生物炭对土壤磷素转化的影响及其机理研究进展

【目的】土壤中磷素总量及形态变化是其发挥营养元素作用和造成环境潜在威胁的重要因素。作为一种外源输入的新型功能材料,生物炭对调节土壤磷素转化及其功能发挥具有重要意义。本文重点针对农业生态系统中生物炭影响土壤磷素转化的研究进展进行综述,并对相应的影响机制进行探讨,旨在为生物炭在农田土壤磷素迁移转化方面的应用及调控提供理论依据。主要进展生物炭可有效增加土壤中有效磷的供给,不仅由于生物炭本身含有较高的磷,其施入土壤后,还可以调节土壤pH,吸附土壤磷素与金属的络合物,直接作为土壤微生物的碳素营养,提高土壤磷素的生物转化率等途径。展望生物炭研究应针对低肥力土壤进行生物炭适宜类型和添加量的研究,防止由于可能的磷素过多导致养分供应的不平衡。由于生物炭本身的含磷量较高,还应进行增施生物炭适当减少磷肥用量的试验,以提高生产效益。生物炭对根际土壤磷活性影响与实际生产相关更加密切,也应投入更多的注意力。此外,作为较为新兴的改土材料,生物炭施入土壤后的长期效应还有待观察和评估。     

潜育化作用对水稻土磷素形态与供磷能力的影响

本文对江汉平原四湖地区几个不同潜育度水稻土剖面的磷素状况及其有效性进行了研究 ,并用张守敬—Jakson无机磷分级法做无机磷分级。结果表明 ,土壤潜育化程度对土壤全磷没有明显的影响 ,对土壤磷素形态及其有效性有明显的影响。随着土壤潜育化程度加重 ,无机磷中的O—P含量有增加趋势 ,其占土壤无机磷的百分数增大 ;土壤有机磷也随之增加 ;但有效磷含量减少。潜育化状况对土壤磷素形态与有效性的影响与土壤有机质和还原状况有关     

连续施用生物炭对棕壤磷素形态及有效性的影响

【目的】土壤磷有效性差、磷肥利用率低是农业发展的主要限制因素之一。生物炭作为新型土壤改良剂,其独特的理化性质会影响磷素形态及有效性。本研究通过分析连续施用不同用量生物炭对棕壤不同形态磷素含量及变化规律,探讨各形态磷对棕壤磷素有效性的贡献,以期明确生物炭对棕壤磷素有效性的作用,为其合理农用提供理论依据。【方法】本试验研究对象为连续5年增施生物炭的玉米连作棕壤,共设5个处理:不施肥(CK)、单施化肥氮磷钾(NPK )、1.5 t/hm2生物炭 + 氮磷钾(C1NPK)、3 t/hm2生物炭 + 氮磷钾(C2NPK) 和6 t/hm2生物炭 + 氮磷钾(C3NPK),采用蒋柏藩、顾益初土壤无机磷分级、Bowman-Cole土壤有机磷分级方法测定不同形态磷含量,研究不同用量生物炭配施化肥对棕壤磷素形态及有效性的影响。【结果】连续5年施用生物炭可显著提高棕壤全磷、有效磷含量及磷活化系数;明显提高了棕壤Ca₂-P、Ca₈-P、Al-P、Fe-P、LOP(活性有机磷)、MLOP(中活性有机磷) 含量,降低了MROP(中稳性有机磷) 含量;在磷组分中,MLOP、O-P分别占棕壤有机磷、无机磷比例最大,为64.32%、28.43%。施用生物炭显著提高了Ca₂-P、Ca₈-P占无机磷比例;Al-P与有效磷含量相关系数最大为0.945,LOP、Al-P、MROP对有效磷的直接通径系数较大,分别为0.318、0.285、–0.261;Al-P、HROP(高稳性有机磷) 对有效磷的决策系数分别为0.295和–0.130,是棕壤有效磷的主要决策因子和主要限制因子。【结论】施用生物炭可以促进棕壤磷素积累并提高其活性;施用生物炭条件下,Al-P、LOP是棕壤磷素的活跃组分,提高Al-P含量、限制HROP含量是生物炭提高棕壤磷素有效性的主要途径。     

不同来源生物炭对土壤磷吸附解吸的影响

主要研究了水稻秸秆、小麦秸秆、玉米秸秆、花生壳四种来源的生物炭对土壤磷吸附解吸的影响。研究结果表明:生物炭对土壤磷吸附的影响取决于土壤溶液中磷的浓度,与对照相比,在中低磷浓度(0~90 mg L-1)时,四种生物炭对土壤磷的吸附影响较小,而在较高磷浓度时,小麦秸秆生物炭和花生壳生物炭均抑制了土壤磷的吸附,而水稻秸秆生物炭和玉米秸秆生物炭均能促进土壤磷的吸附。吸附动力学试验表明,在反应开始的4小时内,土壤对磷的吸附较快,吸附量基本达到平衡吸附量的50%;到达吸附平衡时,添加生物炭能够降低土壤对磷的吸附量,四种生物炭对土壤磷的吸附量依次为:小麦秸秆玉米秸秆花生壳水稻秸秆。此外四种生物炭都能促进土壤中磷的解吸,其中玉米秸秆的促进效果最为显著,解吸量比对照高1.76倍。Langmuir方程和Freundlich方程都能很好地拟合生物炭存在下土壤磷的吸附等温线(P0.01),Freundlich拟合程度要比Langmuir方程的高。准一级动力学方程和准二级动力学方程都能很好地描述生物炭存在下土壤磷的吸附动力学(P0.01)。     

水稻秸秆生物质炭对土壤磷吸附影响的研究

本文以水稻秸秆为原料,分析了不同热解温度下生物炭的性质,并利用批处理实验,分析了生物炭添加量和热解温度对土壤磷吸附特性的影响。结果表明：随着热解温度的升高,生物炭的碳化程度、比表面积和磷含量增加。生物炭添加显著减少了土壤对磷的吸附量,而且随着生物炭热解温度的增加,土壤对磷的吸附量显著增加。Langmuir方程和Freundlich方程都能够较好地拟合生物炭对土壤磷的等温吸附。准一级动力学方程和准二级动力学方程可较好地描述生物炭对土壤磷吸附动力学的行为。通过以上研究结果可知,水稻秸秆生物炭可以减少土壤对磷的吸附并增加土壤有效磷的含量,因此在土壤改良方面具有一定的应用潜力。     

镁改性生物炭配施磷肥对红壤磷有效性及小麦产量的影响

利用盆栽试验探究镁改性生物炭和磷肥配施对红壤磷素有效性及小麦产量的影响,试验设置对照(CK)、单施磷肥(P)、单施镁改性生物炭(MgBC)和磷肥配施镁改性生物炭(P+MgBC)4个处理.结果表明,单施镁改性生物炭或单施磷肥均可增加土壤有效磷(AP)含量,且两者配施其含量显著高于单施.P+MgBC处理土壤AP含量较CK、...     

长期定位施肥对水稻土磷素形态的影响

本文通过长期定位施肥试验研究了21年不同施肥处理水稻土中磷素形态及其含量的变化。结果表明,长期不施肥的土壤无论是有机磷还是无机磷中有效磷含量均呈下降趋势,而有机-无机肥配施的有机磷含量不仅高于无肥处理而且还高于单施化肥的处理,并且有利于活性和中度活性有机磷含量的提高。对无机磷的影响,有机-无机肥配施不仅有利于提高Ca-P、Al-P和Fe-P的含量,而且对促进闭蓄态磷的活化效果明显。可见有机-无机肥配施可提高土壤有机磷含量和增加土壤无机磷有效形态的含量。另从土壤有效磷对水稻产量的影响分析可知:当红壤稻田土壤有效磷含量在20mg/kg左右时,增施磷肥对水稻增产效果不明显。     

长期施肥对红壤性水稻土磷素积累与形态分异的影响

通过红壤性水稻土１９ａ肥料长期定位试验,结果表明,不施磷处理的土壤磷素处于耗竭状态,耕层土壤会磷含量持续下降,但耕层以下土层的全磷尚未耗损;连年施磷的土壤耕层全磷含量提高,提高的幅度呈现明显量级关系。在本试验条件下,土壤中各组分无机磷含量以Ｆｅ－Ｐ和Ｏ－Ｐ为主体,各占土壤无机磷总量的４４．６３％和３１．２７％;其次是Ａｌ－Ｐ和Ｃａ１０－Ｐ,分别占１１．８７％和８．０１％,Ｃａ２－Ｐ占３．５２％;Ｃａ８－Ｐ只有当土壤无机磷达到一定丰度和供磷强度时才存在,对水稻磷素营养的贡献无实际意义。各组分无机磷对水稻的有效性以Ｃａ－Ｐ〉Ａｌ－Ｐ〉Ｆｅ－Ｐ〉Ｏ－Ｐ〉Ｃａ１０－Ｐ;而对水稻磷素营养的贡献则以Ｆｅ－Ｐ〉Ｏ－Ｐ〉Ａｌ－Ｐ〉Ｃａ２－Ｐ〉Ｃａ１０－Ｐ;长期耗磷或施磷、土壤各组分无机磷减少或增加量的排列顺序与土壤中各组分无机     

生物炭与磷肥添加对红壤团聚体及其磷组分分布的影响

  目的  通过大豆盆栽试验,研究了秸秆生物炭与磷肥添加对红壤团聚体稳定性、磷组分分布与植物磷吸收的影响。  方法  试验包括6个处理:P0（不施磷和生物炭）、P30（30 kg P hm?2,不施生物炭）、P90（90 kg P hm?2,不施生物炭）、BP0（不施磷,单施4%生物炭）、BP30（30 kg P hm?2,施4%生物炭）和BP90（90 kg P hm?2,施4%生物炭）。采用湿筛法分离得到粗大团聚体（> 2 mm）、细大团聚体（0.25 ~ 2 mm）和微团聚体（< 0.25 mm）并用连续浸提分级测定了不同团聚体中磷组分分布特征。  结果  ①与P0和P30相比,BP0和BP30处理显著促进粗大团聚体形成与稳定,同时促进大豆生长与磷吸收,且BP30处理增幅最大。②与不施生物炭相比,不同磷水平下添加生物炭均显著降低粗大团聚体全磷、总有机磷、NH₄F-P_o和NaOH-I-P_o含量,同时增加细大团聚体HCl-P_i和NaOH-II-P_i含量与微团聚体总无机磷、HCl-P_i和NaOH-II-P_i含量。③植株磷吸收与粗大团聚体总有机磷、NaOH-I-P_o和NaOH-II-P_o显著负相关,但与微团聚体和细大团聚体NH₄Cl-P_i、HCl-P_i和NaOH-II-P_i显著正相关。  结论  生物炭与低量磷肥配施可有效改善红壤团聚体结构与稳定性,同时促进大团聚体有机磷的活化与微团聚体无机磷的固持,保障作物磷素供应。     

长期轮作施肥对棕壤磷素形态及转化的影响

对沈阳地区棕壤定位试验地各施肥处理土壤按Hed ley等建议的分级方法进行测定。结果表明,棕壤磷中残留态含量最高,无机磷主要以NaOH-P i和HC l-P i形态存在,有机磷主要以NaOH-Po形态存在,NaHCO3-Po在各组分中所占比例最小。施用有机肥能明显增加潜在活性有机磷(NaOH-Po)的数量。1.0mol L-1HC l浸提的Ca-P i存在着缓慢的动态转化过程,是棕壤中的潜在磷源。     

长期不同施肥对南方黄泥田磷库及其形态的影响

基于福建黄泥田长期定位施肥试验,研究不同施肥对土壤有效磷、 全磷演变及磷库组分的影响。结果表明,双季稻年份,各施肥处理土壤有效磷与全磷含量呈年际上升趋势,单季稻年份则呈年际下降趋势,而不施肥（CK）则均呈下降趋势,尤其是有效磷,较试验前土壤下降了64.9%。试验第26年,与 CK相比,化肥（NPK）、 化肥+牛粪（NPKM）、 化肥+秸秆还田（NPKS）处理的土壤总无机磷（TIP）含量增加了46.2%~114.2%、 总有机磷（TOP）含量增加了16.0%~41.8%、 全磷（TP）含量增幅为29.2%~73.8%,均达到显著差异水平,其中均以NPKM处理增幅最大。与试验前土壤相比,CK处理的土壤无机磷总含量降低,但有机磷总含量增加,其中无机磷以Al-P组分的耗竭速率相对最大,而有机磷以中等稳定性组分增幅相对最大; 与CK相比,施肥处理均提高了Al-P与Ca-P在全磷中的比例,而降低了各有机磷组分在全磷中的比例; 与试验前土壤相比,各处理总无机磷/总有机磷 (TIP/TOP) 的比值均呈下降趋势,但施肥的降幅较低,尤其是NPKM处理,TIP/TOP比值与有机质含量呈显著正相关。黄泥田不论施肥与否,土壤中有机磷含量均呈增加的趋势,NPKM处理对提高土壤有效磷、 无机磷、 有机磷库含量最为明显,但NPKS与NPK处理的无机磷库与有机磷库组分含量无明显差异。拟合方程显示,双季稻栽培模式下土壤有效磷含量为17.56 mg/kg、 单季稻栽培模式下有效磷含量为16.94 mg/kg时,作物产量可达最高。     

生物炭与有机肥对水稻土中呋虫胺吸附及消散特征的影响

呋虫胺(dinotefuran,DIN)是防治稻田病虫害的主要杀虫剂,其施用后会对生态环境造成潜在风险。生物炭与有机肥的配施是一种兼顾肥力的土壤修复技术,但DIN在该类修复土壤中的环境归趋仍不清晰。该研究制备了400℃和900℃热解温度下的花生壳生物炭(PS400和PS900)作为典型生物炭材料,采用鸡粪堆肥(composted chicken manure,CM)作为典型外源有机肥,揭示了生物炭与有机肥对水稻土中DIN吸附、消散及形态转换机制的影响。结果表明,生物炭和有机肥均能提高水稻土对DIN的吸附能力,且效果排序从大到小为：PS400、PS900、CM;其Freundlich吸附系数(Kf)从未修复水稻土的0.31增至2.80(PS400-CM配施的水稻土)。同时,生物炭与有机肥均能加快水稻土中DIN的消散速率,PS400-CM配施可将水稻土中DIN的半衰期(T_1/2)从100.3 d缩短至38.1 d。在DIN赋存的3种土壤吸附形态(即：弱吸附态、稳定吸附态和强吸附态)中,添加生物炭会使DIN的主要赋存形态从弱吸附态向稳定吸附态转化;未修复水稻土中稳定吸附...     

炭基磷肥对黑土和红壤磷素有效性及形态变化的影响

为探究炭基磷肥作为磷源对土壤磷素有效性及形态变化的影响,采用土壤培养试验,将牛粪生物质炭(BC)、重过磷酸钙(TSP)、不同方式制备的炭基磷肥(TSP-1和TSP-2)添加到黑土(高磷)和红壤(低磷)中培养70d,并作空白对照(CK)。研究结果表明,BC处理对黑土和红壤磷素有效性影响很小,但呈现上升的趋势;TSP、TSP-1和TSP-2处理显著增加了黑土和红壤的全磷和有效磷含量。黑土培养前期(0～28d),TSP、TSP-1和TSP-2处理的土壤有效磷含量分别下降了42.21%、16.81%和29.93%,培养中后期(28～70d),TSP-1和TSP-2处理的土壤有效磷含量平均分别比TSP处理高9.47%和9.81%;红壤培养前期(0～28d),TSP、TSP-1和TSP-2处理的土壤有效磷含量分别下降了78.31%、24.64%和57.53%,培养中后期(28～70d),TSP-1和TSP-2处理的土壤有效磷含量平均分别比TSP处理高129.23%和53.10%。BC处理增加了黑土HCl-P的含量及红壤NaOH-P、HCl-P的含量;TSP、TSP-1和TSP-2处理显著增加了黑土和红壤Water-P和NaHCO3-P的含量,对其他磷组分(NaOH-P、HCl-P、Residual-P)也有影响。BC、TSP-1和TSP-2处理显著提高了黑土和红壤的pH值,TSP处理降低了黑土的pH值,对红壤的pH值影响较小。综上所述,相比无机磷肥,以炭基磷肥作为磷源可以减缓磷素在黑土和红壤中的释放速率,避免磷素被土壤大量固定,并影响土壤磷素形态的分布,提高磷肥在土壤中的有效利用率,尤其在红壤中作用效果更为明显。     

γ-聚谷氨酸磷肥增效剂对石灰性土壤有效磷的影响

提高土壤中磷素有效性有利于提高农作物产量,减少磷矿资源浪费。试验以郑州市高新区石灰性土壤为研究对象,通过室内埋土试验,研究γ-聚谷氨酸与磷酸一铵配施对土壤磷素有效性的影响,并与常用增效剂草酸、腐殖酸的作用效果进行对比。结果表明:(1)相同添加量的3种增效剂,均能提高磷肥利用率,且γ-聚谷氨酸的作用效果最好;(2)γ-聚谷氨酸可以显著提高土壤磷素有效性,当其与磷酸一铵质量比为1∶1时有效磷含量可提高57.85%;(3)γ-聚谷氨酸能够抑制土壤中Ca_2-P快速向Ca_8-P和Ca_(10)-P转化,土壤有效磷与其它磷形态相关性大小为Ca_2-P(0.871)Ca_8-P(-0.797)Ca_(10)-P(-0.483)Fe-P(-0.414)O-P(0.347)Al-P(-0.102),通径分析表明Ca_2-P(0.759)为主要决策因子,Ca_8-P(-0.087)和Ca_(10)-P(-0.051)为主要限制因子;(4)γ-聚谷氨酸能够降低土壤中碳酸钙的含量,减少石灰性土壤磷的吸附位点。γ-聚谷氨酸能够提高磷肥利用率,在γ-聚谷氨酸与磷酸一铵配施的条件下,限制Ca_2-P快速向无效态磷转化,减少磷的吸附位点是γ-聚谷氨酸提高石灰性土壤磷素有效性的主要途径。     

长期不同供磷水平下南方黄泥田生产力及磷组分特征

红壤性水稻土磷素易受铁、铝等固定而有效性低,过量施用磷肥则产生磷素淋失风险,研究不同供磷水平下黄泥田生产力、磷库平衡及磷组分特征,可为磷素高效管理提供依据。本研究基于福建黄泥田连续30年的供磷定位试验,研究连续30年3个供磷水平下[不施磷肥(CK)、30 kg(P_2O_5)·hm~(-2)(P1)、60 kg(P_2O_5)·hm~(-2)(P2)]水稻(1987—2004年为双季稻,2005年始种植单季稻)产量演变规律,并于试验的第31年分析土壤有效磷、全磷、无机磷库与有机磷库组分变化。结果表明,连续30年施用磷肥,与CK相比,早稻、晚稻与单季稻历年平均产量P1处理分别提高64.9%、37.0%与19.9%, P2处理分别提高67.0%、41.2%与20.4%,差异均显著。不同稻作制度下黄泥田磷肥的增产效果为早稻晚稻单季稻。与P1处理相比,P2处理第31年土壤有效磷含量提高190.5%,全磷含量提高32.4%,差异均显著;Al-P、Fe-P、Ca-P含量与无机磷含量均显著提高,Al-P、Fe-P占无机磷比重分别提高2.12个百分点与4.40个百分点,但O-P比重降低9.45个百分点,差异均显著。施磷肥总体提高了活性有机磷(LOP)与中等活性有机磷(MLOP)含量,降低了高稳定性有机磷(HSOP)含量,P2处理表现尤为明显;增施磷肥, LOP与MLOP占有机磷比重增加, HSOP比重降低。籽粒或秸秆产量与Al-P、Fe-P、Ca-P、MLOP、LOP含量呈显著正相关。综上,黄泥田连续30年施磷肥增产效果明显, P1与P2处理的产量无显著差异,但P1处理呈现磷表观亏缺。增施磷肥提高了无机磷Al-P、Fe-P、Ca-P比重,有机磷组分呈现由活性较低的形态向活性较高的形态转化趋势。每茬60 kg(P_2O_5)·hm~(-2)可维持磷素养分表观平衡并保持适宜的有效磷水平。     

不同磷肥用量对水稻土有机碳矿化和细菌群落多样性的影响

以水稻田田间定位试验为研究对象,利用三维荧光光谱技术(3D EEMs)和454测序技术,采集4个施磷水平(0、30、60、90 kg hm-2a-1)土壤,测定其有机碳矿化、溶解有机碳(DOC)组成和结构特征及细菌群落结构和丰度的变化。结果显示:水田施磷增加了土壤速效磷(Olsen-P),从而提高了土壤DOC含量,加速了有机碳的矿化速率和累积矿化量。3D EEMs结果表明,施磷分别显著增加了荧光指数和鲜度指数值1%~10%和3%~21%,而降低了腐殖化指数,且与土壤生化性质(Olsen-P、DOC和β-葡萄糖苷酶)具有显著相关性。说明施磷通过提高Olsen-P,促进了微生物源DOC的生成,同时降低了DOC的芳香化程度、分子量及腐殖化程度,从而提高了DOC生物可降解性。同时,施磷提高了细菌群落的丰度和多样性,特别是磷诱导了多种具有碳降解功能细菌的增加,从而加速了复杂有机碳的降解和甲烷氧化。此外,主成分分析表明稻田磷素施用量在30~60 kg hm-2a-1时对土壤有机碳矿化及细菌群落多样性的提高作用最为明显。因此,适度施磷能显著提高涉碳降解微生物的活性,从而提高DOC的生物可降解性,加速有机碳的矿化速率,促进稻田土壤有机碳循环。     

化肥减量配施有机肥对盐碱地土壤性状及镉形态的影响

盐碱地盐分含量高,会对植物生长起抑制作用或直接造成危害,盐碱地的安全利用对保障粮食安全具有重大意义。为探讨化肥减量配施不同有机肥对盐碱地土壤性状及镉形态的影响变化特征,试验在化肥施用减量20%的基础上,设厩肥30000 kg/hm²(AM)、生物有机肥600 kg/hm²(BF)、厩肥30000 kg/hm²+生物有机肥600 kg/hm²(AM+BF)及化肥正常施用量(CK)4种施肥处理,研究不同有机肥配施对土壤性状、镉含量及形态的影响。结果表明:2020年,处理BF较CK土壤镉含量显著降低了16.99%;2021年,处理BF和AM与CK相比,土壤镉含量分别降低了14.06%和10.16%,且差异显著。2020年,与CK相比,处理BF、AM和AM+BF土壤有效态镉含量分别显著降低了67.44%、34.88%和60.47%;2021年,处理BF、AM和AM+BF与CK相比,有效态镉含量分别降低了66.67%、27.27%和51.52%,且差异显著。与CK相比,有机肥配施对土壤中镉形态的分配比例有明显影响,交换态镉降低19.34%～75.69%、有机结合态镉提高45.78%～135.22%、土壤pH提高1.06%～5.81%;阳离子交换量提高5.29%～29.11%、有机质含量提高4.35%～30.14%、土壤容重降低0.76%～9.09%、过氧化氢酶活性提高7.84%～56.02%、脲酶活性提高14.67%～29.07%、碱性磷酸酶活性提高16.54%～40.09%、微生物量碳提高8.02%～25.09%、微生物量氮提高12.28%～33.12%。综上,在盐碱土壤条件下,配施有机肥可改善土壤理化性状、生物学特性,促进土壤交换态镉向有机结合态镉的转化,达到降低土壤有效态镉的目的。     

稻田控释氮肥的施用效果与合理施用技术

选用新型控释氮肥(LP)5个类型,采用其不同用量和组合,在南方典型双季稻区第四纪红壤发育的水稻土上进行早稻和晚稻的一次性基肥试验。结果表明,施用不同控释氮肥,稻田表层土和表面水的NH4+-N含量极显著地低于常规氮肥(尿素);控释肥的氮素释放过程与水稻吸氮过程基本一致。控释氮肥用量以N75kg/hm2较适宜,其用量比尿素N150kg/hm2相比仍可维持高产;早稻施用控释氮肥,可成功地实现施肥、播种、抛秧的一次性技术配套与结合,减轻劳动强度,适当提高种植密度有利于高产;晚稻采用条施的方法可显著地提高产量。与尿素N150kg/hm2比较,早稻选用控释氮肥LPS40或LPS60较好;晚稻选用LP70和LPS80并按LP70(50%)+LPS80(50%)的比例搭配,有利于水稻生长发育和维持高产。控释氮肥具有缓释作用,其供应氮素持久;LPS40和LPS60用量N150kg/hm2且高密度栽培时有一定的后效,可分别提高再生稻产量10%和16%。