生物质炭和秸秆长期还田对红壤团聚体和有机碳的影响

要 ：秸秆还田和施用生物炭是提高土壤有机碳含量和改良土壤团聚体结构的有效方法,但长期施用生物炭与秸秆还田改良土壤的效率研究仍然缺乏比较。本研究针对中亚热带典型的旱地红壤,基于等碳量不同碳源投入的5年野外定位试验,研究秸秆还田、秸秆-猪粪配施和生物炭还田对红壤团聚体组成、稳定性和有机碳分布的影响,为建立红壤地力快速提升的有机培肥措施提供科学依据。本试验共设置对照、单施化肥、秸秆还田、秸秆-猪粪配施和生物炭还田五个处理,采用干筛和湿筛法分析了连续施用不同碳源5年后对土壤团聚体组成、稳定性和有机碳分布的影响。研究表明,施用等碳量的不同有机碳源5年后显著增加了土壤有机碳含量,其增幅顺序为：生物炭还田>秸秆-猪粪配施>秸秆还田。干筛法分析结果表明：与单施化肥处理相比,秸秆-猪粪配施和生物炭还田处理显著增加>0.25 mm机械稳定性团聚体含量(R_0.25)、平均重量直径(mean weight diameter, MWD)和几何平均直径(geometric mean diameter, GMD);秸秆还田和生物炭还田处理显著增加了0.25-2 mm团聚体对土壤有机碳的贡献率。湿筛法分析结果表明：与单施化肥处理相比,秸秆还田和秸秆-猪粪配施处理显著增加R_0.25、MWD和GMD,但生物炭还田处理和单施化肥处理相比差异不显著;秸秆还田和秸秆-猪粪配施处理显著降低团聚体破坏率(PAD),生物炭还田处理显著增加了PAD;秸秆配施猪粪处理和秸秆还田处理显著增加了>2mm团聚体对土壤有机碳的贡献率。总体上,秸秆配施猪粪协同提高团聚体有机质含量和团聚体稳定性的作用比秸秆还田和生物炭还田要强。     

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...     

长期添加外源有机物料对华北农田土壤团聚体有机碳组分的影响

土壤有机碳和团聚体对土壤肥力、作物产量、农业和环境发挥着重要作用,是土壤肥力的核心和可持续农业的基础。本研究依托中国科学院栾城农业生态系统试验站18年野外长期有机质物料和矿质肥料配施试验,开展不同施肥模式对土壤团聚体组成以及各组分有机碳在团聚体中分布影响的研究,为阐明不同农业管理措施下土壤有机碳的物理保护机制提供依据。试验共设6个处理:对照(CK)、单施秸秆(S)、单施有机粪肥(M)、单施化肥(NPK)、化肥配施秸秆(SNPK)和化肥配施有机粪肥(MNPK)。利用干筛法将全土筛分为大团聚体(2 mm)、小团聚体(0.25～2 mm)和微团聚体(0.25 mm) 3种粒径团聚体,分别测定不同处理下全土及3种粒级团聚体中总有机碳(TOC)、可溶性有机碳(DOC)、酸解活性有机碳(AC)、惰性有机碳(ROC)和易氧化有机碳(LOC)含量。结果表明:施肥对土壤团聚体分布及稳定性有显著影响, SNPK显著提高了粒径0.25 mm团聚体含量和团聚体稳定性;DOC和ROC含量与粒径2mm团聚体含量显著正相关,其对促进大团聚体形成至关重要。不同施肥处理下土壤团聚体各有机碳组分含量存在差异,与传统的单独施用化肥处理(NPK)相比,SNPK和MNPK均显著提高了全土和团聚体各组分有机碳含量, SNPK对土壤有机碳的提升效果优于MNPK。各有机碳组分在团聚体中的含量均为小团聚体大团聚体微团聚体,其中,70%以上的各组分有机碳来自于粒径0.25mm的团聚体。在施用化肥基础上增施有机肥(MNPK)和实施秸秆还田(SNPK)提高了LOC在TOC中的占比,使LOC/TOC由CK的11.94%分别增加到14.95%和15.70%。MNPK利于LOC保存在大团聚体中,提高了土壤供肥能力;而SNPK促进了LOC向较小粒径团聚体迁移,增强了其在团聚体中的稳定性,提高了土壤的保肥能力。由此可见,长期实施有机无机肥料配合可以提高土壤碳储量和稳定性,这为全面实施秸秆还田的基础上推行有机粪肥部分替代化肥的养分管理策略提供了理论依据。     

生物质炭和秸秆长期还田对红壤团聚体和有机碳的影响

生物质炭和秸秆还田是提高土壤有机碳含量和改良土壤团聚体结构的有效方法,但在长期尺度上生物质炭与秸秆还田改良土壤的效率仍不清楚。本研究针对中亚热带第四纪红黏土发育的红壤,基于等碳量不同碳源投入的5 a田间定位试验,包括对照、单施化肥、秸秆还田、秸秆–猪粪配施和生物质炭还田5个处理,采用干筛和湿筛法分析了不同施肥处理对土壤团聚体组成、稳定性和有机碳分布的影响。研究表明:施用等碳量的不同有机碳源5 a后显著增加了土壤有机碳含量,其增幅顺序为:生物质炭还田秸秆–猪粪配施秸秆还田。干筛法分析结果表明:与单施化肥处理相比,秸秆–猪粪配施和生物质炭还田处理显著增加0.25 mm机械稳定性团聚体含量(R0.25)和平均重量直径(mean weight diameter,MWD);秸秆还田和生物质炭还田处理显著增加了0.25~2 mm团聚体对土壤有机碳的贡献率。湿筛法分析结果表明:与单施化肥处理相比,秸秆还田和秸秆–猪粪配施处理显著增加R_(0.25)和MWD,但生物质炭还田处理和单施化肥处理相比差异不显著;秸秆还田和秸秆–猪粪配施处理显著降低团聚体破坏率(PAD),生物质炭还田处理显著增加了PAD;秸秆配施猪粪处理和秸秆还田处理显著增加了2 mm团聚体对土壤有机碳的贡献率。总体上,秸秆配施猪粪协同提高团聚体有机碳含量和团聚体稳定性的作用比秸秆还田和生物质炭还田要强。     

施加秸秆与废弃物对茉莉园土壤团聚体及碳氮磷含量的影响

为了研究施加秸秆与废弃物对茉莉园土壤团聚体与碳、氮和磷含量的影响,以福州河滨茉莉园土壤为研究对象,对对照(C)、秸秆(S)、秸秆+石膏(SG)、秸秆+生物炭(SB)和秸秆+炉渣(SS)5种处理样地0—10,10—20,20—30cm土层土壤团聚体分布和稳定性,包括0.25mm团聚体含量(DR0.25)、平均质量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)、分形维数(D)以及土壤碳、氮、磷含量和化学计量比进行了测定分析。结果表明:5种处理团聚体均以0.053~0.25,0.25~2 mm粒级为主。与对照相比,单施秸秆团聚体DR0.25、MWD和GMD值分别减小了19.86%,19.18%和37.98%,D增加了14.26%,团聚体稳定性降低;秸秆+石膏、秸秆+生物炭和秸秆+炉渣与单施秸秆相比,DR0.25和MWD相差不大,GMD较单施秸秆分别增加了2.34%,0.63%和12.67%,D分别减少了2.31%,6.26%和5.01%,团聚体稳定性增强。秸秆、秸秆+石膏、秸秆+生物炭和秸秆+炉渣与对照相比,0—10cm表层土壤碳、氮、磷含量均显著增加,10—20,20—30cm土层变化不大,表现为养分向表层富集的现象。综合比较分析,石膏、生物炭和炉渣可以作为秸秆还田配施改良剂,以提高秸秆还田的功效。     

生物炭及秸秆长期施用对紫色土坡耕地土壤团聚体有机碳的影响

依托紫色土坡耕地长期施肥试验观测平台,研究生物炭、秸秆对紫色土坡耕地团聚体有机碳分布的影响。长期施肥试验处理包括不施肥(CK)、无机氮磷钾肥(NPK)、秸秆还田(RSD)、生物炭与无机氮磷钾配施(BCNPK)、秸秆与无机氮磷钾配施(RSDNPK)。利用湿筛法,进行土壤团聚体粒径分组,随后测定各粒径团聚体含量及其有机碳含量,并计算团聚体平均质量直径(MWD)和几何平均直径(GMD)。结果表明,RSD、RSDNPK和BCNPK处理的表层SOC含量比CK处理增加43.1%～90.5%,SOC储量提高65.1%～74.3%,其中RSDNPK处理、BCNPK处理较NPK处理SOC显著增加25.2%～33.1%(P0.05), SOC储量显著提高23.2%～30.0%(P0.05)。团聚体MWD和GMD均为RSD处理RSDNPK处理BCNPK处理NPK处理CK处理; RSD处理0.25～2 mm的团聚体含量高达45.5%,较CK处理提高57.7%;秸秆和生物炭配施处理(RSDNPK处理和BCNPK处理)0.25～2mm的团聚体含量为41.3%～45.7%,而0.053mm粒径团聚体含量却降低54.1%～55.4%。NPK处理、RSD处理与CK处理的增长趋势相似,呈随团聚体粒径减小,团聚体有机碳含量先增大后减小,继而再增大的趋势;而RSDNPK、BCNPK处理则呈随粒径减小团聚体有机碳含量增加的趋势。生物炭和秸秆的施用能显著提升土壤有机碳含量,增强土壤结构稳定性,但生物碳的施用对提升土壤有机碳含量效果优于秸秆的施用,秸秆的施用对稳定土壤结构效果更优,因此生物炭和秸秆的施用可作为紫色土耕地土壤肥力维持和提升的有效管理措施。     

秸秆还田对土壤微团聚体特征的影响

采用尼龙网袋法进行秸秆还田的原位模拟,比较不同秸秆还田量在不同深度下还田对土壤微团聚体组成及稳定性、微团聚体有机碳及腐殖酸组分的影响。试验设置秸秆还田量R0(0)、R1(0.44%)、R2(0.88%)、R3(1.32%)和0—15(S1),15—30(S2),30—45(S3)cm 3个不同还田深度交叉处理。结果表明:0.25~0.02mm的微团聚体为优势粒级,秸秆还田使各土层0.25~0.02,0.25mm的团聚体含量增加,而0.02~0.002,0.002mm的微团聚体含量减少,且各粒级含量的变化幅度均在S1层最大。不同秸秆量处理下不同土层,不同粒级的微团聚体的平均重量直径(MWD)较无秸秆还田均有所增加。同时,施用不同量秸秆能提高土壤各粒级微团聚体中有机碳及腐殖酸含量,且在同一土层中随粒级减小,有机碳及腐殖酸含量增加,而在不同土层内,有机碳及腐殖酸含量表现为S1S2S3。胡敏酸与富里酸比值对于不同土层,不同粒级的微团聚体则呈现不同的变化趋势。秸秆还田能促使土壤微团聚体向更大粒级的团聚体转化,有效增强土壤肥力的同时改善了土壤结构。     

生物炭施用下潮土团聚体微生物量碳氮和酶活性的分布特征

  【目的】  探究生物炭配施化肥对不同粒级团聚体中微生物量碳、氮 (MBC、MBN) 含量和胞外酶活性的影响,分析影响团聚体胞外酶活性变化的主控因素,为提升土壤质量提供科学依据。  【方法】  田间微区试验在河南现代农业研究基地进行,供试土壤为石灰性潮土。设置4个处理:不施肥 (CK)、单施化肥 (NPK)、单施生物炭 (BC) 和生物炭配施化肥 (BC+NPK),生物炭是以花生壳为原料高温裂解制备而成,仅在试验开始前施用一次,化肥每季均施用。试验开始于2017年小麦季,于2019年9月玉米收获后采集耕层土壤样品,测定土壤养分含量,分析各粒径团聚体MBC、MBN含量和酶活性。  【结果】  与CK相比,NPK处理可显著提高耕层土壤有效磷、速效钾和硝态氮含量,BC处理可显著提高有机碳和全氮含量,BC+NPK处理则显著提高了以上各指标含量。与CK相比,BC处理显著降低了粒径2～0.25 mm团聚体MBN含量,并明显增加了该粒径的MBC/MBN值;BC+NPK处理显著增加了粒径 > 2 mm和0.25～0.053 mm团聚体中MBC含量 (增幅分别为59.57%和34.68%),也增加了耕层土壤、粒径 > 2 mm和2～0.25 mm团聚体中MBN含量 (增幅分别为17.33%、42.24%和19.28%)。与CK相比,NPK、BC和BC+NPK处理均显著增加粒径 > 2 mm团聚体微生物熵,而BC和BC+NPK处理则显著降低了耕层土壤、粒径2～0.25 mm和0.25～0.053 mm团聚体微生物熵。与CK相比,NPK和BC+NPK处理均显著提高了粒径2～0.25 mm和0.25～0.053 mm团聚体中β-葡糖苷酶、β-纤维二糖苷酶、α-葡糖苷酶和β-木糖苷酶活性;在粒径 > 2 mm团聚体中,仅BC+NPK处理明显提高了该四种酶的活性。与CK相比,NPK和BC+NPK处理均明显提高了粒径 > 2 mm团聚体中脲酶活性及粒径0.25～0.053 mm团聚体中乙酰氨基葡糖苷酶活性,仅BC+NPK处理可显著提高粒径 > 2 mm和0.25～0.053 mm团聚体中亮氨酸氨基肽酶活性。团聚体酶活性变化与MBC、MBN含量以及MBC/MBN值显著相关。粒径 > 2 mm团聚体中酶活性变化与微生物熵、全氮和MBC含量均显著相关,粒径2～0.25 mm团聚体中酶活性变化与MBC/MBN值显著相关,而粒径0.25～0.053 mm团聚体中酶活性变化与MBC含量显著相关。  【结论】  生物炭与化肥配施有利于土壤碳的固存,改善土壤微环境,提升土壤质量,且生物炭添加到土壤中有较长的后效。     

生物质炭与秸秆配施对紫色土团聚体中有机碳含量的影响

以油菜/玉米轮作农田生态系统为研究对象,通过田间微区试验,研究了生物质炭、秸秆(BC:8 000 kg·hm~(-2)生物质炭、CS:8 000 kg·hm~(-2)秸秆、0.5BC:4 000 kg·hm~(-2)生物质炭、0.5CS:4000kg·hm~(-2)秸秆、BC+CS:4 000 kg·hm~(-2)生物质炭+4 000 kg·hm~(-2)秸秆)与化肥配施对紫色土团聚体含量及稳定性、土壤有机碳及有机碳在各粒级团聚体中分布的影响,为合理利用有机物料及为紫色土培肥提供依据。结果表明:(1)与对照(CK)相比,秸秆、生物质炭还田(除0.5BC处理外)均能提高2 mm粒级团聚体含量,降低0.053 mm粒级团聚体含量,同时提高水稳性团聚体的平均重量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)、大于0.25 mm团聚体含量(R_(0.25)),其中只有CS处理达到了显著水平,且随着秸秆施用量增加,效果越显著。CS+BC处理则能显著提高0.25～2mm粒级水稳性团聚体含量。(2)除CS处理,其他各处理较CK均能显著提高土壤总有机碳含量,其中BC和CS+BC处理分别提高了45.55%和44.45%(P0.05),效果优于单施秸秆处理,且随着生物质炭施用量的增加,土壤总有机碳呈增加趋势。对不同粒级团聚体有机碳而言,各处理的团聚体有机碳主要分布在0.053mm和2mm粒级团聚体中;BC处理较其他处理能提高土壤不同粒级团聚体有机碳含量,其次为CS+BC处理。(3)通过计算团聚体有机碳贡献率发现,各处理对土壤团聚体有机碳贡献率主要分布在0.25～2 mm和0.053 mm粒级团聚体中,其中仅CS处理显著提高了2 mm粒级团聚体有机碳贡献率,较CK提高了53.53%;CS+BC、0.5BC处理分别较CK显著提高了0.053 mm粒级团聚体有机碳贡献率,增幅为26.20%,48.63%。(4)秸秆和生物质炭还田能提高玉米和油菜的生物产量和经济产量,其中CS、BC、CS+BC效果较明显。总之,秸秆与生物质炭配施是改善紫色土结构和提升碳水平的较优培肥措施。     

生物炭对豫西丘陵区农田土壤团聚体稳定性及碳、氮分布的影响

为研究生物炭对豫西丘陵地区农田土壤团聚体分布、稳定性及其碳、氮在团聚体中分布的影响,进一步探明生物炭对丘陵区农田土壤结构和养分的长期作用效果。采用田间长期定位试验,生物炭用量为0(C0),20(C20),40(C40)t/hm~2 3个处理,研究生物炭施用5年后对土壤团聚体组成及稳定性的影响,探究土壤团聚体中有机碳和全氮分布特性。结果表明:施加20,40 t/hm~2生物炭可提高0—20,20—40 cm土层的机械性0.5 mm以上粒级和水稳性0.053 mm以上粒级团聚体含量。在0—20 cm土层中,C20和C40处理下0.25 mm的机械性团聚体(DR_(0.25))分别较对照增加3.78%和6.83%,0.25 mm水稳性团聚体(WR_(0.25))分别较对照增加31.0%和49.45%,土壤不稳定团粒指数(E_(LT))分别较对照降低4.30%和6.85%,土壤团聚体破坏率(PAD)分别较对照降低9.71%和14.77%,土壤团聚体平均质量直径(MWD)分别较对照增加28.44%和45.34%,几何平均直径(GMD)分别较对照增加32.04%和54.92%。各粒级的有机碳和全氮含量随生物炭施用量的增加而增加,有机碳和全氮含量都以0.25～0.053 mm粒级最高,且0—20 cm土层的有机碳和全氮含量高于20—40 cm土层的有机碳和全氮含量;随着生物炭施用量的增加,2,2～0.25,0.25～0.053 mm粒级团聚体有机碳和全氮贡献率随之增加,而0.053 mm粒级微团聚体有机碳和全氮贡献率随之降低。总体来说,生物炭能够改善豫西丘陵地区农田土壤的团聚体结构,增加土壤大团聚体的含量,增强团聚体的稳定性,提高土壤团聚体中碳、氮含量,有利于豫西地区农田土壤肥力的保持和持续健康发展。     

长期不同施肥下塿土有机碳和全氮在团聚体中的分布

【目的】研究小麦/玉米轮作体系不同施肥方式下土壤有机碳(SOC)和全氮(TN)在(?)土不同水稳性团聚体中的分布特征,以期深入理解不同施肥方式对土壤碳、氮固持的机制。【方法】采集(?)土21年长期肥料定位试验不同施肥处理0-10 cm和10-20 cm土层土样,分析其水稳性团聚体(2 mm、2~1 mm、1~0.5 mm、0.5~0.25 mm以及0.25 mm)有机碳和全氮的分布特征。试验设不施肥(CK),化肥氮磷钾配施(N、NP、NK、PK、NPK)和秸秆还田配施氮磷钾(SNPK)以及两个水平有机肥与氮磷钾配施(M1NPK、M2NPK)9个处理。【结果】长期施肥0-10 cm土层土壤团聚体SOC和TN含量明显高于10-20 cm,平均增幅20%以上。2~1 mm或1~0.5mm团聚体中SOC和TN的含量最高,0.25 mm团聚体最低。长期不施磷肥处理的土壤团聚体SOC和TN含量均与CK相似。NP、NPK以及SNPK处理,0-10 cm土层SOC较CK分别增加16%~43%、9%~40%和22%~47%;TN增幅分别为28%~48%、39%~61%和39%~91%。10 20 cm土层,NP、NPK以及SNPK处理2mm、2~1 mm、1~0.5 mm土壤团聚体SOC较CK增幅分别为35%~49%、17%~40%和45%~46%,TN增幅分别为44%~47%、39%~54%和54%~64%。长期有机肥与氮磷钾配施处理(M1NPK、M2NPK),0-10 cm土层的团聚体SOC平均较CK分别增加68%~122%和61%~163%,TN平均分别增加84%~133%和97%~175%;10-20 cm土层,SOC较CK平均增幅分别为20%~61%和39%~118%,TN增幅平均分别为43%~86%和107%~136%。SOC和TN主要储存于0.25 mm团聚体中(40%)2~1 mm团聚体储存最少(10%)。长期不施氮或不施磷对SOC和TN在团聚体中的储存比例基本没有影响。长期NP、NPK以及M1NPK、M2NPK均降低了各土层SOC和TN在2 mm或2~1 mm的储存比例增加了在1~0.25 mm团聚体储存比例。2 mm或2~1 mm团聚体的C/N比值高于微团聚体(0.25 mm),而与CK相比,长期施肥降低了土壤团聚体的C/N比值。【结论】关中地区(?)土长期偏施化肥对有机碳和全氮在团聚体的含量及分布没有显著影响而长期氮磷或氮磷钾化肥配合、氮磷钾与有机物配合均明显增加土壤团聚体的有机碳及全氮含量,特别是长期氮磷钾配合有机肥能显著增加土壤1~0.25 mm团聚体对土壤有机碳和全氮的固存比例,提高土壤有机碳和全氮储量减少温室气体的排放。     

生物炭和氮肥配施提高土团聚体稳定性及作物产量

【目的】通过田间定位试验,探讨生物炭和氮肥配施对土耕层土壤水稳性团聚体组成、稳定性、有机碳土层分布及冬小麦–夏玉米轮作体系下产量的影响,为生物炭在关中地区农业生产中的应用提供科学依据。【方法】本试验设置4个生物炭水平和2个氮肥水平,生物炭水平分别为0、1000、5000、10000 kg/hm2,依次记为B0、B1、B2、B3;氮肥水平包括两季总氮量480 kg/hm2(NT) 和两季总氮量减半240 kg/hm2(NH),共组成8个处理。采集0—10 cm、10—20 cm土层土壤样品,利用TTF-100土壤团聚体分析仪湿筛获得5种粒级的团聚体 (> 2 mm、1～2 mm、0.5～1 mm、0.25～0.5 mm、< 0.25 mm),用 > 0.25 mm团聚体含量 (R_0.25)、平均重量直径 (MWD)、几何重量直径 (GMD) 表示水稳性团聚体的的稳定性,并测定了不同粒级团聚体中有机碳的含量及小麦–玉米两季作物总产量。【结果】与不施生物炭 (B0NT、B0NH) 相比,施用生物炭的处理显著增加了 > 2 mm、1～2 mm粒级水稳性大团聚体的百分含量 (P < 0.05),两粒级增幅范围分别为3.5%～180.3%、9.4%～98.9%。施用生物炭10000 kg/hm2(B3NT、B3NH) 时,MWD、GMD和R_0.25增幅最高,分别增加了12.5%～112.5%、25.0%～65.7%、20.0%～65.0%。施用生物炭显著提高了土壤各粒级水稳性团聚体有机碳含量,与不施生物炭处理相比,> 2 mm、1～2 mm、0.5～1 mm 和0.25～0.5 mm粒级团聚体有机碳含量增幅分别为6.3%～30.5%、0.2%～28.2%、0.2%～41.6%和4.6%～39.1%。与0—10 cm土层相比,10—20 cm土层氮肥减量降低了土壤团聚体的稳定性,而施用生物炭10000 kg/hm2(B3NH) 可改善土壤团聚体的稳定性,改变有机碳分布。在10—20 cm土层,与B0NT处理相比,B0NH处理土壤水稳性团聚体的R_0.25、MWD、GMD显著下降,三者分别降低了79.2%、25.7%、30.0%,而B3NH与B3NT处理之间无显著差异。与B0NT相比,B0NH处理 < 0.25 mm粒级微团聚体对土壤有机碳分配比例显著增加了17.4%,而B3NH处理与B3NT相比,< 0.25 mm粒级微团聚体对土壤有机碳分配比例无显著差异。此外,施用生物炭显著提高作物总产量,B2NT、B3NT和B3NH处理下两季作物总产量较高,分别较B0NT提高了27.0%、23.6%、27.9%,且三个处理之间无显著差异。从各指标相关分析可知,水稳定大团聚体的GMD与土壤全土有机碳以及两季作物总产量之间有着显著的正相关关系。【结论】生物炭配施氮肥显著提高了土壤水稳性大团聚体含量和团聚体稳定性,且提高小麦—玉米两季作物总产量。减施氮肥有利于有机碳向大团聚体中分配,供试条件下,生物炭10000 kg/hm2配施氮肥240 kg/hm2对提高土耕层团聚体稳定性、土壤有机碳及两季作物总产量效果最佳。     

玉米秸秆源有机物料对黑土养分有效性与酶活性的提升效应

  【目的】  研究以玉米秸秆为主要原料制备的不同类型有机物料对东北黑土土壤肥力和玉米产量的影响,为黑土地保护和秸秆资源高效利用提供理论依据。  【方法】  田间定位试验连续进行了5年。试验设不施肥对照 (CK)、单施化肥 (NPK)、化肥配施秸秆 (NPK+ST)、化肥配施生物炭 (NPK+BR) 以及化肥配施堆肥 (NPK+CP) 5个处理,各有机物料每年均为等碳量投入 (C 3200 kg/hm2)。5年后,采集耕层 (0—20 cm) 和亚耕层 (20—40 cm) 土壤样品,测定土壤有机碳 (SOC)、活性有机碳 (LOC)、速效养分与酶活性,并结合年际间玉米产量变化进行综合评价。  【结果】  与NPK相比,NPK+BR处理显著增加了耕层及亚耕层SOC含量,增幅分别为28.2%和11.2%;NPK+CP和NPK+ST处理增加了耕层SOC含量,增幅分别为15.5%和7.6%,对亚耕层SOC含量影响不显著;配施有机物料处理显著增加了0—40 cm土层LOC含量,且NPK+CP和NPK+ST处理LOC含量在0—20 cm土层显著高于NPK+BR,增幅分别为13.2%和8.7%,各种有机物料处理LOC含量在20—40 cm土层差异不显著;3个配施有机物料处理均显著增加了0—20 cm土层有效磷含量,仅NPK+CP和NPK+BR处理显著提高了20—40 cm土层有效磷含量;配施有机物料处理对0—40 cm土层土壤速效氮和速效钾含量影响均不显著,但配施堆肥处理0—20 cm土层土壤速效氮含量显著高于配施秸秆和生物炭处理。配施有机物料处理比NPK处理显著增加了0—40 cm土层土壤纤维素酶、蔗糖酶和磷酸酶活性。NPK+ST和NPK+BR处理比NPK+CP处理更利于提高耕层纤维素酶活性,NPK+ST处理耕层蔗糖酶活性显著高于NPK+BR和NPK+CP处理;配施有机物料处理亚耕层土壤纤维素酶和蔗糖酶活性差异不显著。NPK+ST和NPK+CP处理较NPK+BR处理显著提高了0—40 cm土层土壤磷酸酶活性。不同处理玉米产量在年际间波动变化,配施有机物料处理玉米产量高于NPK处理,NPK+CP和NPK+ST处理对玉米产量的提升在第一年即有明显效果,而NPK+BR处理对玉米产量的积极效果在4年后才表现出来。各处理平均玉米产量的高低表现为NPK+CP > NPK+ST > NPK+BR > NPK > CK。  【结论】  化肥配施生物炭对0—40 cm土层土壤有机碳的积累作用最突出,而配施秸秆和堆肥更利于提升土壤活性有机碳的含量。配施堆肥0—20 cm土层土壤速效氮含量显著高于配施秸秆和生物炭处理,三者0—20 cm土层土壤有效磷含量无显著差异,但配施堆肥和生物炭20—40 cm土层有效磷含量显著高于配施秸秆处理。配施秸秆或生物炭增强了0—40 cm土层土壤纤维素酶活性,而蔗糖酶和磷酸酶活性以配施秸秆和堆肥处理为最高。随着土壤肥力的提高,配施有机物料处理促进了玉米产量的提升,以配施堆肥处理对玉米平均产量的增加幅度最高。因此,对于基础肥力较高的黑土而言,生物炭还田可实现黑土有机碳的快速提升,而堆肥和秸秆直接还田对玉米产量的促进作用更为明显。     

秸秆直接还田及炭化还田对土壤酸度和交换性能的影响

【目的】 本研究旨在通过连续4年田间微区定位试验,比较等氮磷钾养分条件下秸秆炭化还田与等量秸秆直接还田对土壤酸度及交换性能的影响,以期为土壤酸化改良及秸秆、生物炭资源合理利用提供理论依据。 【方法】 试验以沈阳农业大学植物营养与肥料研究所玉米渗滤池微区定位试验为基础,共设6个处理,分别为不施肥 (CK)、氮磷钾配施 (NPK)、单施生物炭 (C)、生物炭+NPK(CNPK)、单施秸秆 (S)、秸秆+NPK(SNPK)。其中NPK、CNPK和SNPK处理养分投入总量相等,均为N 225 kg/hm2、P₂O₅ 112.5 kg/hm2和K₂O 112.5 kg/hm2,S处理秸秆施用量为4500 kg/hm2,单施生物炭处理生物炭施用量为1500 kg/hm2。应用化学分析法对土壤活性酸、交换性酸、阳离子交换量及交换性盐基离子进行分析和测定。 【结果】 经过连续4年的不同施肥处理,施用生物炭及秸秆均显著提高了土壤pH,降低了土壤交换性酸总量和交换性铝含量,但各处理间交换性H+含量差异不显著。相较于试验前土壤 (pH 6.05),单施生物炭和单施秸秆处理分别使土壤pH提高了0.55和0.45个单位。在等氮磷钾养分条件下,CNPK和SNPK处理较试验前分别使土壤pH提高了0.31和0.13个单位,且CNPK处理显著高于SNPK,但二者之间对土壤交换性酸含量的影响无显著差异。同时各处理交换性盐基离子总量均显著高于CK,单独施用生物炭对提高土壤盐基总量、交换性Ca2+和交换性Mg2+的效果显著优于单独施用秸秆。在等秸秆量与等氮磷钾养分条件下,秸秆炭化还田及秸秆直接还田较不施肥对照分别使交换性盐基总量提高了17.6%和15.1%,且秸秆炭化还田对提高土壤有效阳离子交换量的效果显著优于秸秆直接还田。与CK处理相比,C、CNPK、S和SNPK处理分别使土壤阳离子交换量提高了1.68、2.52、1.53、2.30 cmol/kg,其中以CNPK处理效果最佳。 【结论】 在等秸秆量和等氮磷钾养分条件下,施用生物炭和秸秆能有效降低土壤酸度和交换性酸中交换性铝含量,提高土壤盐基离子含量及交换性能,且秸秆炭化还田的效果更为明显。      

长期施肥紫色水稻土团聚体稳定性及其固碳特征

【目的】探讨长期不同施肥对土壤团聚体分布及其稳定性的影响,以及团聚体中有机碳对碳投入的响应。【方法】采集经历30年不同施肥处理后的紫色水稻土,利用湿筛法分离2 mm、0.25~2mm、0.053~0.25mm和0.053 mm团聚体组分,并分析团聚体的稳定性以及年均碳投入量和有机碳固定速率的关系。【结果】与不施肥(CK)比较,施肥(N、NP、NPK、M、MN、MNP和MNPK)使2 mm团聚体所占比例提高了9.6%~36.1%,0.25~2 mm团聚体降低了6.7%~26.3%,0.053~0.25 mm和0.053 mm团聚体所占比例基本稳定;单施化肥处理(N、NP和NPK)没有显著提高土壤团聚体的稳定性,化肥与有机肥配施(MNP和MNPK)显著增加团聚体的稳定性。与CK相比施肥显著增加土壤总有机碳和2 mm团聚体有机碳含量,其他粒径团聚体碳含量略有提高,但未达显著水平;化肥配施有机肥对团聚体有机碳含量增加效果优于单施化肥。CK和N处理土壤有机碳损失速率为0.08t/(hm~2·a)和0.02 t/(hm~2·a),单施化肥(NP和NPK)、单施有机肥(M)、化肥配施有机肥(MN、MNP和MNPK)处理土壤有机碳的固定速率分别为0.14、0.10和0.17t/(hm2·a)。土壤有机碳的固定速率与碳投入呈显著的线性相关关系(R~2=0.531,P0.05);碳转化效率为3.3%;随碳投入的增加,各粒径团聚体碳含量均增加,且2 mm团聚体的碳增加速率远远高于其他团聚体。【结论】化肥配施有机肥增强团聚体稳定性效果优于单施化肥;本试验紫色水稻土的有机碳还没有达到饱和,仍具有一定固碳潜力,增加的有机碳主要固持在2 mm团聚体中。     

稻壳及稻壳生物炭对土壤团聚体稳定性及有机碳分布的影响

【目的】长期种植雷竹(Phyllostachys praecox)会导致土壤酸化加剧,土壤结构破坏。我们比较了施用不同量稻壳和稻壳生物炭对土壤理化性状和团聚体组成的影响,以寻求实现雷竹的可持续生产的有效措施。【方法】采用盆栽方法进行雷竹幼苗试验,供试土壤长期种植雷竹,pH为5.3。设置分别施用稻壳、稻壳生物炭10 t/hm² (10H、10B)和30 t/hm² (30H、30B)处理,以不施稻壳和稻壳生物炭的处理为对照(CK)。雷竹幼苗生长262天后,采集土样测定土壤基本理化性质,采用湿筛法筛分不同粒级土壤团聚体,测定各粒级团聚体中有机碳和全氮含量。【结果】30H和30B处理均显著降低了<0.053 mm粒级团聚体含量,显著提高了水稳性团聚体的平均重量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)以及>0.25 mm粒级团聚体(R0.25)含量;10H和10B处理对水稳性团聚体的MWD、GMD以及R0.25含量均无显著影响。30B处理显著增加了>2 mm、0.25～2 mm、0.053～0.25 mm粒级团聚体中有机碳含量,其中增...     

长期不同施肥下肥料氮在黑土不同团聚体有机物中的固持差异

【目的】 不同粒级团聚体中有机氮库的稳定性不同,通过分析长期施肥后有机氮库在不同团聚体中的分布特征,可阐明土壤氮素固持对不同施肥的响应机制。 【方法】 采集黑土长期定位试验中的4个处理土壤,包括不施肥(CK) 和施用氮磷钾 (NPK)、氮磷钾 + 秸秆 (NPKS) 、氮磷钾 + 有机肥 (NPKM) ,模拟田间施肥量加入15N标记的尿素培养40天,采用Six湿筛法将团聚体分为粗游离颗粒有机物 (cfPOM,> 250 μm)、微团聚体有机物 (53～250 μm)、矿物结合有机物 (MOM,< 53 μm) 三大类,其中微团聚体有机物进一步分为细游离颗粒有机物 (ffPOM) 和物理保护有机物 (iPOM),矿物结合有机物分为团聚体内矿物结合有机物 (MOM团内) 和团聚体外矿物结合有机物 (MOM团外),研究了团聚体分布特征、平均重量直径 (MWD) 和各团聚体中氮的固持量及固持效率。 【结果】 NPKM和NPKS处理的粗游离颗粒含量较CK和NPK处理显著提高约10%,而矿物结合有机物含量显著降低约6%～10%,NPKM和NPKS处理下平均重量直径为0.34 mm,显著大于NPK和CK的值 (0.23～0.25 mm)。NPKM处理的土壤肥料氮固持量较CK和NPK处理显著提高了6.0%和10.5%;粗游离颗粒氮固持量为18～36 mg/kg,矿物结合有机氮固持量为18～30 mg/kg。 【结论】 长期有机无机肥配施或无机肥结合秸秆还田可促进肥料氮在粗游离颗粒中的积累,降低在矿物结合有机物中的积累,这可能是有机无机肥配施增强土壤氮的有效性、促进作物氮吸收的原因之一。      

覆膜栽培与施肥对秸秆碳氮在土壤团聚体中固持特征的影响

  目的  土壤中秸秆碳氮的分解与固定受栽培方式（包括覆膜）和施肥的影响。关于不同覆膜与施肥下秸秆碳氮在团聚体中固持特征仍不很明确。  方法  将表层土壤（0 ~ 20 cm）与13C15N双标记秸秆混合后在田间进行原位培养150 d,分析土壤团聚体有机碳中秸秆来源碳（13C-SOC）和氮中秸秆来源氮（15N-TN）的含量。  结果  施肥、栽培方式及二者交互作用显著影响（P < 0.05）> 0.25 mm团聚体中有机碳含量和 < 0.053 mm团聚体中有机碳和氮含量。不覆膜栽培下,与有机肥配施氮肥（M₂N₂）处理和不施肥（CK）处理相比,单施氮肥（N₄）处理使 > 0.25 mm团聚体中13C-SOC含量分别增加了36.36%和20.69%。覆膜栽培下,N₄与其他处理（M₂N₂和CK）相比,各级团聚体中13C-SOC含量增加了22.87% ~ 53.37%。不覆膜CK与覆膜CK处理相比,0.25 ~ 0.053 mm和 < 0.053 mm团聚体中13C-SOC含量增加了16.00%和46.15%（P < 0.05）。不覆膜栽培下,CK和M₂N₂处理与N₄处理相比,< 0.053 mm团聚体15N-TN含量分别增加了44.85%和28.60%。同一施肥处理,不覆膜栽培下秸秆来源碳氮对 < 0.053 mm团聚体中有机碳和氮的贡献率平均分别比覆膜栽培增加了55.06%和21.35%。秸秆碳氮在团聚体中的分配比例随团聚体粒径的增加而增加,其中秸秆碳和氮分配到 > 0.25 mm团聚体比例平均分别为22.22%和42.14%。  结论  土壤添加秸秆后秸秆碳氮主要固定于 > 0.25 mm团聚体,且单施氮肥促进了秸秆碳在各级团聚体中固存,不覆膜有利于 < 0.053 mm团聚体中碳氮的更新。