量随施用量的增加先升高后降低;生物炭施加量达到30 t·hm-2时,土壤速效钾含量是CK处理的3.1倍,但不同生物炭施用量对土壤碱解氮含量的影响没有显著性差异;不同用量生物炭均能降低土壤Pb和Cd的含量,降低幅度分别为11.3%和23.9%。各处理均能有效降低Pb、Cd在玉米粒、玉米芯、玉米叶和玉米秆中的累积。当施用量为20 t·hm-2时,玉米粒中Pb的含量降低幅度达49.4%,Cd的降低幅度达45.4%;生物炭对玉米的增产效果随施用量的增加而增加,分别为CK的1.75、6.16、8.84倍和8.90倍。综上所述,生物炭通过提高土壤pH值和有机质含量,实现了对南方酸性土壤的改良,对玉米产量具有促进作用,可降低污染土壤重金属的生物有效性。     

生物炭和秸秆还田对华北农田玉米生育期土壤微生物量的影响

基于华北农田长期定位试验,研究了长期施用生物炭和秸秆还田对整个玉米生育期内土壤微生物量的影响.试验共设4个处理:CK(单施氮磷钾肥)、C1(生物炭4.5 t·hm^-2·a^-1+氮磷钾肥)、C2(生物炭9.0 t·hm^-2·a^-1+氮磷钾肥)和SR(秸秆还田+氮磷钾肥).结果表明,各处理土壤微生物量碳、氮(MBC、MBN)动态变化趋势基本一致,均在玉米拔节期达到最高值,施用生物炭和秸秆还田均显著提高了土壤MBC、MBN含量(P <0.05),并且随着施炭量的增加而增加.与CK相比,C1、C2和SR处理的土壤MBC和MBN分别提高了105.2%、146.5%、96.4%和123.9%、183.6%、114.3%;与秸秆直接还田相比,施用高量生物炭更有利于增加土壤MBC、MBN含量.土壤MBC、MBN均与土壤温度呈现显著的正相关关系,而与土壤水分的相关性较差,说明在玉米生育期土壤温度是影响土壤微生物量变化的主要因素之一.施用生物炭显著降低了MBC、MBN的季节波动,而对土壤微生物量碳氮比(MBC/MBN)没有显著影响.综上所述,施用生物炭更有利于维持较高的微生物活性和较稳定的土壤环境.     

减肥条件下生物炭施用方式对土壤肥力及酶活性的影响

为研究生物炭逐年施加和一次性施入4年后对土壤肥力和酶活性的影响，采用定位试验设置100%（F1）、80%（F2）和60%（F3）推荐施肥量的三种施肥水平×四种施炭量（CK：0 t·hm^-2，B1：2.6 t·hm^-2·a^-1，B2：13 t·hm^-2，B3：26 t·hm^-2）共12个处理，分析土壤氮磷钾养分含量和酶活性指标的变化，其中B1处理逐年施加，B2和B3处理一次性施加。结果表明生物炭对土壤氮素提高效果显著，其中全氮含量较对照处理提高23.08%~52.25%，硝态氮含量是对照的1.80~2.46倍，并随施炭量提高而增加，提升效果优于铵态氮。60%推荐施肥条件下，施加13 t·hm^-2和26 t·hm^-2生物炭土壤速效磷含量分别高于不施炭对照84.99%和159.23%。土壤全钾含量未因生物炭加入发生显著变化，但是速效钾含量较对照提高了18.99%~61.24%。土壤酶活性主要受生物炭施加方式的影响：逐年施加生物炭（B1）显著提高了酸性磷酸酶活性，但降低了土壤脲酶和过氧化氢酶活性，而一次性施炭可提高土壤脲酶活性。研究表明，生物炭对土壤氮磷肥力和速效钾肥力均有一定的提升效果，其中对氮素的提高效果最理想，可弥补减肥40%引起的土壤氮素降低。逐年施炭对土壤酶活性影响显著，新鲜生物炭中所含物质是影响酶活性的主要因素。     

棉花秸秆及其生物炭对滴灌棉田氨挥发的影响

土壤氨挥发是干旱区农田氮肥损失的重要途径之一,通过田间试验研究了施用棉花秸秆及其生物炭对滴灌棉田土壤无机氮含量及氨挥发的影响。试验设对照、施用棉花秸秆(12 t·hm-2)和等碳量生物炭(4.5t·hm-2)三个处理,每个处理设置不施氮肥和施氮450 kg N·hm-2两种条件。试验结果表明,施用棉花秸秆和生物炭可显著降低土壤NH+4-N含量,分别较对照降低8.01%~19.88%和5.49%~9.90%。棉花秸秆及其生物炭处理土壤NO-3-N含量和脲酶活性在不施氮肥条件下显著降低,而在施氮肥条件下显著增加。不施氮肥条件下,棉花秸秆和生物炭处理土壤氨挥发较对照分别降低22.06%和21.27%;而在施氮450 kg N·hm-2条件下,分别降低30.58%和40.59%。因此,棉花秸秆及其生物炭还田都可以减少滴灌棉田氨挥发,其中生物炭还田效果更显著,是一种更好的秸秆利用方式。     

生物质炭对旱作春玉米农田N2O排放的效应

通过田间试验,采用密闭式静态暗箱-气相色谱法研究不同生物质炭添加量(0、10、20、30t·hm-2)对黄土旱塬旱作春玉米农田N2O排放的影响。结果表明:生物质炭添加降低了施氮农田春玉米生长季N2O排放通量峰值和排放总量,添加30、20、10 t·hm-2生物质炭的三个处理N2O排放总量比不添加生物质炭的处理分别降低19.24%、9.89%、3.40%,其中添加30 t·hm-2生物质炭处理降低显著(P0.05),但添加20 t·hm-2的生物质炭未对不施氮农田N2O排放通量和总量产生显著影响。无论添加生物质炭与否,生长季不施氮处理的N2O排放通量和总量均显著低于施氮处理。添加生物质炭不同程度提升了农田0 cm和10 cm土壤温度,减少了施氮处理0~20cm土壤NH+4-N和NO-3-N含量,但对农田0~20 cm土层土壤含水量影响不显著。相关分析表明,试验农田N2O的排放通量与0~20 cm土层土壤NO-3-N和NH+4-N含量、含水量均呈极显著正相关关系(P0.001),与0 cm与10 cm土壤温度呈负相关关系。添加生物质炭后矿质氮含量的减少可能是旱作春玉米农田N2O排放减少的主要原因。     

生物炭调节盐化水稻土磷素形态及释放风险研究

为探明生物炭施用对盐化水稻土磷素形态及释放风险的影响,以滨海草甸盐化水稻土为基础,结合室内分析,研究了不同用量生物炭还田方式(CK:0 t·hm~(-2);B1:20 t·hm~(-2);B2:40 t·hm~(-2))条件下土壤磷含量、组分特征及磷素释放风险。结果表明:生物炭能提高土壤全磷、有效磷、总有机磷和总无机磷含量,提高幅度分别为:11.40%～35.70%、28.96%～46.63%、11.30%～29.19%和10.54%～25.98%。生物炭提高了土壤NaHCO_3浸提态磷(Ca_2-P)、NH_4AC浸提态磷(Ca_8-P)和NH_4F浸提态磷(Al-P)含量,随着施炭量的增加而增大,且各处理间差异显著;当施炭量为20 t·hm~(-2)时,土壤NaOH-Na_2CO_3浸提态磷(Fe-P)和闭蓄态磷(O-P)含量显著高于其他处理;施用生物炭对H_2SO_4浸提态磷(Ca_(10)-P)无显著影响。生物炭显著提高了土壤活性有机磷(LOP)和中等活性有机磷(MLOP)含量,但显著降低了土壤中等稳定性有机磷(MROP)含量,当施炭量为40 t·hm~(-2)时,土壤高等稳定性有机磷(HROP)含量最小,且显著低于其他处理。本试验中土壤的活性Al[Al(ox)]和活性Fe[Fe(ox)]均处于较高水平;施用生物炭显著提高了土壤磷吸持指数(PSI),增加了土壤固磷能力;土壤磷吸持饱和度(DPSS)为6.81%～8.34%,土壤磷释放风险指数(ERI)为54.55%～61.67%。综上所述,在本文试验条件下,施用生物炭可以改善盐化水稻土磷素状况,且不会增大土壤磷素释放的风险。     

施用生物炭对干旱区玉米农田碳足迹的影响

为粮食稳定增产的同时降低农田生态系统的温室气体排放和碳足迹。本研究在科尔沁沙丘-草甸梯级生态系统中的玉米农田设置施入不同含量生物炭的对比试验,其施用生物炭量分别为:0(CK)、15(C15)、30 t?hm~(-2)(C30)和45 t?hm~(-2)(C45),就各处理生命周期内温室气体(CO_2、CH_4及N_2O)通量进行观测,对其农资投入进行统计,并进行碳足迹的计算。结果表明:施用生物炭会有效降低玉米农田生态系统的温室气体累计排放总量,处理C15、C30、C45与对照CK相比,其温室气体累计排放量分别降低21.4%、14.2%、16.8%;碳足迹及单位产量碳足迹则随着生物炭添加含量的增加而明显增大,处理C15、C30、C45与对照CK相比,其碳足迹分别增大73.1%、149.1%、227.8%,其单位产量的碳足迹分别增大59.8%、121.2%、195.9%。相比对照C15,处理C30和C45分别提高了玉米产量的4.2%和2.2%,但增幅均并不显著。因此综合经济效益和环境因素考虑,建议科尔沁地区玉米农田在生产过程中施用15 t?hm~(-2)生物炭,在保证增加产量的同时将农田生态系统的碳足迹控制在较低范围内。     

南方双季稻区生物质炭还田模式生态效益评价

应用生态经济系统能值分析理论与方法,引入环境污染指数和能值反馈率2个新的指标,分析了无秸秆还田(CK,即常规施肥处理)、低量秸秆还田(LS)、高量秸秆还田(HS)、低量秸秆源生物质炭施用(LC)和高量秸秆源生物质炭施用(HC)5种秸秆还田模式的能值效益,从农业可持续发展水平来评价南方双季稻区最佳管理模式。结果表明:秸秆还田显著增加了农田温室气体能值产出,LS、HS处理分别是CK处理的1.94倍和2.92倍,分别减少了8.13%和10.80%的水稻生物量能值产出。秸秆源生物质炭还田温室气体能值产出与常规施肥处理(CK)差别不大,但明显低于秸秆直接还田,减少了49.10%~59.36%。秸秆源生物质炭还田增加了水稻生物量能值产出,比常规施肥处理(CK)增加了4.32%~10.49%,比秸秆直接还田增加了16.96%~20.27%。5种秸秆还田模式,能值产投比早稻季依次为:LC> HC> CK> HS> LS,晚稻季依次为:HC> LC> CK> LS> HS。综合评价双季稻生态系统可持续发展水平,早稻和晚稻季节HC均高于其他模式。因此,从能值效益角度,高量秸秆源生物质炭还田是该区域双季稻生产中最优的秸秆还田模式,可以大力推广。     

小麦秸秆生物质炭对旱地土壤铅镉有效性及小麦、玉米吸收的影响

采用高(40 t·hm~(-2))、低(20 t·hm~(-2))两个不同施用量将小麦秸秆生物质炭施用到小麦-玉米轮作模式下的碱性旱地土壤,分析生物质炭对Pb、Cd污染土壤中小麦、玉米籽粒Pb、Cd的富集以及土壤Pb、Cd的生物有效性的影响。结果表明:旱地土壤中,小麦秸秆生物质炭在小麦、玉米两季均能有效提高土壤有机碳含量,两季最高增加量分别是对照的2.4倍和2.8倍;同时显著降低土壤Ca Cl2-Pb和Ca Cl2-Cd的含量,最大降幅分别达到53%和50%,进一步表现为小麦籽粒Pb、Cd含量的显著降低,降幅最高分别为43%和21%,但小麦籽粒Pb、Cd含量仍高于现行国家标准(Cd0.1 mg·kg~(-1),Pb0.2 mg·kg~(-1)),而对玉米籽粒Pb、Cd含量无显著影响。在对污染水平及施炭量的多因素方差分析中发现,20 t·hm~(-2)的施炭量可在短期内达到修复目的,而40 t·hm~(-2)施炭量的治理效果可至少维持两个生长季。因此,小麦秸秆生物质炭对碱性旱地土壤Pb、Cd污染的修复,主要是通过提高土壤有机碳含量以及生物质炭丰富的官能团对土壤Pb、Cd的吸附螯合及络合作用来降低土壤Pb、Cd的生物有效性,从而降低小麦籽粒的Pb、Cd富集,并且其持效性在一定生物质炭施用范围内随施用量的增加而延长。     

生物炭对施用沼液稻田土壤重金属生物有效性的影响

为探讨施用沼液条件下,添加生物炭对农田土壤重金属生物有效性的影响,以滨海盐土农区稻田为研究对象,设置0、250、500、750 m³·hm^-2四个沼液施用水平（折合施氮量分别为0、205、410、615 kg·hm^-2）以及0、15 t·hm^-2两个生物炭用量,对0~20cm土层土壤重金属（Cu、Zn、Pb、Cd）生物有效性进行研究。结果表明：低沼液用量（250 m³·hm^-2）下,无论是否添加生物炭,土壤中四种重金属的弱酸提取态质量分数均无显著变化。中、高沼液用量（500~750 m³·hm^-2）下,添加生物炭前,与不施用沼液相比,Cu、Zn、Pb和Cd弱酸提取态质量分数显著提升;添加生物炭后,Cu和Pb弱酸提取态质量分数较添加前显著下降（P<0.05）。添加生物炭前,施用沼液使水稻籽粒中Cu含量增加了44.0%~116.5%,Pb、Cd含量无显著变化。添加生物炭后,中、高沼液用量下籽粒中Zn、Pb和Cd含量无显著变化,但Cu含量降低了21.8%~37.5%（四种重金属含量均低于GB 2762—2017限值）。研究表明,对施用沼液稻田而言,添加生物炭能显著降低土壤中Cu和Pb的生物有效性,是降低水稻籽粒中Cu含量的有效措施。