玉米秸秆生物炭对休耕期农田地表反照率及热物理性质的影响

为了探究生物炭输入后对休耕期农田地表反照率及土壤热物理性质的影响,通过田间小区试验,研究在休耕期生物炭影响下农田地表反照率、土壤温度及土壤热物理性质的变化情况.本试验共设置3个处理:CK处理(不施用生物炭)、BC10处理(生物炭施用量为1.0 kg·m-2·年-1)、BC40处理(生物炭施用量为4.0?kg·m-2·年...     

添加生物炭对华南早稻田CH4和N2O排放的影响

通过田间试验,采用静态箱-气象色谱法研究生物炭添加对华南早稻田甲烷(CH4)和氧化亚氮(N2O)排放的影响.试验设对照(CK),BC1、BC2、BC3(土壤中分别混入5、10、20t·hm-2生物炭)、RS(稻草直接还田)和RI(稻草加腐熟剂还田)6个处理.结果表明,与CK、RS和RI相比,生物炭处理能降低稻田CH4和N2O排放量及排放强度,综合排放强度最低的为BC3处理,值为0.98 kgCO2-eq· kg-1.在本实验的处理范围内,生物炭添加量越高,CH4平均排放通量及其季节排放总量越低,最低值分别为22.11mg·m-2·h-1和93.21kg·hm-2;N2O排放通量和季节排放总量则随生物炭添加量的增加呈上升趋势,最高值分别为285.65 μg·m-2·h-1和1.07kg·hm-2,但依然小于对照处理(368.13μg·m-2 ·h-1和1.13kg·hm-2).此外,试验发现高用量的生物炭(即BC3)处理水稻产量最高,值为7152.58kg·hm-2.综合分析各处理,BC3对减缓温室效应和稳定水稻生产贡献最大.     

生物炭对干旱区绿洲农田土壤呼吸的影响

为探究不同粒径秸秆生物炭添加对绿洲农田土壤CO2排放及Q10的影响,以新疆典型绿洲农田土壤灰漠土为供试材料,采用室内土柱培养的方法,研究添加＞5、1～5、0.25～1和＜0.25mm共4种粒径棉花秸秆生物炭和葡萄藤生物炭对农田土壤CO2释放的影响。结果表明：（1）试验周期内（0～85d）,添加生物炭处理土壤呼吸速率呈先增加后降低的趋势,前10d土壤呼吸增速较高;添加生物炭的土壤呼吸速率（1.27μmol·m-2·s-1）高于不添加生物炭的对照处理（1.01μmol·m-2·s-1）,棉花秸秆生物炭处理土壤呼吸速率（1.43μmol·m-2·s-1）高于添加葡萄藤生物炭处理（1.08μmol·m-2·s-1）。培养期内土壤CO2累积过程符合一级反应动力学方程,生物炭添加改变了土壤CO2潜在排放量、周转速率和半周转期。（2）添加棉花秸秆和葡萄藤两种生物炭处理与土壤CO2累积排放量（y）分别符合y=7.51x+88.53和y=2.68x+75.85的线性关系（x为生物炭粒径）。（3）添加生物炭处理土壤呼吸速率与空气温度和土壤温度显著相关,棉花秸秆生物炭处理土壤呼吸速率与温度的相关性高于葡萄藤生物炭处理,土壤温度敏感系数随粒径的减小而增加。综合土壤呼吸速率和温度敏感系数考虑,建议绿洲农田施用1～5mm中等粒径生物炭。     

秸秆与生物质炭施用对土壤温室气体排放的影响差异

采用室内培养试验,向土壤中添加小麦秸秆和不同量生物质炭,同时比较探究秸秆与生物质炭施用对土壤温室气体排放及微生物活性的影响差异。试验共设5个处理:土壤(S)、土壤+1%小麦秸秆(WT)、土壤+1%生物质炭(BC1)、土壤+2%生物质炭(BC2)和土壤+4%生物质炭(BC4)。在培养期内,施秸秆处理土壤CO2排放量比对照处理S显著增加约12.60%~2005.63%,而施生物质炭处理降低约51.49%~97.93%。施秸秆处理的温室气体增温潜势(GWP)是对照处理S的1.12~19.24倍,而施生物质炭处理,即处理BC1、BC2和BC4的GWP分别降低了0.27%~64.06%,15.78%~94.01%和29.43%~92.28%。小麦秸秆施用会明显增加土壤温室气体排放,增加温室效应;而添加生物质炭对土壤CO2、N2O排放表现出一定的抑制作用,并明显减弱温室气体增温潜势,即生物质炭能明显减弱温室效应。添加小麦秸秆促进土壤微生物生物量碳的增加,提高FDA水解酶、脲酶、过氧化氢酶、磷酸酶活性;生物质炭施用一段时间后对土壤过氧化氢酶活性表现为显著激活作用。     

生物炭对潮土氨挥发及小麦氮素吸收的影响

为探明生物炭对河南潮土区土壤氨挥发和小麦氮素吸收的影响,本研究设置不施肥(CK)、氮磷钾化肥(NPK)、生物炭(BC)、化肥配施生物炭(BC+NPK)4个处理,测定小麦季土壤氨挥发速率、籽粒产量和氮素吸收量。结果表明,在小麦基肥期,CK和BC处理氨挥发速率相对稳定,平均速率在0.06 kg·hm^-2·d^-1左右,且无显著差异。而NPK和BC+NPK处理氨挥发速率在基肥施入后2～3 d达到峰值,分别为0.86和1.25 kg·hm^-2·d^-1,BC+NPK处理较NPK处理显著提高45.35%。在小麦追肥期,NPK和BC+NPK处理土壤氨挥发速率最大值分别为0.96和1.07 kg·hm^-2·d^-1,且均在追肥后第7天达到最大值。与NPK处理相比,BC+NPK处理导致土壤氨挥发累积量增加9.45%,在基肥期和追肥期分别增加了5.47%和13.44%。整个小麦生育期,BC+NPK处理的土壤铵态氮含量平均值为21.61 mg·kg^-1,较NP...     

生物炭的10年土壤培肥效应

大量短期的室内试验和田间试验研究表明,施用生物炭可以增加土壤碳固定,提升土壤肥力和作物产量,然而关于生物炭的长期土壤肥力效应尚不明确。为此,依托持续10年的生物炭的田间定位试验[4个处理:对照(CK)、生物炭4. 5 t·hm-2·年-1(B4. 5)、生物炭9 t·hm-2·年-1(B9. 0)、秸秆还田(SR)],研究了长期施用生物炭对土壤肥力状况的影响。结果显示,与对照相比,长期施用生物炭和秸秆还田对土壤p H值没有显著影响,但容重降低了2. 2%～8. 2%,施用生物炭的土壤电导率降低了1. 5%～7. 8%,而秸秆还田处理土壤电导率提高了4. 7%～13. 4%。施炭和秸秆还田使土壤有机质(SOM)含量增加57. 7%～123. 1%,总氮含量提高11. 3%～21. 9%,总磷没有显著性变化。不同处理土壤NH+4-N含量的差异不显著,而施用生物炭和秸秆还田土壤NO-3-N含量增加3. 8%～67. 1%,且高炭处理的效果显著。土壤有效磷含量显著降低了23. 1%～42. 0%,速效钾含量上升了2. 0%～23. 1%。总体而言,长期施用生物炭提升了土壤肥力,尤其是对土壤有机质的提升有显著的效果。     

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。     

生物质炭与秸秆配施对紫色土团聚体中有机碳含量的影响

以油菜/玉米轮作农田生态系统为研究对象,通过田间微区试验,研究了生物质炭、秸秆(BC:8 000 kg·hm~(-2)生物质炭、CS:8 000 kg·hm~(-2)秸秆、0.5BC:4 000 kg·hm~(-2)生物质炭、0.5CS:4000kg·hm~(-2)秸秆、BC+CS:4 000 kg·hm~(-2)生物质炭+4 000 kg·hm~(-2)秸秆)与化肥配施对紫色土团聚体含量及稳定性、土壤有机碳及有机碳在各粒级团聚体中分布的影响,为合理利用有机物料及为紫色土培肥提供依据。结果表明:(1)与对照(CK)相比,秸秆、生物质炭还田(除0.5BC处理外)均能提高2 mm粒级团聚体含量,降低0.053 mm粒级团聚体含量,同时提高水稳性团聚体的平均重量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)、大于0.25 mm团聚体含量(R_(0.25)),其中只有CS处理达到了显著水平,且随着秸秆施用量增加,效果越显著。CS+BC处理则能显著提高0.25～2mm粒级水稳性团聚体含量。(2)除CS处理,其他各处理较CK均能显著提高土壤总有机碳含量,其中BC和CS+BC处理分别提高了45.55%和44.45%(P0.05),效果优于单施秸秆处理,且随着生物质炭施用量的增加,土壤总有机碳呈增加趋势。对不同粒级团聚体有机碳而言,各处理的团聚体有机碳主要分布在0.053mm和2mm粒级团聚体中;BC处理较其他处理能提高土壤不同粒级团聚体有机碳含量,其次为CS+BC处理。(3)通过计算团聚体有机碳贡献率发现,各处理对土壤团聚体有机碳贡献率主要分布在0.25～2 mm和0.053 mm粒级团聚体中,其中仅CS处理显著提高了2 mm粒级团聚体有机碳贡献率,较CK提高了53.53%;CS+BC、0.5BC处理分别较CK显著提高了0.053 mm粒级团聚体有机碳贡献率,增幅为26.20%,48.63%。(4)秸秆和生物质炭还田能提高玉米和油菜的生物产量和经济产量,其中CS、BC、CS+BC效果较明显。总之,秸秆与生物质炭配施是改善紫色土结构和提升碳水平的较优培肥措施。     

秸秆生物炭对潮土作物产量和土壤性状的影响

将秸秆转化为高碳含量和稳定性的生物炭施入土壤无疑可提升碳库,但也会影响土壤性状和作物生长。为评估秸秆生物炭在北方潮土(p H 8.30)的应用潜力,设每季生物炭施用量为0(对照)、2.25(低量)、6.75(中量)和11.3 t hm-2(高量)(四季后总施炭量分别为0、9、27、45.2 t hm-2)4个处理,通过2年小麦-玉米轮作小区试验,观测了作物产量、籽粒品质、氮素吸收和土壤矿质氮、p H、容重、水分的变化。结果显示,中量生物炭处理下第四季玉米产量增加8.43%;中、高量生物炭处理下四季作物总产量提高4.54%~4.92%。生物炭对小麦和玉米籽粒蛋白质、小麦湿面筋含量及容重无负面影响。作物地上部分氮素吸收、土壤矿质氮含量和p H各处理间无明显变化。中、高量处理下四季作物后土壤容重降低2.99%~10.4%,含水量增加10.3%~20.2%,最大持水量提高14.5%~15.0%。表明中、高量秸秆生物炭每季还田对作物有小幅增产作用,且不影响籽粒品质。土壤容重、水分、持水量等物理性状的改善可能是作物增产的重要原因。     

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)。