不同土壤改良剂对酸性铝富集红壤毒性缓解效应的差异

在红壤中添加外源铝并种植作物,研究不同土壤改良剂对酸性铝富集土壤的铝毒缓解效应差异及潜在机制。采用酸性红壤做盆栽试验,添加外源铝,并施用土壤改良剂腐殖酸(HA)、生物炭(C)和生石灰(CaO)种植小白菜,设置CK、HA(0.3%HA)、C(2%C)、CaO(0.3%CaO)、Al(1 mmol/kg Al 3+)、Al+HA(1 mmol/kg Al 3++0.3%HA)、Al+C(1mmol/kg Al 3++2%C)、Al+CaO(1mmol/kg Al 3++0.3%CaO)共8个处理,分析腐殖酸、生物炭和生石灰对铝富集红壤不同形态活性铝及作物生长的影响。结果表明:铝毒会显著降低小白菜的出苗率和鲜质量,提高小白菜铝含量;而施用改良剂能缓解铝毒对小白菜的抑制作用,改善小白菜的生长状况,降低小白菜铝含量,Al+HA、Al+C和Al+CaO处理小白菜鲜质量较Al处理分别增加86%、775%和1 014%。添加外源Al较CK处理土壤pH降低0.17个单位,活性铝总量显著增加,而添加改良剂后活性铝总量减少。此外,Al处理交换性Al 3+含量较CK处理上升11.17%,Al+HA、Al+C和Al+CaO处理交换性Al 3+含量较Al处理分别下降11.81%、59.63%和87.82%,而单聚体羟基铝离子Al(OH)2+和Al(OH)+2含量却上升。因此,在土壤中加入外源铝显著降低土壤pH,加重酸化,且交换性Al 3+增加,抑制小白菜生长;施用改良剂腐殖酸、生物炭和生石灰后交换性Al 3+含量降低,小白菜生长状况得到改善,其中生物炭和生石灰还能有效增加红壤pH。因此,改良剂通过对土壤pH、养分含量和交换性Al 3+含量产生综合作用从而影响作物生长。     

生物炭及炭基肥对土壤微生物群落结构的影响

【目的】微生物在土壤养分循环中起到转换者的作用。论文以传统有机肥(玉米秸秆和猪厩肥)为对照,探究施用生物炭和炭基肥等新型有机物料培肥改土对土壤微生物群落结构的影响,以期为不同有机物料合理施用提供理论参考。【方法】依托沈阳农业大学棕壤改土定位试验平台(始于2009年),利用磷脂脂肪酸(PLFA)技术研究长期不同有机无机配施条件下土壤理化性质和微生物群落结构特征及二者的相关关系。试验处理包括:秸秆配施化肥还田(CS)、猪厩肥配施化肥(PMC)、炭基肥(BF)以及生物炭配施化肥(BIO)。【结果】PMC和BF处理的pH显著高于BIO处理;PMC处理的全氮含量显著高于BF和CS处理,BIO与PMC处理没有显著差异;PMC处理的有机质含量显著高于BF和BIO处理;PMC处理的土壤含水量最高;不同处理间土壤全钾含量没有显著差异。PMC处理的土壤微生物总PLFAs含量最高,其他处理间没有差异;PMC处理的细菌PLFAs含量最高,BF处理的细菌PLFAs含量显著低于BIO和CS处理;PMC处理的真菌、革兰氏阳性和阴性细菌PLFAs含量显著高于BIO处理,BF与PMC处理差异不显著;PMC处理的放线菌含量显著高于CS处理,BF和BIO处理居于中间无显著差异。BF处理的Shannon-Winner多样性指数和真菌/细菌比值显著高于BIO处理,BF和PMC处理的革兰氏阳性/阴性细菌比值显著低于BIO处理。冗余分析(RDA)结果显示,土壤pH、全氮和有机质对土壤微生物各PLFA有极显著影响(P0.01),含水量和全钾有显著影响(P0.05)。【结论】生物炭和炭基肥长期施用明显改善了土壤理化性质;相较猪厩肥,施用生物炭不利于真菌和革兰氏阴性细菌的积累,而且施用生物炭和炭基肥对土壤微生物群落的影响不同,施用生物炭有利于细菌群落的繁殖,施用炭基肥有利于土壤真菌/细菌比和土壤微生物群落结构多样性的提高;土壤pH、全氮、有机质、含水量和全钾依次是影响土壤微生物群落的重要因子。     

生物炭与甲壳素配施对连作平邑甜茶幼苗及土壤环境的影响

【目的】研究生物炭与甲壳素配施对连作条件下平邑甜茶幼苗生物量、根系呼吸速率、根系保护酶和土壤环境的影响,为防治苹果连作障碍提供依据。【方法】盆栽条件下,以苹果常用砧木-平邑甜茶为试材,试验设苹果连作土壤作为对照(CK),用1‰甲壳素(w/w,T1)、2%生物炭(w/w,T2)、1‰甲壳素+2%生物炭(T3)以及溴甲烷灭菌(T4)处理苹果连作土壤,共5个处理。采用常规方法测定不同处理对平邑甜茶幼苗生物量、根系呼吸速率及根系抗氧化酶活性的影响,同时用末端限制性片段长度多态性(T-RFLP)和实时荧光定量PCR测定不同处理土壤中真菌群落结构和尖孢镰刀菌数量。【结果】T3和T4可显著增加平邑甜茶幼苗株高、地茎和干鲜重,T3使平邑甜茶幼苗的株高、地径、鲜重、干重分别增加了44.6%、33.0%、76.8%和77.1%,T4各指标分别增加了73.1%、76.9%、117.0%和123.7%;与对照相比,不同处理均使根系呼吸速率明显提高,T1、T2、T3和T4处理的幼苗根系呼吸速率分别是对照的1.37、1.70、1.87和2.02倍;T4处理超氧化物歧化酶(SOD)活性最高,其次为T3处理,T2和T1处理也增加了SOD活性,所有处理都与对照达到了显著差异;过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性变化与SOD变化趋势一致,T4处理根系POD和CAT活性分别为对照的2.68和2.64倍,其次为T3,3种酶活分别为对照的2.52和2.18倍;与对照相比,T2、T3和T4均可显著降低根系丙二醛(MDA)的含量,分别为对照的82.0%、61.9%和43.1%。T2和T3明显提高细菌数量,细菌/真菌比值分别是对照的1.7和2.2倍,溴甲烷灭菌(T4)则使土壤中的细菌、真菌显著降低,但是真菌降低的数量大于细菌的,因此,细菌/真菌比值高于对照;T4具有最高的多样性、丰富度和均匀度指数,分别比对照增加了24.4%、41.3%和13.6%,其次是T3处理;溴甲烷灭菌、生物炭配施甲壳素处理土壤中尖孢镰刀菌基因拷贝数均显著低于连作土,说明连作土壤中尖孢镰刀菌为主的有害真菌数量明显减少;与对照相比,T3土壤中根皮苷、根皮素、肉桂酸、对羟基苯甲酸和间苯三酚含量分别降低了28.1%、30.6%、50.8%、33.6%和46.2%。【结论】生物炭与甲壳素配施相较于单施生物炭或者甲壳素,能更好的提高连作条件下平邑甜茶幼苗的生物量、根系呼吸速率和根系保护酶活性。并且二者配合施用优化了连作土壤的真菌群落结构,增加了土壤细菌/真菌比值,降低了土壤中尖孢镰刀菌基因拷贝数,减少了酚酸类物质含量。因此,生物炭配施甲壳素能更好地缓解苹果连作障碍。     

脯氨酸缓解酸性土壤上小白菜铝毒胁迫的效应及其潜在机制

为了研究不同浓度外源脯氨酸(Pro)对酸性土壤上小白菜铝(Al)毒胁迫的效应及其潜在机制,以小白菜为试验材料,通过酸性土壤盆栽试验,利用不同浓度外源Pro,设置T_1(0 mmol·L~(-1)Al+0 mmol·L~(-1)外源Pro)、T_2(27 mg·kg~(-1)Al+0 mmol·L~(-1)外源Pro)、T_3(27 mg·kg~(-1)Al+10 mmol·L~(-1)外源Pro)、T_4(27 mg·kg~(-1)Al+20 mmol·L~(-1)外源Pro)、T_5(27 mg·kg~(-1)Al+50 mmol·L~(-1)外源Pro)共5个处理,对小白菜生理特性和土壤性质进行研究。结果表明:与T_1相比,Al胁迫下小白菜的产量、抗氧化酶活性以及土壤pH值明显降低,其中,产量降低了约10.6%,土壤pH值降低了0.75个单位;此外,叶片丙二醛和Al含量以及土壤活性Al总量明显升高,其中,小白菜叶片Al含量和土壤活性Al含量分别增加了24.3%和15.3%,对小白菜产生明显胁迫作用,抑制其生长;相对于Al处理,施用不同浓度外源Pro可以明显增加小白菜产量,T_3、T_4和T_5分别增加了29.3%、38.4%和65.2%,抗氧化酶活性也显著提高,而叶片丙二醛和Al含量以及土壤活性Al含量显著降低,T_3、T_4和T_5叶片Al含量分别降低了20.4%、45.6%和49.8%,说明不同浓度外源Pro均能缓解Al对小白菜的胁迫作用。研究表明,外源Pro可缓解Al对小白菜胁迫作用,且缓解效果为T_5T_4T_3,50 mmol·L~(-1)外源Pro缓解效果较好。     

生物炭对土壤理化性质及作物生长的影响

通过大田试验研究了生物炭对红壤改良及青菜生长和产量的影响。结果表明:生物炭对青菜株高及产量增加有促进作用,施加生物炭可以提高土壤有机碳含量,而对土壤有效氮、磷、钾影响较小。     

生物炭对土壤固定铜及动植物行为的影响

通过表观吸附、小白菜盆栽、蚯蚓培养试验,研究了700℃玉米秸生物炭不同的施加量(0.5％、1％、2％、5％)对铜的固定、小白菜生物量和铜富集以及蚯蚓SOD活力的影响,以期确定合适的生物炭施加量.吸附试验结果表明,施加生物炭可明显地增加未污染土壤对铜的表观吸附能力.与对照相比,施加生物炭后外源铜污染土壤pH增加了0.21～1.05个单位,有机质含量增加了4.8～23.13 mg/kg,铜形态发生钝化,小白菜可食部铜浓度由89.2 mg/kg下降至80.5～38.6 mg/kg,可食部铜含量(可食部干重与铜浓度的乘积)由0.149 mg下降至0.141～0.097 mg.生物炭降低铜的生物有效性的效果随着施加量的增加而更明显.不过,相对于2％施加量的处理,施加5％的生物炭后,发现小白菜产量降低和蚯蚓SOD活力增加,表明施加高量生物炭会对小白菜和蚯蚓产生胁迫.     

酸性土壤中活性铝的形态与铝毒

对湖北省威宁地区不同农业利用下，第四纪沉积物母质发育的１５个棕红壤土样，进行了小麦生长盆栽试验；离心法提取土壤溶液，并分别和连续用０．０２ｍｏｌ／ＬＣａＣｌ２１ｍｏｌ／ＬＫｃｌ，ｐＨ４．８ＮＨ４Ａｃ和０．５ｍｏｌ／ＬＣｕＣｌ２溶液提取土壤铝。     

磷矿粉缓解酸性土壤铝毒的研究

 用培养试验研究了贵州昆阳磷矿粉（GPR）、湖南黄荆坪磷矿粉（HPR）和湖北荆襄磷矿粉（JPR）与酸性土壤混合培养后，对小麦幼苗根生长和土壤化学性质的影响。结果表明：⑴三种磷矿粉与供试土壤混合培养后，均可使土壤上生长4天的麦苗根长度增加，与对照土壤上麦苗根长相比，统计结果相差极显著。⑵土壤经磷矿粉处理后，Ph值增高，易溶性钙（用0.015mol/LKCl提取）和交换性钙含量增加。易溶性铝含量降低，表明施用磷矿粉有供钙、缓解铝毒和促进小麦幼苗根系生长的作用。⑶测定了不同处理土壤的溶液离子组成，初步探讨了磷矿粉缓解铝毒的原因。这些结果为我国中、低品位磷矿粉的直接施用提供了依据。     

施用生物炭对红壤中不同形态钾含量及小白菜生长的影响

为研究施用生物炭对南方红壤不同形态钾含量及小白菜生长的影响,采用盆栽试验,设置0%C(CK)、1%C、2%C、4%C和正常施用钾肥(K)5个处理,并土培种植"热绿二号"小白菜。结果表明:与对照(CK)相比,土壤中水溶性钾、交换性钾、非交换性钾的含量在施用生物炭后分别提高12.6%～51.8%、13.3%～43.5%、10.3%～26.1%。4%C处理相比施用正常水平钾肥对各种形态钾增加量最接近。土壤pH、速效磷、速效钾和有机质含量显著提高,其中pH增加0.06～0.25;同时,阳离子交换量、交换性钙、镁含量也显著提高,而交换性铝含量显著降低,降幅达到87%～98%。此外,施用生物炭提高了小白菜的生物量、叶片数、株高和鲜质量等农艺性状。     

添加生物炭对土壤镉形态和小白菜镉吸收的影响

为了深入研究生物炭对土壤镉(Cd)形态及对小白菜吸收镉的影响,研究采取盆栽试验,将小白菜种植于镉污染土壤中,通过添加不同质量分数的生物炭进行培养试验。试验共设CK(不添加生物炭)、T1(添加2%的生物炭)及T3(添加4%的生物炭)三个处理,每个处理进行三次重复。试验结果表明：添加生物炭可以显著提高供试土壤的pH,T1、T2处理可分别将土壤pH提高0.58、0.80个单位;随着生物炭添加量的增加,土壤中弱酸提取态镉与可还原态镉的含量降低,而可氧化态镉与残渣态镉的含量增加,且T2处理与T1处理相比效果更显著;添加生物炭可以显著减少小白菜吸收镉的量,T1和T2处理可以分别使小白菜对镉的吸收降低41.67%和75.00%。总的来说,添加生物炭可以降低土壤中有效态镉的含量并显著降低小白菜对镉的吸收量,是一种降低土壤镉危害、提高小白菜的食品安全性的有效方法。     

腐植酸共聚物对赤红壤中活性铝的影响

研究了以合成腐植酸、丙烯酰胺、丙烯酸共聚物作为土壤结构改良剂改良赤红壤后，其土壤中活性铝的形态及含量变化．结果表明，该共聚物可抑制土壤中铝的活性，改良后的土壤活性铝的存在形态有所改变，活性铝的含量减少，土壤的pH提高．     

模拟降水条件下生物炭对酸性红壤理化性质的影响

【目的】明确降水条件下生物炭对红壤理化性状的影响。【方法】采用室内模拟降水的方法,将以花生壳为原料在400℃热解制备的生物炭施入红壤,在气温25-30℃、单次降水量20 mm条件下进行连续试验约20 d,分析生物炭对施肥和未施肥红壤的速效钾（SAK）、速效磷（SAP）、铵态氮（SAN）、硝态氮（SAN）、有机碳（SOC）、活性铝（SAA）以及pH值在降水前后的变化。共设8个试验处理：未施肥+未施C（CK）、未施肥+1%生物炭（C1）、未施肥+2%生物炭（C2）、未施肥+3%生物炭（C3）;施肥+未施C（F）、施肥+1%生物炭（FC1）、施肥+2%生物炭（FC2）、施肥+3%生物炭（FC3）。施肥土壤施用KH₂PO₄ 0.14 g·kg^-1、KNO₃ 0.51 g·kg^-1、NH₄NO₃ 0.80 g·kg^-1和Ca(NO₃)₂ 0.95 g·kg^-1。【结果】施用生物炭的红壤,其速效钾、速效磷、硝态氮、铵态氮、活性铝、有机质和pH等指标在降水后均有较大变化,且不同生物炭用量对红壤理化性质的影响存在较大差异。施用3%生物炭时,土壤理化性质在降水前后变化最为显著,C3处理的pH值比CK处理提高了0.60个单位,速效钾的下降幅度比CK少9.5%,速效磷、硝态氮的下降幅度分别比CK高出33.2%和40.5%,有机碳和铵态氮则没有明显变化,活性铝下降了91.1%。而降水后FC3处理的pH值比F处理提高了1.09个单位,速效钾的下降幅度比对照少10.3%,速效磷和硝态氮的下降幅度分别比F处理高23.4%和21.9%,有机碳和铵态氮的增幅分别比F处理高23.6%和5.4%,活性铝下降了94.8%。【结论】在降水条件下,生物炭有利于酸性红壤保持适宜的速效钾含量,提高土壤pH值和有机碳含量,以及能大幅降低土壤活性铝浓度,且对施肥后酸性红壤理化性质的影响更明显。     

生物炭和石灰对红壤理化性质及烟草苗期生长影响的差异

我国南方红壤普遍存在酸性强、铝毒和有效养分含量低等特性,本文研究了生物炭和石灰对红壤理化性质及烟草生长的差异,为烟田红壤改良提供理论基础。采用盆栽试验,设置0、0.5%、1%、2%生物炭用量与传统石灰用量(0.3%)等5个处理,研究了其对红壤pH值、交换性铝和锰、有效态矿质养分含量,以及烟草农艺性状、烟叶矿质养分含量等的影响。结果表明:施用生物炭或石灰后,烟草株高、茎粗和叶片数目等农艺性状明显改善,生物量显著提高。0.5%和1%生物炭处理烟叶的N、P、K、Ca和Mg含量较对照处理明显提高,但2%生物炭处理,烟叶N含量比对照处理降低了9.3%。与对照处理相比,石灰处理中烟叶的N、P和Ca含量增加,K和Mg含量下降。施用生物炭和石灰均能够提高红壤pH值,降低其交换性铝含量;且施用生物炭土壤的碱解氮、速效磷、速效钾、交换性钙和交换性镁含量均高于对照处理;而石灰处理仅交换性钙含量增加,交换性锰含量则减少。因此,施用生物炭和石灰均能促进红壤中烟草的生长,并有效改善红壤的理化性状。     

生物黑炭还田对红壤旱地芝麻产量及土壤养分的影响

为探讨南方丘陵区芝麻种植过程中合理的有机培肥措施,通过不同用量的秸秆和生物黑炭还田试验,研究了其对芝麻产量以及土壤pH值、有机质和氮磷钾养分含量的影响。结果表明:与常规施肥相比,秸秆和生物黑炭处理的芝麻籽粒产量分别增加了42.7%~89.0%和75.6%~118.3%,秸秆产量分别增加了24.2%~39.3%和43.6%~61.9%;同时,施用秸秆或生物黑炭可以较好地改良土壤酸化情况,并提升土壤有机质和速效氮磷钾的含量,且生物黑炭的效果优于秸秆直接还田;在试验设置的用量范围内,生物黑炭施用量越大,作物增产幅度和土壤肥力提升幅度越高。     

红壤施用不同有机酸解铝毒效果的比较

以黑麦草为供试植物,进行了施用柠檬酸和草酸解除红壤铝毒的生物盆栽试验。结果表明,施用包膜有机酸比非包膜有机酸具有更好的解铝毒效果,其效果随施用浓度的增加而显著提高,且包膜柠檬酸比包膜草酸的效果更佳。     

红壤上小麦对磷肥的响应及其机理

缺磷是酸性土壤上作物生长的重要限制因子之一,但在研究酸性土壤磷缺乏问题时大多不顾及铝毒害的问题.本试验研究了小麦在红壤上对磷肥的响应特点,并主要从磷和铝相互作用的角度对其响应特点的原因进行了探讨.结果表明,在红壤上小麦对磷肥没有明显的响应;在磷铝交替处理条件下,铝在高磷下对小麦的毒害比低磷下更严重,提高供磷水平能促进铝在小麦根系中的累积.在高磷下铝对小麦毒害更为严重可能是小麦对磷肥表现不出明显响应的原因之一.     

生物黑炭对酸化茶园土壤的改良效果

采用田间试验,研究施用生物黑炭0(CK)、8、16、32、64t.hm-25个水平对酸化茶园土壤的改良效果。结果表明,施用不同用量的生物黑炭处理与CK处理相比,0～20cm土层土壤pH值提高0.19～1.72个单位,土壤交换性酸降低0.79～3.96cmol.kg-1,土壤盐基饱和度提高20.98%～173.67%,土壤阳离子交换量增加0.80～2.46cmol.kg-1;20～40cm土层土壤pH提高0.05～0.61个单位,土壤交换性酸降低0.20～2.14cmol.kg-1,土壤盐基饱和度提高27.72%～56.51%,土壤阳离子交换量增加0.57～1.12cmol.kg-1。土壤改良效果随生物黑炭施用量的增加而增大,且对0～20cm土层土壤的改良效果大于20～40cm土层土壤。施用生物黑炭各处理春茶鲜叶产量分别为CK的106.61%、105.62%、99.89%和99.23%,各处理及与CK间差异均不显著(P>0.05)。     

酸性土壤铝毒害研究进展与展望

铝是地壳中含量最丰富的金属元素，一般以无毒的固定态形式存在。随着土壤酸化加剧，铝毒害逐渐成为影响世界各地酸性土壤中作物生长的主要限制因素。本文聚焦于酸性土壤中各形态铝，围绕土壤中铝的来源和分类、各形态铝转化及酸性土壤中铝对植物的影响展开介绍，并展望了未来相关研究的发展方向，包括统一铝形态分类体系，统一铝毒害评价指标，规范各形态铝分离与检测方法，进一步建立酸性土壤铝毒害评价体系，最终推动国家农用地、建设用地等土壤铝污染风险管控标准的制定，以期为酸性土壤铝毒害带来的农业、生态、社会问题的解决提供依据。