生物质炭的固碳减排与合理施用

近年来开展了大量短期一次性施用生物质炭对作物产量、土壤碳库和温室气体排放的研究。研究表明生物质炭能增加土壤碳库,但对作物产量、CH4和N2O排放的影响受生物质炭性质和土壤类型影响。生物质炭用在酸性土壤上比中性或碱性土壤上更能提高作物产量。草本或木本炭能减少N2O排放,但畜禽粪便炭不能减少N2O排放。在热带、亚热带地区生物质炭施用对N2O的减排作用小于温带地区。生物质炭的固碳减排效应除了受生物质炭类型、稳定性和施用区域影响外,还受制炭能耗和裂解气回收技术影响。在未来发展方向上,提出了亟需加强制炭技术、长期连续施用生物质炭效应和生物质炭性质与土壤类型互作研究。     

生物炭对土壤环境及作物生长影响的研究进展

综述了生物炭（biomass charcoal）特性及其对土壤环境和作物生长的影响。生物炭可提高土壤碳库容量,提高土壤pH值,同时炭具有很大的表面积,持水性、吸附性均较强。在一定量下,施炭可增加土壤阴、阳离子交换量,减少养分损失,改变土壤微生物丰度及群落,降解土壤污染物等。此外,综述了生物炭对作物的肥效及肥效机理等,在一定范围内,能增加作物生物量和产量,因此生物质炭还田是提高土壤肥力、增加碳封存时间的有效途径。     

红壤旱地生物质炭的低剂量施用技术

生物质炭在改良土壤、提高作物产量等方面具有明显作用,但在实际应用生物质炭改良土壤面临投入高、环境影响大、操作困难等突出问题。根据红壤旱地作物生物产量制备生物质炭的潜力,在总结多年生物质炭改良土壤研究结果的基础上,对生物质炭低剂量施用技术进行阐述。     

施用生物质炭对红壤氮素供应能力的影响

通过室内培养试验研究添加生物质炭对红壤氮素供应能力的影响。结果表明,施用生物质炭明显提高土壤的pH值和土壤有机碳的积累,增加微生物生物量碳和氮的数量,减缓土壤氮素供应强度,促使土壤中矿质态氮向微生物生物量氮转化,但对土壤碱解氮的影响较小。氮素较低的土壤中施用生物质炭可导致速效氮素的明显下降,在施用生物质炭同时应配合施用氮素;而对于氮素偏高的土壤施用生物质炭,可降低土壤中的速效氮的水平,减少土壤氮素的淋失或NH+4 N和NO-3 N在土壤中的过度积累。     

生物质炭输入对葡萄果园土壤肥力和产量的影响

[目的]了解果园肥力状况,设置不同有机物输入对土壤肥力的影响,为保持葡萄果园肥力提供理论依据.[方法]采用调查与大田试验相结合,设置不同的有机物料和用量水平,室外和室内测定土壤和植株相关指标.[结果]果园土壤中有机质含量与有机肥投入直接相关,其中可溶性有机碳含量与土壤中有机质含量呈正相关关系;生物质炭相比较农家肥羊粪对于增加土壤中有机质含量作用突出,在提高果树单产方面优势明显,但施入农家肥羊粪有利于提高土壤可溶性有机碳、微生物碳含量.[结论]果园土壤添加生物质炭可以提高土壤中有机质含量并提高作物产量,可以作为保持果园肥力的重要手段之一.     

生物质炭对大田作物生长的影响研究进展

生物质炭对不同农作物生长的影响存在差异性,总的来说施入一定生物质炭可以提高农作物产量、改善土壤理化性质;不仅对须根系农作物有增产效应,也对块根、块茎类作物增产效果明显;连续低剂量的施入对稳产、高产的效果高于高剂量;生物质炭与肥料混施能提高肥效的利用率、减少养分的淋失。也有个别反例存在。单独施用生物质炭对作物平均增产8%~15%,生物质炭混施能显著提高一些作物的产量。不同原料制备的生物质炭对作物增产效果存在一定差异。畜禽粪便的生物质炭28.3%~66.4%、木材12.1%~19.0%、作物秸杆类生物质炭2.6%~31.2%。生物质炭对不同作物类型的增产效果不同。果菜类增产28.6%~60.6%、豆类增产33.3%~79.5%。生物质炭不同施用量对作物增产效果不同。当施用量10 t/hm~2时,作物增产18.0%~30.8%,当施用量在30~40 t/hm~2范围内增产效果较好,当施用量60 t/hm~2后增产效果不显著。在300~650℃条件下制备的生物质炭对粮食作物和经济作物均有较好的增产效果。在匹配生物质炭特性、作物习性与土壤性质的前提下,适量适时施用合适的生物质炭可以达到降低成本、增加经济效益和保护环境的目的。     

浅析生物质炭基肥的应用效果

炭基肥是一种以生物质炭为基质,根据不同区域土地特点、不同作物生长特点以及科学施肥原理,添加有机质或无机质配制而成的生态环保型肥料。文章首先介绍了生物质碳的特性,然后阐述了施用生物质炭基肥料的应用效果,可提高农作物的产量和品质,提高土壤活性,提高氮素利用率,将农林业产生的生物废弃物进行资源化高效利用与低碳农业有机结合。     

施玉米秸秆生物质炭对土壤腐殖质组成和结构特征的影响

生物质炭是黑碳的一部分,与腐殖质碳同为土壤有机碳慢库的组成部分,对土壤固碳、土壤肥力和环境解毒有重要作用。通过培养试验研究了土壤添加玉米秸秆生物质碳360 d后对土壤腐殖质组成及其结构特征的影响。结果表明:土壤添加生物质炭后,土壤有机碳和胡敏素含量随生物质炭用量的增加而增加,胡敏酸及富里酸含量随生物质炭用量增加而降低,可提取腐殖质中胡敏酸的比例差异不显著。施用生物质炭使土壤胡敏酸的色调系数下降、相对色度提高,H与C物质的量比和O与C物质的量比降低,高温放热与中温放热比值和高温失重与中温失重比值上升,施用生物质炭促使黑土胡敏酸的分子缩合度升高,氧化度下降,热稳定性提高,使胡敏酸分子结构复杂化,有利于土壤有机碳的稳定。     

生物质炭对沙质土壤理化性质及作物产量的影响

[目的]研究生物质炭对沙质土壤理化性质及作物产量的影响.[方法]以绿豆-冬小麦种植体系为供试作物,以不施肥、农家肥和腐植酸肥料为对照,通过施用不同量的生物质炭,研究不同用量生物质炭对沙质土壤理化性质及作物产量的影响.[结果]土壤有机碳、阳离子交换量随生物质炭施用量的增加而明显增加;在短期内(0～14个月),高施入量生物质炭处理(＞10;)对土壤各粒径形成具有显著影响(P＜0.05),低施入量影响不明显(P＞0.05);生物质炭处理对作物产量的影响表现为前季绿豆产量、生物量增幅明显(P＜0.05),后季冬小麦产量、生物量与CK无明显差异(P＞0.05).[结论]生物质炭作为培肥土壤的重要措施,能改善土壤理化性质,提高作物对土壤养分的利用率.     

生物质炭对土壤改良及农业生态效应响应的研究进展

生物质炭是生物材料在低氧或缺氧环境下,高温热解产生的一类碳含量高、孔隙结构发达、吸附能力强和富含氧官能团的多功能材料;施用生物质炭对改良土壤、重金属及农药残留污染土壤的修复、促生作物增产等具有较好的作用,有利于促进农业生产的可持续发展。为农业生态环境治理及同类研究提供参考,从调控土壤养分与理化性状、改善土壤微生物生境及提高土壤酶活性、去除土壤农药残留/重金属污染及防控有害生物和促进作物生长及提高其产量等方面概述生物质炭对土壤改良及农业生态效应响应的研究进展,指出了未来生物质炭应用的研究方向。     

秸秆还田条件下剖面土壤溶解性有机碳含量及其组分结构的变化

为研究溶解性有机碳(DOC)在土壤剖面中的迁移分布,测定比较了秸秆还田(CT+)和秸秆不还田(CT-)条件下0～40 cm剖面土壤DOC含量及其组分的迁移分布。结果发现:DOC含量及其在土壤有机碳(SOC)中的占比量(DOC/SOC)、DOC组分中的胺类(CO-NH)和芳香族类(C=C、苯环)化合物含量、DOC的平均分子量均随土壤深度的增加呈下降趋势,0～10 cm土层土壤与30～40 cm土层土壤之间差异显著,说明DOC在淋溶过程中的含量和组成成分均会发生变化,下层土壤较上层土壤DOC含量降低、DOC分子结构趋向简单化。秸秆还田和不还田土壤相比,0～40 cm土壤DOC含量、DOC/SOC、DOC组分中的胺类和芳香族类化合物含量均表现为增加,两个处理之间差异随着土层深度的增加而缩小;同时,秸秆还田增加了DOC的平均分子量,处理间差异随土层深度的增加而增加;表明秸秆还田对剖面土壤中DOC含量及其组分转移分布具有显著影响。     

Understanding the biochar's role in ameliorating soil acidity

Extensive acidic soils, which suffer from accelerated soil acidification, are found in southern China. Soil acidity, aluminum toxicity, and nutrient deficiencies severely limited crop productivity in acidic soils. It has been widely reported that crop residue biochars can ameliorate acidic soils and increase crop productivity. Here, we summarized the positive effects and mechanisms involved in the correction of soil acidity, the alleviation of aluminum toxicity and the increase of soil pH buffering capacity by crop residue biochars. The carbonate, oxygen-containing functional groups and silicates in biochars are the major components responsible for their efficacy in amending acidic soils and resisting soil re-acidification. We conclude that application of crop residue biochars may be a better option than traditional liming to ameliorate acidic soils. Nonetheless, further researches into soil acidification are still required to address some issues that are controversial and poorly understood.     

河南省新乡市土壤养分施入量与作物产量变化的分析

根据1986~2002年逐年无机养分投入量与粮食产量的统计分析表明,随着农田无机养料投入的增加,粮食产量及土壤养分残存量随之提高,探明了无机氮磷钾的直接增产与互作增产的效应,明确了在高产栽培中氮磷兼施,以磷增氮的作用。根据1991~2006年106个点位土壤养分监测结果的聚类分析,将新乡市所辖9县市区的土壤划分为四大土壤养分不同类型区,提出了保持土壤肥力、实行农业可持续发展的建议,从土壤养分平衡状况对新乡市农业生产持续稳定的发展进行了讨论。     

生物炭对土壤肥力及作物产量和品质影响的研究进展

生物炭是由生物材料在厌氧或无氧条件下,经高温热解产生的一类富含碳素、孔隙发达、比表面积巨大、高度芳香化、性质稳定的固态多功能材料。生物炭施入土壤具有改善土壤结构、增强蓄肥保水能力、提高土壤养分含量、促进植物菌根生长,进而提高作物产量和品质的作用。本文从生物炭的性质特征以及生物炭对土壤理化性质和养分、作物产量和品质的影响等方面综述了生物炭对土壤肥力及作物产量和品质影响的研究进展,分析现有研究的不足,指出了未来生物炭应用的研究方向,为生物炭的推广应用提供了参考。     

不同土壤类型冬小麦-夏玉米轮作施肥效应

【目的】研究冬小麦-夏玉米轮作在不同类型土壤上的养分吸收特点及施肥增产效应,为因土施肥和资源高效利用提供依据。【方法】采用池栽试验,选用4种土壤(中壤潮土、砂壤潮土、砂姜黑土、黄褐土),设置3个施肥水平(不施肥、中量施肥、高量施肥),研究不同土壤的养分供应特点和施肥增产效应及肥料利用效率。【结果】在不施肥条件下,冬小麦、夏玉米的植株氮素、磷素、钾素积累量和产量在4种土壤上均表现为:中壤潮土砂姜黑土黄褐土砂壤潮土,表明不同土壤的养分供应能力和基础生产力差别较大。施肥显著增加了冬小麦、夏玉米植株的养分积累量和产量,周年植株氮素积累量增加37.7%—98.7%,磷素积累量增加23.6%—75.3%,钾素积累量增加29.3%—76.1%,周年作物增产26.5%—64.4%。冬小麦、夏玉米植株氮素、磷素、钾素积累的增加量和增产效果均表现为:砂壤潮土黄褐土砂姜黑土中壤潮土,整体表现出基础生产力较高的土壤,养分供应能力较强,施肥增产效应较小。冬小麦、夏玉米的肥料农学效率均表现为:砂壤潮土黄褐土砂姜黑土中壤潮土,即基础生产力较低的土壤,肥料的利用效率更高。高量施肥使砂壤潮土和黄褐土上冬小麦、夏玉米的植株养分积累量及产量显著增加,中壤潮土和砂姜黑土增加不显著。【结论】不同类型土壤的基础生产力不同,较高基础生产力的土壤养分供应能力较强,施肥增产效应较小,肥料利用效率较低;较低基础生产力土壤表达趋势相反。肥力较高的中壤潮土和砂姜黑土,应提高土壤养分的利用,降低肥料的施用量;肥力较低的砂壤潮土和黄褐土,应注意培肥地力,不断提高土壤的生产力。     

纯碳在玉米栽培中增产效果研究

通过玉米田间对比试验,研究纯碳、保水、保肥、增产效果。实验结果表明:纯碳具有良好的吸水、吸肥能力,可明显提高水分利用率、出苗率,可明显减少肥料养分的淋溶、固定、挥发的损失,提高作物产量。应用用量以20.00kg/667m2纯碳为宜。     

Integrated management of crop residue and nutrient enhances new carbon formation by regulating microbial taxa and enzymes

Although returning crop residue to fields is a recommended measure for improving soil carbon (C) stocks in agroecosystems, the response of newly formed soil C (NFC) to the integrated supply of residue and nutrients and the microbial mechanisms have not been fully understood. Therefore, an 84-day incubation experiment was conducted to ascertain the microbial mechanisms that underpin the NFC response to inputs of residue and nitrogen (N), phosphorus (P), and sulfur (S) in two black soils. The results showed that adding residue alone accelerated microbial nutrient mining, which was supported by decreases of 8–16% in the ratios of C:N and C:P enzyme activities (relative to soils with nutrient inputs). The NFC amounts increased from 1155.9 to 1722.4 mg kg⁻¹ soil in Gongzhuling and increased from 725.1 to 1067.5 mg kg⁻¹ soil in Hailun as the levels of nutrient supplementation increased. Boosted regression tree analysis suggested that β-glucosidase (BG), acid phosphatase (AP), microbial biomass C (MBC), and Acidobacteria accounted for 27.8, 18.5, 14.7, and 8.1%, respectively, of the NFC in Gongzhuling and accounted for 25.9, 29.5, 10.1, and 13.9%, respectively, of the NFC in Hailun. Path analysis determined that Acidobacteria positively influenced NFC both directly and indirectly by regulating BG, AP, and MBC, in which MBC acquisition was regulated more by AP. The intensity of NFC was lower in Hailun soil than in Gongzhuling soil and was directly affected by AP, thereby indicating the importance of soil status (e.g., SOC and pH) in determining NFC. Overall, our results reveal the response of NFC to supplementation by N, P, and S, which depends on Acidobacteria and Proteobacteria, and their investment in BG and AP in residue-amended soil.     

氮肥对室内和大田条件下作物秸秆分解和养分释放的影响

【目的】明确室内和大田条件下小麦和玉米秸秆分解和养分释放的影响因素,能够为作物秸秆合理还田及其养分管理提供理论依据。【方法】采用尼龙网袋法于室内培养和大田试验相结合研究氮肥用量（0,CK;180 kg N·hm ^-2,N180和360 kg N·hm ^-2,N360）作用下作物秸秆分解特征,其中室内主要研究氮肥用量和土壤类型（砂姜黑土和潮土）对小麦和玉米秸秆分解的影响;2015年6月至2016年6月冬小麦-夏玉米大田研究氮肥用量和秸秆还田深度（地表和20 cm）对小麦和玉米秸秆分解的影响。 【结果】室内研究发现,秸秆类型和土壤类型显著影响秸秆分解常数、有机碳释放量、氮释放量和磷释放量。随氮肥用量增加,小麦秸秆分解常数在两种土壤类型上均呈增加趋势,玉米秸秆呈降低趋势;小麦和玉米秸秆氮释放量呈降低趋势（小麦秸秆在潮土上呈增加趋势）。小麦秸秆在潮土上的分解常数及其碳、氮、磷释放量均显著高于砂姜黑土,而土壤类型对玉米秸秆分解影响较小。室内相同培养条件下（180 d）,小麦秸秆碳释放量均值为370 g·kg ^-1、氮为4 g·kg ^-1、磷为3.6 g·kg ^-1;玉米秸秆碳释放量为560 g·kg ^-1、氮11 g·kg ^-1、磷3.3 g·kg ^-1。大田条件下,秸秆还田深度显著影响小麦和玉米秸秆分解常数及其碳、氮、磷释放量;其中秸秆还田20 cm处理的分解常数及其养分释放量均显著高于地表处理。随氮肥用量增加,地表处理小麦秸秆分解常数和全碳释放量逐渐降低,玉米秸秆呈增加趋势;20 cm处理小麦分解常数及其碳、氮和磷释放量均随氮肥用量呈增加趋势,而玉米秸秆呈降低趋势。地表处理小麦秸秆经过一个玉米生长季能分解40%,释放碳150 g·kg ^-1、氮2 g·kg ^-1、磷3.5 g·kg ^-1左右;翻埋到地下20 cm可以分解80%,释放碳360 g·kg ^-1、氮4 g·kg ^-1、磷3.8 g·kg ^-1。玉米秸秆还田到地表,经过一个小麦生长季只能分解40%,释放碳210 g·kg ^-1、氮5 g·kg ^-1、磷2 g·kg ^-1;而还田于土层20 cm处理可以分解60%,释放碳360 g·kg ^-1、氮6 g·kg ^-1、磷2.5 g·kg ^-1。主成分分析结果表明,室内条件下小麦秸秆分解常数与土壤无机氮、脲酶、秸秆氮含量呈显著正相关,与蔗糖酶和秸秆碳氮比呈显著负相关,而玉米秸秆分解常数与土壤无机氮呈显著负相关。大田条件下小麦秸秆分解常数与土壤脲酶、蔗糖酶、秸秆碳氮比、秸秆碳、氮含量均显著负相关;玉米秸秆分解常数与土壤硝态氮、无机氮含量、脲酶、蔗糖酶以及秸秆碳氮比均呈显著负相关,而与秸秆氮、磷含量呈显著正相关。 【结论】室内培养试验和大田试验均表明,小麦和玉米秸秆分解常数和养分释放特征存在差异,增施氮肥促进小麦秸秆分解但对玉米秸秆分解的影响较小;潮土和砂姜黑土显著影响小麦秸秆分解而对玉米秸秆分解的影响较小,秸秆还田深埋入土能够显著促进小麦和玉米秸秆的分解及其养分释放。生产上作物秸秆应该还田入土,并根据土壤类型和作物类型采取合适的肥料用量促进秸秆分解。     

土壤温室气体排放对C/N的响应

土壤碳氮比(C/N)是影响微生物活动导致土壤温室气体排放和养分有效性变化的关键因素,秸秆还田配施氮肥则是调节农田土壤C/N的重要措施。为了探讨土壤C/N对温室气体排放的影响,通过在土壤中添加等量秸秆配以不同数量N素,在室内培养条件下测定分析了土壤不同起始C/N条件下土壤温室气体排放和活性碳氮的变化动态。研究发现:不同C/N条件下,土壤温室气体排放和溶解性有机碳(DOC)、溶解性有机氮(DON)的变化趋势基本一致。土壤CO_2排放速率和DOC含量均表现为随培养时间的延长逐渐降低,培养前30 d下降幅度较大,30~75 d降低缓慢,75 d后基本平稳;土壤N_2O的排放速率和DON含量则表现为先升高后降低,N_2O的排放速率在第7 d达到最大后逐渐降低直至平稳,土壤DON含量在第14 d达到最高后逐渐降低。土壤起始C/N越低,有机碳矿化率和净氮硝化速率越高,CO_2和N_2O排放量越多;土壤CO_2和N_2O的排放速率及累积排放量不但与土壤DOC和DON含量显著相关,而且与土壤DOC/DON比值显著相关。土壤硝态氮的含量变化表现为与土壤起始C/N相关,当土壤起始C/N在20~30时,硝态氮先升高后降低;土壤起始C/N大于40时,硝态氮先降低后升高。结果表明:在实际生产中,秸秆还田后合理配施氮肥调节土壤C/N是减少温室气体排放、提高作物氮肥利用效率的重要措施,为了掌握适宜的配施量和施用时期,有必要针对不同作物农田系统继续进行田间试验研究。