添加生物黑炭对玉米产量、品质、肥料利用率及氮磷径流损失的影响

为了寻找一种既能使作物高产、优质又环境友好的施肥模式,在天然降雨条件下,通过田间小区试验,研究了5种不同施肥模式(不施肥、纯施化肥、生物黑炭与化肥共施、有机无机肥配施、有机无机肥配施添加生物黑炭)对玉米产量、品质、肥料利用率及氮磷径流损失的影响。结果表明:与纯施化肥相比,生物黑炭与化肥共施和有机无机肥配施对玉米产量无明显影响,有机无机肥配施添加生物黑炭可使玉米产量显著提高21.14%;与纯施化肥相比,生物黑炭与化肥共施、有机无机肥配施、有机无机肥配施添加生物黑炭均可提高粗蛋白含量和氮、磷肥利用率,其中对粗蛋白含量提高幅度为12.14%~19.64%,并以有机无机肥配施添加生物黑炭对其提高幅度最大;与纯施化肥相比,生物黑炭与化肥共施、有机无机肥配施、有机无机肥配施添加生物黑炭均可显著减少氮、磷径流损失量,降幅分别为30.47%~59.69%和12.08%~31.22%,其中,有机无机肥配施添加生物黑炭的氮素径流损失降幅最大,生物黑炭与化肥共施的磷素径流损失降幅最大。因此,从提高玉米产量、品质,氮、磷肥利用率以及减少土壤氮、磷径流损失的角度综合考虑,在旱地作物种植施肥模式中推荐有机无机肥配施添加生物黑炭施肥模式。     

南方丘陵地区生物黑炭和有机肥配施化肥的应用研究

研究生物黑炭和有机肥配施化肥对旱地作物种植和养分损失的影响,旨在进一步探索高温多雨的南方丘陵地区旱地作物合理施肥和高产高效种植以及资源优化利用的有效途径。采用田间小区试验,设置了5个处理:不施肥(CK)、单施化肥(CF)、化肥+生物黑炭(CF+B)、有机无机肥配施(OF+CF)和有机无机肥配施且添加生物黑炭(OF+CF+B),探讨了生物黑炭和有机肥施用对春玉米产量、地表氮磷径流损失、作物氮磷肥料利用率的影响。结果表明:生物黑炭或有机肥的施用可显著增产8.2%~11.1%,但有机肥和生物黑炭结合施用增产效果最佳,增产率可高达13.7%。相比CF处理,CF+B处理可显著降低15.9%的氮素径流损失和24.2%磷素径流损失,显著提高26.3%和11.8%的地上部氮磷累积量;OF+CF处理可显著降低17.5%的氮素径流损失和25.0%磷素径流损失,提高36.5%(P0.05)和8.2%(P0.05)地上部氮磷累积量;OF+CF+B处理可显著降低33.3%的氮素径流损失和35.2%磷素径流损失,显著提高52.1%和29.0%地上部氮磷累积量,且氮磷肥料利用率最高,分别达49.1%和26.4%。OF+CF+B处理施肥方式一方面可促进春玉米旺盛生长,增加地表植被覆盖度和增强土壤的抗蚀性,显著降低了地表的径流体积;另一方面可以全面降低土壤氮磷养分溶解态和颗粒态的径流损失,培肥了地力。因此,从产量经济效益和环境效益方面综合来看,认为添加生物黑炭和有机肥部分替代化肥结合化肥施入土壤是最合理的施肥方式,值得在该区域进行推广和应用。     

生物黑炭对玉米苗期根际土壤氮素形态及相关微生物的影响

生物黑炭被作为土壤改良剂应用逐渐被认可,但其应用机制特别是生物黑炭对氮素形态和根际微生物的影响机理尚不明确,影响其推广。本文采用盆栽试验,研究了玉米和水稻秸秆烧制的生物黑炭按不同量施入土壤后,对玉米苗期株高、生物量和根际土壤氮素形态及相关微生物的影响。结果表明,施入60 g·kg-1玉米黑炭和40~60 g·kg-1水稻黑炭均对玉米苗期株高有显著(P0.05)降低作用,其中水稻黑炭的降低效果更为明显;分别施入60 g·kg-1玉米黑炭和20~60 g·kg-1水稻黑炭后,玉米植株地上部生物量均显著降低。施入60 g·kg-1玉米黑炭后根际土壤含水量和微生物量氮显著提高。随两种生物黑炭施入量的不断增加,玉米苗期根际土壤全氮、硝态氮含量以及固氮作用强度也显著增加,且均在60 g·kg-1施用量下达最大值。施用40 g·kg-1玉米黑炭可显著提高玉米苗期根际土壤氨态氮含量。同时,施用两种生物黑炭后,均不同程度地抑制了玉米根际土壤中细菌总体数量,促进了固氮菌和纤维素降解菌的生长,其中施入60 g·kg-1玉米黑炭的效果最为明显。综上,玉米和水稻秸秆生物黑炭的适量施用,可以促进玉米根际土壤氮素的循环转化,影响相关微生物的群落结构,且与水稻秸秆相比,玉米秸秆生物黑炭的施用效果更加明显。本文针对作物生长、土壤氮素形态及相关微生物数量3个方面研究生物黑炭施入土壤对氮有效性的影响,能够更全面、更准确地将生物黑炭如何影响土壤氮素转化展现出来,促进生物黑炭的深入开发利用,对黑土肥力保护具有一定意义。     

生物黑炭对日光温室土壤硝态氮动态变化的影响

采用田间小区试验,研究了生物黑炭对设施土壤硝态氮动态变化的影响,以期利用生物黑炭解决设施土壤硝态氮累积和淋溶问题。结果表明,生物黑炭能显著降低设施土壤表层及剖面硝态氮含量,且使用量越大,效果越明显。以番茄生长后期为例,7.5 t/hm2黑炭(T2),15 t/hm2黑炭(T3),30 t/hm2黑炭(T4)处理与习惯处理(T1)相比,表层土壤硝态氮含量分别降低11.71%、16.08%、24.83%,剖面硝态氮含量也分别降低11.63%、17.51%、25.38%。设施土壤硝态氮含量季节性变化明显,施用生物黑炭能降低设施土壤硝态氮周年变化幅度,使用量越大,效果越明显。生物黑炭也可降低蔬菜硝酸盐含量,且使用量越大,蔬菜硝酸盐含量越低。低量生物黑炭对蔬菜产量影响不大或有提高作用,但随使用量的增大,产量有下降趋势,因此,设施土壤生物黑炭使用量不宜过高。     

生物黑炭对强酸性茶园土壤氮淋失的影响

采用室内土柱淋滤试验研究了生物黑炭施用量对强酸性茶园土壤淋溶液体积、pH以及NH+4-N和NO-3-N淋溶的影响。试验中所用生物黑炭以茶树枝条为原料制成,土柱中生物黑炭用量设B0(0t/hm2)、B1(8t/hm2)、B2(16t/hm2)、B3(32t/hm2)和B4(64t/hm2)5个处理。结果表明:与对照处理相比,B1、B2、B3和B4土壤淋溶液体积分别下降了1.84%,3.43%,5.99%和11.09%;随生物黑炭施用量的增加,淋溶液pH和土壤pH也逐渐增加;B1、B2、B3和B4 4个土柱的NH+4-N淋失量分别降低了1.84%,2.82%,11.37%和9.75%,NO-3-N淋失量分别显著降低了36.24%,43.65%,44.39%和62.40%;在整个淋洗过程中,NH+4-N和NO-3-N淋溶主要发生在前5次,且主要以NO-3-N的形式淋失,其累积淋溶量占NH+4-N、NO-3-N淋溶总量的57.61%~76.54%;生物黑炭降低了土壤中NH+4-N(B4处理除外)和NO-3-N含量。以上结果表明,生物黑炭施用能明显增加土壤pH,减少NH+4-N和NO-3-N的淋失,增强土壤的持续供氮能力。     

有机肥与种植密度对旱作玉米根系生长及功能的影响

在大田条件下研究了基施有机肥及3种种植密度（60,75,90千株/hm2）对旱作玉米根系生长和功能的影响。结果表明,在大喇叭口期,基施有机肥显著降低了30—100cm土层内的根长与根表面积,但对根干重影响不显著;由于基施有机肥处理地上部生物量更大,因而显著降低了根冠比;种植密度对该时期根系生长的影响较小。在蜡熟期,基施有机肥限制了30—100cm土层及1/4行间、行间与膜下位置的根系分布,但对根冠比的作用不显著。该时期根长、根表面积及根干重均有随密度增加而减少的趋势,该趋势在0—30cm土层和株上位置表现显著;种植密度的增加也降低了根冠比。有机肥延缓根系衰老作用不明显,其根系导水率与不基施有机肥处理无显著差异;而在种植密度增加情况下,单位根系表面积吸水功能的提高弥补了根量减少带来的损失,表现出一定的适应性。     

生物黑炭及其增汇减排与改良土壤意义

国际上对将农田废弃物制成生物黑炭施用于土壤作为农业增汇减排的一种关键途径的呼声越来越高。通过文献资料调研,介绍了生物黑炭的基本性质及其碳稳定性,对农田土壤的改良效应,并讨论其在农业增产和增汇（碳）中的作用。结果表明,作物秸秆无氧高温热解制备的生物炭具有高度的芳香化、物理的热稳定性和生物化学的抗分解性。施用于土壤大幅度提升土壤碳库,并因其结构性质有利于农田土壤固持养分,提高养分利用率,改善微生物生境,从而达到提高土壤质量而促进作物增产的双赢效果。     

生物黑炭对黑土根际土壤氮素转化强度及无机氮的影响

采用盆栽试验,研究了生物黑炭对大豆根际土壤氮素转化强度及无机氮的影响。结果表明:固氮作用强度在结荚期达到最大值,此后逐渐呈现出降低的趋势。氨化作用强度在开花期、结荚期和鼓粒期有显著差异,5%生物黑炭处理的氨化作用强度均显著高于CK处理。硝化作用强度在苗期、开花期和结荚期,N_2Y_5和N_1Y_5处理下的根际土壤硝化作用强度与CK处理均存在显著性差异;在鼓粒期和成熟期,只有N_2Y_5处理与CK处理存在显著性差异,分别比CK处理提高了58.87%,84.49%。生物黑炭的适量施用提高了根际土壤铵态氮的含量。苗期、花期、结荚期和鼓粒期不同处理之间铵态氮含量存在显著差异,成熟期差异不显著。合理的生物黑炭施用量对硝态氮利用起着关键性的作用,在苗期、花期、结荚期、鼓粒期,5%生物黑炭的处理均显著高于CK处理,在成熟期,N_1Y_5,N_1Y_(10)和N_2Y_(10)处理下的根际土壤硝态氮含量比CK处理显著降低了20.73%,21.04%,22.85%。     

秸秆生物黑炭农业应用的固碳减排计量方法学探讨

秸秆或生活垃圾热裂解转化生物黑炭的产业化技术已经成熟,生物黑炭固碳减排方法学是进行自主碳交易的必备技术依据。基于河南三利新能源有限公司生物黑炭的生产工艺,对秸秆燃烧（基线）和转化生物黑炭以及农业应用（项目）整个系统全生命周期的温室气体的排放量和碳汇清除量进行了评价。采用该方法学,对已经进行的秸秆生物质黑炭的生产和稻田施用的总效应初步估计为秸秆产生净碳汇249-398kgCO2-e·t^-1。可以看出秸秆生物黑炭具有显著的固碳减排效果。     

施用生物炭对灌漠土理化性质及洋葱产量的影响

在河西绿洲生态条件下,研究了施用玉米秸秆生物炭对土壤理化性质、重金属生物有效性及洋葱产量的影响。结果表明,常规施肥配施不同量的生物炭(5 000、10 000、15 000 kg/hm~2)后,灌漠土0～20 cm耕层土壤容重降低3.9%～7.2%,pH值提高2.1%～3.7%,有机质、碱解氮、速效磷、速效钾含量分别提高0.9%～1.4%、0.4%～5.5%、15.3%～32.6%、31.7%～42.0%,土壤理化性质得到改善,且施用量越高效果越好;配施不同量的生物炭对洋葱有一定的增产作用,施用量越高洋葱产量越高;施用不同量的生物炭可降低重金属的有效性,有效铅降低21.4%～42.4%,有效锌降低21.1%～22.9%,有效铜降低7.8%～19.9%,有效镉降低9.7%～41.9%,随生物炭施用量增加,重金属有效性呈下降趋势。     

有机营养功能型土壤改良剂对灰棕荒漠土的改良效果

[目的]进行有机营养功能型土壤改良剂配方筛选,研究灰棕荒漠土改良效果和杂交饲用甜高粱经济效益,解决灰棕荒漠土保水、保肥能力弱,有机质含量低,作物产量低而不稳的瓶颈问题。[方法]选择甘肃省酒泉市肃州区的灰棕荒漠土,采用田间试验的方法进行研究。[结果]不同梯度有机营养功能型土壤改良剂施用量与灰棕荒漠土孔隙度、团聚体、持水量、有机质、速效氮磷钾、杂交饲用甜高粱经济性状和产量呈正相关关系,与灰棕荒漠土容重和pH值呈负相关关系。施用有机营养功能型土壤改良剂与施用传统化肥比较,灰棕荒漠土容重和pH值分别降低4.10%和8.27%;总孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度、总持水量、毛管持水量和非毛管持水量分别增加3.63%,3.60%,3.67%,3.63%,3.60%和3.67%;有机质、碱解氮、速效磷和速效钾分别增加7.03%,0.37%,0.33%和0.29%;真菌、细菌、放线菌、蔗糖酶、脲酶、磷酸酶和多酚氧化酶分别增加121.42%,34.69%,20.00%,61.79%,45.37%,36.00%和63.23%;杂交饲用甜高粱穗粒数、穗粒重、百粒重、产量、施肥利润和投资效率分别增加6.38%,4.17%,4.42%和4.04%,2 390元/hm2和0.40元/元。[结论]施用有机营养功能型土壤改良剂,有效地改善了甘肃省河西走廊灰棕荒漠土理化性质,提高了持水量和杂交饲用甜高粱产量。     

不同类型外源碳添加对灰漠土土壤碳储量的影响

为探究不同类型外源碳长期施用对耕层灰漠土土壤碳储存及固碳潜力的影响。通过田间定位试验设置秸秆不还田处理,即NPK处理(CK);NPK+1.5 t秸秆(NPKS);NPK+1.5 t有机肥(NPKM);NPK+1.5 t棉秆炭(NPKB1);NPK+3.0 t棉秆炭(NPKB2),选取2013—2021年采集的土壤为研究对象。对耕层灰漠土土壤容重(BD)、有机碳密度(SOCD)、有机碳累积速率、有机碳储量(SOCR)和施用年限与有机碳储量之间相关性进行分析。经过9年定位试验结果表明:(1)从2013—2021年BD变化趋势来看,施用NPKS、NPKM、NPKB1、NPKB2与NPK相比,均呈现降低趋势,与NPK相比平均分别降低1.84%,0.86%,5.03%,6.66%。(2)相比NPK,NPKS、NPKM、NPKB1、NPKB2处理中土壤SOCD提升幅度平均分别为12.21%,11.04%,24.14%,46.95%,其中,棉秆炭提升效果显著;累积速率分别提高73.16%,66.95%,133.52%,247.18%。(3)NPKS和NPKM处理相比SOCR增幅分别为11.67%~30.88%,12.2%~33.24%;NPKB1和NPKB2处理SOCR提升效果最为显著,相较于2013年最高提升幅度分别为29.28%,45.44%。 综合来看,秸秆还田、施用有机肥和棉秆炭均是提高灰漠土土壤碳储量的有效措施,其中,添加施棉秆炭处理更有利于灰漠土短期快速提高土壤有机碳固存,棉秆炭自身含有丰富的营养物质,长期添加棉秆炭提高土壤碳固存以及改善土壤肥力、缓解温室效应,从而作为实现碳中和的一种有效途径。     

玉米秸秆及其生物炭对东北黑土溶解有机质特性的影响

以典型东北黑土为研究对象,连续3年(2016—2018年)在吉林省长春市中国科学院东北地理与农业生态研究所长春综合农业实验站开展田间定位试验,研究生物炭(BR)、秸秆(SR)以及生物炭和秸秆联合施用(BS)对土壤理化性质和溶解有机质(DOM)特性的影响.结果表明:与对照(CK)相比,BR、SR和BS处理显著增加玉米产量...     

烟杆生物炭对砒砂岩与沙复配土壤理化性状及玉米生长的影响

为明确施用生物炭对砒砂岩与沙复配土壤水分保持及肥力提升的影响,采用盆栽试验,研究了不同生物炭施用量(0,10,20,30,50g/kg(以风干土计))对砒砂岩与沙复配土壤理化性状及玉米生长的影响。结果表明:在种植玉米一季后,施用生物炭可显著降低复配土壤容重,尤其当生物炭施用量达到30g/kg时,土壤容重可降低至1.37g/cm3,但当生物炭施用量增加到50g/kg时,土壤容重又出现增加的趋势;土壤田间持水量随生物炭施用量的增加呈显著增加趋势,但当施用量增加到50g/kg时又会出现下降趋势;土壤pH、全盐量随生物炭添加量的增加显著增加,尤其当生物炭添加量为50g/kg时,土壤pH可达8.80,全盐量可达2.51g/kg;土壤有机质、有效磷、速效钾含量也随生物炭施用量的增加而显著增加,但有效磷在生物炭施用量增加至50g/kg时出现下降趋势。进一步分析不同生物炭处理对玉米生物量的影响,发现玉米根干重、地上部分干重、百粒重、单株产量均随生物炭施用量的增加呈显著增加趋势,但当生物炭施用量增加到50g/kg时,上述各指标反而显著降低。生物炭对于砒砂岩与沙复配土壤理化性状、水分保持、肥力提升、作物生长及产量等诸多方面都有明显改善效果,在施用过程中需要注意使用量,在本试验条件下,生物炭推荐施用量为30g/kg干土。     

应用综合评分法评价新疆灰漠土土壤质量的研究

应用综合评分法对新疆国家灰漠土基地1990~2002年长期定位试验土壤监测数据进行计算分析。结果表明:土壤质量指数可以反映各处理的土壤质量的年度变化,且与单项养分变化趋势一致。研究还表明:长期施用无机化肥、有机肥,特别是有机无机配施土壤质量均有显著提高,氮磷配合施用土壤质量也有明显提高,单施氮、磷肥土壤质量有提高趋势,长期不施肥土壤质量将下降。因此应用综合评分法评价灰漠土土壤质量的方法是可行的。     

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。     

生物质炭和秸秆施用对黄褐土生化性质及小麦产量的影响

以位于河南省方城县的黄褐土田间定位试验为平台,监测生物质炭和秸秆连续施用4 a后小麦拔节期和成熟期土壤性质变化及其与成熟期籽粒产量的关系,明确影响小麦产量的主要土壤生化因子。试验包含6个处理,即分别在不施用生物质炭(–B)和施用生物质炭(+B)条件下各设置3个处理:(1)对照(CK),(2)单施化肥(NPK),(3)秸秆还田配施化肥(NPK+S)。结果表明:生物质炭和秸秆施用对土壤生化性质和籽粒产量的影响基本上不存在交互作用。连续4a施用生物质炭后,小麦产量平均降低了17.4%。尽管NPK+S与NPK处理间平均产量没有显著差异,但它们比CK处理产量分别增加了33.8%和37.4%。采用偏最小二乘法路径模型(PLS–PM)分别分析了拔节期和成熟期的土壤速效养分、活性有机质和酶活性对产量的影响,发现小麦拔节期的土壤速效养分含量,特别是氮素的供应是直接影响产量的最为重要因子;而成熟期土壤生化性质对作物产量的影响比较小。因此,为防止黄褐土上施用生物质炭和秸秆后小麦产量降低,需要特别注意小麦拔节期土壤氮素的补充。     

生物炭施用量对土壤改良及烤烟生长的影响

为了改良土壤容重,筛选优化生物炭施用量,以湖南烟区主要栽培品种云烟87为试验材料,通过大田试验研究3种不同的生物炭用量对田间土壤改良及烤烟生长的影响。结果表明,施用生物炭能够显著降低土壤容重,提高田间持水量,土壤容重与施炭量呈负相关,田间持水量与施炭量呈正相关。生物炭用量在3 750kg·hm~(-2)水平下,烤烟的植物学性状优良,干物质积累量大,烟株根系发达,根冠比协调,且氮肥利用率显著提高,但随着施炭量继续升高,烤烟的生长发育又相对受到抑制。综上所述,生物炭施用量为3 750kg·hm~(-2)较为适宜。本研究结果对利用生物炭改良植烟土壤,促进优质烟叶生产有一定的理论指导意义。     

长期施肥对灰漠土无机磷组分的影响

以国家灰漠土土壤肥力与肥料效益长期监测站为平台,采用蒋柏藩-顾益初土壤无机磷分组方法,对23年长期定位施肥条件下、不同施肥处理土壤无机磷总量(IOP)及组分(Ca_2-P、Ca_8-P、Al-P、Fe-P、O-P、Ca_(10)-P)进行测定,以掌握长期施肥对干旱区灰漠土无机磷组分的影响规律并指导合理施肥。结果表明,长期不施肥(CK)处理土壤无机磷总量无显著变化,组分间主要发生Ca_2-P、Ca_8-P向Ca_(10)-P的转化;长期施肥(NPK、NPKM、NPKS)处理IOP极显著增加,其增加量主要为Ca_2-P、Ca_8-P、Al-P和Fe-P,其中前三者增加作用极为显著;长期施肥条件下,土壤无机磷组分中Ca_8-P转化率最高、占土壤无机磷转化总量的39%~50%,其次是Al-P、占16%~30%,再次是Ca_2-P、占10%~29%,三者合计占78%~88%,其余三种组分Fe-P、O-P、Ca_(10)-P占12%~22%。     

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...