玉米秸秆生物炭对土壤无机氮素淋失风险的影响研究

采用室内土柱模拟淋溶方法,研究生物炭对不同土层土壤淋溶液体积以及铵态氮(NH+4-N)和硝态氮(NO-3-N)淋失量的影响。实验所用的生物炭以玉米秸秆(炭化温度500℃)为原料制成,分别按照炭土质量比0(T1)、1%(T2)、2%(T3)和4%(T4)施用于褐潮土中。结果表明:淋溶实验过程中,淋溶初期生物炭对土壤NH+4-N和NO-3-N的固持作用比较明显,且对NH+4-N的固持主要发生在0~10 cm土层,而对NO-3-N的固持主要发生在10~40 cm;生物炭能够有效增加土壤的持水能力,与不添加生物炭处理(T1)相比,T2、T3、T4处理的土柱累积淋溶液体积分别减少了10%、20%、26%,无机氮素淋失量显著降低,分别减少27%、48%、61%;无机氮素淋失量的减少主要来自NO-3-N,相对于不添加生物炭处理,T2、T3、T4处理NO-3-N累积淋失量分别为62.4、44.4、34.5 mg,分别减少了28%、49%、58%。总的来说,土壤中添加玉米秸秆生物炭能够有效降低土壤无机氮素的淋失风险。     

生物炭对中性水稻土养分和微生物群落结构影响的时间尺度变化研究

采用室内培养实验研究了生物炭对中性水稻土养分、微生物量和磷脂脂肪酸(PLFA)特征的影响。试验采用玉米秸秆生物炭(炭化温度500℃),分别按照炭土质量比0(CK)、1%(T1)、2%(T2)和4%(T3)施用于土壤中,进行好气培养。结果表明:从时间尺度变化规律来看,土壤中铵态氮和硝态氮以及微生物量碳氮呈现波动性变化规律,在培养第21 d达到最低值,随后又呈现增加趋势,这与土壤中可利用态碳氮养分消耗有关。从生物炭的添加效果来看,与CK相比,生物炭的添加能够提高土壤p H值、有机质、全氮含量,降低铵态氮、硝态氮含量;生物炭的添加能够提高土壤微生物量碳氮含量,与CK相比,T1~T3处理微生物量碳、氮含量分别提高5.5%~14.3%、4.8%~25.7%;生物炭的添加降低了土壤PLFA含量,但土壤中各微生物类群PLFA含量在处理间差异不明显,表明其对土壤微生物群落结构影响不显著。总之,施用生物炭在一定程度上可以改善中性水稻土养分状况,提高土壤微生物量含量,改善土壤肥力水平。     

玉米秸秆生物炭对稻油轮作农田磷流失风险的影响

以云南大理洱海流域典型稻油轮作模式为研究对象,通过2年田间定位试验,研究生物炭(玉米秸秆制备)、玉米秸秆与化肥配施对我国稻油轮作模式农田磷流失风险的影响。田间小区试验包括常规施用化肥(NPK)、生物炭与化肥配施(NPK+C)、生物炭与化肥减半配施(1/2NPK+C)、玉米秸秆与化肥配施(NPK+S)四个处理,通过比较不同处理间土壤有效磷含量、作物产量、吸磷量和水稻生长期间土壤有效磷、田面水总磷、可溶性总磷的动态变化特征,分析施用玉米秸秆生物炭和直接施用玉米秸秆对土壤、作物和磷流失风险的影响。结果表明,与NPK处理相比,增施生物炭和玉米秸秆,可显著提高水稻和油菜产量,但对水稻季田面水磷浓度无显著影响;施用生物炭条件下减施化肥,短期内未造成水稻和油菜减产,却降低了水稻整个生育期内田面水总磷(TP)和可溶性总磷(TDP)浓度;各处理水稻季田面水TP和TDP浓度在栽秧后第1 d内达到峰值,4~5 d内浓度迅速降低,7 d之后浓度趋于稳定。在此过程中,田面水TP下降64.2%~79.1%,TDP下降63.1%~82.4%。上述研究结果表明,为降低稻油轮作农田磷流失风险,可以考虑在水稻季施用生物炭的条件下减施化肥磷,并且在水稻栽秧后7 d内控制田面水外流。     

长期增施有机肥/秸秆还田对土壤氮素淋失风险的影响

【目的】研究长期增施有机肥/秸秆还田对作物产量及土壤氮素淋失风险的影响,旨在为华北平原冬小麦-夏玉米轮作区增强土壤肥力、提高作物产量及降低农业面源污染风险提供依据。【方法】以国家褐潮土肥力与肥料效益监测基地的长期肥料试验为平台,研究长达27年不同施肥处理对冬小麦-夏玉米产量、土壤肥力、氮素淋失风险和土壤氮素剖面分布的影响,试验共设置5个施肥处理,即：对照（CK）;氮磷钾（NPK）;氮磷钾+有机肥（NPKM）;氮磷钾+过量有机肥（NPKM+）;氮磷钾+秸秆还田（NPKS）。【结果】（1）在27年的不同施肥处理中,长期增施有机肥/秸秆还田均能使作物增产,改善土壤肥力。其中,增施有机肥处理尤为显著,与NPK相比,NPKM、NPKM+处理提高小麦和玉米产量分别为41%-50%和30%-32%;增加0-20 cm表层土壤有机碳（SOC）和全氮（TN）含量分别为62%-121%、107%-187%;但降低小麦、玉米氮肥偏生产力（PFP_N）分别达22%-32%、27%-41%。而NPKS处理对作物增产及提升土壤肥力的作用低于增施有机肥处理,对小麦产量、玉米产量、SOC、TN含量的增幅分别为24%、6%、9%、97%,但提高小麦季PFP_N为216%、降低玉米季PFP_N为40%。（2）长期增施有机肥/秸秆还田处理中,0-20 cm表层土壤SOC、TN、硝态氮（NO₃^--N）、可溶性碳氮等养分含量以及氮矿化速率、硝化潜势等微生物学过程显著高于20-200 cm,说明长期增施有机肥/秸秆还田等外源碳的添加对土壤养分及微生物学过程的影响主要发生在表层。（3）与NPK相比,NPKM处理能够显著增加100-200 cm深层土壤中NO₃^--N含量,NO₃^--N平均含量为17.8-26.1 mg·kg^-1;而NPKS处理在一定程度上能够增加0-100 cm土层NO₃^--N含量,NO₃^--N平均含量为3.6-13.4 mg·kg^-1,表明增施有机肥会促进土壤NO₃^--N的向下迁移,而秸秆还田对土壤NO₃^--N具有一定的固持作用。此外,由于有机肥和秸秆带入的氮素, NPKM、NPKM+、NPKS处理氮盈余比NPK处理增加312%、1 037%、953%,大大增加了土壤氮素淋失风险。【结论】在氮磷钾化肥基础上增施有机肥/秸秆还田会提高作物产量、增强土壤肥力,但会提高土壤氮盈余量,提高氮素淋失风险,尤其是增施有机肥会大大增加氮素淋失风险。     

秸秆还田提高水稻-油菜轮作土壤固氮能力及作物产量

为探讨西南山区水稻-油菜轮作模式下秸秆还田对作物产量和土壤氮素固持能力的影响,于2013-2015年在洱海流域稻油轮作农田中设置空白处理(CK)、单施化肥(CF)、化肥+玉米秸秆(CFMS)以及化肥+蚕豆秸秆(CFBS)4个处理,测定分析了作物产量、土壤微生物量及土壤理化性质等关键指标。结果表明,与CF处理相比,秸秆还田提高水稻、油菜产量及其地上部含氮量,增加氮素有效输出。不同处理土壤微生物量碳、氮质量分数存在差异,其大小顺序为:CFMSCFBSCFCK。与土壤碳氮比相比,土壤微生物熵和微生物量C/N对秸秆还田做出快速响应,秸秆还田提高土壤微生物熵,降低微生物量C/N。此外,秸秆还田显著降低油菜收获后的土壤硝态氮残留(P0.05),与CF相比,玉米秸秆和蚕豆秸秆还田分别使土壤硝态氮残留量减少11.6%~55.0%和13.7%~52.3%。可见,中国西南山区稻油轮作模式下秸秆还田能提高作物产量和含氮量,增强土壤微生物氮素固持能力,有效降低土壤氮素流失风险,且玉米秸秆在增产、固氮方面的作用优于蚕豆秸秆。结果可为提高西南山区水稻、油菜产量,增强土壤氮素固持能力,降低土壤氮素流失风险提供参考。     

不同施肥年限下作物产量及土壤碳氮库容对增施有机物料的响应

【目的】研究不同年限下增施有机肥及秸秆还田对作物产量及剖面土壤碳氮库容的影响,旨在为华北平原冬小麦-夏玉米轮作区增强土壤肥力、提高作物产量提供依据。【方法】以农业部昌平潮褐土生态环境重点野外科学观测试验站为平台,分别在长达11年和27年的2个不同施肥年限试验区采集4个施肥处理,即氮磷钾（NPK)、氮磷钾+22.5 t·hm ^-2有机肥（NPKM）、氮磷钾+33.75 t·hm ^-2有机肥（NPKM+）、氮磷钾+秸秆还田（NPKS）不同土层深度的土壤样品,分析冬小麦-夏玉米产量和土壤碳氮库容剖面分布特征。 【结果】（1）增施有机肥及秸秆还田处理对作物的增产效应随施肥年限的延长而逐渐增强。与NPK处理相比,施肥11年限的NPKM、NPKM+和NPKS处理分别提高小麦和玉米产量为18.6%、15.8%、3.5%和39%、42%、35%;而27年的各施肥处理对小麦和玉米产量的增产幅度分别为41%、51.5%、23%和31%、33%、58%。（2）随着施肥年限的延长,增施有机肥及秸秆还田均能持续提升土壤碳、氮库容。连续施肥11年后,土壤碳、氮库容分别为25—114 Mg·hm ^-2、2.2—9.0 Mg·hm ^-2;而27年后土壤碳、氮库容分别为29—146 Mg·hm ^-2、2.5—12.1 Mg·hm ^-2。随着土壤剖面的加深,不同施肥年限中土壤碳、氮库容均表现为先逐渐增加后逐渐降低的趋势,均在80 cm处达到峰值。在80 cm土层峰值处,27年施肥处理中NPK、NPKM、NPKM+、NPKS土壤碳库和氮库分别为102、128、146、123 Mg·hm ^-2和8.3、9.7、12.1、9.1 Mg·hm ^-2,而11年施肥年限内各处理土壤碳、氮库均表现为差异不显著（P>0.05）。和NPK相比,不同年限中增施有机肥及秸秆还田均降低了不同土层的土壤碳氮比。同时,随着施肥年限的延长,土壤碳氮比越稳定。（3）随着施肥年限的延长,各处理土壤累积碳、氮库均呈现增加趋势。连续施肥11年后,NPKM、NPKM+、NPKS比NPK提升土壤累积碳、氮库容分别为5.2%、11.2%、9.2%和21.2%、26.6%、38.8%;连续施肥27年后NPKM、NPKM+、NPKS比NPK提升土壤累积碳、氮库容分别为26.3%、41.1%、21.8%和26.2%、44.9%、4.0%,且随着施肥年限的延长,施用有机肥对土壤累积碳库容的提升高于秸秆还田的趋势愈加明显,而对土壤累积氮库容的提升效果低于秸秆还田。 【结论】在氮磷钾化肥基础上增施有机肥及秸秆还田会提高作物产量、增强土壤碳氮库容、提升土壤肥力,且随着施肥年限的延长,效果愈加明显。同时,施用有机肥对作物产量、碳库的增强效应强于秸秆还田,而对氮库的提升效果低于秸秆还田。     

接种丛枝菌根真菌对辣椒积累转运镉的影响

【目的】明确丛枝菌根真菌对辣椒植株积累转运镉（Cd）的影响,为阻控Cd向辣椒植株地上部转移和植物修复的应用提供参考依据。【方法】采用盆栽试验,以辣研201为试材,对其接种根内根生囊霉（Rhizophagus intraradices）和摩西管柄囊霉（Funneliformis mosseae）,比较接种与未接种的土壤、辣椒根系与地上部Cd含量变化,从而探究接种根内根生囊霉和摩西管柄囊霉对辣椒植株积累转运Cd的影响。【结果】与来接种处理相比,接种根内根生囊霉和摩西管柄囊霉后土壤中Cd总量显著提高10.80%和9.98%（P< 0.05,下同）,土壤中Cd各形态含量占比发生变化,残渣态Cd含量提高79.82%和95.44%,而酸溶态Cd含量占比的迁移风险降低32.19%和29.45%。接种Ri和Fm后辣椒根系Cd含量分别显著增加39.57%和53.13%,根系富集系数显著分别提高33.15%和40.68%;而地上部Cd含量分别降低15.02%和9.30%,地上部富集系数分别显著降低24.35%和18.91%;辣椒体内Cd转运系数分别显著下降30.15%和33.72%。基于典型相关分析可知,典型权重较大的残渣态Cd含量对土壤Cd含量变化起正向作用,辣椒根系Cd富集系数与体内Cd转运系数对辣椒Cd含量变化起反向作用;基于典型载荷与交叉载荷分析可知,土壤中酸溶态Cd低则移除程度弱、残渣态Cd高则滞留程度强,因而辣椒积累转运Cd能力差。【结论】接种从枝菌根真菌可调控辣椒地上部与根系间Cd的分配,一定程度上可控制土壤中的Cd由根部向地上部转移。