水稻秸秆炭施用对水稻土团聚体稳定性及其碳氮分布的影响

【目的】水稻长期种植过程中大量化肥施用导致土壤结构变差,研究不同用量水稻秸秆生物炭和化肥配施对水稻土结构和碳、氮分布的影响,探索稻田优化施肥管理方式。【方法】水稻田间试验在浙江衢州进行,试验设不施肥对照(CK)、常规施肥处理(NPK)以及常规施肥基础上添加22.5 t/hm² (NPK+1%B)、45 t/hm²(NPK+2%B)和90 t/hm² (NPK+4%B)水稻秸秆炭处理,共5个处理。水稻收获后采集0—20 cm土层样品,测定土壤及不同粒级团聚体(>2、0.25～2、0.053～0.25和<0.053 mm)的有机碳和全氮含量,评价团聚体的稳定性。【结果】与NPK处理相比,施用水稻秸秆炭4年后,土壤>0.25 mm粒级团聚体含量提高了2.43%～7.99%,<0.25 mm粒级团聚体含量降低了2.93%～9.63%,土壤有机碳和全氮含量分别提高了16.40%～45.16%和14.67%～36.69%,各指标的变幅均以NPK+4%B处理最大。与NPK处理相比,秸秆炭处理土壤中>2 m...     

油菜季施磷结合秸秆还田提高油菜–水稻轮作体系的产量和磷肥利用率

【目的】探究秸秆还田和减磷处理对油–稻轮作周年物质生产和磷素利用的影响。【方法】田间试验在四川绵阳进行,种植制度为油菜–水稻复种。设置秸秆不还田(T1)和秸秆还田(T2)两种模式,4个施磷模式：油–稻两季均不施磷(P1)、油菜施P₂O₅ 120 kg/hm²–水稻季施P₂O₅ 90 kg/hm² (P2)、油菜季施P₂O₅ 120 kg/hm²–水稻季不施磷(P3)、油菜季不施磷–水稻季施P₂O₅ 90 kg/hm² (P4)。分析了油菜、水稻及周年干物质积累、产量以及磷素利用。【结果】施磷显著提高了油–稻轮作周年产量、干物质积累量和吸磷量。与P2相比,P3提高了油–稻两季干物质积累量、花后茎叶干物质转出量和吸磷量,其油–稻周年的产量、干物质积累量和吸磷量分别提高10.14%～27.65%、8.39%～9.71%、1.86%～...     

长期连续秸秆还田和生物质炭施用对稻田N2O排放的影响

为了评估麦季多年连续秸秆还田和生物质炭施用对稻麦轮作系统下稻田N₂O排放的影响，于2010年麦季开始开展了为期11 a的麦季秸秆还田和生物质炭施用定位试验。试验共包括5个处理：无玉米秸秆还田和生物质炭施用(CK);6 t/(hm²·a)玉米秸秆还田(CS);2.4 t/(hm²·a)生物质炭施用(BC1);6 t/(hm²·a)生物质炭施用(BC2)和12 t/(hm²·a)生物质炭施用(BC3)。结果表明，BC2和BC3处理较CK均显著提高了土壤碱解氮、有效磷、速效钾、易氧化碳、可溶性有机氮和土壤微生物生物量氮含量。CS、BC1和BC2处理水稻生长季N₂O总排放量与CK没有显著差异，但是BC3处理的N₂O总排放量比CK提高了245.31%，并显著高于其他处理。BC3处理的N₂O总排放量和施氮肥后N₂O排放高峰期的累积排放量分别比CK提高了3.84 kg/hm²和3.3...     

生物炭和腐殖酸施用对稻麦轮作系统CH4和N2O综合温室效应的影响

生物炭和腐殖酸对土壤C、N循环和作物产量均具有深刻影响。该试验以稻麦轮作系统为研究对象,探究生物炭和腐殖酸在经过1 a陈化后对土壤肥力、作物产量和温室气体排放的持续影响。设置了6个处理：B0F0(对照,不添加生物炭和腐殖酸);B0F1(不添加生物炭,腐殖酸添加量为0.6 t/hm²);B0F2(不添加生物炭,腐殖酸添加量为1.2 t/hm²);B1F0(生物炭添加量为20 t/hm²,不添加腐殖酸);B1F1(生物炭添加量为20 t/hm²,腐殖酸添加量为0.6 t/hm²);B1F2(生物炭添加量为20 t/hm²,腐殖酸添加量为1.2 t/hm²)。结果表明：1)试验期内,与B0F0相比,生物炭显著增加了稻麦两季土壤有机碳含量;腐殖酸增加了稻季土壤有机碳含量,对麦季土壤有机碳含量无显著影响;单独施用生物炭或腐殖酸对水稻和小麦产量均没有显著影响,生物炭和腐殖酸混施处理显著提高了小麦产量,增幅为1.0%～5.0%,对水稻产量没有显著影...     

稻鱼共作下氮肥减量后移对水稻生长和氮肥利用效率的影响

为了探索稻鱼模式下水稻氮肥高效施用技术,实现减肥增效的生产目标,以杂交籼稻隆两优1206为试验材料,在稻鱼共作模式下设置了4个水稻施氮处理,分别为：N0不施氮肥处理、CK当地常规施氮处理(纯氮用量为180 kg/hm²,按分蘖肥∶促花肥∶保花肥=5∶2.5∶2.5施用)、N1氮肥减量处理(纯氮用量为120 kg/hm²,按分蘖肥∶促花肥∶保花肥=5∶2.5∶2.5施用)、N2氮肥减量后移处理(纯氮用量为120 kg/hm²,按分蘖肥∶促花肥∶保花肥=0∶5∶5施用),研究了不同处理下水稻生长特性、产量和氮肥利用率的变化规律。结果表明：与CK处理相比,N2处理显著降低了有效分蘖叶龄期水稻的分蘖数和倒4叶期水稻的干物质积累量,但在有效分蘖叶龄期的分蘖数达到了CK处理有效穗数的88.54%,已经够苗。施穗肥后N2处理增加了水稻的干物质积累量、有效穗数和穗粒数,同时显著降低了水稻的高峰苗,提高了成穗率,两年的水稻产量比CK处理分别增加了6.39%和8.57%。同时,N2处理降低了水稻成熟期土壤水解氮的残留,水稻氮素收获指数、氮素...     

大气CO2浓度升高条件下施加生物炭对水稻生物量分配及产量的影响

  【目的】  大气二氧化碳 (CO₂) 浓度升高会影响作物光合作用,土壤中添加生物炭能够影响作物根系生长,但关于二者互作对作物的影响尚未有明确结论,鉴于此,我们研究了CO₂浓度升高与施用生物炭两者互作对作物的影响。  【方法】  盆栽试验在北京昌平进行,供试水稻品种为吉粳88。试验共设计4个处理,常规大气CO₂浓度 (CK)、常规大气CO₂浓度 + 生物炭 (B)、高浓度CO₂ (F)、高浓度CO₂ + 生物炭 (F + B),常规大气和高浓度CO₂分别为400和550 μmol/mol,生物炭添加量为20 g/kg。于水稻分蘖期、拔节期、抽穗期、成熟期取样,测定株高、各器官生物量、产量构成因素。  【结果】  相较于CK,其他3个处理均提高了分蘖期、拔节期和抽穗期的水稻株高,F + B处理株高在3个时期平均分别增加了2.4%、1.3%、4.9% (P < 0.01)。相较于CK,其他3个处理均增加了水稻分蘖期、拔节期、抽穗期、成熟期的单茎、叶片、根系和地上部总干重,B处理和F处理对水稻叶片、根系和地上部总干重的影响均达到极显著水平,F + B处理仅对根系干重的影响达到显著水平 (P < 0.05)。与CK相比,F + B处理的水稻根冠比在分蘖期没有显著变化,抽穗期增加了10.7%,而拔节期和成熟期分别降低了5.0%、12.7%。相较对照,常规大气CO₂浓度下施生物炭 (B) 及单增CO₂浓度处理 (F) 水稻穗长和千粒重增幅达到极显著水平。F + B处理水稻产量构成均表现出增加趋势,仅对千粒重的影响达到极显著水平。  【结论】  高CO₂浓度有利于水稻植株地上部和地下部生长及干物质积累,但会降低结实率及最终产量;在高CO₂浓度下配施生物炭不仅促进植株生长和干物质积累的效果更佳,还显著提高产量构成因素,显示出良好的互作效应。     

尿素施肥方式对水稻增产增效和土壤氮素损失的影响

【目的】探讨尿素施用量、基施比例和方法对水稻产量、吸氮量和氮肥利用率的影响,以及肥料氮的去向,为制定科学合理的施氮措施提供理论依据。【方法】水稻季田间试验于2019年和2020年在江苏太湖地区开展。供试脲酶抑制剂为N-丁基硫代磷酰三胺(NBPT),硝化抑制剂为对羟基苯丙酸甲酯(MHPP),二者用量均为施氮量的1%。试验共设6个处理：1)不施氮肥对照(CK);2)表施尿素N 300 kg/hm² (当地常规施肥,CN);3)表施尿素N 225 kg/hm² (RNB);4)尿素N 225 kg/hm²,50%表施,50%深施(RND);5)表施尿素N 225 kg/hm²+NBPT+MHPP (RNB+DI);6)尿素N 225 kg/hm²+NBPT+MHPP,50%表施,50%深施(RND+DI)。表施氮肥处理基肥∶分蘖肥∶孕穗肥为4∶3∶3;深施氮肥处理基肥∶孕穗肥为7∶3。2020年在处理小区内设置了¹⁵N示踪微区试验。调查了水稻产量、吸氮量、氮肥利...     

覆膜条件下铁改性磷负载生物炭对花生磷素利用及产量的影响

为探究覆膜条件下铁改性磷负载生物炭对花生植株磷素利用及产量的影响，该研究于2021和2022年设置盆栽裂区试验，研究不同覆膜方式(覆膜处理(M1)和无膜处理(M0))下，铁改性磷负载生物炭处理(常规施磷量+无生物炭处理(P1C0)、3/4常规施磷量+7.5 t/hm²铁改性磷负载生物炭处理(P2C1)、3/4常规施磷量+15 t/hm²铁改性磷负载生物炭处理(P2C2)、2/3常规施磷量+7.5 t/hm²铁改性磷负载生物炭(P3C1)、2/3常规施磷量+15 t/hm²铁改性磷负载生物炭(P3C2))对花生植株叶绿素含量、净光合速率、干物质积累量、磷素利用、土壤有效磷含量及花生产量的影响。研究结果表明，与M0处理相比，M1处理下花生苗期、花针期、结荚期和饱果期叶绿素含量与净光合速率分别提高了7.6%和29.1%、12.4%和25.9%、14.9%和16.0%、6.5%和14.8%，饱果期干物质积累量和产量分别提高了17.7%和18.8%(2 a平均)。同一覆膜方式下，从苗期至饱果期，花生净光合速率...     

15N示踪法研究生物炭施用对水稻—土壤系统氮肥去向的影响

为探究施用水稻秸秆生物炭对水稻产量、氮肥利用率、氮肥残留及损失的影响,采用盆栽试验结合¹⁵N示踪技术,分析了施用水稻秸秆生物炭对水稻生物量、氮素积累量、肥料氮去向以及氨氧化微生物的影响。研究共设置5个处理:不施氮肥(N0)、单施化肥(CF)、施化肥配施0.5%生物炭(BC1)、施化肥配施1%生物炭(BC2)和施化肥配施2%生物炭(BC3)。结果表明:与CF处理相比,BC2和BC3处理均显著提高水稻产量,增产率分别为19.3%和22.0%。施用生物炭显著增加水稻氮素积累量和表观利用率。施用生物炭的水稻籽粒肥料氮积累和总肥料氮积累量较CF处理分别提高18.6%~23.4%和18.5%~26.5%。然而,施用生物炭处理与CF处理之间的籽粒土壤氮吸收量没有显著差异。BC1、BC2和BC3处理的氮肥利用率分别为30.4%,28.5%和29.3%,均显著高于CF处理(24.1%)。施用生物炭有利于肥料氮在土壤中的 残留,从而减少损失。因此,施用生物炭的肥料氮损失率(25.7%~27.5%)显著低于单施化肥处理(38.4%)。与CF处理相比,高量施用生物炭(BC3)显著降低氨氧化细菌的amoA基因拷贝数,但施用生物炭对氨氧化古菌丰度没有显著影响。综上表明,施用水稻秸秆生物炭是提高水稻产量和氮肥利用率,同时还是有效减少氮素损失的一种有效措施。     

南方双季稻区生物质炭还田模式生态效益评价

应用生态经济系统能值分析理论与方法,引入环境污染指数和能值反馈率2个新的指标,分析了无秸秆还田(CK,即常规施肥处理)、低量秸秆还田(LS)、高量秸秆还田(HS)、低量秸秆源生物质炭施用(LC)和高量秸秆源生物质炭施用(HC)5种秸秆还田模式的能值效益,从农业可持续发展水平来评价南方双季稻区最佳管理模式。结果表明:秸秆还田显著增加了农田温室气体能值产出,LS、HS处理分别是CK处理的1.94倍和2.92倍,分别减少了8.13%和10.80%的水稻生物量能值产出。秸秆源生物质炭还田温室气体能值产出与常规施肥处理(CK)差别不大,但明显低于秸秆直接还田,减少了49.10%~59.36%。秸秆源生物质炭还田增加了水稻生物量能值产出,比常规施肥处理(CK)增加了4.32%~10.49%,比秸秆直接还田增加了16.96%~20.27%。5种秸秆还田模式,能值产投比早稻季依次为:LCHCCKHSLS,晚稻季依次为:HCLCCKLSHS。综合评价双季稻生态系统可持续发展水平,早稻和晚稻季节HC均高于其他模式。因此,从能值效益角度,高量秸秆源生物质炭还田是该区域双季稻生产中最优的秸秆还田模式,可以大力推广。     

滨海盐碱稻区水稻氮肥适宜用量及运筹模式研究

通过在辽河三角洲滨海盐碱稻区设置田间小区试验,探明了不同氮肥用量(0～420 kg/hm²)和运筹模式(基肥∶蘖肥∶穗肥分别为6∶3∶1与4∶3∶3,以下简称6∶3∶1模式与4∶3∶3模式)对水稻生长发育以及产量品质的影响。通过对水稻分蘖动态调查研究表明,两种氮肥运筹模式下水稻平均茎蘖数均与施氮量呈显著正相关(r²≥0.90),同时,6∶3∶1模式下氮肥用量对水稻平均茎蘖数的影响程度高于4∶3∶3模式。通过分析不同施氮量与产量的相关关系,发现了两者符合线性加平台肥料效应模型,拟合得到6∶3∶1模式与4∶3∶3模式下的最佳施氮量(EONR)分别为216 kg/hm²(210～235 kg/hm²)与316 kg/hm²(300～332 kg/hm²),6∶3∶1模式的EONR比4∶3∶3模式高46.3%。通过考查两种氮肥运筹模式下的氮素利用率指标,发现4∶3∶3模式下各处理氮素利用率(37.2%～40.8%)显著高于6∶3∶1模式(29.9%～34.2%)。...     

生物质炭和腐殖质对稻田土壤CH4和N2O排放的影响

为探讨生物质炭与腐殖质单独施用与配合施用对稻田土壤CH₄和N₂O气体排放以及水稻产量的影响。以浙江临安潜育性水稻土的稻田系统为研究对象,设置2个水稻秸秆生物质炭添加水平(0,20 t/hm²)和3个腐殖质水平(0,0.6,1.2 t/hm²),共6个处理,分别为:(1)B0F0(对照,不添加生物质炭和腐殖质);(2)B0F1(腐殖质用量为0.6 t/hm²);(3)B0F2(腐殖质用量为1.2 t/hm²);(4)B1F0(生物质炭用量为20 t/hm²);(5)B1F1(生物质炭和腐殖质用量分别为20,0.6 t/hm²);(6)B1F2(生物质炭和腐殖质用量分别为20,1.2 t/hm²),研究生物质炭和腐殖质输入对水稻产量、稻田CH₄和N₂O气体排放的影响。结果表明:(1)与B0F0相比,单独施用生物质炭和腐殖质或生物质炭与腐殖质配施均降低了土壤CH₄累积排放量,但增加了土壤N₂O累积排放量;(2)生物质炭处理对GWP(global warming potential)和GHGI(greenhouse gas intensity)没有显著影响(P>0.05),腐殖质处理显著降低了GWP和GHGI(P<0.05),生物质炭和腐殖质对GWP和GHGI存在显著交互作用(P<0.05);(3)与B0F0相比,单独施用生物质炭和腐殖质或者生物质炭与腐殖质配施均能在一定程度上减少单位水稻产量的温室气体排放强度(GHGI),B0F2处理的GHGI最低,表明单施腐殖质处理(腐殖质用量为1.2 t/hm²)稻田土壤的减排效果和环境效应最好。研究结果为进一步探讨稻田土壤固碳减排提供数据支撑和理论依据。     

生物炭对宁夏引黄灌区水稻产量及氮素利用率的影响

【目的】氮是作物生长发育所需的主要营养元素,随着宁夏引黄灌区农业生产集约化程度不断提高,氮肥投入亦不断增加,由此导致的土壤板结及氮素利用率低等问题日益突显。鉴于生物炭在改良土壤及提高氮肥利用方面的潜在可行性,本文通过大田试验研究添加不同用量生物炭对水稻产量和氮素利用率的影响,为生物炭在该地区的应用提供参考和依据。【方法】以宁夏灌区具有代表性的集约化水稻田为研究对象,以宁粳43号水稻为试验材料,采用裂区试验设计,施氮量设常规施氮量(N 300,N 300 kg/hm2)和不施氮(N0)2个水平;生物炭设高量炭(C3,9000 kg/hm2)、中量炭(C2,6750 kg/hm2)、低量炭(C1,4500 kg/hm2)和不施炭(C0)4个水平。旨在明确添加生物炭对灌淤土基本理化性质、水稻产量及氮素利用率的影响。【结果】1)添加生物炭种植一季水稻后对灌淤土土壤含水量没有明显影响,土壤p H值亦没有发生明显变化。2)施加氮肥情况下,C3处理较C0处理可显著提高灌淤土全氮、全磷和速效钾含量,但对速效磷含量没有影响,C2和C3处理下土壤全氮、全磷、速效磷和速效钾都没有明显差异,但二者全氮和速效钾含量要显著高于C1处理;不施肥情况下,除C3和C2处理显著增加土壤速效钾含量外,其余处理对土壤养分含量没有影响。3)生物炭和氮肥配施可以显著增加水稻籽粒产量,并随生物炭用量(4500 9000 kg/hm2)增加而增高,增产率在15.26%44.89%之间,水稻籽粒产量与生物炭用量呈显著正相关关系(r=0.962),水稻株高和穗粒数也随生物炭用量增多而增加,同时,水稻地上部总吸氮量随生物炭用量增加而增加,C3处理较C0处理提高66.27 kg/hm2,各处理之间差异显著;不施氮肥情况下,添加生物炭(4500 9000kg/hm2)对水稻籽粒产量没有显著影响,对水稻产量构成因素的影响亦不明显,C1和C2处理可以显著提高水稻地上部总吸氮量,但C3处理对总吸氮量影响不明显,同时各施炭处理之间无显著差异。4)生物炭和氮肥配施时,氮肥农学效率和氮肥利用率均表现为随生物炭用量增加而增加,C3较C0处理氮肥农学效率提高10.87 kg/kg,氮肥利用率提高22.09个百分点。【结论】生物炭和氮肥配施可以提高宁夏引黄灌区水稻产量,本试验以施用9000kg/hm2(C3)的生物炭产量最高(增产率达44.89%),同时水稻株高和穗粒数也随生物炭用量增多而增加,生物炭和氮肥配施,氮肥农学效率和氮肥利用率随生物炭用量增加而增加;不施氮肥情况下,添加生物炭对水稻产量没有显著影响,对水稻产量构成因素的影响亦不明显。。     

谷壳源生物炭用量对水稻田控酸和钝化土壤镉活性的短期效应

为了探究谷壳源生物炭不同施用量对水稻田控酸和钝化土壤重金属镉活性的短期效应,本研究设置了谷壳源生物炭6个不同用量处理,分析测定土壤pH、水稻产量、土壤有效态镉含量、水稻植株茎和穗中的镉含量和土壤肥力的变化。结果表明,与CK相比,施用生物炭能有效提高土壤pH,提高了0.15～1.04个单位;当生物炭施用量为80 t·hm^–2时,对提高土壤pH效果更显著。施用生物炭能有效提高土壤的综合肥力,土壤全氮、全磷和全钾含量在生物炭施用量超过40 t·hm^–2后显著增加,增幅分别达8.62%～14.2%、19.6%～28.3%和11.9%～21.5%;有效磷、速效钾和有机质含量在生物炭施用量≥20 t·hm^–2时显著增加,增幅分别达34.6%～115%、70.9%～394%和29.3%～118%;当生物炭施用量超过20 t·hm^–2时,水解性氮含量显著降低,降幅为11.4%～22.1%。施用生物炭能有效降低土壤中的有效态镉及水稻植株茎、穗中的镉含量,当生物炭施用量≥20 t·hm^–2时,降幅...     

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。     

长期不同量秸秆炭化还田下水稻土孔隙结构特征

  【目的】  生物炭被认为是一种能够提高土壤固碳能力、改善土壤结构和减缓全球气候变化的土壤改良剂。土壤孔隙结构直接影响土壤中水、气、热的运动,因此,研究长期施用生物炭对土壤孔隙结构特征的影响,以期为秸秆炭化还田提供理论依据。  【方法】  研究基于2013年建立的水稻秸秆炭化还田长期定位试验,选取在等氮磷钾条件下不施用生物炭 (C0)、施用低量生物炭 (1.5 t/hm2,C1.5)、高量生物炭 (3.0 t/hm2,C3.0)的 3个处理。利用X射线CT扫描和图像处理技术,分析了土壤孔隙结构参数,包括土壤孔隙度、土壤孔隙大小分布、孔隙连通性指数 (欧拉特征值)、各向异性、分形维数、最紧实层孔隙度和最紧实层平均孔隙直径等参数。  【结果】  C1.5和C3.0处理均能显著增加土壤有机碳含量和土壤总孔隙度,降低土壤容重,平均增加或降低比例分别为15.5%、10.5%和7.4%。C1.5与C3.0处理之间的总孔隙度没有显著差异,但孔隙大小分布存在差异。C1.5处理显著增加了大孔隙中当量孔径为100～500 μm和 > 500 μm的孔隙度,增幅分别为81.6%和275.3%,而C3.0处理显著降低了大孔隙中当量孔径100～500 μm的孔隙度,降幅为32.9%。C3.0处理当量孔径 < 25 μm的孔隙度显著大于C0处理和C1.5处理,增幅分别为13.8%和16.3%。C1.5处理的欧拉特征值最低,分形维数、最紧实层孔隙度和平均孔隙直径最大。各处理土壤孔隙的各向异性没有显著差异。  【结论】  长期施用水稻秸秆生物炭能够显著增加稻田土壤有机碳含量和总孔隙度,降低土壤容重。施用适量生物炭会增加土壤大孔隙度和土壤孔隙的连通性,但是过量施用生物炭可能会降低土壤大孔隙度和土壤孔隙的通气导水能力。炭化秸秆还田量与孔隙结构之间的定量关系还需深入研究。     

不同热解温度制备的水稻秸秆生物炭理化特性分析

以不同热解温度(100～800℃)制备的水稻秸秆生物炭为研究对象,研究在不同热解温度下制成的生物炭的理化特性。结果表明,热解温度为100～300℃制成的水稻秸秆生物炭呈弱酸性,400℃以上时呈碱性;水稻秸秆生物炭表面碱性含氧官能团数量随着热解温度的升高而增加、酸性含氧官能团则减少;水稻秸秆生物炭中的官能团C=C、C-O-C、-OH和-C=O在较高的热解温度下发生缔合或消除,促进了芳香基团的形成;随着热解温度的升高,水稻秸秆生物炭的阳离子交换量(CEC)、比表面积、孔径、比孔容、氮气吸附量和颗粒表面的分型维数(D1)均先增加后降低,阳离子交换量(CEC)在300～500℃时、其它性状在400～600℃之间达到最大值;以不同热解温度制成的水稻秸秆生物炭颗粒的孔隙结构均以孔隙宽度2～50 nm的中孔为主。随热解温度的升高,水稻秸秆生物炭的产率逐渐降低;400～500℃炭化2 h,生物炭产率最高,其孔隙结构最为复杂,所以可以认为400～500℃是水稻秸秆炭化的最佳温度。     

18-1目录

【目的】 弄清中国秸秆资源数量及其养分资源量,旨在为充分利用秸秆资源、提高肥料利用率、实现化肥施用零增长和保障国家粮食安全提供科学依据。 【方法】 本研究以中国主要农作物水稻、小麦、玉米、大豆、马铃薯、花生和油菜为研究对象,通过查阅中国统计数据和公开发表的文献资料对2015年中国主要农作物秸秆数量及其养分资源量进行估算,同时对各地区不同作物最佳施肥量进行统计,分析秸秆不同比例还田下氮、磷、钾输入量分别占化肥用量百分比。 【结果】 2015年中国主要农作物秸秆资源量为71878.53万t,所含的氮 (N)、磷 (P₂O₅)、钾 (K₂O) 养分资源总量分别达到625.6、197.9、1159.5万t。秸秆养分资源量以水稻、小麦和玉米三大粮食作物最大,分别占养分资源总量的33.1%、14.5%和34.2%,其他作物以油菜秸秆养分数量最高,占7.6%。作物秸秆养分数量中以玉米氮和磷养分数量最高,分别占单质养分总量的37.4%(N) 和41.5% (P₂O₅);钾养分数量以水稻最高,占36.9% (K₂O)。秸秆总量华北和长江中下游地区较多,分别占全国总量的26.4%和26.2%。秸秆养分资源总量最高的为黑龙江省,其次为河南和山东,分别占全国秸秆养分资源总量的10.3%、9.5%和6.8%。中国2015年主要农作物播种面积为1.2亿hm2,产量为6.3亿t,作物理论N、P₂O₅和K₂O需求量分别为1445.9、546.4、1652.3万t。如果将秸秆全量还田,带入农田的平均养分量可高达N 54.4 kg/hm2、P₂O₅15.5 kg/hm2和K₂O 88.1 kg /hm2,相当于化肥用量的38.4% (N)、18.9% (P₂O₅) 和85.5% (K₂O)。 【结论】 中国农作物秸秆数量及其养分资源量巨大,依据地域秸秆特点,充分合理利用秸秆养分资源,是实现化肥减施增效的重要途径。      

生物炭和氮肥配施对粳稻产量形成、氮肥当季效应及其后效的影响

  【目的】  探究不同量生物炭与氮肥配合施用对北方稻田土壤氮含量、植株茎蘖生长、产量构成因素和氮肥的当季效应及后效的影响,为合理利用生物炭提高粳稻产量和氮素利用率提供理论依据。  【方法】  水稻定位试验于2019—2020年在沈阳农业大学水稻研究所进行。试验设置3个施氮水平:N₀ (不施氮肥对照)、N₁₈₀ (减施氮肥,N 180 kg/hm2)、N₂₂₅ (常规施氮,N 225 kg/hm2); 3个生物炭施用量:B₀ (不施生物炭)、B₁₅ (低施炭量,生物炭15 t/hm2)、B₄₅ (高施炭量,生物炭45 t/hm2),共组合为9个处理。氮肥每年按照基肥∶蘖肥∶穗肥比例3.6∶2.4∶4施用,生物炭于2019年施入,之后不再施用。于移栽后5天起,定期调查水稻茎蘖动态、生长状况和氮素含量,在收获期测产。在水稻主要生育期取样测定土壤养分含量的变化。  【结果】  1)生物炭提高了粳稻分蘖盛期和孕穗期稻田土壤全氮含量和碱解氮含量,对灌浆期全氮含量无显著影响,但降低了碱解氮含量。同一施氮量下,B₁₅和B₄₅之间全氮和碱解氮含量均无显著差异(P < 0.05)。2)施氮条件下,施用生物炭显著降低了最高分蘖数,但显著提高了有效分蘖数和成穗率(P < 0.05),获得了较高的总颖花数。在同一施氮水平下,相较于无炭处理,生物炭的增产效果均表现为低炭量好于高炭量。其中N₁₈₀B₁₅处理比N₁₈₀B₀处理增产4.4%,N₂₂₅B₁₅处理比N₂₂₅B₀处理增产3.2%,而N₁₈₀B₄₅与N₁₈₀B₀、N₂₂₅B₄₅与N₂₂₅B₀处理的产量水平无显著差异。氮肥减施后(N₁₈₀)产量显著低于常规施氮处理(N₂₂₅),配合B₁₅处理产量显著增加,达到了常规施氮条件下的产量水平(P < 0.05),而配合B₄₅处理较配合B₁₅处理降低了产量。3)生物炭对粳稻的氮素积累量影响表现出年际差异,施用生物炭的第一年(2019年),在N₁₈₀水平下,粳稻分蘖盛期至灌浆期的氮素积累量B₁₅处理显著高于B₄₅处理;在N₂₂₅水平下,B₁₅和B₄₅处理间无显著差异。在2020年,B₁₅和B₄₅处理之间无论氮肥水平高低,氮素积累量均无显著差异(P < 0.05)。B₄₅处理在第一年会降低生物炭的有益效果,其不利作用在第二年消失。4)生物炭促进了粳稻对氮素的吸收,提高了氮素利用率。其中氮素吸收利用率、农学利用率和偏生产力随施炭量增加呈先升高后降低趋势,且在N₁₈₀B₁₅处理下达到最高,两年趋势一致。  【结论】  适量的生物炭与氮肥组合在提高稻田土壤肥力、促进粳稻分蘖成穗和颖花分化方面有一定的正向耦合作用。高生物炭用量在施用当季不利于水稻生长和氮素吸收,但其增产和增效的后效与适宜生物炭用量没有明显差异。因此,减施氮肥(施氮量180 kg/hm2)条件下配合施炭15 t/hm2较为适宜。     

有机肥等氮替代化肥对玉米产量和氮素吸收利用效率的影响

有机肥替施部分化肥是实现我国化肥零增长并保持作物高产稳产的重要途径之一。以等养分条件为基础,研究不同比例有机肥等氮替代基施化肥对玉米产量以及氮素吸收利用的影响,为云南红壤坡耕地有机肥的合理利用及玉米施肥结构的调整提供科学依据。通过田间小区试验,分别设置不施肥处理(CK)、施用100%化肥处理(NPK)及4个基施有机肥等氮替代化肥处理,替代率分别为10%(T₁),20%(T₂),30%(T₃),40%(T₄),分析玉米产量、吸氮量以及氮肥利用率等指标在不同施肥处理下的变化情况。结果表明:与NPK处理相比,不同比例有机肥替代化肥的处理能在一定程度上提高玉米籽粒、秸秆生物量,玉米籽粒产量提高达6.07%～19.53%,秸秆生物量提高达2.16%～21.76%,且有机肥替代30%的化肥处理下的玉米籽粒产量和秸秆生物量最高,分别达到7 653 kg/hm²,16 530 kg/hm²,较其他施肥处理有一定的显著性; 有机肥替代化肥的处理均提高了玉米籽粒和秸秆的吸氮量,各施肥处理下的玉米地上部氮素平均积累量从大到小依次为T₃(292 kg/hm²)>T₂(248 kg/hm²)>T₁(212 kg/hm²)>T₄(203 kg/hm²)>NPK(176 kg/hm²)>CK(52 kg/hm²),T₃处理较NPK,T₁,T₂,T₄处理下的玉米地上部分吸氮量分别提高了39.90%,27.37%,15.01%,30.38%; 与NPK处理相比,有机肥替代化肥的处理均提高了氮肥偏生产力、氮肥贡献率、氮肥表观利用率、氮肥的农学利用率,提高比例分别为5.00%～21.80%,2.44%～9.48%,20.48%～94.02%,7.54%～32.86%,且T₃处理下的各氮素利用率指标均显著高于其他施肥处理。综上,有机肥与化肥配施可提高玉米的籽粒产量和生物产量,且提高玉米的吸氮量及氮素利用效率,且以有机肥等氮替代30%基施化肥的配施效果最好,可作为云南红壤坡耕地玉米增产和氮肥增效的合理施肥模式。