生物炭对双季稻生长与土壤理化性质的影响及其后效

为探究南方双季稻田施用生物炭的后效,对比分析了当年新施用生物炭(施用量分别为0、20和40 t·hm-2,以B0、B20、B40表示)和前2年施用生物炭(施用量与B20、B40相同,分别以Y2B20、Y2B40表示)分别对双季稻生长与土壤理化性质的影响,以期为生物炭的合理施用提供理论和科学依据.结果表明,生物炭及其后效...     

土壤及生物炭对草甘膦的吸附作用

为了确定生物炭修复草甘膦污染土壤的可行性,通过添加不同比例和种类的生物炭到土壤中,研究土壤对草甘膦的吸附效果。采用吸附动力学拟合、等温吸附分析、红外光谱测定分析方法。结果表明:草甘膦能强烈地吸附在红壤及稻壳炭、竹炭、竹柳炭中,相比于红壤,3种生物炭达到吸附平衡时间短。吸附动力学符合准二级动力学方程,等温吸附符合Freundlich吸附等温方程。Freundlich吸附等温方程中1/n数值均<1,表明红壤和3种生物炭对草甘膦的吸附方式是非线性吸附,且非线性程度大小为竹柳炭>竹炭>红壤>稻壳炭。生物炭添加到红壤中,可以提高红壤吸附草甘膦的量,生物炭添加比例越高,土壤吸附草甘膦的量也越高。土壤中添加生物炭比例相同时,竹炭使土壤吸附草甘膦的量最高,竹柳炭次之、稻壳炭最低。3种生物炭吸附草甘膦前后的红外光谱分析阐明了酚、胺、芳香烃、羧酸、羧酸盐、脂肪醚等在吸附过程中起重要作用。     

生物质炭与有机物料配施的土壤培肥效果及对玉米生长的影响

生物质炭作为一种多功能的土壤培肥材料被广泛应用,但其与传统有机物料的对比及配施研究还比较少。通过盆栽试验,研究了生物质炭与秸秆、发酵鸡粪单施及配施对壤质潮土和砂土养分含量、酶活性及玉米生长的影响,并采用主成分分析方法对3种有机物料的培肥效果进行综合评价。试验设6个处理,分别为不添加有机物料(CK)、添加生物质炭(BC)、小麦秸秆(WS)、发酵鸡粪(CM)、秸秆和生物质炭(WS+BC)、鸡粪和生物质炭(CM+BC)。研究结果表明,各处理均增加了砂土玉米生物量和株高,3种有机物料的提升幅度排序为:鸡粪生物质炭秸秆,鸡粪还可增加壤质潮土玉米生物量和株高。添加生物质炭和有机物料还可提高土壤有机质含量,其中生物质炭的提升幅度最大。此外,3种有机物料对土壤养分和酶活性的影响各异,单施鸡粪分别增加壤质潮土和砂土的碱解氮22.08%和26.67%,速效磷91.92%和53.65%,脲酶活性40.54%和36.94%;单施生物质炭分别增加壤质潮土和砂土速效磷83.52%和89.91%,速效钾79.38%和127.02%,过氧化氢酶活性3.41%和11.22%,却降低了土壤碱解氮含量,且与鸡粪配施后会抑制鸡粪中氮的有效性;单施秸秆分别增加壤质潮土和砂土速效钾49.48%和63.02%,β-葡糖苷酶活性51.86%和59.09%;生物质炭与鸡粪或秸秆配施可以更均衡地提升土壤肥力。通过主成分分析和相关分析发现,玉米生物量和株高与土壤氮、磷供应正变化的第2主成分(PC2)得分呈极显著正相关关系。因此,3种有机物料中,鸡粪对土壤氮、磷含量及相关酶活性影响最大;秸秆对土壤钾以及纤维素分解相关酶影响较大,而生物质炭对土壤肥力的提升作用更均衡,且土壤肥力综合得分最高。秸秆或鸡粪配施生物质炭可以更全面地提高土壤肥力。     

灰黄泥田土壤培肥效应分析

本试验于１９８６￣１９９２年期间，在晋江市灰黄泥田土壤上进行不同培肥定位试验。历时七年实践结果表明：有机与无机肥施肥区比无肥区，习惯施肥区，化肥配方施肥区效果好。有机与无机肥合理施用不但有利土壤中有机质积累、全氮、磷、缓效钾含量有着相应逐年递增。而且提高农作物产量，其差异显著性达到极显著水平，土壤养分含量的变化明显地制约着农作物产量的升降。因此，在施用无机施的基础上要强调增施有机肥料，这是培肥土壤     

生物炭对冻融期盐渍化土壤水热肥效应的影响

为探究施加生物炭对冻融期盐渍化土壤蓄水保墒、保温、保肥的作用,以盐渍化土壤为研究对象,连续2年在河套灌区开展田间小区原位冻融试验,设置生物炭用量为15 t/hm²(D15),30 t/hm²(D30),不施加生物炭(CK)3种处理。结果表明：在冻融条件下,0—40 cm土层较40—100 cm土层水分垂直分布规律明显、储水能力强;除在试验第1年的初冻期施加生物炭使0—40 cm土层储水量有所降低外,随生物炭施加时间的增长,生物炭的持水作用逐渐显现,其中与CK相比D30处理更有利于土壤水分保持。施加生物炭可以平抑冻融期土壤温度的变幅、降低融解期土壤温度变化的离散程度,较对照比,2年冻融期0—40 cm土层平均温度生物炭处理提高0.8～1.6℃,经过2年冻融过程各处理土壤冻结指数为CK>D15>D30,融解指数为D30>D15>CK。连续2年冻融期,生物炭的施入均丰富了土壤养分含量,不同程度地减少冻融各阶段0—40 cm土层养分流失,使冻融期土壤速效钾、碱解氮、速效磷含量增幅范围分别达到3.1%～38.1%,1.3%～44...     

稻壳和稻壳生物炭对镉污染土壤肥力及镉有效性的影响

在镉(Cd)污染土壤中添加等碳量的稻壳及稻壳生物炭,研究不同材料对Cd污染土壤理化性质、肥力、酶活性及重金属Cd有效态含量的影响。共设置4个处理组,未被Cd污染土壤(CK)、Cd污染土壤(CD)、添加2%生物炭的Cd污染土壤(BO)、添加等碳量的稻壳Cd污染土壤(DK)。试验结果表明,BO和DK组的土壤总有机碳含量较CD组分别提高10.05%和5.02%,DK组的可溶性有机碳含量在第60 d,比CD组高出43.90%,BO组培养第90 d时,比CD组高13.00%;BO组的碱解氮含量对比CD显著降低,DK组的碱解氮含量对比CD组显著升高。不同处理组对酶活性有不同影响,第45 d时,BO和DK组的脲酶活性较CD组显著提高,分别提高10.14%和8.61%;施加稻壳和稻壳生物炭均能显著提高土壤中的蔗糖酶活性,但BO组显著低于DK组。不同处理对土壤理化性质有不同的影响,DK和BO组均显著提升土壤的孔隙度、初始孔隙比和土壤中砂粒、黏粒的比例;土壤重金属有效态试验结果表明,DK组中Cd污染土壤中的酸可提取态Cd的含量显著降低。对比施入稻壳生物炭,施加稻壳能够短期提升土壤肥力;生物炭和稻壳均能提升土壤的孔隙度和比重,使土壤中的黏粒占比上升;稻壳生物炭及稻壳均能缓解Cd对酶活性的抑制作用;相比生物炭而言,稻壳更能显著降低土壤中酸提取态的Cd含量。     

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。     

生物炭概念的内涵及语词辨析

多年来国内学术界对英文词汇biochar的中文应表述为"生物炭"还是"生物质炭"存在争议.本文根据逻辑学关于概念及语词、定义及划分的基本方法,试图剖析生物炭(生物质炭)概念的内涵与语词的混乱现象,澄清当前生物炭定义及划分等方面存在的逻辑问题,旨在深入理解生物炭的专业术语、促进科学知识的传播和科技成果的推广应用.     

杏壳生物炭对温室次生盐渍化土壤修复效应的研究

日光温室土壤次生盐渍化是设施蔬菜生产中的主要障碍性因子。研究以温室盐渍土、杏壳生物炭和负载微生物的杏壳生物炭为主要对象,通过监测土壤培养过程中土壤溶液pH,电导率(EC),水溶性磷、水溶性钾的动态变化,以及相应处理下盐分敏感蔬菜-辣椒的发芽率,探索添加不同比例的生物炭材料对温室次生盐渍化土壤的修复效果。结果表明,经过40 d土壤培养,添加杏壳生物炭对土壤溶液pH影响不明显,但是2.5%低添加量生物炭降低土壤溶液EC值的效果最为明显,在土壤培养的整个时期,添加杏壳生物炭和负载微生物的杏壳生物炭土壤溶液EC值均显著低于CK,且微生物负载生物炭降低土壤溶液EC值的效果更好;此外,添加生物炭不仅降低了土壤水溶性磷钾的变化幅度,有利于磷钾在土壤中的固持,而且显著提高了土壤碳氮比(P <0.05);辣椒发芽率随生物炭材料添加量的增加显著提高(P <0.05),其中添加10%负载微生物的杏壳生物炭辣椒的发芽率可达90%以上,比对照提高2.3倍。综上所述,添加负载微生物的生物炭对设施菜田次生盐渍化土壤的修复效果较好。     

生物炭调理酸化土壤的作用机制

生物炭（biochar）是有机物质在无氧或缺氧条件下热解炭化而成的一种固态、稳定、高度芳香化的富炭材料,具有碳量高、化学性质稳定、比表面积大及孔隙结构丰富等特点,且生物炭中的含氧官能团、有机阴离子和无机碱等成分能够有效的调理酸化土壤,因而常用作土壤改良剂。本文简述了土壤酸化的原因及其相关影响,介绍了生物炭的种类、特征和组成部分,重点关注了近年来生物炭施用对提高土壤pH、缓解铝毒、增强土壤微生物活性及改变化肥使用量方面的影响,并探讨了其作用机制。最后对生物炭在酸化土壤调理应用中尚存在的问题进行了展望,以期为生物炭在调理酸化土壤的理论研究和实际应用方面提供参考。     

Soil organic and inorganic carbon sequestration by consecutive biochar application: Results from a decade field experiment

Biochar addition can expand soil organic carbon (SOC) stock and has potential ability in mitigating climate change. Also, some incubation experiments have shown that biochar can increase soil inorganic carbon (SIC) contents. However, there is no direct evidence for this from the field experiment. In order to make up the sparseness of available data resulting from the long‐term effect of biochar amendment on soil carbon fractions, here we detected the contents and stocks of the bulk SIC and SOC fractions based on a 10‐year field experiment of consecutive biochar application in Shandong Province, China. There are three biochar treatments as no‐biochar (control), and biochar application at 4.5 Mg ha^?1 year^?1 (B4.5) and 9.0 Mg ha^?1 year^?1 (B9.0), respectively. The results showed that biochar application significantly enhanced SIC content (3.2%–24.3%), >53 μm particulate organic carbon content (POC, 38.2%–166.2%) and total soil organic carbon content (15.8%–82.2%), compared with the no‐biochar control. However, <53 μm silt–clay‐associated organic carbon (SCOC) content was significantly decreased (14%–27%) under the B9.0 treatment. Our study provides the direct field evidence that SIC contributed to carbon sequestration after the biochar application, and indicates that the applied biochar was allocated mainly in POC fraction. Further, the decreased SCOC and increased microbial biomass carbon contents observed in field suggest that the biochar application might exert a positive priming effect on native soil organic carbon.     

生物炭对滴灌春小麦产量及土壤肥力的影响

为了解生物炭对滴灌春小麦产量及土壤肥力的影响,通过2年田间试验对灰漠土土壤和春小麦养分及产量等进行了研究。结果表明:与CK相比,施用生物炭显著(P0.05)增加了土壤肥力,并显著(P0.05)增加春小麦对N、P和K的吸收,还对春小麦产量及构成具有积极的促进作用。与NP处理相比,NP+B6处理显著(P0.05)增加了土壤有机质、全氮和速效钾含量以及植株吸磷量。与NP+M6处理相比,NP+B6处理显著(P0.05)增加了土壤全氮、速效钾和植株养分吸收量。     

玉米秸秆炭还田对黑土土壤肥力特性和氮素农学效应的影响

【目的】探索玉米秸秆炭对东北黑土土壤肥力特性和氮素农学效应的影响,可为东北玉米集约化生产区秸秆资源利用和培肥土壤提供理论和实际应用基础。【方法】本研究以东北典型黑土区春玉米种植体系为研究对象,通过连续两年的田间原位试验,研究了添加500℃厌氧条件热解的玉米秸秆炭对土壤养分含量、 微生物和酶活性的影响及玉米秸秆炭对作物产量和氮素农学效应的影响。试验设三个处理: 1)PK+4 t/hm2秸秆还田(CK); 2)NPK+4 t/hm2秸秆还田; 3)NPK+4 t/hm2秸秆还田+2 t/hm2秸秆生产秸秆碳,在玉米成熟期取020 cm土壤样品和植株样品,采用常规方法进行相关项目的测定。【结果】 1)土壤养分分析结果。与秸秆还田相比,秸秆炭处理在2013和2014年土壤碱解氮含量(AN)分别提高了10.1%和9.7%,均达到显著水平(P0.05); 土壤速效磷含量(AP)分别提高了13.7%和27.3%,在2014年达到显著水平(P0.05); 土壤微生物量碳含量(SMBC)分别提高了13.5%和26.9%,土壤脲酶活性(URE)分别提高了22.3%和31.8%,2014年SMBC和URE升高均达显著(P0.05)。秸秆炭对土壤有机质(OM)、 全氮(TN)、 速效钾(AK)、 土壤微生物量氮(SMBN)和蔗糖酶活性(SUC)的提升效果在两年试验中均没有达到显著水平, 2)氮素农学效应影响结果。与处理2相比,处理3肥料氮偏因子生产力(PFPN)分别提高了3.3%和9.6%,肥料氮经济效益(EBN)分别提高了12.9%和27.5%,均在2014年表现出显著提高(P0.05); 而两年间处理3的玉米产量分别提高3.3%和9.5%、 肥料氮利用率(UEN)分别提高了3.9%和14.0%、 肥料氮农学效率(AEN)分别提高了11.6%和23.9%,但均未达显著水平。【结论】2年试验初步表明施用玉米秸秆炭可以提高土壤微生物活性和土壤酶活性,调节土壤与作物之间的养分供需,改善土壤养分状况,对提升氮素农学效应有作用。因此,玉米秸秆炭可作为秸秆资源高效利用的有效形式,其长期效果还需进一步试验。     

Effect of biochar amendment on soil‐silicon availability and rice uptake

Rice growth and its resistance to pests had been often constrained by soil‐silicon (Si) availability. The purpose of this study was to assess the potential of biochar soil amendment (BSA) to improve Si availability in paddy soils. A cross‐site field trail with BSA was conducted in six locations with different climatic and crop‐production conditions across S China. Plant‐available Si content before field‐trials establishment and after rice harvest, as well as Si content in rice shoot were determined. Varying with site conditions, plant‐available Si content of soil was observed to increase significantly with BSA in most sites. Significant increase in rice shoot Si was detected in four out of the six sites, which was well correlated to the concurrent increase in soil pH under BSA treatment. This study demonstrates an important role of BSA to improve Si availability and uptake by rice mainly through increasing soil pH of the acid and slightly acid rice soils.     

红壤旱地长期试验肥力演变及玉米效应研究

采用长期定位试验研究方法,探讨高原旱地红壤施N、NP、NM、NPM和NPK对红壤肥力演变、养分供给能力及玉米的效应。结果表明,N处理8年玉米绝收;NP处理前期比施N增产,长期施用不稳产,至23年绝收;NPM处理玉米产量由试验前10年的4628 kg/hm2,增加到后10年的6875 kg/hm2,增产2247 kg/hm2;在NP基础上施K2O 112.5 kg/hm2的NP+K处理,比施NP增产2264 kg/hm2。说明配施增产效果明显,但长期只施NP会导致其它元素失衡不能稳产。有机肥和NP配施,显著增加土壤有机质含量,红壤28年不施有机肥,有机质含量不下降,年施有机肥30000 kg/hm2,不施化学钾肥,也能维持钾素平衡。长期不施化学钾或有机肥导致钾素枯竭。红壤磷素自然供给能力极低,仅为3.6～15.7%,施磷显著增加速效磷含量,施磷或有机肥提高磷素自然供给能力。NP处理11年不施钾,钾素自然供给能力由35%～68%降低为11.09%～23.2%。     

基于模糊数学和主成分分析的长期施肥红壤旱地土壤肥力评价

为评价红壤旱地长期不同施肥方式下土壤肥力水平,基于1986年建立的江西进贤红壤旱地玉米定位试验,选用土壤pH值、有机质含量、有效磷含量、速效钾含量、阳离子交换量5个指标,采用模糊数学和主成分分析方法,评价和比较了连续施肥30年后不同施肥模式下红壤旱地土壤综合肥力水平。结果表明,数据球形假设检验KMO值为0.73,Bartlett值为127.98,Sig0.01,可以进行主成分分析。土壤肥力综合指数(SNI)以氮磷钾配施猪粪处理最高(0.94),单施猪粪次之(0.92),单施氮肥最低(0.42)。因此,红壤旱地施用有机肥或有机无机肥配施是维持和提高土壤肥力水平的重要措施。     

长期不同施肥对缕土肥力及作物产量的影响

在陕西关中典型土壤——蝼土进行了连续25年的定位施肥试验。通过对25年来不同施肥小区土壤肥力差异的分析研究表明，多年连续施肥，可以明显提高土壤中有机质、全氮、全磷、碱解氮、速效磷含量以及作物产量，即单施化肥或有机-无机肥料配合施用，都可以增强土壤养分容量及其供应强度，有利于培肥土壤，提高作物产量，其中又以有机-无机肥料配合施用的效果更好。     

Effect of biochar and phosphorus fertilizer application on soil fertility: soil physical and chemical properties

This study evaluated the effect of biochar and phosphorus fertilizer application on selected soil physical and chemical properties in two contrasting soil types: Rhodic Ferralsols (clay) in Thohoyandou and Leptic Cambisols (loamy sand) in Nelspruit, South Africa. Field experiments were conducted in summer and winter. Treatments consisted of a factorial combination of four biochar levels (0, 5, 10 and 20 t ha^?1) and two phosphorus fertilizer levels (0 and 90 kg ha^?1) arranged in a randomized complete block design with three replicates. Chickpea was the test crop. Soil bulk density, aggregate stability, porosity, total C, total N, C:N ratio, K and Mg were determined. Biochar (10 t ha^?1) and phosphorus increased bulk density and decreased porosity at 0–5 and 15–20 cm soil depth on a loamy sand soil in both seasons. The interaction between biochar and phosphorus increased total C and total N on a clay soil in the summer sowing. However, in the loamy sand soil, biochar (10 t ha^?1) increased total C, C:N ratio, K and Mg in the summer sowing. The effect of biochar was more evident in the loamy sand soil than the clay soil suggesting that the influence of biochar may be soil-specific.     

生物炭对土壤钾素生物有效性影响的研究进展

土壤缺钾已成为影响作物产量和品质,限制我国农业可持续发展的重要因素之一,亟待深入开展如何提高土壤钾素生物有效性的相关研究。本文收集整理了近年来研究者比较感兴趣的生物炭对土壤肥力,特别是对土壤钾素生物有效性影响的相关资料,从生物炭影响土壤温度、水分、p H值、阳离子交换量、微生物生物量与活性、作物根系生长与活动等方面论述了生物炭影响土壤钾素生物有效性的可能机理,并提出了今后需要深入研究的方面。     

Physical activation of biochar and its meaning for soil fertility and nutrient leaching – a greenhouse experiment

The slow alteration of the surface of charred biomass (biochar) over time may contribute to an improved nutrient retention and thus fertility of tropical soils. Here, we investigated soils from temperate climates and investigated whether a technical steam activation of biochar could accelerate its positive effects on nutrient retention and uptake by plants relative to nonactivated biochar. To this aim, we performed microcosm experiments with sandy or silty soil, mixed with 2.0, 7.5 and 15.0 g/kg soil of fine (<2 mm) or coarse‐sized (2–10 mm) biochar from beech wood (Fagus sp.). After initial fertilizer (NPK), ashes and excess nutrients were leached with water, and the microcosms were planted for 142 days with Italian Ryegrass (Lolium multiflorum ssp. italicum). Thereafter, leachate, soil and plant samples were analysed for their nutrient contents. The results showed that biochar additions of ≤15 g/kg soil left elevated contents of available P and N in the surface soil but reduced their uptake into the plants. As a result, total biomass production was unchanged. Different particle size and application amounts influenced these findings only marginally. Nitrate leaching was enhanced in the sandy soil (+41% for nitrate, but reduced in the silty soil ?17%) and P was immobilized. Hence, the fertility of the temperate soils under study was only marginally affected by pure biochar amendments. Steam activation, however, almost doubled the positive effects of biochars in all instances, thus being an interesting option for future biochar applications.