砂姜黑土玉米秸秆氮素矿化特征研究

应用StanfordSmith间歇淋洗好气培养法,对安徽淮北地区砂姜黑土进行了170 d的矿化培养,研究温度、C/N比对玉米秸秆粉碎还田土壤氮素矿化过程的影响,并运用动力学模型(One-pool模型、Two-pool模型、Special模型)对试验结果进行了拟合。结果表明,各方程模型均达到显著或极显著水平。Two-pool模型(两部分一级反应式)和Special模型(带常数项的一级反应式)拟合程度均高于One-pool(一级反应式)模型,说明有机氮素库分为易矿化氮源和缓慢矿化氮源,能更切合实际地反映土壤氮素矿化特征。One-pool模型中,土壤氮素矿化势No值随温度的升高而增大,在同一温度条件下,加入作物秸秆量越大,即C/N比越高,No值越大。矿化速率Ko值和C/N比密切相关,在同一温度条件下,C/N比增大Ko值降低。Two-pool模型中可以看出,温度显著影响有机氮的矿化,较高温度条件下,易矿化氮源Na值比低温条件下高。     

氮肥对室内和大田条件下作物秸秆分解和养分释放的影响

【目的】明确室内和大田条件下小麦和玉米秸秆分解和养分释放的影响因素,能够为作物秸秆合理还田及其养分管理提供理论依据。【方法】采用尼龙网袋法于室内培养和大田试验相结合研究氮肥用量（0,CK;180 kg N·hm ^-2,N180和360 kg N·hm ^-2,N360）作用下作物秸秆分解特征,其中室内主要研究氮肥用量和土壤类型（砂姜黑土和潮土）对小麦和玉米秸秆分解的影响;2015年6月至2016年6月冬小麦-夏玉米大田研究氮肥用量和秸秆还田深度（地表和20 cm）对小麦和玉米秸秆分解的影响。 【结果】室内研究发现,秸秆类型和土壤类型显著影响秸秆分解常数、有机碳释放量、氮释放量和磷释放量。随氮肥用量增加,小麦秸秆分解常数在两种土壤类型上均呈增加趋势,玉米秸秆呈降低趋势;小麦和玉米秸秆氮释放量呈降低趋势（小麦秸秆在潮土上呈增加趋势）。小麦秸秆在潮土上的分解常数及其碳、氮、磷释放量均显著高于砂姜黑土,而土壤类型对玉米秸秆分解影响较小。室内相同培养条件下（180 d）,小麦秸秆碳释放量均值为370 g·kg ^-1、氮为4 g·kg ^-1、磷为3.6 g·kg ^-1;玉米秸秆碳释放量为560 g·kg ^-1、氮11 g·kg ^-1、磷3.3 g·kg ^-1。大田条件下,秸秆还田深度显著影响小麦和玉米秸秆分解常数及其碳、氮、磷释放量;其中秸秆还田20 cm处理的分解常数及其养分释放量均显著高于地表处理。随氮肥用量增加,地表处理小麦秸秆分解常数和全碳释放量逐渐降低,玉米秸秆呈增加趋势;20 cm处理小麦分解常数及其碳、氮和磷释放量均随氮肥用量呈增加趋势,而玉米秸秆呈降低趋势。地表处理小麦秸秆经过一个玉米生长季能分解40%,释放碳150 g·kg ^-1、氮2 g·kg ^-1、磷3.5 g·kg ^-1左右;翻埋到地下20 cm可以分解80%,释放碳360 g·kg ^-1、氮4 g·kg ^-1、磷3.8 g·kg ^-1。玉米秸秆还田到地表,经过一个小麦生长季只能分解40%,释放碳210 g·kg ^-1、氮5 g·kg ^-1、磷2 g·kg ^-1;而还田于土层20 cm处理可以分解60%,释放碳360 g·kg ^-1、氮6 g·kg ^-1、磷2.5 g·kg ^-1。主成分分析结果表明,室内条件下小麦秸秆分解常数与土壤无机氮、脲酶、秸秆氮含量呈显著正相关,与蔗糖酶和秸秆碳氮比呈显著负相关,而玉米秸秆分解常数与土壤无机氮呈显著负相关。大田条件下小麦秸秆分解常数与土壤脲酶、蔗糖酶、秸秆碳氮比、秸秆碳、氮含量均显著负相关;玉米秸秆分解常数与土壤硝态氮、无机氮含量、脲酶、蔗糖酶以及秸秆碳氮比均呈显著负相关,而与秸秆氮、磷含量呈显著正相关。 【结论】室内培养试验和大田试验均表明,小麦和玉米秸秆分解常数和养分释放特征存在差异,增施氮肥促进小麦秸秆分解但对玉米秸秆分解的影响较小;潮土和砂姜黑土显著影响小麦秸秆分解而对玉米秸秆分解的影响较小,秸秆还田深埋入土能够显著促进小麦和玉米秸秆的分解及其养分释放。生产上作物秸秆应该还田入土,并根据土壤类型和作物类型采取合适的肥料用量促进秸秆分解。     

基于不同类型秸秆制备的生物炭对稻田土壤温室气体排放的影响

为了探究不同种类生物炭配施化肥对土壤温室气体CO_2、CH_4、N_2O排放的影响,本研究采用盆栽和大田试验,以小麦秸秆炭(WBC)、水稻秸秆炭(RBC)、玉米秸秆炭(CBC)为试验材料,在配施化肥的条件下,对各处理的土壤温室气体CO_2、CH_4、N_2O排放量和土壤pH值进行分析。结果表明:与施用常规肥料(CK)相比,在盆栽试验中添加生物炭可以显著降低土壤中CH_4、N_2O的排放量,增加CO_2排放量,WBC、RBC和CBC处理的CH_4排放量分别降低了46.05%、44.82%和39.62%,N_2O排放量分别降低了17.20%、27.96%、26.88%,CO_2排放量分别增加了22.04%、17.83%和25.29%,大田试验结果与盆栽试验结果总体相似。与CK相比,添加生物炭可以显著降低全球变暖潜能值(GWP),降低温室效应的影响。同时添加生物炭可以提高土壤的pH值,水稻生育前期增幅尤为明显。     

秸秆和秸秆炭对黑土肥力及氮素矿化过程的影响

为实现我国典型黑土区玉米秸秆有效还田与协同提高肥料氮素养分利用提供理论依据,以东北黑土区春玉米种植体系为研究对象,在4年田间连续定位试验基础上,利用15N示踪技术结合淹水培养试验,研究秸秆和秸秆炭对土壤肥力与氮素矿化的影响。试验共设5个处理:对照、单施化肥(N1)、N1+50%玉米秸秆(N2)、N1+100%玉米秸秆(N3)、N1+相当于50%玉米秸秆还田的玉米秸秆炭(N4)、N1+相当于100%玉米秸秆还田的玉米秸秆炭(N5)。结果表明:与N1处理相比较,N2、N3、N4、N5处理均增加了土壤有机质、全氮、速效磷、速效钾、碱解氮含量、微生物量碳和氮含量,且等量秸秆还田处理高于相当于等量秸秆还田的秸秆炭处理,其中100%秸秆还田分别显著提高微生物量碳和氮含量15.1%和23.1%(P0.05);不同处理方式综合土壤肥力指数(IFI)由高到低依次为N3N5N4=N2N1,秸秆、秸秆炭还田可显著提高土壤综合肥力(P0.05);土壤有机氮的矿化量和矿化率随着秸秆和秸秆炭还田量的增加而增加,其中N2处理分别显著提高了23.4%和22.9%,N3处理分别显著提高了53.0%和35.8%(P0.05);N2、N3、N4、N5处理下外源肥料15N的矿化量和矿化率分别显著提高了66.5%和50.0%、213.3%和279.0%、39.4%和36.3%、92.0%和40.0%(P0.05),且随着秸秆炭还田量的增加而显著增加。土壤氮素矿化指标与土壤有机质、总氮、碱解氮、微生物量碳氮含量都存在着显著正相关关系。研究表明玉米秸秆、秸秆炭还田均可以显著提高土壤综合肥力;可协同提高土壤氮素矿化水平,且提高来自外源化肥氮占土壤矿化总氮的比重,其中以100%秸秆还田处理的影响更为明显。     

除草剂对茶园土壤尿素态氮转化和温室气体排放的影响

通过室内培养试验,研究了几种常用茶园除草剂对土壤尿素态氮转化和温室气体排放的影响。设置CK(未施尿素和除草剂)、单施尿素、尿素+草甘膦钾盐、尿素+草甘膦异丙胺盐、尿素+草铵膦、尿素+百草枯共6个处理,尿素用量为200 mg N·kg~(-1)干土,除草剂用量为10 mg有效成分·kg~(-1)干土。结果表明:4种除草剂均在前期(5 d)显著抑制了尿素的水解作用(P0.05),此后促进尿素水解,并延长了尿素水解时间,百草枯施用效果较为显著,其他3种除草剂施用效果之间差异不显著。与单施尿素处理相比,施用除草剂均显著抑制土壤硝化作用(P0.05),硝化抑制率为38.42%~58.08%。茶园土壤单施尿素显著促进温室气体CO_2和N_2O的排放(P0.05)。与单施尿素处理相比,4种除草剂均促进了茶园土壤CO_2的排放,累积排放量增幅为6.05%~65.46%,其中草甘膦异丙胺和百草枯处理CO_2排放量显著增加(P0.05);4种除草剂显著抑制N_2O排放(P0.05),累积排放量降幅为46.21%~63.58%,百草枯处理抑制效果最显著(P0.05);4种除草剂不同程度抑制了CH_4的排放,累积排放量降幅为13.71%~32.09%,草甘膦异丙胺和百草枯处理CH_4累积排放量显著降低(P0.05),但4种除草剂之间差异不显著(P0.05)。由于不同除草剂对不同微生物生理代谢影响的复杂性,其对氮素转化和温室气体的影响还需长期田间试验研究。     

秸秆单施或配施氮,磷化肥对潮土供应氮磷特性的影响

采用室内恒温培养法研究了秸秆单施或配施氮、磷肥对潮土供氮磷特性的影响。结果表明;秸秆施入土壤２－３个月后,土壤碱解氮有明显提高。秸秆单施或与磷肥配施,矿化过程表现为前期净固持,后期净矿化。配施氮肥,麦秸和玉米秸前期矿化氮释放量很少,而花生秸矿化可明显提高土壤碱解氮水平。不同秸秆矿化对土壤速效磷影响不同,这与其Ｃ／Ｐ有关,但前期（１－２个月）都能提高土壤速效磷水平。     

菌剂降解秸秆直接还田对黑土土壤碳素和氮素的影响

[目的]通过3年菌剂降解秸秆直接还田试验,研究了东北黑土土壤碳素和氮素的变化.[方法]采用TOC仪和凯式定氮仪,测定土壤有机质、全氮、微生物量碳和微生物量氮.[结果]与初始的基础肥力相比,各处理土壤有机质含量均有所增加,分别提高了23.39％、18.23％和15.96％.各处理土壤微生物量碳含量在灌浆期达到最高,复合菌处理和纤维素分解菌处理明显高于对照,分别是对照的1.24倍和1.17倍.除2011年施菌剂处理土壤全氮含量显著低于对照外,2010年和2014年施菌剂处理土壤全氮含量均高于对照.土壤微生物量氮含量由大到小依次为复合菌＞纤维素分解菌＞对照.随着菌剂降解秸秆直接还田年份的增加,各处理土壤的C/N均有所提高,且2014年各处理土壤的C/N显著高于2010年和2011年,接近于微生物降解的最佳C/N(25:1).[结论]菌剂降解秸秆直接还田增加了土壤有机质、微生物量碳、全氮、微生物量氮含量和C/N,且2014年各处理土壤的C/N接近于25:1.     

添加秸秆碳源对沟渠水体中氮素去除及温室气体排放的影响

为探究夏季添加纤维素类固体有机碳源(秸秆)对沟渠水体中氮素去除效果及温室气体排放的影响,在试验期内设定密集采样法代替常规采样法探究水体中氮质量浓度的变化,并通过静态箱-气相色谱法测定温室气体排放通量。结果表明,试验期间总氮(TN)质量浓度下降了35.9%,硝态氮(NO^-₃-N)去除率高达97.6%;温室气体排放较为稳定,氧化亚氮(N₂O)排放通量呈现昼高夜低的趋势,甲烷(CH₄)排放通量出现多个峰值。整体来看,添加秸秆增强了水体中氮素的去除效果,同时矫正系数分析结果表明,试验初期温室气体排放通量变化较大,而在后期较稳定。因此,建议试验前期密集采样,后期可常规采样,后期最佳采样时间为9:00-11:00。     

玉米秸秆还田对小麦生长和土壤水分含量的影响

[目的]研究不同玉米秸秆还田量对小麦生长和砂姜黑土水分状况的影响,探讨适宜的秸秆还田量。[方法]设置0、1 500、3 000、4 500和6 000 kg/hm~2玉米干秸秆粉碎还田量,小麦主要生育期采集0~10、10~20 cm土壤样品,测定水分含量;收获期考察小麦产量结构性状。[结果]实施玉米秸秆粉碎直接还田对后季小麦生长发育具有良好的促进作用,籽粒产量增长3.49%~7.09%,平均提高4.94%,3 000 kg/hm~2的中等秸秆用量处理小麦产量最高。小麦拔节期、孕穗期和开花期0~10 cm、10~20 cm以及0~20 cm土层水分含量显著提高,减轻了土壤干旱程度。[结论]当前生产水平下,淮北平原砂姜黑土地区玉米秸秆适宜还田量为3 000 kg/hm~2。     

砂姜黑土玉米秸秆有机碳的矿化特征

 【目的】探讨不同温度（10℃、20℃、30℃）、不同秸秆加入量（秸秆全量和过量）条件下,玉米秸秆还田对土壤有机碳矿化特征及其环境因子的响应机制。【方法】采用室内恒温控湿好气培养试验,对安徽淮北砂姜黑土在不同温度（10℃、20℃、30℃）条件下,设置50 g土样中加秸秆0.3 g（处理Ⅰ）、1.5 g（处理Ⅱ）、3.0 g（处理Ⅲ）及不加秸秆（CK）的处理,进行240 d的矿化培养。【结果】温度对有机碳矿化影响显著,在对照（CK）和秸秆加入量相同的处理中,有机碳的矿化累积量均随温度（10—30℃）升高而增加;温度较低（＜20℃）时,CK、Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ各处理的有机碳矿化温度系数（Q10）平均值约为1.229、1.251、1.572、1.399,温度较高（＞20℃）时,CK、Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的Q10平均值约1.006、1.249、1.401、1.374,Q10值在温度较低时大于温度较高时,说明低温条件下,有机碳矿化速率对升温更敏感。同一温度条件下,不同处理秸秆加入量越大,有机碳矿化累积量越高,有机碳矿化的日变化量也越大。本试验中,一级动力学方程能较好地描述了不同处理土壤有机碳的矿化累积动态。土壤有机碳的潜在矿化量（C0）随温度变化不明显,在同一温度条件下,秸秆加入量越大,C0值越大。【结论】一级动力学方程能较好地描述不同处理土壤有机碳的矿化累积动态。不同温度、不同秸秆还田量及温度和秸秆还田量的交互作用,对玉米秸秆矿化过程中土壤有机碳含量的影响均达到显著水平。     

秸秆还田对免耕稻田温室气体排放及土壤有机碳固定的影响

秸秆还田影响免耕稻田土壤固碳潜力,相应地改变了温室气体的排放,从而影响秸秆还田后稻田土壤固碳减排对减缓全球变暖的贡献。通过研究不同油菜秸秆还田量(0、3000、4000kg·hm-2和6000kg·hm-2)对免耕稻田温室气体(CO2、CH4和N2O)排放和土壤碳固定的影响,评估秸秆还田后温室气体增排的综合增温潜势对稻田固碳减缓全球变暖的贡献的抵消作用。结果表明,秸秆还田显著提高CO2和N2O排放,降低CH4排放,显著提高土壤有机碳含量,有效地提高土壤碳固定,从而有效地提高稻田土壤碳固定对温室气体增排的温室效应抵消作用。随着秸秆还田量的增加,稻田土壤固碳减缓全球变暖的贡献相应增加,因此必须考虑免耕稻田秸秆还田量的问题,以有效发挥免耕稻田秸秆还田的固碳潜力和降低温室气体的排放。     

水氮调控对葡萄园土壤温室气体排放及其增温潜势的影响

【目的】探究不同水氮调控下鲜食葡萄园土壤N₂O、CO₂和CH₄ 3种温室气体的排放特征及其增温潜势,以期了解水氮调控对温室气体排放的贡献,旨在筛选出更为合理的水氮调控管理模式,从而为减缓葡萄园温室气体排放,促进葡萄产业可持续生产提供科学依据和技术参考。【方法】于2017年4—12月,选择在河北省葡萄主产区—昌黎,以鲜食葡萄‘红地球’为供试葡萄品种,通过田间小区设置传统水氮、移动水肥、优化水氮和优化水氮+DMPP（3,4-二甲基吡唑磷酸盐,一种新型的硝化抑制剂） 4个处理,采用密闭静态箱-气相色谱法对鲜食葡萄园土壤3种温室气体（N₂O、CO₂和CH₄）排放量进行监测,比较其综合增温潜势差异,并测定葡萄产量。【结果】N₂O排放通量施肥后呈现单峰趋势,在施肥灌水后的1—2 d出现峰值。氮肥能显著提高土壤N₂O排放通量,与传统水氮相比,减氮控水处理能降低73.03%—88.19%的N₂O平均排放通量,达到显著性差异（P<0.05）。等氮条件下配施DMPP能平均降低50.08%的N₂O排放通量;各处理CO₂排放通量变化趋势一致,在施肥后2—3 d达到排放高峰,在生长期内表现为季节变化规律。减氮控水处理能减少60.56%—62.13%的CO₂排放,达到减排效果;CH₄排放通量则无明显变化趋势,施肥后CH₄排放通量时正时负,其中传统水氮CH₄排放通量波动性较大,范围在-0.132—0.238 μg·m ^-2·h ^-1,减氮控水处理之间变化趋势平缓,无显著性差异（P>0.05）。在整个试验期间,各处理土壤N₂O排放总量从高到低依次是传统水氮、优化水氮、移动水肥和优化水氮+DMPP,分别为3.90、2.83、2.76和2.65 kg·hm ^-2,排放系数介于0.58%—0.67%。与传统水氮处理相比,减氮控水处理（移动水肥、优化水氮和优化水氮+DMPP）可使N₂O总排放累积量降低27.56%—32.09%;各处理土壤CO₂和CH₄的累积排放量,分别为传统水氮（3 816.05 kg·hm ^-2、0.060 g·hm ^-2）,移动水肥（3 387.33 kg·hm ^-2、-0.075 g·hm ^-2）,优化水氮（3 410.95 kg·hm ^-2、-0.036 g·hm ^-2）和优化水氮+DMPP（3 412.06 kg·hm ^-2、-0.030 g·hm ^-2）。减氮控水处理可分别使CO₂排放累积量降低10.59%—11.23%,CH₄总排放累积量降低150.23%—224.38%。结合葡萄产量,减氮控水处理葡萄产量较传统水氮处理增加8.81%—19.35%,其中以优化+DMPP处理增幅最大,且比优化水氮和移动水肥处理也高出9.69%和2.25%。 【结论】与传统水氮相比,优化水氮+DMPP处理土壤N₂O、CO₂和CH₄累积排放量分别降低了32.09%、10.59%和150.23%,总GWP 降低了12.82%,实现了葡萄园温室气体减排,同时可使葡萄产量增加19.35%,达到了经济与环境双赢,综合评价为本研究中最佳水氮调控措施。     

玉米秸秆及其黑炭添加对黄绵土CO2和N2O排放的影响

采用二次通用旋转组合设计,在室内进行恒温(28℃)培养试验,探讨在室内培养条件下土壤水分、有机碳(秸秆、黑炭)和氮素耦合对温室气体(CO2和N2O)排放的影响,并建立回归模型对试验数据进行回归分析,结果表明:(1)相比施加秸秆来说,在土壤中施加黑炭具有显著的减排效果。(2)以秸秆作为碳源时,水、碳、氮三因子对土壤两种温室气体(CO2和N2O)累积排放量的影响大小均表现为有机碳水分氮素;以黑炭作为碳源时,水碳氮三因子对土壤CO2累积排放量的影响大小表现为水分有机碳氮素,对土壤N2O累积排放量的影响为有机碳氮素水分。(3)水碳氮交互作用对土壤CO2累积排放量的影响表现为:施加秸秆时为碳氮水氮水碳,施加黑炭时为水碳=水氮碳氮;而对N2O累积排放量的影响而言,施加秸秆时为水碳碳氮水氮,施加黑炭时为水氮碳氮水碳。(4)研究认为,令CO2累积排放量最小的水碳氮组合以秸秆作为碳源时为水分含量30%、不施加秸秆和氮素施加量81.9 mg kg-1,以黑炭作为碳源时为水分含量10%、不施加黑炭和氮素施加量48.4 mg·kg-1;令N2O累积排放量最小的水碳氮组合以秸秆作为碳源时为水分含量30%、不施加秸秆和氮素施加量100 mg·kg-1,以黑炭作为碳源时为水分含量10%、不施加黑炭和氮素施加量100mg·kg-1。     

生物炭与无机氮配施对稻田温室气体排放及氮肥利用率的影响

【目的】生物炭作为比表面积大、富含有多种营养元素的一种物质已被广泛应用于农业生产。弄清生物炭与化肥氮配合施用对稻田温室气体排放和氮肥利用率的综合影响,为合理使用生物炭提供科学依据。【方法】在武穴市花桥镇进行两年大田试验,设置4个处理,即不施氮肥(CK)、常规施氮(180 kg·hm^-2)(IF)、常规施氮+10 t·hm^-2生物炭(IF+C)、减氮30%+10 t·hm^-2生物炭(RIF+C)。采用静态箱-气相色谱法对2018和2019年水稻生长季节稻田CH4和N2O排放通量进行监测,并测定水稻产量,探讨生物炭配施不同量无机氮对稻田CH4和N2O排放、水稻产量以及氮肥利用率的影响。【结果】(1)稻季CH4和N2O排放呈现明显的季节性变化规律。CH4排放峰值主要出现在分蘖期和齐穗期,N2O排放峰值主要出现在氮肥施用和排水后。2018和2019年稻季各处理CH4排放通量分别为0.01—48.97mg·m^-2·h^-1和0.36—18.08 mg·m^-2·h     

氮肥配施下不同C/N作物残渣还田对红壤温室气体排放的影响

氮肥配施能够促进还田秸秆的分解,为了解其对不同C/N秸秆还田下温室气体排放的影响,采用培养实验方法,研究了油菜饼(C/N为4)、玉米秸秆(C/N为28)、水稻秸秆(C/N为41)和小麦秸秆(C/N为71)等4种不同C/N植物残渣在不同量氮肥(无氮、低氮和高氮)配施下对红壤温室气体(CO2、CH4和N2O)排放的影响。结果显示,氮肥配施增加了不同植物残渣的CO2-C累积排放量,且仅在高C/N的小麦秸秆处理中发现存在显著性差异,在低氮和高氮下CO2-C累积排放量分别达到1 271.44、1 212.83 mg·kg-1,显著高于无氮肥配施的883.40 mg·kg-1。土壤N2O累积排放量最大的为油菜饼处理组,低氮量的配施进一步增强了N2O的产生,其累积排放量达到5 550.42μg·kg-1,显著高于无氮肥配施的4 430.44μg·kg-1,然而当氮肥施用量进一步增加时却抑制了N2O的排放(3752.84μg·kg-1)。氮肥配施并未显著影响玉米秸秆和小麦秸秆处理组的N2O累积排放量。在培养期内,每一个处理均表现为CH4的吸收现象,氮肥施用能够增加土壤对CH4的累积吸收量,但差异显著性仅在对照和油菜饼处理中发现。     

砂姜黑土小麦生产现状的研究

砂姜黑土是一种僵黏瘦瘠,易涝、渍、干旱的中低产土壤。通过对漯河小麦综合试验站5个示范县砂姜黑土地小麦生产的调研,分析当前砂姜黑土小麦生产现状,研究制约小麦产量和品质的问题,并提出措施,以为当地的小麦生产提供参考。