生物炭对不同林龄杉木人工林林下植被的影响

近年来杉木人工林地地力衰退日趋突出,林下植被对人工林地力有一定的影响,因此在福建三明莘口教学林场洋顶工区内选择3种发育阶段不同的杉木人工林设立样地,设计施生物炭(木炭、竹炭)及不施炭共3种处理,对样地内林下植被的种类、数量、地径、高度、冠幅、盖度等指标进行调查,研究生物炭对不同林龄林下植被的影响。结果表明,施炭3年后,不同林龄林下植被优势物种的种类和重要值发生了改变,物种多样性指数、均匀度指数、生态优势度指数也有所变化,表现为幼龄林灌木层竹炭处理对照木炭处理,草本层竹炭处理木炭处理对照;中龄林灌木层竹炭处理对照木炭处理,草本层对照木炭处理竹炭处理;成熟林灌木层草本层均是对照竹炭处理木炭处理。施生物炭对不同林龄的影响大小具体表现为成熟林中龄林幼齡林,木炭处理竹炭处理。     

不同生物炭混施对土壤养分和蚕豆生长的影响

生物炭在农业生产和环境保护方面具有广泛的应用前景,生物炭在高海拔区的应用研究具有重要的现实意义。结合生物炭单独施用和混施2种方式,研究竹炭和木炭不同添加比例对蚕豆株高、生物量和土壤有机质、全磷和全氮含量的影响。结果表明:不同生物炭对土壤养分和蚕豆生长具有一定的促进作用。其中,就生物炭施加方式来看,混施优于单施;在对土壤养分和蚕豆生长的影响方面,木炭大于竹炭;WBC2处理(2%木炭、2%竹炭按质量比1∶1混施)对土壤有机质和全氮含量的影响显著;BC2处理(添加2%木炭)对全磷含量的影响显著。总体上看,WC3处理(添加3%木炭)对株高、生物量、有机质及全氮含量等指标的综合影响比较好。在大棚盆栽条件下,添加3%木炭有利于提高土壤养分和促进蚕豆生长。     

不同生物炭配比对小青菜生长及土壤改良效果的影响

通过大棚盆栽试验, 以青菜为试验材料, 研究2种生物炭不同施用率(0.5%和1.0%)下与45%复合肥(氮磷钾有效养分各15%)混施后, 对青菜植株性状和生物量积累的影响, 以及对土壤改良的效果差异。结果表明, 生物炭配施能提高青菜产量、改善土壤理化性质和增加土壤无机态氮素含量, 且自制生物炭优于商业竹炭。在青菜增产上以自制生物炭0.5%施用率为最佳, 青菜鲜重增产38.1%。从改善土壤理化性质和增加土壤无机态氮素含量而言, 自制生物炭1.0%施用率最有利于土壤养分含量积累, 土壤速效钾、有效磷、有机质和土壤无机态氮素含量的增幅分别为9.6%、15.5%、77.9%和27.5%。     

杉木连栽对土壤氮含量和氮转化酶活性的影响

连栽严重影响了杉木人工林的可持续经营,为探讨连栽杉木林地土壤氮循环的障碍机理,以湖南会同森林生态系统野外观测站天然次生林、1代和2代杉木人工林为对象,分析了杉木连栽过程中土壤不同形态氮(铵态氮、硝态氮、微生物量氮、全氮)含量的变化特征,以及土壤氮素含量和土壤氮转化酶(土壤脲酶、蛋白酶、硝酸还原酶、亚硝酸还原酶、天冬酰胺酶、N-乙酰氨基葡萄糖核苷酶)活性之间的相关关系。结果表明:(1)随着连栽代数的增加,土壤中硝态氮含量显著增加(P<0.05),2代杉木人工林显著高于天然次生林,而其它土壤理化指标变化不显著;(2)土壤亚硝酸还原酶、蛋白酶及天冬酰胺酶活性随连栽代数增加而发生显著变化,亚硝酸还原酶活性表现为1代>2代>天然次生林,蛋白酶活性随着连栽代数增加而增加,天冬酰胺酶活性表现为天然次生林>2代>1代;(3)土壤亚硝酸还原酶活性与微生物量氮(MBN)呈极显著负相关,与土壤pH值呈显著正相关;蛋白酶活性与土壤含水率和硝态氮(NO3--N)含量呈显著正相关;天冬酰胺酶活性与土壤pH值呈显著正相关;硝酸还原酶活性与土壤全氮(TN)呈极显著正相关。     

新型生物炭基氮肥对土壤-冬小麦系统氮素累积及相关生物活性的影响

通过田间试验,研究了掺混型、吸附型和反应型3种新型生物炭基硝酸铵氮肥在冬小麦生长过程中对土壤氮素累积及冬小麦对氮素的利用状况和相关生物活性的影响。试验处理包括CK(不施氮肥,不施生物炭)、硝酸铵氮肥、生物炭、掺混型生物炭基氮肥、吸附型及反应型生物炭基氮肥。研究结果表明:不同工艺制备的生物炭基氮肥对土壤铵态氮的累积具有显著影响,吸附型和反应型处理在冬小麦生长季铵态氮平均值大于对照(CK),对于总氮、硝态氮和亚硝态氮累积量的影响不显著。除了生物炭单施处理外,其他处理均比CK显著提高冬小麦地上部的总氮累积量,但对冬小麦的氮素利用状况无显著影响,且三种炭基氮肥处理间无显著差异;施用不同类型生物炭基氮肥对土壤微生物量氮含量和硝酸还原酶活性具有提高作用,而对微生物量碳含量、亚硝酸还原酶和脲酶活性无显著影响。     

玉米秸秆生物炭对尿素分解的影响

为了解生物炭施入土壤后对尿素分解及土壤无机氮积累的影响, 采用两种温度(300 ℃和600 ℃)下热解产生的玉米秸秆生物炭为试验材料, 通过土壤灭菌与不灭菌处理对比, 观察了生物炭施入土壤后对脲酶活性、尿素分解速度、无机氮积累、氨气排放和土壤pH的影响。结果表明:玉米秸秆生物炭在土壤中能够促进尿素的分解, 使外加尿素在2 d内水解完毕, 早于对照处理1 d;NH₄⁺-N积累量和氨气的释放量均高于对照, 短期培养结束后碱解氮含量低于对照。生物炭能够通过刺激土壤氮的矿化作用和微生物对有效氮的固定作用加快氮素的短期循环。     

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。     

不同生物炭对氮的吸附性能

为探究不同类型生物炭对氮的吸附性能,寻求最佳的氮素吸附材料,本文选择稻壳炭、山核桃壳炭和竹炭作为吸附剂,开展不同pH环境、反应时间、初始浓度及生物炭添加量条件下的吸附实验,研究生物炭对硝酸铵溶液中氮的最佳吸附条件,并对结果进行等温吸附拟合与吸附动力学研究。结果表明:3种生物炭对硝酸铵溶液中的氮均有一定的吸附效果,且pH环境、反应时间、初始浓度及生物炭添加量均影响生物炭对氮的吸附量。生物炭添加量为0.05 g时,在pH环境为9、吸附时间为3 h、初始浓度为100 mg·L-1的条件下,平衡吸附量达到最大,稻壳炭、山核桃壳炭和竹炭在此条件下的最大吸附量分别为23.79、13.00 mg·g~(-1)和17.60 mg·g~(-1),表明稻壳炭对氮的吸附效果最佳;Langmuir方程能更好地拟合3种生物炭对氮的等温吸附过程,表明生物炭对氮的吸附主要是单分子层吸附;准二级动力学模型能更好地描述3种生物炭吸附氮的动力学过程,表明生物炭对氮的吸附为化学吸附。综上说明,稻壳炭在最佳吸附条件下可吸附较多氮素,有望作为一种良好的吸附剂应用于土壤和水体氮素污染治理。     

连续施用生物炭对土壤理化性质及氮肥利用率的影响

为探讨连续施用生物炭及生物炭不同用量对土壤肥力及氮肥利用率的影响,在沈阳农业大学后山棕壤新型肥料试验基地(始建于2013年)布置生物炭用量定位试验,设置4个生物炭用量梯度0,1.5,3,6 t·hm-2,研究不同用量生物炭对棕壤理化性质、玉米产量及氮肥利用率的影响。结果表明:生物炭对玉米苗期土壤含水量的影响不大,随着生育期的推进,逐渐表现出其保水性能;添加生物炭可以降低土壤容重,不同用量生物炭处理的土壤容重较NPK处理平均降低了6.04%,且容重随施炭量的增加而降低;施用生物炭可以提高土壤pH值、有机质和全氮含量,与NPK处理相比,C2NPK、C3NPK处理土壤有机质含量分别提高了31.20%、32.61%,全氮含量分别提高了6.73%、6.09%,差异显著;同时施用生物炭可以促进土壤矿质态氮的缓慢释放。连续添加生物炭可以促进玉米的生长发育,提高玉米产量,2013年,不同用量生物炭处理间差异未达显著水平。2014年,生物炭处理的玉米产量随施炭量的增加而升高,C3NPK、C2NPK处理的玉米产量分别较NPK、C1NPK处理提高了21.36%、10.99%与17.19%、7.18%。2015年,仍以C3NPK处理玉米产量最高,较NPK处理增产9.09%。无论是否将生物炭中氮含量计入施氮总量,生物炭处理均能提高氮肥利用率。     

有机无机肥氮素对冬小麦季潮土氮库的影响及残留形态分布

利用15N分别标记有机肥和化肥,通过小麦盆栽试验,研究了外源氮素在典型潮土中向土壤有机氮和无机氮（铵态氮、硝态氮）各形态的转化与分配。结果表明：（1）土壤全氮受有机肥影响显著。有机肥处理土壤全氮显著提高24.8%（P<0.05）,其中铵态氮和硝态氮分别增加了59.0%和120倍;有机无机肥配施处理土壤全氮提高13.7%,其中硝态氮增加了84.5倍,均达到显著水平（P<0.05）;化肥处理对土壤全氮包括土壤硝态氮和铵态氮含量有一定提高,但差异性检验不显著。（2）外源氮对土壤有机氮影响明显。与对照相比,不同施氮处理均提高了土壤各形态有机氮的含量,有机肥处理土壤酸解性有机氮和酸解性铵态氮显著增加（P<0.05）,分别提高了25.3%和39.3%;不同施氮处理各形态有机氮占全氮的比例变化较小,处于动态平衡中。（3）来自不同肥料的外源氮对土壤有机氮含量变化的贡献不同。外源化肥氮直接影响土壤酸解性铵态氮和非酸解性有机氮含量的变化,残留化肥氮分别占这两种形态有机氮含量的7.8%和5.2%;外源有机氮对土壤非酸解性有机氮和酸解未知氮含量的变化起主导作用,残留有机肥氮分别占这两种形态有机氮含量的5.0%和4.5%;有机无机肥料配施情况下,在土壤酸解未知氮含量的变化中有机肥氮起主要作用,残留有机肥氮占酸解未知氮含量的18.0%。（4）土壤铵态氮和硝态氮的变化均主要由外源氮转化而来。在化肥处理中分别有27%的土壤铵态氮和硝态氮来自外源化肥氮的转化,有机肥处理中分别有8%的土壤铵态氮和硝态氮来自外源有机肥氮的转化,有机无机肥配施处理中分别有5%的土壤铵态氮和硝态氮来自外源有机肥氮的转化。（5）有机无机肥配施可提高土壤有机肥氮素的残留并促进其向土壤酸解性铵态氮和酸解未知氮、铵态氮和硝态氮等有效形态转化,从而提高有机肥的有效性,减少环境风险,表明有机无机肥配施是土壤培肥的有效途径。     

生物炭对杉木人工林土壤磷素吸附解吸特性的影响

为了改善磷素吸附作用,提高磷在杉木人工林土壤中的利用率,又防止解吸过度引起土壤磷素淋溶造成资源浪费,以杉木树叶和树干为原料,分别在300℃和600℃下制备4种生物炭:300℃杉叶炭(BL300)、600℃杉叶炭(BL600)、300℃木屑炭(BW300)和600℃木屑炭(BW600),分别向土壤中加入0%、2%、4%、8%比例的生物炭,完成吸附解吸试验。结果表明,制备原料和温度对生物炭的成分和性质有决定性的作用,杉叶生物炭pH值、灰分含量、有效磷等的含量显著高于木屑生物炭,且高温炭大于低温炭,其中BL600生物炭pH值、灰分含量及有效磷含量最高;Langmuir模型能很好地拟合生物炭添加后红壤磷素的吸附过程,在低磷浓度时生物炭添加对土壤磷素吸附作用的影响不大,高磷浓度时则促进吸附作用;其中杉叶炭促进土壤磷素吸附的作用大于木屑炭,高温炭大于低温炭,2%和4%的生物炭添加量促进土壤磷素吸附,但8%的添加量会降低土壤对磷的吸附作用;生物炭添加在一定程度上降低了土壤磷素的解吸率,其中木屑炭降低的作用大于杉叶炭;因此建议在磷浓度较高的杉木林人工土壤中添加中低量的BL600,在磷浓度较低的杉木林人工土壤中添加大量的BL600,土壤富磷时能够增强吸附作用,减小土壤磷素淋溶风险,土壤缺磷时增加解吸率来提高土壤磷素利用率。     

不同年龄阶段杉木人工林枯落物层水文特征

分析了不同年龄阶段杉木(Cunninghamia lanceolata)人工林林下枯落物储量及其持水特性,以期为杉木人工林的经营策略及发挥其水土保持功能提供科学依据。结果表明:杉木人工林幼龄阶段、中龄阶段、近熟阶段枯落物储量分别为5.37、15.50、23.31 t·hm^-2;同一林分不同层次枯落物最大持水量差异明显;枯落物吸水速度随浸泡时间的延长而降低, 30 min内吸水速度最快,枯落物吸水速度与其浸泡时间相关性极高;随着林龄的增加,单位面积枯落物最大持水能力呈增长趋势,幼龄阶段、中龄阶段、近熟阶段分别为76.93、91.76、108.16 t·hm^-2,枯落物最大持水能力相当于水深为6.14、8.04、9.39 mm。     

不同年龄杉木林土壤氮矿化及其对施肥增温的响应

选择湖南省会同县3个不同年龄的杉木人工林,并以次生阔叶林为对照,采用实验室控制培养箱培养法.研究4个森林土壤氮矿化速率及其对施肥和温度升高的响应.结果表明:阔叶林土壤净矿化速率和净硝化速率最低,杉木林中21 a杉木林净矿化速率最高,13 a杉木林净矿化速率最低;净硝化速率随着杉木年龄的增长呈递增的趋势.施肥能促进土壤净矿化作用,林分年龄越大的杉木林土壤促进作用越大.升温则抑制杉木林土壤净矿化作用,但对阔叶林有促进作用;对净硝化速率产生的影响不显著.施肥增温处理的影响,介于施肥作用与增温作用之间,同施肥相比,抑制土壤净矿化作用,对21 a杉木林的抑制作用最大,对杉木林净硝化速率起促进作用.     

磷肥和生物炭配施对杉木林地土壤微生物的影响

以二代杉木林地土壤为供试土壤，进行室内培养试验来探讨P肥与生物炭配施对杉木林地土壤养分和微生物结构的影响，为施用生物炭和P肥对我国经营南方杉木人工林的可持续性提供合理的依据。试验设置4组处理，进行150 d室内生物培养试验后测定土壤基本养分状况，同时采用高通量测序技术分析土壤细菌、真菌的群落组成，并对土壤主要养分与微生物类群的相关性进行分析。结果表明，与单施P肥处理组（P）相比，在施加P肥的条件下，配施的生物炭在氧化前后均能促进土壤全C、全N、全P，速效K的含量增加，同时也降低了硝态氮和速效P的含量，其中与施生物炭处理组（WBCP）相比，氧化生物炭处理组（OBCP）对速效P和溶解性有机碳的含量有显著的抑制作用；与原土（CK）相比，P处理组中土壤细菌相对丰度以及群落结构差异较小，而其他处理中土壤的细菌相对丰度以及群落结构差异较大；WBCP和OBCP处理组对土壤真菌种类影响弱于P处理组，不同生物炭的添加培养分别降低子囊菌门的相对丰度，提高了毛霉亚门的相对丰度；土壤基本养分含量与门、属水平下主要微生物类群具有密切的相关性。因此在施用P肥的土壤中添加生物炭，能够有效改善杉木人工林土壤的主要养分状况，总体上促进土壤微生物物种数的增加，但生物炭氧化后其改善效果减弱，在对主要微生物类群相对丰度的调节上具有差异。     

林地前茬对土壤肥力和杉木幼林生长的影响

不同林地前茬的土壤分析和杉木幼林生长调查结果表明：天然次生常绿针阔叶林地上营造杉木幼林生长各指标均明显大于柿子经济林地，杉木造林后第二年，两种林地前茬的杉木幼林生长差异尤为明显，杉木树高和地径比林地前茬为经济林增加66.83cm和1.64cm；天然次生常绿针阔叶林地土壤水分、孔隙状况和土壤结构体均优于柿子经济林地；土壤有机质、全氮、全磷和速效性养分含量也明显高于柿子经济林地．经济林地土壤结构恶化和养分含量下降是杉木造林生长不良的一个主要原因，杉木造林地的合理选择是保证杉木持续速生丰产的一个关键技术环节．     

不同林分类型土壤不同化感型杉木无性系根际土壤酶活性季节变化

以杉木化感忍耐型和化感敏感型无性系为材料,以杉木1代林、杉木连栽2代林、杉木连栽3代林以及阔叶林土壤为培养基质,采用盆栽方法,测定了杉木不同化感型无性系根际土壤脲酶、转化酶、过氧化氢酶及多酚氧化酶活性季节动态变化.结果表明,同一林分类型土壤同一测试时间条件下,杉木化感忍耐型无性系根际土壤脲酶、转化酶、过氧化氢酶及多酚氧化酶活性均高于化感敏感型无性系;就同一杉木化感型无性系根际土壤酶活性差异而言,同一测试时间下连栽2代林土壤杉木化感忍耐型及化感敏感型无性系根际土壤脲酶、过氧化氢酶活性＞1代林土壤＞3代林土壤＞阔叶林土壤,而多酚氧化酶活性则表现为随着连栽代数的增多呈逐渐增强趋势.     

不同凋落物配比对杉木土壤微生物量碳氮的影响

[目的]探讨土壤微生物对不同配比杉木—火力楠凋落物分解的响应,为促进我国南方杉木人工林的可持续经营与发展提供科学依据.[方法]在我国南方典型酸雨区福建省邵武市4、15和32年生杉木人工林内,设5个凋落物分解试验处理,分别为杉木(C)、火力楠叶(M)、杉木:火力楠叶=2:1(C2M1)、杉木:火力楠叶=1:1(C1M1)、杉木:火力楠叶=1:2(C1M2),采用网袋法分析不同配比处理杉木人工林0~5 cm表层土壤微生物量的碳、氮含量及微生物量碳氮比的差异.[结果]4和15年生杉木人工林中土壤微生物量碳含量最高的处理分别为C2M1和C1M1,显著高于C、M单一配比处理(P<0.05,下同),32年生杉木人工林中各处理间土壤微生物量碳含量随时间波动变化;4、15和32年生杉木人工林中,不同混合凋落物与单一凋落物的土壤微生物生物量氮含量差异随时间的变化存在差异.各林龄土壤微生物量碳氮比在凋落物分解的不同时段存在明显波动变化,且分解时间为120和240 d时出现最低值.土壤温度与水分含量对4年生和15年生杉木人工林表层土壤微生物量碳氮的影响显著,对32年生杉木人工林影响不明显;各林龄表层土壤微生物量碳氮含量与土壤pH呈显著相关.方差分析结果表明,受林龄、杉木—火力楠凋落物配比及凋落物分解时间的多重影响,各林分表层土壤微生物量碳氮含量在凋落物整个分解周期内呈波动变化,其中微生物量碳含量的峰值出现在60和240 d,微生物量氮含量的峰值出现在120和240 d.[结论]对纯杉木幼龄林和中龄林的混交改良采用杉木—火力楠以2:1和1:1混交效果更佳,而在生产实践中对杉木—火力楠配比的选择还应综合考虑杉木林龄、土壤pH、土壤温度和水分含量等环境因子及季节变化的影响.     

生物炭改土对植烟土壤理化性状动态变化的影响

通过盆栽试验,研究了生物炭不同施用量对植烟土壤容重、pH值、有机质和速效养分含量及其在烤烟生长期内变化规律的影响。结果表明,每盆施用生物炭1~2 kg能显著降低土壤的容重,降幅在12%~20%,并且能提高土壤的pH值。土壤有机质含量与生物炭的施用量呈线性相关关系。施用生物炭能降低土壤碱解氮的含量,限制了土壤的氮素利用度;对土壤速效磷没有显著影响,能显著提高土壤速效钾的含量,并使土壤具备持续提供钾素的能力。     

炼山对杉木人工林生态系统影响的计量与评价

在炼山、不炼山径流场定位观测基础上，根据炼山对杉木人工林生态系统的影响程度，首次采用定量方法对不同林地清理方式杉木林的生产效益、涵养水源效益及保持水土效益进行研究的结果表明：不炼山杉木人工体综合效益比炼山杉木人工林高１３６５．７６元／ｈｍ２，炼山清理迹地弊大于利。     

施肥对杉木幼林生长效益和肥料释放特性的影响初步研究

为探讨施肥对杉木幼林生长以及肥料释放特性的影响,在福建省顺昌县洋口国有林场麻溪工区进行试验.结果表明:施肥处理与对照相比,施肥1年后的树高当年增长量为3％～17％,胸径当年增长量为1％～10％,施肥2年后树高的当年增长量为9％～35％,胸径当年增长量为16％～62％.随着杉木幼林的生长,与施肥前相比,施肥处理土壤中有机质、全钾含量大体上呈逐年降低的趋势,而全氮、全磷、水解氮、速效钾含量先增加后降低.此外,袋控肥料的深层施肥可有利于肥料中氮素和磷素的释放,可提高肥料的长期效益.