添加生物炭改善菜地土壤氨氧化细菌群落并提高净硝化率

  【目的】  氨氧化过程是硝化作用的限速步骤,对氮循环有着重要影响。本研究通过分析生物炭输入下土壤氨氧化微生物群落的变化,揭示其影响土壤硝化作用的生物学机制。  【方法】  以华北潮土区设施菜地土壤为对象,设置生物炭梯度 (C₀、C_0.5、C_1.5、C_4.0) 土壤培养试验,结合PCR和T-RFLP等分析技术,观测生物炭输入下土壤氨氧化细菌群落变化动态,解析生物炭、土壤硝化作用与氨氧化细菌群落之间的关系。  【结果】  添加生物炭明显改变了土壤氨氧化微生物群落结构及氮素硝化过程。与未添加生物炭处理相比,生物炭添加处理培养前期土壤氨氧化细菌群落Shannon、Evenness指数分别升高5.4%～18.8%、26.2%～33.8%,后期Shannon指数降低20.7%～34.2%。生物炭输入对AOA群落没有明显影响,AOB群落256、58 bp代表物种丰度分别增加61.4%～56.0%、60.6%～78.6%,488 bp代表物种丰度降低22.8%～26.9%。21 bp代表物种丰度前期增加后期降低,与491 bp代表物种丰度变化相反。添加生物炭土壤AOB amoA基因丰度增加48.9%～53.2%。土壤NO₃–-N含量提高1.7%～25.6%,NH₄+-N含量下降13.4%～31.1%,土壤净硝化速率提高21.8%～70.2%。  【结论】  生物炭的输入可以改善以AOB为主的土壤氨氧化微生物群落结构,提高amoA酶活性,但是对氨氧化古菌微生物群落结构未产生明显影响。因此,生物炭提高土壤净硝化速率的作用与其对土壤氨氧化细菌群落和组成的影响密切相关。     

施肥方式与施用生物质炭对设施菜地氨排放的影响

采用通气法对设施菠菜和黄瓜在施用生物质炭与翻耕措施下土壤氨气(NH3)排放进行观测,探索设施菜地NH3减排的有效途径.观测表明,设施菠菜与黄瓜土壤NH3排放主要发生在施肥后一周内.在施化肥氮总量300 kg/hm2条件下,设施菠菜不施生物质炭和表施生物质炭处理的NH3排放量分别占总氮投入量的8.00％和10.15％,而...     

追施生物炭对稻麦轮作中麦季氨挥发和氮肥利用率的影响

【目的】利用田间定位试验,对比研究生物炭施入土壤经过三年老化及追施新生物炭对稻麦轮作体系中麦季土壤氨 (NH₃) 挥发、氮肥利用率和产量的影响。【方法】试验共设6个处理,其中对照处理2个为N0B0 (不施氮肥+不施生物炭)、N1B0 (单施N 250 kg/hm2);2012年施用生物炭处理2个为N1B1 (N 250 kg/hm2 + 生物炭20 t/hm2)、N1B2 (N 250 kg/hm2 + 生物炭40 t/hm2);2015年追施生物炭处理2个为N1B1 + B (N1B1 + 生物炭10 t/hm2)、N1B2 + B1 (N1B2 + 生物炭20 t/hm2)。【结果】与N1B0处理相比,N1B1和N1B1 + B处理NH₃挥发累积量分别减少36.6%、6.4%,氮肥利用率提高30.1%和14.1%,小麦产量增加55.6%和26.9%;而N1B2、N1B2 + B1处理NH₃挥发累积量分别增加20.3%、40.5%,氮肥利用率提高35.9%和14.3%,小麦产量增加72.5%和18.9%。与老化生物炭处理相比,追施生物炭处理显著增加了小麦季氨挥发累积量,并显著降低了小麦氮肥利用率和产量。【结论】农田中施用生物炭可明显增加小麦季产量和氮肥利用率。老化生物炭低施用量 (20 t/hm2) 处理能显著减少NH₃挥发损失,并且更有效的提高小麦氮肥利用率和产量。     

添加木质素和生物炭对土壤氮、磷养分及水分损失的影响

研究添加木质素和生物炭对土壤氮、磷养分及水分损失的影响,降低土壤改良剂使用成本,增加造纸黑液中木质素的利用途径,促进木质素在土壤改良中的应用。试验选取生物炭改良剂与木质素作为对比,通过土柱淋溶和静态吸收法,研究不同添加量(质量分数为0,1%,2%,4%)的木质素和生物炭对土壤氮磷养分、水分、脲酶活性以及pH的影响。土壤中添加木质素和生物炭均能减缓pH变化程度;抑制土壤脲酶的活性,且在添加氮肥后的1～20天抑制效果明显,其抑制效果与添加量呈正相关。添加量为1%,2%,4%的木质素和生物炭与对照组相比,铵态氮挥发量分别显著减少8.29%,14.29%,14.86%和3.79%,11.65%,15.26%;全氮淋溶量分别显著减少32.37%,37.70%,42.49%和25.43%,30.70%,39.54%;全磷淋溶量分别显著减少23.68%,40.48%,48.12%和6.97%,22.88%,35.30%;水分淋溶量分别显著减少7.71%,15.82%,9.29%和9.91%,15.00%,16.06%。在本试验中,木质素、生物炭质量分数分别为2%和4%时对降低土壤氮、磷养分和水分损失的效果最佳。因此,可以说明木质素和生物炭在水肥保持上的效果相近,在一定程度上可以替代生物炭改良剂在土壤中的应用。     

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...     

生物炭施用五年后对土壤生物化学特性及夏玉米产量的影响

生物炭施用可以提高作物产量和培肥土壤,但连年施用成本高,探讨一次性施用生物炭的后效对于降低成本投入和保障作物高产及培肥土壤具有重要意义。本研究通过设置不施生物炭(CK)、生物炭10 t·hm^-2(T1)、生物炭15 t·hm^-2(T2)、生物炭20 t·hm^-2(T3)和生物炭25 t·hm^-2(T4)的田间试验,探讨一次性施用后第5年夏玉米产量和土壤养分及微生物特性变化。结果表明：施用5年后,不同生物炭用量处理均不同程度增加了土壤有机碳、速效磷、速效钾、微生物量碳、氮含量及酶活性,并且随着生物炭用量的增加而增加,而土壤碱解氮含量变化不显著;T1、T2、T3和T4处理的玉米产量分别较CK显著增加了8.85%、14.5%、22.2%和30.1%。相关分析表明,产量的增加与土壤微生物碳氮、酶活性、土壤有机碳、速效磷、钾之间存在显著正相关关系。因此,生物炭一次性施用后5年仍呈现出显著的增产和培肥效果,且用量越高,后效越大。     

生物炭和炭基肥施用对绿地土壤性质及大叶罗勒生长特性的影响

城市绿地土壤理化性质退化是城市绿化景观效果提升的主要障碍因子,生物炭和炭基肥施用可有效提高农田土壤肥力和作物产量,但生物炭和炭基肥对城市绿地土壤肥力和绿化植物生长的影响目前还不明确。采用盆栽试验,分别设置生物炭和炭基肥添加0%、0.5%、1%、2%、4%和6%的处理,探究不同用量生物炭和炭基肥施用对绿地土壤物理、化学性质以及大叶罗勒生长的影响。结果表明,与对照相比,添加生物炭降低了土壤容重,而炭基肥对土壤容重影响较小。添加生物炭对土壤pH无显著影响,而添加炭基肥能显著降低土壤pH 0.23～1.09个单位;添加生物炭对土壤碱解氮无显著影响,而添加炭基肥显著增加土壤碱解氮含量4.78～53.55 mg/kg;生物炭和炭基肥均能显著增加土壤有效磷含量,增加幅度分别为1.26～6.05和1.11～8.51 mg/kg;生物炭和炭基肥增加土壤速效钾的幅度分别为22.6～326.9和43.2～174.7 mg/kg。添加生物炭和炭基肥后土壤阳离子交换量较对照分别升高了0.79～1.27和1.16～2.42 cmol/kg。与对照相比,炭基肥能提高大叶罗勒叶绿素含量,生物炭对大叶罗勒叶绿素含量无显著影响。生物炭添加量大于1%时大叶罗勒生物量显著增加,炭基肥添加量小于2%时大叶罗勒生物量显著增加。因此,添加生物炭具有改善绿地土壤物理性质;生物炭和炭基肥均能提高土壤保肥性,改善土壤性状;生物炭和炭基肥均能提高土壤速效氮磷钾养分含量;综合作物生长,推荐炭基肥用量不能超过1%,而生物炭改良园林土壤可与适量氮肥配合施用以增加绿化植物叶绿素含量和观     

污泥生物炭对杨树人工林土壤环境质量的影响

通过田间实验,研究污泥生物炭(SSBC)施用对杨树人工林土壤理化性质、重金属含量、土壤微生物生物量碳氮以及土壤酶活性的影响。试验设置4个处理:对照 (CK: 0 t·hm-2)、低量(LS: 15 t·hm-2)、中量(MS: 30 t·hm-2)及高量(HS: 60 t·hm-2)。结果表明:SSBC的施用可降低土壤pH,增加土壤EC值;随着SSBC用量的增加,土壤营养成分和重金属含量均呈现增加趋势,其中SOC增加18.4~47.9%、全N含量增加20.4~46.5%、全P含量增加27.9~74.9%、有效氮增加4.2~23.1%及有效磷增加16.3~ 28.3%,且重金属污染可控。SSBC提高微生物生物量碳氮含量,并使土壤 β-葡糖苷酶(BG)、N-乙酰-葡糖苷酶(NAG)和蛋白酶(LAP)活性显著增加,即BG、NAG和LAP分别增加17.1%~35.3%、18.1~36.8%及29.3~70.3%,其中MS处理的增幅最大。总体而言,SSBC的应用不仅显著增加土壤营养成分,而且改善部分微生物环境,致使土壤环境质量一定程度上有所改善。     

添加外源炭对苹果园土壤无机氮变化和氨挥发损失的影响

大田条件下,采用磷酸甘油-双层海绵通气法,监测了玉米秸秆两种不同利用方式（直接施用和制成生物质炭施用）下的土壤无机氮含量和氨挥发速率的变化,研究了两种碳源对土壤氨挥发的影响。试验共设4个处理,分别为：CK（N0）、N（N 250 kg/hm2）、N+S（N 250 kg/hm2+生物秸秆）和N+B（N 250 kg/hm2+生物质炭）。结果表明：不同处理间氨挥发速率存在显著差异,施氮处理（N,N+S和N+B）的氨挥发速率均显著高于对照（CK）处理,氨挥发速率随着施肥后时间的推移迅速增大,均在施肥后第3天达到峰值,然后逐渐下降,呈“低-高-低”的单峰曲线。各施氮处理氨挥发峰值大小存在显著差异,N处理最大,为2.37 kg/(hm2·d),其次是N+S处理,为1.65 kg/(hm2·d),N+B处理最低,仅为1.32 kg/(hm2·d),N处理分别是N+S和N+B处理的1.44,1.80倍。0—10 cm土层土壤铵态氮浓度的变化趋势与氨挥发速率的变化趋势一致,与氨挥发速率呈极显著正相关,但各处理间土壤铵态氮含量的峰值存在显著差异,N处理最大,N+S处理次之,N+B处理最小。去掉CK本底值后,氨挥发损失量以N处理最大,为15.29 kg/hm2,占施氮量的6.12%;N+S处理次之,为9.32 kg/hm2和3.73%;N+B处理最低,仅为6.01 kg/hm2和2.40%。因此,添加外源炭显著降低了氨挥发损失,以添加生物质炭效果最好。     

施用生物炭提高酸性红壤茶园土壤的微生物特征及酶活性

通过福建安溪茶园的田间试验定位研究不同小麦秸秆生物炭施入量(0、10、20、40 t/hm~2)对红壤茶园土壤性质、土壤微生物和酶活性的影响,阐明生物炭对酸性茶园土壤的改良效应。结果表明,与不施用生物炭相比,40 t/hm~2生物炭施用量处理显著降低茶园土壤容重达0.23 g/cm~3,土壤碱解氮含量下降29.2%,但土壤有机质、有效磷和速效钾分别增加了62.1%、153.9%和173.6%,同时提高土壤p H值0.88个单位。随着生物炭施用量的增加,茶园土壤中细菌、放线菌、真菌、解钾细菌以及解无机磷细菌的数量分别提高了28.5%～104.4%、27.2%～123.4%、17.0%～35.9%、109.2%～208.2%和150.0%～337.3%,β-葡萄糖苷酶、脲酶和碱性磷酸酶活性也显著增加了45.5%～114.7%、8.6%～21.5%和26.7%～186.6%,而土壤酸性磷酸活性却降低了4.0%～15.6%。相关分析表明土壤有效磷含量与解无机磷细菌、碱性磷酸酶活性存在显著正相关关系,速效钾含量与解钾细菌亦存在显著正相关关系,施用生物炭改善酸性红壤茶园土壤的酸碱环境和微生物活性,有利于促进土壤养分转化。     

生物炭与氮肥对稻田甲烷氧化菌和产甲烷菌数量和潜在活性的影响

基于稻田中氮肥配施生物炭的田间定位试验,研究了施用生物炭与氮肥对旱季稻田土壤理化性质、甲烷氧化与产生潜势及甲烷氧化菌和产甲烷菌丰度的影响。田间试验共设置5个处理：单施生物炭、单施氮肥、氮肥配施生物炭（生物炭设置两个水平）以及对照。结果表明：施用生物炭三年后显著提高了有机碳和微生物生物量碳含量（p﹤0.05）,与单施氮肥处理相比,氮肥配施生物炭后可显著提高土壤pH。与对照相比,单施生物炭显著提高土壤甲烷氧化潜势。在施氮条件下,甲烷氧化潜势与生物炭施用量之间存在正相关关系,与氮肥配施20 t hm-2处理相比,40 t hm-2生物炭处理甲烷氧化潜势增长53.8%。氮肥配施高倍生物炭与配施低倍生物炭处理相比产甲烷潜势由0.001提高至0.002 mg kg-1 h-1;氮肥施用一定程度上抑制了甲烷氧化菌数量的增长,单施氮肥处理中产甲烷菌数量较对照处理显著增加了3.0%;单施或配施低水平生物炭显著增加土壤甲烷氧化菌数量。氮肥显著降低了甲烷氧化菌与产甲烷菌基因丰度比（pmoA/mcrA）。而在同氮肥水平下施加生物炭显著增加了土壤pmoA/mcrA比值,即生物炭对甲烷氧化菌的促进作用显著高于产甲烷菌,提高了旱季稻田土壤的甲烷氧化能力,因此有助于减少稻田土壤甲烷的排放。     

氮沉降背景下生物炭施用对土壤有机碳组分的影响

通过18个月的盆栽试验,以杉木幼苗为研究对象,研究不同水平氮(N)沉降背景下(N0(0)、低N(40 kg/(hm2·a))和高 N(80 kg/(hm2·a))生物炭(BC)施用(B0(0)、B1(12 t/hm2)和 B2(36 t/hm2))对土壤有机碳(SOC)组分的影响.结果表明:与对照相比,单独施用BC以及...     

生物质炭与氮肥配施对土壤氮素变化和烤烟氮素利用的影响

为探明生物炭与氮肥配施对土壤中氮素循环和烤烟氮素利用的影响,采用盆栽试验,设置四个处理：5 g/盆纯氮（CK）,5 g/盆纯氮+100 g/盆生物炭（T1）,3.5 g/盆纯氮+100 g/盆生物炭（T2）,2 g/盆纯氮+100 g/盆生物炭（T3）,利用15N标记的氮肥,测定生物炭与氮肥配施条件下烤烟生长不同时期土壤中15N的残留量、不同形态氮素的含量、土壤微生物量氮和移栽后90 d烟叶对不同氮源氮素的累积量。试验结果表明：相同施氮量时,生物炭的施用可以提高土壤中15N残留量、土壤无机氮、碱解氮、微生物量氮的含量和叶片对氮素的累积量。生物炭与氮肥配施时提高了肥料氮在烟叶中的占比,使15N利用率也提高了25.4%-63.3%。与对照相比,T2处理植烟土壤中铵态氮、硝态氮、碱解氮在移栽后75 d比对照分别提高了17.3%、8.0%、7.2%,碱解氮和微生物量氮的含量在移栽后90 d时也高于对照。在本试验条件下,生物炭与氮肥配施对土壤氮素的影响是显著的,施用生物炭时减少30%氮肥用量是可行的。     

生物炭与强还原处理对设施蔬菜土壤可溶性有机质的影响

利用田间试验,探讨生物炭与强还原处理(RSD)对退化设施蔬菜土壤可溶性有机质(DOM)的影响.处理为对照(CK)、生物炭修复(BC)、淹水(SF)、淹水覆膜(SFF)、强还原修复(RSD)、RSD与生物炭联合修复(RSD+BC),对比研究不同处理对0-20,20-40 cm 土壤DOM含量及光谱特征的影响.结果表明:0...     

生物质炭对贵州黄壤朝天椒减氮的生物效应及氮肥利用率的影响

为探究生物质炭对贵州黄壤朝天椒减氮的施用效果,采用大田试验,研究了生物质炭与氮肥减量配施(CF_(100)B_0(化肥氮100%)、CF_(90)B_(10)(化肥氮90%+生物质炭氮10%)、CF_(85)B_(15)(化肥氮85%+生物质炭氮15%)、CF_(80)B_(20)(化肥氮80%+生物质炭氮20%))对贵州黄壤朝天椒产量、品质、养分积累和氮肥利用率的影响。结果表明:与常规施肥(CF_(100)B_0)处理相比,CF_(90)B_(10)处理可提高朝天椒产量,其中鲜椒增产7.3%、干椒增产2.5%,但是增产效果并不显著,而CF_(85)B_(15)和CF_(80)B_(20)处理的产量略有降低;生物质炭与氮肥减量配施处理可显著影响朝天椒果实中的硝酸盐和Vc含量,其中,CF_(90)B_(10)、CF_(85)B_(15)和CF_(80)B_(20)处理的硝酸盐含量降低了4.8%～8.9%,而CF_(90)B_(10)处理的Vc含量则较CF_(100)B_0处理提高了9.6%,但还原糖和游离氨基酸含量在各处理间无差异;此外,与CF_(100)B_0处理相比,生物质炭与氮肥减量配施可使氮肥偏生产力(PFP_N)提高2.08～2.62 kg·kg~(-1),以CF_(90)B_(10)处理最高,而氮肥农学效率(AE_N)和氮肥表观利用率(RE_N)则随着生物质炭替代化学氮肥比例的增加呈降低趋势,以CF_(90)B_(10)处理的AE_N和RE_N最高,分别为7.70 kg·kg~(-1)和40.3%。综上,生物质炭与氮肥减量配施可有效保证贵州朝天椒稳产增效,因此,短期条件下推荐生物质炭替代化学氮肥10%作为贵州黄壤朝天椒氮肥减施替代的最适比例。     

添加葡萄糖对红壤农田肥料氮转化及其酸化的影响

采用室内培养实验,初步研究了外加葡萄糖对红壤肥料氮素转化及其酸化作用的影响,其中葡萄糖添加量充足,为8 g·kg–1干土,氮肥以(NH4)2SO4和KNO3为例.结果表明,在对照、单施(NH4)2SO4或KNO3处理中,土壤中氮转化过程主要以有机氮净矿化和铵态氮净硝化为主,这主要是由于红壤可利用碳源较少.而外加足够葡萄...     

氮肥减量施生物炭对水稻产量和养分利用的影响

为解决水稻生产过度依赖化肥及其环境和高效利用问题,探讨贵州黄壤稻田科学施用生物炭。在贵州省思南县典型黄壤稻田开展氮肥不减量(T0)和氮肥减10%施2.5 t/hm²(T1),氮肥减20%施5.0 t/hm²(T2),氮肥减30%施7.5 t/hm²(T3),氮肥减40%施10.0 t/hm²生物炭(T4)和不施肥对照(CK)共6个处理3次重复田间小区随机区组试验,研究了氮肥减量施生物炭对水稻产量、产量构成和氮磷钾养分吸收利用的影响。结果表明,氮肥减量施生物炭显著影响贵州黄壤稻田水稻产量、产量构成、地上部氮磷钾积累量和利用效率。水稻产量和氮磷钾积累量随氮肥减量和生物炭用量增加先增大后减小。2019年、2020年和2021年水稻实际产量和理论产量均分别以T2、T3和T2最高,较T0分别显著增产16.04%,17.94%和14.73%以及55.72%,64.08%和118.91%,水稻籽粒N、P₂O₅和K₂O积累量、偏生产力、农学效率、表观利用率和收获指数均较高,是较好的氮肥减量施生物炭处理。产量—施生物炭量回归方程和极值分析表明,2019年、2020年和2021年氮肥分别减量21.76%,24.60%和19.00%(即32.64,36.90,28.50 kg/hm²)施生物炭量5.44,6.15,4.75 t/hm²时水稻产量最高(分别为7.80,8.57,8.03 t/hm²),较T0分别增产22.52%,18.78%和13.74%。氮肥减量施生物炭显著提高氮磷钾化肥利用率,但导致化肥+生物炭磷和钾利用率降低,因此,贵州黄壤稻田施生物炭时应氮磷钾化肥同步减量,降低比例以氮磷钾减量19.00%~24.60%,施生物炭5.00~6.25 t/hm²为宜。研究结果对指导贵州黄壤稻田氮磷钾化肥减量和施生物炭具有重要指导意义。     

生物质炭与氮肥配施对土壤养分和谷子生长的影响

为探寻生物质炭与氮肥配施对谷子生长及土壤的影响,本研究以晋谷21为试材,采用盆栽试验,完全随机设计,研究了生物质炭(CO,0 g·kg-1;C1,20 g·kg-1;C2,40 g·kg-1)与氮肥(NO,0g·kg-1;N1,0.133 g·kg-1;N2,0.266 g·kg-1)配施对土壤养分、谷子根系形态、光合...     

生物炭对水稻土Olsen-P的影响

生物炭如何影响土壤磷素的有效性目前尚不清楚。本研究以稻草和白杨树枝为原料,采用室内培养方法,研究了300℃、450℃和600℃制备的生物炭在5、15和40g/kg施用量下对水稻土Olsen-P的影响。与树枝炭相比,稻草炭显著提高了水稻土Olsen-P含量;3种温度制备的稻草炭对水稻土Olsen-P的影响不存在显著差异;3种施用量稻草炭均显著提高了水稻土Olsen-P含量。生物炭制备原料和施用量均显著影响土壤磷素的有效性,不同温度制备的生物炭对土壤磷素的有效性影响不显著。