模拟玉米秸秆及其生物炭还田对黑土有机质数量及化学结构特征的影响

通过365 d田间原位模拟试验,以典型黑土为研究对象,采用土壤腐殖质化学分组以及固态13C-核磁共振技术研究了全量（12 t/hm2）玉米秸秆还田至0～15 cm土层以模拟秸秆浅旋还田（SI15）、0～35 cm土层以模拟秸秆深混还田（SI35）、玉米秸秆覆盖（SM）、全量玉米秸秆制备的生物炭（BC4）以及与全量玉米秸秆相等碳量的生物炭施入量还田（BC12）至0～15 cm土层处理对土壤有机碳含量、土壤腐殖物质形成以及土壤有机质的化学结构特征的影响。结果表明：与ck相比,SI15与BC12处理分别显著提高土壤总有机碳（SOC）含量21.83%和20.34%,对SOC数量提升作用最大,其次为BC4处理。于活性有机碳而言,SI15、BC4和BC12均显著提高土壤水溶性有机碳、易氧化有机碳和微生物量碳含量。对于相对稳定的土壤腐殖物质而言,不同秸秆还田方式均显著增加胡敏素（HM）和胡敏酸（HA）含量（SI35处理HA除外）,不同秸秆还田方式之间相比,SI15、BC4和BC12处理对提高HM的作用最大。玉米秸秆及其制备的生物炭还田对土壤有机质（SOM）的化学结构特征影响不同,SM、SI15和SI...     

玉米秸秆与土壤不同混合方式对腐殖质组成及结构的影响

为了优选不同秸秆还田方式,通过室内模拟试验,采用元素组成、红外光谱和差热分析等方法,研究了玉米秸秆与土壤不同混合方式对土壤腐殖质组成及其分子结构特征差异的影响.设置4个处理,分别为不添加秸秆的对照(ck)、秸秆与土壤充分混合(SI)、秸秆覆盖(SM)、秸秆埋置于土层中间(SE).结果表明:与ck相比,SI、SE和SM处理土壤有机碳含量分别增加12.41％、4.23％和3.05％,其中SI和SE处理与ck处理相比差异显著(P＜0.05),SM处理与ck之间差异不显著;各处理中腐殖质各组分的有机碳含量均有不同程度增加,其中SI处理的胡敏酸和胡敏素含量与ck处理相比差异显著(P＜0.05).秸秆与土壤不同混合方式均使得胡敏酸脂肪链烃的比例增强,热稳定性下降.添加玉米秸秆处理之间相比,秸秆覆盖处理的胡敏酸芳香性和热稳定性最高.     

秸秆生物炭对烟区土壤剖面团聚体组成及有机碳分布的影响

为了探究秸秆生物炭还田对改良植烟土壤品质的影响,在保山烟区研究了不同施用量秸秆生物炭对土壤剖面团聚体组成及有机碳分布的影响。结果表明,与常规施肥对照相比,在常规施肥基础上增施生物炭4 500、9 000 kg/hm2提高了0～20 cm和20～40 cm土层中碱解氮、有机质、有效磷和速效钾的含量,其中增施生物炭4 500 kg/hm2处理显著增加了0～20 cm土层中有效磷、速效钾含量及20～40 cm土层中碱解氮、有机质、有效磷含量,增施生物炭9 000 kg/hm2处理显著增加了0～20 cm土层中有机质、有效磷、速效钾含量及20～40 cm土层中有效磷、速效钾的含量;与常规施肥对照相比,在常规施肥基础上增施生物炭4 500、9 000 kg/hm2处理增加了2～5、1～2、0.5～1.0、0.25～0.50 mm粒级团聚体含量,其中增施生物炭9 000 kg/hm2处理显著增加了2～5 mm粒级团聚体含量,增幅为78.31%;与常规施肥对照相比,在常规施肥基础上增施生物炭4 500、9 000 kg/hm2处理各粒级有机碳的含量均显著增加,其中增施生物炭9 000 kg/hm2处理对各粒级有机碳含量的增加量均大于增施生物炭4 500 kg/hm2处理,增幅分别为17.78%、17.86%、18.08%、27.64%、54.28%和61.19%。由此说明,秸秆生物炭还田不同程度提高了耕层土壤中土壤养分含量、各粒级土壤团聚体以及有机碳的含量。     

施用小麦秸秆炭对灌耕风沙土土壤养分含量及玉米产量的影响

【目的】研究生物炭对灌耕风沙土改良效果。【方法】以灌耕风沙土为供试土壤,小麦秸秆炭为供试材料,采用田间定位试验,设置4个处理,分别为(1)不施炭(CK);(2)67.5 t/hm²生物炭;(3)112.5 t/hm²生物炭;(4)225.0 t/hm²生物炭。玉米生长后期测定产量,采集土壤分析相关养分指标。【结果】0~20 cm和20~40 cm土层,与对照相比,施用小麦秸秆炭对灌耕风沙土土壤pH值影响不明显。与对照相比,施用小麦秸秆炭能够显著增加灌耕风沙土土壤全氮、有机质、速效氮及速效钾含量,在0~20 cm土层分别增加了14.5%～29.6%,、48.9%～89.5%、28.7%～93.5%、6.9%～31.3%。在20~40 cm土层分别增加了38.1%～56.0%、24.9%～40.1%、30.8%～68.1%、15.6%～45.2%。施用小麦秸秆炭处理能够明显增加玉米产量,增产了28.7%～49.2%。【结论】施用小麦秸秆炭能够提高灌耕风沙土的土壤肥力,增加作物产量。     

调理剂对旱直播稻土壤物理性状、氮素吸收与迁移的影响

常规稻田土壤氮素环境风险较为严重,急需改善稻田土壤物理性状,降低氮素累积,减缓旱直播稻田土壤氮素迁移,提升旱直播稻氮素吸收及产量。在旱直播条件下选用生物炭、腐殖酸调理剂,设计4个处理,即CK(对照)、BC(生物炭24 000 kg/hm²)、HA(腐殖酸1 500 kg/hm²)、BC+HA(生物炭12 000 kg/hm²+腐殖酸750 kg/hm²),研究旱直播稻田土壤物理性状、氮素吸收及迁移状况。结果表明,物理性状方面,BC处理能够显著降低土壤容重5.96%(P<0.05),提升土壤田间持水量10.93%,显著提升>0.25 mm土壤团聚体含量和平均质量直径(MWD),有效改善土壤团粒结构;同时生物量与氮素吸收方面,BC处理能够获得最大总干物质量21 957.67 kg/hm²、稻谷干物质量7 949.17 kg/hm²及氮素吸收量169.42 kg/hm²;氮素迁移方面,BC+HA处理能够显著降低4个土层硝态氮含量...     

生物炭对潮土土壤肥力特征和氮肥利用效率的影响

为探讨生物炭对潮土土壤养分、作物产量及氮肥利用率的影响,设置不施肥不施生物炭(CK)、常规施肥(B0)、低量生物炭(B7.5,7 500 kg/hm²)、中量生物炭(B15,15 000 kg/hm²)和高量生物炭(B22.5,22 500 kg/hm²)5个处理,研究生物炭对潮土小麦产量和养分吸收,以及0～15、15～30 cm土层土壤养分含量的影响。结果表明,生物炭对土壤养分含量、小麦产量及氮肥利用率有显著影响。0～15、15～30 cm土层有机碳、全氮及有效钾含量均随生物炭用量增加而增加;0～15、15～30 cm土层土壤有效磷含量均以B15处理最大,较B0处理分别提高29.35%、19.92%。随生物炭用量的增加,小麦产量、千粒质量、穗粒数均呈先增后减趋势,以B15处理最大,2 a(2018—2019年)平均产量、千粒质量较B0处理分别提高31.05%、6.44%,穗粒数增加3.55粒。同时,氮肥农学效率和氮肥利用率均随生物炭用量的增加呈先增加后降低趋势,B15处理较B0处理氮肥农学效率提高6.88 kg/kg,...     

秸秆炭化物长期还田下农田镉风险研究

以中国科学院常熟农业生态试验站宜兴基地秸秆及生物质炭连续还田试验作为研究对象,研究该农艺措施进行7年后对麦季土壤及小麦不同器官中镉(Cd)含量的影响。结果表明,与不添加秸秆源的BC0处理相比,秸秆和生物质炭还田增加了土壤中总Cd浓度(均低于国家土壤环境质量二级标准),但与7年前相比无显著性差异。相较于对照处理(BC0处理),添加2.25 t·hm-2的秸秆(Straw2.25处理,1/3秸秆全量还田量)与11.25 t·hm-2的生物质炭(BC11.25处理,5倍秸秆全量还田量制备生物质炭)对小麦中Cd吸收量无显著影响;但添加22.5 t·hm-2的生物质炭(BC22.5处理,10倍秸秆全量还田量制备生物质炭)的小麦籽粒、秸秆和根部中Cd含量比BC0处理分别显著降低了88.7%、75.3%和52.8%(P0.05)。Straw2.25处理、BC11.25处理和BC22.5处理中土壤DGT-Cd含量与不添加秸秆源的BC0处理相比分别降低了71.2%、74.6%和83.4%(P0.05);且DGT-Cd含量与小麦Cd吸收量呈显著正相关性(P0.01)。该研究结果表明在清洁农田中秸秆资源还田下土壤总Cd短期内环境风险较小,土壤Cd的生物有效性显著降低。     

秸秆和生物炭添加对污染土壤铅形态转化及小麦幼苗生长的影响

【目的】科学评价秸秆还田和生物炭添加对铅(Pb)污染土壤及小麦幼苗生长的影响,为农作物秸秆资源化利用和Pb污染土壤治理提供技术支持和理论依据。【方法】在外源添加Pb 5个B0(0 mg·kg^-1)、B1(510 mg·kg^-1)、B2(1 020 mg·kg^-1)、B3(1 530 mg·kg^-1)和B4(2 040 mg·kg^-1)质量分数背景下,通过盆栽试验设置CK(对照)、S(添加小麦秸秆3.33 g·kg^-1)、BC1(添加秸秆生物炭1 g·kg^-1)、BC3(添加秸秆生物炭3 g·kg^-1)和BC5(添加秸秆生物炭5 g·kg^-1)5个处理,系统研究了添加秸秆和生物炭对土壤有效态Pb含量、小麦植株Pb含量、小麦生长状况及土壤Pb形态的影响。【结果】添加秸秆和生物炭处理均可显著降低土壤有效态Pb含量,但Pb污染土壤的钝化修复效果与添加秸秆和生物炭量相关。与对照(CK)相比,B1、B2...     

不同改良措施对靖远县盐碱地土壤微生物菌群的影响

在靖远县盐碱地土壤上研究了不同改良措施对土壤微生物数量的影响.结果表明,秸秆还田、盐碱地调节剂、生物有机肥、微生物菌剂均能够有效地增加土壤微生物数量和总碳源利用率.在0～20 cm土层,随玉米生长期推移,生物有机肥(2400 kg/hm2基施)对细菌和放线菌数量影响较大,秸秆还田(玉米秸秆15000 kg/hm2还田)...     

耕作方式与秸秆还田对麦田土壤有机碳积累的影响

通过大田定位试验,研究了稻麦两熟制下耕作方式与秸秆还田对麦田土壤总有机碳积累的影响。结果表明:秸秆还田可以显著提高土壤总有机碳和土壤微生物生物量碳的含量,其中旋耕+连续3季稻麦秸秆还田处理使土壤总有机碳含量提高了37.19%,翻耕+连续3季稻麦秸秆还田处理使土壤微生物生物量碳含量提高了62.88%;翻耕处理的15～25 cm土层土壤总有机碳和微生物生物量碳含量显著高于旋耕处理;在相同秸秆还田方式下,旋耕处理的0～7 cm和7～15 cm土层的微生物熵显著大于翻耕处理,而15～25 cm土层的则相反。     

土壤耕作方式及秸秆还田对土壤性质和烤烟性状的影响

为研究土壤耕作方式及秸秆还田对土壤性质和烤烟性状的影响,设置2种耕作深度（常规旋耕15 cm、机械深耕30 cm）与添加秸秆的交互试验。结果表明：深耕能提高土壤容重和孔隙度,降低0～20 cm土层全氮、有效磷、速效钾和碱解氮含量,提高20～40 cm土层养分的含量;秸秆还田可以显著降低土壤容重,提高土壤孔隙度,显著提高0～20 cm土层的全氮、速效钾和碱解氮含量;土壤微生物变化不明显,可能与耕作年限较短有关。     

秸秆还田和施氮对土壤水热因子及呼吸速率的影响

【目的】探讨秸秆还田和施氮对土壤温度、含水量及土壤呼吸速率的影响,为促进农田高产、节肥的可持续发展提供理论依据。【方法】在陕西关中地区,在小麦 玉米轮作模式下分别设置施氮、秸秆还田、秸秆还田+施氮以及秸秆不还田不施氮（CK,为对照组）4个处理,于2012年6－9月,测定玉米不同生育期4个处理的土壤呼吸速率、温度和含水量,于玉米播种前和收获后测定土壤有机质含量,并分析土壤呼吸速率与土壤温度、含水量的相关性。【结果】在玉米全生育期,4个处理的土壤呼吸速率均呈现先增后减的单峰型曲线变化,其中秸秆还田+施氮处理的土壤呼吸速率平均值明显高于其他处理,4个处理土壤呼吸速率平均值由大到小依次是秸秆还田+施氮处理>施氮处理>对照组>秸秆还田处理。4个处理中,秸秆还田处理的土壤含水量平均值明显高过其他处理,与对照组相比,秸秆还田处理 0～20 cm土层土壤含水量提高了6.07%。土壤呼吸速率与5～15 cm土层土壤温度相关性较高,与土壤含水量的相关性不显著。与播种前相比,施氮处理和秸秆还田+施氮处理0～20 cm土层有机质含量明显增加;玉米收获后,与对照组相比,其他3个处理土壤有机质含量显著增加。【结论】施氮和秸秆还田提高了土壤呼吸速率,增加了土壤有机质含量,并且秸秆还田具有保水缓温的作用。     

轮耕模式与秸秆还田量对土壤碳氮及相关酶活性变化的影响

为探究轮耕模式与秸秆还田量对小麦-花生轮作田土壤碳氮及相关酶活性变化的影响,通过3年定位试验,设置旋耕/旋耕/秸秆半量还田(T1)、免耕/旋耕/秸秆半量还田(T2)、免耕/深松/秸秆半量还田(T3)、旋耕/旋耕/秸秆全量还田(T4)、免耕/旋耕/秸秆全量还田(T5)、免耕/深松/秸秆全量还田(T6),共6种轮耕方式与秸秆还田量组合处理,研究其对土壤有机碳、全氮、微生物量碳氮含量以及微生物熵碳氮和土壤蔗糖酶、脲酶活性变化的影响。结果表明：与其他处理相比,T6处理能够明显增加不同深度土层土壤有机碳、全氮、微生物量碳氮含量以及土壤碳氮比值、微生物熵碳氮,并提高10～20、20～40 cm土层土壤蔗糖酶、脲酶活性,其中土壤有机碳、全氮、微生物量碳氮含量差异达显著水平。0～10 cm土层,T6处理土壤微生物熵氮最大,较其他处理提高5.57%～15.19%;T5处理蔗糖酶、脲酶活性最高,较其他处理分别提高1.94%～5.95%、1.63%～11.61%;T3处理土壤微生物量碳氮比值最大,较其他处理提高2.43%～12.55%,除与T6处理无显著差异外,显著高于其他处理。10～20、20～40 cm...     

春玉米秸秆还田对土壤碳组分及碳库管理指数的影响

为研究冀西北寒旱区不同秸秆还田方式对土壤碳素组分及碳库管理指数(CPMI)的影响,采用秸秆还田翻耕、秸秆还田旋耕、大垄轮播秸秆还田3种春玉米秸秆还田方式,利用连续烧失法测定0～100 cm土层土壤各种碳组分,计算碳库管理指数.结果表明,土壤总碳(TC)含量为60.89～111.27 g/kg,土壤有机碳(SOC)含量为33.04～56.16 g/kg,秸秆还田能显著提高0～40 cm土层土壤碳素含量,其中秸秆还田旋耕下SOC含量增幅最大;土壤活性有机碳(ASOC)含量为1.60～10.09 g/kg,秸秆还田可以显著提高0～40 cm土层ASOC含量,其中大垄轮播秸秆还田方式下ASOC含量的增幅最大.土壤CPMI为44.35～610.92,土壤碳库活性指数(LI)为0.55～4.71,秸秆还田可显著提高0～40 cm土层的CPMI和LI,秸秆还田翻耕处理的20～40 cm土层增幅最大,秸秆还田旋耕对0～20 cm土层土壤的CPMI和LI提高幅度最大.可见,秸秆还田主要影响0～40 cm土层土壤碳素含量及CPMI,对深层的影响相对较小,秸秆还田后旋耕、翻耕和大垄轮播秸秆还田可以提高土壤有机碳活性,对于冀西北寒旱区采用大垄轮播秸秆还田方式更能够发挥春玉米秸秆还田的固碳能力,促进春玉米农田可持续利用.     

秸秆还田年限对春玉米土壤酶活性及肥力的影响

为解决内蒙古平原灌区春玉米主产区因有机肥投入不足、化肥不合理施用而导致的耕层浅、犁底层坚硬、蓄水保肥能力偏低等问题,本研究基于连续4年秸秆还田定位试验,即春玉米收获后秸秆全量粉碎深翻(20 cm)还田,秸秆还田量年平均为16 365.43 kg/hm²,形成秸秆还田1～4年4个年限处理(HT1～HT4),以秸秆不还田为对照(CK),研究秸秆还田年限对春玉米不同生育期的土壤过氧化氢酶、碱性磷酸酶、蔗糖酶、脲酶活性的影响及其与土壤肥力的相关关系。结果表明：(1)秸秆还田2年处理(HT2),拔节期土壤过氧化氢酶活性最高,吐丝期土壤碱性磷酸酶、脲酶活性最高,均显著高于其他处理;秸秆还田4年处理(HT4),拔节期和吐丝期土壤蔗糖酶活性最高,且显著高于CK。(2)秸秆还田1～4年处理,吐丝期土壤速效养分含量逐年提高,pH值总体呈下降趋势。(3)土壤过氧化氢酶、碱性磷酸酶、蔗糖酶、脲酶活性与土壤速效养分含量存在显著或极显著正相关关系。综上,秸秆还田培肥土壤效果明显,提高了春玉米拔节期和吐丝期土壤酶活性,改善了土壤肥力状况。     

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。     

生物炭添加对养分的富集和留存效应

在吉林黑土区和辽宁棕壤区设置常规施肥(CK)和肥料减量20%配施生物炭(BC)2种处理,在BC处理的15 cm和30 cm深度土层埋放生物炭(稻壳炭)炭袋。埋放炭袋30、60、180 d后分析炭袋下土壤样品的铵态氮、硝态氮、速效磷、速效钾含量。结果表明:棕壤区种植玉米30 d后,BC处理15 cm深度炭袋下土壤铵态氮和硝态氮含量较CK显著增高;黑土区和棕壤区种植玉米30 d后BC处理15 cm深度炭袋下土壤速效磷含量均显著高于对照,说明生物炭对速效氮和速效磷均具备截获作用。黑土区土壤速效氮含量随时间延长而降低,硝态氮占速效氮的比值降低,而棕壤区土壤硝态氮含量及其占速效氮的比例持续到玉米种植90 d时仍保持在较高水平,在棕壤上应用生物炭留存速效氮的持效期可达90 d。添加生物炭的处理,土壤速效磷含量一直保持在较高水平,且可持续180 d,说明生物炭对速效磷的存留效应长达半年。BC处理15 cm和30 cm深度土壤的速效钾含量高于CK,说明生物炭对速效钾有较好的截获和存留作用,效用可达180 d。结果表明,生物炭输入土壤可以在一定程度上提高土壤速效养分(氮、磷、钾)含量,并可长期稳定持续性保留养分,进而提高土壤肥力。     

生物炭与氮肥减量调控对氮高效玉米田土壤养分的影响

为研究生物炭与氮肥减量对氮高效玉米田土壤养分的作用效果,采用裂区试验设计,以氮肥减量施用为主区,品种为副区,主处理为C1(CK,纯N 300 kg/hm²)、C2(生物炭3 000 kg/hm²+纯N 300 kg/hm²)、C3(生物炭3 000 kg/hm²+纯N 255 kg/hm²)、C4(生物炭3 000 kg/hm²+纯N 210 kg/hm²)、C5(生物炭3 000 kg/hm²+纯N 165 kg/hm²),副处理为氮高效品种郑单958(ZD)和氮低效品种农华101(NH)。结果表明,生物炭结合氮肥减量有利于降低土壤pH值,提高全量养分及速效养分积累量,各养分含量在土层间存在差异,且氮高效玉米田土壤有机质和速效钾含量显著高于氮低效玉米土壤。其中,C3处理有机质含量较CK显著提高3.57%,C2、C4、C5全氮含量提高4.42%、4.42%、8.85%,C2、C3全磷含量提高...     

生物炭施用下土壤微生物量碳氮的动态变化

为了研究生物炭施用量对整个玉米生育期内土壤微生物量及玉米产量的影响,采用田间定位试验,生物炭施用量设置0（BC0）、10（BC1）、20（BC2）和30（BC3） t·hm^-2共4个处理,测定不同处理下土壤微生物量碳、氮及其动态变化和收获后玉米的籽粒产量。结果表明,玉米生育期内各土层土壤微生物量碳随生物炭施用量的增加而增加;与BC0相比,施用生物炭对播种前土壤微生物量碳的影响最为显著,其中,BC3处理在0—10、10—20和20—30 cm土层的微生物量碳较对照分别增加103.2%、91.8%和158.5%。土壤微生物量氮和微生物量碳氮比的变化则与玉米生育期有关。从整个生育期来看,土壤微生物量碳、氮含量在播种前最低,在拔节期达到峰值,之后缓慢降低并保持相对稳定。在播种前,BC3处理土壤微生物商增幅最大,较BC0增加了59.5%,其他生育期土壤微生物商无显著变化。玉米籽粒产量随生物炭施用量的增加而增加,BC2和BC3分别较BC0显著增产11.2%和14.1%。因此,在土壤中施用生物炭可在一定程度上增加土壤微生物量,提高土壤肥力,增加作物产量,为该地区生物炭的合理施用提供理论依据。     

施用生物炭对玉米田土壤呼吸及水分利用效率的影响

为探索施用生物炭对土壤呼吸及玉米生长的影响,试验设置3种不同生物炭施用水平：T₁（2 000 kg/hm²）、T₂（7 000 kg/hm²）和T₃（12 000 kg/hm²）,以不施用生物炭为对照（CK）,研究施用生物炭对玉米田土壤呼吸速率、含水率、养分含量、pH值以及玉米产量、水分利用效率的影响。结果表明,T₃处理下2年平均土壤呼吸速率最高,为361.4 mg/（m²·h）,较CK增加182.7%。施用生物炭有利于提高0～100 cm土层的土壤含水率,以T₂和T₃处理效果最为明显,分别较CK增加14.8%和17.3%。施用生物炭可以改善土壤肥力,以T₃处理最优,其有机碳、碱解氮、有效磷、速效钾含量2年平均值分别较CK提高31.5%、29.3%、47.8%、59.8%。随生物炭施用量增加,土壤pH值逐渐升高,T₃处理2年平...