秸秆生物炭配施氮肥对潮土土壤碳氮含量及作物产量的影响

【目的】探讨玉米秸秆生物炭配施氮肥对华北潮土区土壤理化特性和作物产量的影响,阐明土壤和植株对生物炭和氮肥施用的响应,旨在为该区域秸秆资源高效利用、培肥土壤及作物增产提供科学依据。【方法】以华北冬小麦–夏玉米轮作区为研究对象,研究玉米秸秆生物炭 (缺氧条件下 450℃ 热裂解 1 小时获得) 配施氮肥对土壤养分含量、微生物量以及作物产量的影响。试验采用裂区设计,以秸秆生物炭施用量为主区,施氮量为副区。秸秆生物炭用量设 0、7.5 和 22.5 t/hm2 3 个水平 (以 BC₀、BC_7.5、BC_22.5 表示);氮肥用量设 0、150、225 和 300 kg/hm2 4 个水平 (以 N₀、N₁₅₀、N₂₂₅、N₃₀₀ 表示)。小麦在 2014 年 10 月 9 日播种,次年 6 月 8 日收获;玉米在 2015 年 6 月 10 日播种,当年 9 月 28 日收获。在作物成熟期进行产量测定,并采集 0—20 cm 土壤样品以及采用常规方法进行土壤有机碳 (SOC)、全氮 (TN)、可溶性有机碳 (DOC)、铵态氮 (NH₄+-N)、硝态氮 (NO₃–-N)、土壤微生物量碳 (MBC) 和微生物量氮 (MBN) 的测定。【结果】生物炭对土壤养分含量、微生物量碳氮及作物产量有极显著影响。生物炭用量增加,土壤 SOC、TN、DOC、NO₃–-N 含量以及土壤 SOC/TN 比值均显著增加,较 BC₀ 最大增加幅度分别为 165.0%、74.1%、39.1%、75.1% 和 44.0%。MBC、MBN 含量和作物产量均以 BC_7.5 处理达最大值,较 BC₀ 最大增加幅度分别为 49.2%、57.6% 和 46.1%,BC_22.5 较 BC_7.5 处理平均降低 12.1%、7.3% 和 9.7%;施用生物炭降低 NH₄+-N 含量,BC_7.5 和 BC_22.5 处理较 BC₀ 分别下降 18.4% 和 23.7%。随着氮肥施用量的增加,SOC、DOC、NH₄+-N、MBC、MBN 含量均先增后减,在施氮水平为 150 kg/hm2 时,其含量均达最大值,较 N₀ 最大增加幅度分别为 29.7%、22.9%、44.8%、79.4% 和 115.3%。所有施氮的处理作物产量较 N₀ 均显著增加,而三个施氮处理间其产量差异不显著 (P>0.05)。【结论】在维持作物产量不降低的情况下,短期内 N₁₅₀BC_7.5 处理对提升土壤肥力的效果最佳,是较为理想的施肥方式,但其有效机制及长期效果还需进一步试验研究。     

不同用量秸秆生物炭对辣椒疫病防控效果及土壤性状的影响

采用盆栽试验研究了不同用量秸秆生物炭对辣椒疫病防控效果及土壤性状的影响,并解析生物炭用量、土壤性状与防控效果之间的关系。结果表明,随着生物炭用量的增加,土壤pH和有机质含量逐步上升,电导率、有效磷和速效钾含量迅速上升,而铵态氮和硝态氮含量变化较小。细菌、真菌及四种功能菌数量随着用量的增加而逐步增加,但辣椒疫霉数量呈现先上升后下降的趋势。土壤酶活性方面,脲酶和β-葡糖苷酶逐步降低,FDA酶和蔗糖酶则先上升后下降。微生物代谢能力、微生物多样性及微生物均匀度均与用量呈倒U型曲线关系,在1.33%用量下获得最高值。DGGE图谱显示,低用量生物炭对微生物区系影响较小,而1.33%和2%用量则能显著改变微生物群落结构。0.33%、0.66%、1.33%和2%用量的防效分别为-9.8%、8.6%、56.7%和35.1%,与用量也呈倒U型曲线关系,1.33%生物炭用量对辣椒疫病的防效最好。一定范围内防效随生物炭用量的增加而增加,这可能是因为生物炭对土壤性状的改善作用,而随后防效下降,则与高用量生物炭对土壤性状产生的负面影响有关。     

生物质炭对旱地红壤理化性状和作物产量的持续效应

以江西进贤旱地红壤为供试土壤,连续3a观测施用生物质炭(0t/hm2,2.5t/hm2,5t/hm2,10t/hm2,20t/hm2,30t/hm2和40t/hm2)后土壤容重、孔隙度、饱和导水率、土壤pH、有机碳、阳离子交换量及油菜和红薯产量的变化。结果表明:生物质炭连续3a降低土壤容重,提高了土壤孔隙度和土壤饱和导水率,提升了土壤pH,增加了土壤有机碳和阳离子交换量;油菜和红薯产量均随生物质炭施用量的增加而增加,且红薯产量增幅大于油菜。随种植年限的延长,作物产量增幅越大。高施用量(40t/hm2)处理在旱地红壤上的改良效果和增产效应最好,施用生物质炭后第3a其土壤容重下降了0.17g/cm3,土壤孔隙度和饱和导水率分别增加了11.71%和126.57%,土壤pH、有机碳和阳离子交换量分别提高了7.25%,47.88%和44.61%,油菜和红薯产量分别增加了1.23t/hm2和14.83t/hm2。在连续3a内,旱地红壤施用生物质炭对改善土壤理化性状,维持作物增产具有持续效应,为生物质炭在红壤地区的大规模推广应用提供了科学依据。     

生物炭施用对冬小麦农田土壤养分及作物产量的影响

华北平原农田面临土壤有机质含量降低和土壤肥力下降等严重问题,生物炭作为保水保肥的土壤改良剂,可对其进行有效改善.本研究基于田间试验,探究低(5 t/hm2,B5F)、中(10 t/hm2,B10F)、高(20 t/hm2,B20F)量生物炭一次性施用对华北平原北部潮土区冬小麦农田土壤养分及作物产量的影响.结果表明:(1...     

生物质炭施用量对土壤性状和番茄产量品质的影响

本试验以南方地区设施黄棕壤为供试土壤,樱桃番茄为试验材料,通过测定土壤有机碳、速效养分、酶活性以及番茄的产量品质等指标,研究生物质炭施用量对菜田土壤性状及樱桃番茄产量与品质的影响,为在蔬菜栽培中合理使用生物质炭提供依据.试验设3个生物质炭施用量处理,分别为200(T1)、400(T2)、600 kg/667m2(T3),以不施用生物质炭处理为对照(CK).研究结果表明:施用生物质炭能提高土壤有机碳、碱解氮、速效磷和速效钾含量.在番茄生长前期,以T1处理的土壤蔗糖酶活性最高,但3个处理的脲酶和中性磷酸酶活性与对照的差异不显著;到生长后期,T1处理的蔗糖酶活性依然保持最高,脲酶和中性磷酸酶活性也逐渐提高且高于对照及其他处理.生物质炭可提高番茄单株坐果率,降低单株僵果率,以T1处理的单株坐果率最高,T3处理的单株僵果率最低.3个生物质炭施用量均可提高番茄产量,折合单位面积产量分别为5157.99、4539.05和4610.31 kg/667m2,分别较对照增产20.44%、5.99%和7.65%,以T1处理产量最高.在本试验中,以生物质炭施用量为200 kg/667m2的增产效果最好.     

生物炭及炭基硝酸铵肥料对土壤化学性质及作物产量的影响

为了促进生物炭研究和农用,采用盆栽试验研究了两种生物炭基氮肥及相应生物炭对土壤部分化学性质、养分状况及作物产量的影响。试验结果表明：施用生物炭基氮肥可显著提高土壤有机碳含量,提高土壤pH值、阳离子交换量、土壤速效磷、速效钾和矿质态氮含量,增强土壤保肥能力,促进作物增产。生物炭对土壤化学性质和养分状况虽有一定改善作用,但作物增产效应不明显甚至减产。因此,将生物炭与肥料复合制成生物炭基肥料不但可以保持生物炭改良土壤的功能,还可促进作物生长和增产,有利于生物炭农用效益的提升。     

潮土长期施用生物炭提高小麦产量及氮素利用率

该文于2011年起在黄淮海典型潮土区建立的秸秆炭化还田定位试验的基础上,系统观测了2011至2017年时间段秸秆生物炭连续施用下小麦生长及氮吸收情况,分析了产量构成因素,地上干物质及氮累积,关键生育期叶面积指数(LAI)、叶绿素相对含量(SPAD值)和群体数量等与小麦增产的关系,并监测了长期生物炭施用下土壤有机碳(SOC)与全氮(TN)含量的变化。该试验采用小麦/玉米周年轮作,设每季0、2.25、6.75和11.25 t/hm2四个秸秆生物炭处理(分别表示为BC0(对照)、BC2.25(低)、BC6.75(中)和BC11.25(高))。结果表明,与BC0相比,BC2.25仅在2015/2016季提高小麦产量,对其他5季无明显效果;BC6.75则在2014/2015、2015/2016和2016/2017的后3季显著提高小麦产量;而BC11.25提高了2014/2015和2015/2016季小麦产量。尽管生物炭处理对各季小麦产量影响各异,但6季各处理平均产量数据显示低、中、高量生物炭处理均可提高小麦产量7.0%~8.5%、生物量5.2%~10.8%和氮肥偏生产力6.8%~8.6%,且3个处理间并无差异;中、高量生物炭处理还可提高小麦秸秆产量11.4%~12.6%、穗数10.1%~11.2%、籽粒氮积累量9.4%~11.2%、秸秆氮积累量17.4%~23.8%、地上部氮积累量13.3%~20.9%。生物炭施用在促进小麦生长和氮吸收利用的作用方面与其增加小麦生育期LAI和SPAD值一致,具体表现为低、中、高量生物炭处理均可明显增加2015/2016和2016/2017两季小麦主要生育期群体数量以及增加两季拔节期、抽穗期SPAD值和LAI值。3个生物炭处理对提高2011/2012土壤SOC含量和2011—2014年土壤TN含量无明显效果,中、高量生物炭处理可增加2012—2017年土壤SOC含量32.6%~215.6%和2014—2017年土壤TN含量20.0%~36.8%。研究表明,合理施用生物炭能够促进黄淮区潮土农田冬小麦籽粒产量和氮肥偏生产力以及促进小麦生长和地上部氮素吸收,进而起到提高土壤肥力和增加土壤固碳的作用。     

生物炭对改善土壤理化性质及作物产量影响的研究进展

针对生物炭特有的物理和化学性质,通过综合分析国内外有关最新的研究成果,重点阐述了生物炭在土壤改良及农业生产过程中的改土、保水、保肥、减少面源污染以及在提高农作物产量和品质方面的研究进展,对需要进一步研究的科学问题提出展望。     

秸秆和作物覆盖对土壤流失的影响

人们普遍认为,由于地面上的作物覆盖和秸秆覆盖减小了雨滴对土壤的打击力,又减少了暴雨径流,因而是影响土壤侵蚀的主要因素.本试验对这两个变量如何影响细沟侵蚀作了研究.     

生物炭与氮肥配施对土壤肥力及红枣产量、品质的影响

【目的】通过连续三年 (2013～2015 年) 田间试验,研究了生物炭与氮肥配施对华北平原枣区潮土土壤肥力及作物产量品质的影响,为华北平原枣区高效施肥和提高红枣产量品质及可持续发展提供理论依据。 【方法】以河南省濮阳市林科院田间试验为研究平台,15 年生扁核酸枣为供试材料,设置生物炭用量 4 个水平 (C₀、C₁、C₂、C₃,即 C 0、2.5、5、10 t/hm2)、氮肥用量 3 个水平 (N₁、N₂、N₃,即 N 300、450、600 kg/hm2),采用“4 × 3”完全方案设计,加上完全空白处理 CK (不施生物炭和氮肥),共计 13 个处理。在 9 月底红枣采收后,采集新鲜红枣测定其产量及品质,同时取 0—20 cm 土壤样品测定不同处理的土壤肥力。 【结果】1) 生物炭与氮肥配合施用,显著提高了土壤有机质、全氮、全磷和全钾的含量。同时也提高了土壤中速效氮、磷、钾的养分含量。土壤养分含量随着生物炭施用量的增加而增加。其中全氮和速效磷养分含量以 C₃N₃ 处理最高,与对照相比,分别增加了 80.28% 和 32.82%,全钾和全磷养分含量以 C₃N₁ 处理增加幅度最大,增幅分别为 55.3% 和 27.9%;C₃N₂ 处理的速效氮和速效钾含量最高,分别增加了 68.0% 和 41.0%。此外,培肥措施显著降低了土壤容重,C₃N₃ 处理的土壤容重最低,为 1.22 g/cm3,降低了 15.86%。2) 生物炭与氮肥配施总体上提高了红枣的总糖、维生素 C、可溶性固形物、蛋白质及氨基酸的含量,但仅氨基酸含量达到显著差异 (P < 0.05),其中C₃N₁处理较对照增加100%。3) 不同施肥处理提高了扁核酸红枣的产量,较对照提高 4.5%～26.9%,其中 C₃N₁ 处理增产效果最明显。 【结论】生物炭与氮肥配合施用,对华北平原枣区的土壤养分吸收、土壤质量和红枣产量及品质起到了积极作用,可作为改善该枣区红枣生产力和土壤肥力的一种有效措施。生物炭施入土壤后,提高土壤肥力的同时也可以减少化肥的投入。生物炭10 t/hm2配施,氮肥300 kg/hm2为该试验区最佳施肥量。     

不同轮耕方式对渭北旱塬麦玉轮作田土壤物理性状与产量的影响

为研究不同轮作模式对渭北旱作冬小麦?春玉米一年1熟轮作田土壤物理性状和产量的影响,于2007—2014年在陕西省合阳县冬小麦?春玉米轮作田连续7年实施了保护性耕作定位试验,测定和分析了免耕/深松、深松/翻耕、翻耕/免耕、连续免耕、连续深松和连续翻耕6种轮耕模式下麦田0~60 cm土层物理性状、0~200 cm土层土壤湿度和小麦产量的变化。结果表明:1)不同轮耕模式0~40 cm土层土壤容重、孔隙度和田间持水量差异显著,其中以免耕/深松效果最显著;0~60 cm土层免耕/深松轮耕处理平均田间持水量较连续翻耕处理提高12.9%;2)轮耕对土壤团聚体特性影响明显,免耕/深松0.25 mm水稳性团聚体含量(R0.25)最高,结构体破碎率和不稳定团粒指数(ELT)最低,水稳性均重直径(WMWD)最高,水稳性和力稳性团聚体分形维数(D)均最低;3)小麦生育期间免耕/深松处理0~200 cm土层土壤蓄水量和小麦产量较连续翻耕分别增加17.7 mm和9.5%。综合可知,轮耕有利于耕层土壤物理结构改善,免耕/深松更有利于耕层土壤大团聚体形成和土壤结构稳定,利于土壤蓄水保墒和作物增产,为渭北旱塬区麦玉轮作田较适宜的轮耕模式。     

不同施肥制度对作物产量及土壤磷素肥力的影响

在潮棕壤上连续进行18年的定位试验, 研究了不同施肥制度对作物产量和土壤磷素肥力的影响.结果表明: 与对照处理相比, 施用磷肥有明显的增产和稳产作用.不施磷肥处理, 土壤磷素收支赤字, 土壤全磷和速效磷含量均明显下降, 且土壤磷收支的盈亏值与土壤速效磷的增减量呈显著直线相关; 施磷肥处理, 土壤磷素收支盈余, 18年间耕层土壤全磷含量均明显提高, 提高幅度为0.02～0.04 g·kg-1, 土壤速效磷含量亦明显增加, 特别是在试验的后几年, 土壤速效磷含量似有加速上升的趋势.施氮肥对玉米有明显增产作用, 施磷钾肥对玉米增产作用不明显; 大豆则相反, 施氮肥增产作用不明显, 施磷钾肥有显著增产作用.     

Pig manure digestate-derived biochar for soil management and crop cultivation in heavy metals contaminated soil

Management of heavy metal-contaminated soil under drought and other harsh hydrological conditions is critical for protecting soil ecosystem services. In this study, we examined the effect of pig manure digestate-derived biochar as a soil amendment (15 t ha⁻¹) with N fertilizer (180 kg ha⁻¹) on soil and plant heavy metal levels and nutrient availability under various moisture regimes (optimal moisture ~15%, drought condition ≤5%, and flooded condition ≥35% wt.). It was observed that biochar applications significantly decreased heavy metals in the spring wheat plants, lowering Cr by 90%, Ni by 50%, Cd by 9% and Pb by 34% compared to non-biochar (control) treatments. However, the pig digestate-derived biochar increased heavy metals in soil under all moisture regimes, increasing soil Cr by 21%, Ni by 43%, Cu by 55%, Zn by 70%, and Pb by 12%. The availability of macroelements also increased with the biochar applications under the optimum moisture regimes in both soil and plants, increasing Mg²⁺ by 11%, P by 4%, K⁺ by 50%, and Ca²⁺ by 56% in the soil, and Mg²⁺ by 13%, P by 69%, K⁺ by 29, and Ca²⁺ by 39% in plants. Biochar addition also improved chlorophyll fluorescence (CF) levels in the crop for the entire season (12^th to 62^nd day) and the aboveground crop biomass and dry matter contents both increased. Consequently, the use of pig manure digestate-derived biochar with N fertilizer under normal moisture conditions was able to reduce heavy metal availability to plants and thus could be used in contaminated soils to maintain better crop growth and development.     

生物炭与菜籽饼配施对土壤养分及烟叶产质量的影响

为寻求陕南烟田适宜的土壤改良技术,采用生物炭与菜籽饼二元配比试验,研究其对土壤矿质养分及烟叶品质与产量的影响。研究结果表明:生物炭与菜籽饼均有利于提高土壤矿质养分含量,且以混合施用效果更显著。生物炭与菜籽饼能有效促进烤烟生长,改善烤烟农艺性状,增加上、中部烟叶面积且随菜籽饼施用量的增加叶面积呈现增大的趋势。上等烟和中上等烟比率随生物炭施用量的增加呈先增加后降低的趋势;而产量与产值则随菜籽饼用量的增加表现出增大的趋势。生物炭和菜籽饼及二者交互对烤烟化学品质提升效果显著,能有效提高烤烟全氮、烟碱、钾及总糖和还原糖含量,降低烤后烟叶淀粉水平。综合分析,在陕西安康市旬阳地区推荐生物炭与菜籽饼配比为生物炭750 kg/hm2+菜籽饼750 kg/hm2。     

Effects of different application methods of fertilizer and manure on soil chemical properties and yield in whole crop rice cultivation

ABSTRACT

Whole crop rice (WCR) is expected to establish a cultivation method using manure produced from animal wastes. Meanwhile, application methods of fertilizer and manure in the WCR cultivation are affected by availability of manure, available time for its application, and field drainage, and low market price of WCR. This raises concerns about soil fertility deterioration and yield reduction in the WCR cultivation. The objectives of this study were to investigate how different application methods of fertilizer and manure affected soil chemical properties and yield in the WCR cultivation. Field surveys were conducted in 2013 and 2014 at 10 fields cultivated by five different farmers in the Itoshima region, Fukuoka Prefecture, Japan. The surveyed fields included two application methods of manure (M) alone and chemical fertilizer (CF) alone. Clay plus silt content was significantly correlated with total nitrogen (TN), total phosphorus (TP), and exchangeable potassium (Exch. K), which indicated that soil texture partly contributed to the variations of these soil chemical properties. Meanwhile, clear gaps of TN, TP, Exch. K, K saturation degree, and available N between CF and M at around 40% of clay plus silt content strongly suggested that manure application contributed to increases in the soil chemical properties. Yearly differences of available N had relatively large negative values in CF fields. This result suggested a possible decrease in mineralizable part of soil TN in the WCR cultivation with CF alone, which needs to be clarified through long-term study. Significant relationships between potential N supply and straw weight (r = 0.698, p < 0.05 for 2013; r = 0.873, p < 0.01 for 2014) or yield of whole crop (r = 0.852, p < 0.01 for 2014) indicated that N mineralized from soil, which was enhanced by manure application, increased straw weight, resulting in an increase in yield of whole crop. However, excessive amounts of manure applied in surveyed fields can cause groundwater and surface water pollution. Thus, nutrient balances in a paddy field need to be analyzed further to determine an appropriate application amount of manure.     

中国施用生物炭对番茄产量和品质效应的Meta分析

为定量分析生物炭施用对番茄产量和品质的时空效应和影响机制,同时为番茄生产中生物炭合理施用量的确定提供依据。该研究通过检索文献整合已发表的相关田间试验数据,采用Meta-analysis法分析了生物炭施用条件下,生物炭特性、土壤条件、田间管理措施与时空特性对番茄产量和品质的综合效应,并对各影响因素进行通径分析。结果表明：施用生物炭显著增加了番茄产量、果实Vc、可溶性糖和可溶性固形物含量（P<0.05）,增长率分别为 30.7%（95%置信区间（confidence interval,CI） 为27.6%～33.9%）、13.8%（95% CI为10.8%～16.9%）、6.7%（95% CI为3.3%～10.2%）和10.7%（95% CI为5.8%～15.8%）,而番茄果实硝酸盐含量降低了3.1%（95% CI为-6.7%～0.8%）,对番茄果实糖酸比含量增加效应不显著（95% CI为-3.0%～7.9%）;番茄产量效应的亚组分析表明,生物炭施用在不同时间和区域特征下对番茄增产效应影响显著（P＜0.01）,随着时间的推移,生物炭施用对番茄增产效应呈波动式增长趋势,华北、东北农田区的番茄增产效应不显著;土壤有机质含量与番茄增产率呈正相关关系,土壤pH值与番茄增产率呈负相关关系,番茄增产率随土壤全氮及硝酸钾含量的增加呈先增后减趋势;田间管理措施对番茄产量效应分析结果表明,生物炭施加量>40～80 t/hm²时,增产率可达37.8%（95% CI为33.5%～42.1%）,生物炭热解温度在400～600 ℃内,生物炭pH值控制在>8～9为最优;生物炭施用量、生物炭pH值和产量年份是影响生物炭增产效果的3个主要因素。研究结果可为番茄生产中科学、合理生物炭施用量的确定提供理论支撑。     

Combined application of biochar with compost and fertilizer improves soil properties and grain yield of maize

A pot study was conducted to assess the combined effect of biochar (B) with compost (Com) and inorganic fertilizers (F) for improving nutrient acquisition and productivity of maize. Seven different treatments, including B (1% w/w), F (Recommended nitrogen, phosphorus and potassium (NPK): 60, 30 and 25 mg kg^─1), Com (1.5% w/w), Com+F (1.5% + NPK), B+F (1% + NPK), B+Com (0.5% + 0.75%), B+Com+F (0.5% + 0.75% + NPK) along with a control (C) without B, Com and F were applied in pots with four replications. The results showed that growth and grain yield of maize increased by the application of B, Com and F compared with C, but B+Com+F was more effective than their sole application (i.e. B, Com and F). Highest leaf chlorophyll content, gas exchange attributes and nutrient concentrations: N, P and K in shoot and grains were observed, where B+Com+F was applied followed by Com+F > B+F > B+Com > F > Com > B > C. Soil properties such as soil organic carbon (SOC), N, P, and K were significantly increased, whereas soil pH was decreased by the combination of B with Com and F. Hence, application of B in combination with Com and F (B+Com+F) could be a good management strategy to enhance crop productivity and improve soil properties.