不同产地油菜秸秆制备的生物质炭对红壤酸度和土壤pH缓冲容量的影响

  目的  明确不同产地油菜秸秆制备的生物质炭对红壤酸度的改良和土壤pH缓冲容量的提升效果。  方法  将不同添加量的油菜秸秆炭分别与两种酸性红壤混合,然后进行室内培养试验,测定培养实验前后土壤pH、pH缓冲容量、土壤交换性盐基离子和土壤交换性酸。  结果  添加油菜秸秆炭显著提高了土壤的pH、pH缓冲容量、交换性盐基离子含量,显著降低了土壤交换性酸含量。说明添加油菜秸秆炭不仅可以改良红壤酸度,还能提高红壤的抗酸化能力,因而可以减缓土壤的复酸化。生长在碱性土壤上的油菜秸秆制备的生物质炭对红壤酸度的改良效果和对土壤pH缓冲容量的提升效果均优于生长在酸性土壤上的油菜秸秆制备的生物质炭,在5%添加水平下,前者使湖南红壤pH相比对照提高37.4%,后者使该土壤的pH提高22.4%;相应地,2种生物质炭分别使该土壤的pH缓冲容量分别提高41.4%和37.3%。2种油菜秸秆炭对红壤pH和pH缓冲容量的提升效果与其碱含量和表面官能团多少相一致。  结论  碱性土壤上生长的油菜秸秆制备的生物质炭对红壤具有更好的改良效果。     

不同地区油菜秸秆制备的生物质炭对酸性红壤的改良效果

从江西鹰潭、安徽宣城、江苏南京和淮阴等4个地区收集油菜秸秆,在500℃下厌氧热解制备生物质炭,比较生物质炭的pH、盐基离子和碳酸盐含量的差异,并在20g/kg加入量下考察其对安徽宣城pH4.1的酸性红壤改良效果。结果表明,江西鹰潭油菜秸秆炭pH、盐基离子和碳酸盐含量最低,安徽宣城油菜秸秆炭次之,江苏淮阴和南京油菜秸秆炭的相应参数值最高。当用这4种油菜秸秆炭改良土壤酸度时,改良效果表现为江苏淮阴>江苏南京>安徽宣城>江西鹰潭,与生物质炭pH、盐基离子和碳酸盐含量一致。因此,利用秸秆生物质炭改良土壤酸度时,不仅需要考虑炭化条件和秸秆类型,作物的产地差异也需要进行考量。     

钢渣与生物质炭配合施用对红壤酸度的改良效果

采用厌氧热解方法制备污泥生物质炭和花生秸秆炭,研究了钢渣和生物质炭单独施用及配合施用对红壤酸度的改良效果,结果表明,钢渣、花生秸秆炭和污泥生物质炭均含有一定量的碱性物质,向红壤中添加钢渣和生物质炭可以中和土壤酸度,提高土壤pH,增加土壤交换性盐基阳离子含量,降低土壤交换性铝含量.90天培养实验结束时,这3种改良剂分别使土壤pH相对对照提高1.10、0.72和0.48.钢渣与花生秸秆炭配合施用对土壤酸度的改良效果最好,使土壤pH相对对照提高2.14,单施污泥生物质炭的改良效果最小.钢渣和生物质炭含一定量的养分元素,添加钢渣和生物质炭可以同时改善土壤肥力.钢渣含丰富的钙,添加钢渣使土壤交换性钙含量增幅最大,相对对照增加4.5倍;添加花生秸秆炭使土壤交换钾增加最显著,相对对照约增加7倍;污泥生物质炭含丰富的磷,添加污泥生物质炭使土壤有效磷增加最显著,相对对照增加5.4倍.添加钢渣和2种生物质炭均显著提高了土壤交换性镁含量,将钢渣与生物质炭配合施用,土壤交换性镁含量的增幅更大.由于钢渣和2种生物质炭的碱含量和养分含量各有特点,因此可以根据土壤酸度状况和养分含量选择将钢渣与不同生物质炭配合施用,以达到既能最大限度中和土壤酸度又能补充土壤所必需养分的目的.     

添加生物质炭对黄棕壤和红壤上油菜生长的影响

通过盆栽试验,探究施用不同比例的生物质炭对黄棕壤和红壤理化性质和油菜生长发育的影响。结果表明:黄棕壤和红壤在添加1%生物质炭后,两者的pH值、有效磷、速效钾、有机质含量均比对照显著增加。油菜根、茎、叶、角果、籽粒等干物重均增加,其中黄棕壤上油菜籽粒产量比对照提高114.8%,达到显著水平。添加生物质炭后,两种土壤上油菜各部位氮含量均有所下降,磷含量也呈降低趋势,钾含量则有所升高,其中红壤上油菜的变化幅度较黄棕壤显著。由于油菜干物重增加,两种土壤上油菜氮磷钾积累量在加入生物质炭后也有明显地提高。因此,施用1%生物质炭可以促进油菜生长,并有助于油菜对磷、钾等养分的吸收。     

秸秆生物质炭对红壤酸度的改良作用:回顾与展望

回顾了近年来用秸秆生物质炭改良红壤酸度和钝化污染红壤中重金属等方面的研究进展,并对该领域未来的发展趋势作简要展望。     

生物质炭施用量对土壤性状和番茄产量品质的影响

本试验以南方地区设施黄棕壤为供试土壤,樱桃番茄为试验材料,通过测定土壤有机碳、速效养分、酶活性以及番茄的产量品质等指标,研究生物质炭施用量对菜田土壤性状及樱桃番茄产量与品质的影响,为在蔬菜栽培中合理使用生物质炭提供依据.试验设3个生物质炭施用量处理,分别为200(T1)、400(T2)、600 kg/667m2(T3),以不施用生物质炭处理为对照(CK).研究结果表明:施用生物质炭能提高土壤有机碳、碱解氮、速效磷和速效钾含量.在番茄生长前期,以T1处理的土壤蔗糖酶活性最高,但3个处理的脲酶和中性磷酸酶活性与对照的差异不显著;到生长后期,T1处理的蔗糖酶活性依然保持最高,脲酶和中性磷酸酶活性也逐渐提高且高于对照及其他处理.生物质炭可提高番茄单株坐果率,降低单株僵果率,以T1处理的单株坐果率最高,T3处理的单株僵果率最低.3个生物质炭施用量均可提高番茄产量,折合单位面积产量分别为5157.99、4539.05和4610.31 kg/667m2,分别较对照增产20.44%、5.99%和7.65%,以T1处理产量最高.在本试验中,以生物质炭施用量为200 kg/667m2的增产效果最好.     

生物质炭施用量对旱地酸性红壤理化性质的影响

我国南方旱地酸性红壤区,土壤酸化与干旱等问题突出。近几年生物质炭在土壤改良方面的研究应用已有较多的文献报道,但针对南方旱地酸性红壤区土壤改良方面的研究与应用相对较少。对此,本研究设置了生物质炭施加量分别为1%、2%、3%、4%及对照CK共5个处理,每个处理5次重复的室内盆栽试验;每盆一次性均匀浇洒1 L蒸馏水后在温室内自然放置,模拟干旱30 d,随后测定土壤含水量、p H、电导率与氮、磷含量。结果表明:土壤pH、电导率、有效磷含量随生物质炭施加量的增加而显著提高,NH₄⁺-N含量降低,而NO₃^–-N含量无显著影响;模拟干旱后的土壤含水量与生物质炭施加量呈二次函数曲线关系,施加低量生物质炭(1%)显著降低了土壤含水量,而高量生物质炭(4%)的施加则使土壤含水量显著提高。本研究为生物质炭在我国南方旱地酸性红壤区土壤改良方面的应用提供了试验依据。     

生物质炭对旱地红壤理化性状和作物产量的持续效应

以江西进贤旱地红壤为供试土壤,连续3a观测施用生物质炭(0t/hm2,2.5t/hm2,5t/hm2,10t/hm2,20t/hm2,30t/hm2和40t/hm2)后土壤容重、孔隙度、饱和导水率、土壤pH、有机碳、阳离子交换量及油菜和红薯产量的变化。结果表明:生物质炭连续3a降低土壤容重,提高了土壤孔隙度和土壤饱和导水率,提升了土壤pH,增加了土壤有机碳和阳离子交换量;油菜和红薯产量均随生物质炭施用量的增加而增加,且红薯产量增幅大于油菜。随种植年限的延长,作物产量增幅越大。高施用量(40t/hm2)处理在旱地红壤上的改良效果和增产效应最好,施用生物质炭后第3a其土壤容重下降了0.17g/cm3,土壤孔隙度和饱和导水率分别增加了11.71%和126.57%,土壤pH、有机碳和阳离子交换量分别提高了7.25%,47.88%和44.61%,油菜和红薯产量分别增加了1.23t/hm2和14.83t/hm2。在连续3a内,旱地红壤施用生物质炭对改善土壤理化性状,维持作物增产具有持续效应,为生物质炭在红壤地区的大规模推广应用提供了科学依据。     

生物质炭改良土壤研究进展

综述了生物质炭的生产原料和基本性质,分析了生物质炭对改善土壤理化性质的作用、改善土壤微生物环境的作用、土壤重金属和有机污染的修复作用等原理及应用,并对其在土壤改良中的应用进行了展望。     

生物质炭对设施大棚土壤性质与果蔬产量影响的整合分析

【目的】设施大棚是果蔬的重要生产基地,量化和评估生物质炭在设施栽培中的应用效果,对生物质炭在设施大棚的推广应用具有重要的实践价值。【方法】通过文献收集并建立数据库,共获得典型设施大棚或温室环境条件下相对独立的匹配数据214组,采用数据整合分析 (Meta-analysis) 方法,定量分析生物质炭特性 (原料、制备温度、C/N、pH) 与管理措施 (施用量与施用时长) 对果蔬产量、土壤理化性质的影响程度。【结果】设施条件下施用生物质炭可显著提高土壤pH,且土壤有机碳、氮、磷等均有不同程度的增加。果蔬增产效应显著,其中,叶菜类、块茎类、果菜类以及豆类产量分别增加23.9%、43.3%、60.6%和79.5%。低量施用 (< 10.0 t/hm2) 平均增产30.8%,高量施用 (10.0～80.0 t/hm2) 增产14.0%～27.4%。施用生物质炭前6个月增产效果显著,最高可达30.4%,超过6个月,增产效果不显著。不同制备生物质炭的增产效果也存在一定差异,畜禽粪便类 (66.4%) > 秸秆类 (31.2%) > 木材类 (19.0%) > 壳渣类 (5.9%)。制备温度低于600℃的生物质炭增产20.4%～36.5%,超过600℃时增产效果不显著。当原料生物质炭C/N值 < 100时,增产19.3%～49.1%,且随C/N值的增加增产效果呈降低趋势。当生物质炭呈碱性时 (pH 9～10) 增产效果最佳。【结论】生物质炭类型及施用量是影响设施土壤肥力与果蔬产量的关键因素,低温 (400～500℃下) 制备的生物质炭增产效果显著,建议施用量控制在10.0 t/hm2以下且间断性施用,可降低成本,提高经济效益。     

Amelioration Effects of Crop Residues with Different Chemical Components on an Acidic Tea Garden Soil

Various crop residues were applied to a strongly acidic tea garden soil to investigate their performance in ameliorating soil acidity. A laboratory study found the performance of crop residues on soil acid amelioration was mainly determined by the combined effect of nitrogen (N) transformation, cation exchange, and ash alkalinity. Nitrogen transformation was varied for different crop residues added, but followed N regulation, resulting in an adverse liming effect. It was assumed that during the release of ash alkalinity, cations replaced soil exchangeable acidity in soil solution, which largely diminished the liming effect of ash alkalinity. That was why soil pH was highly correlated with N transformation process. Furthermore, soil pH was positively correlated with carbon (C)/N ratios of crop residues both in low-level treatment (R ² = 0.955) and in high-level treatment (R ² = 0.981). Therefore, crop residues with relative high C/N ratios were considered to be more suitable for long-term pH adjustment of tea garden soils.     

黑土农田极端侵蚀对土壤质量及作物产量的影响

在黑土层厚度为30cm、过渡层(母质层)厚度为40,70cm下的坡耕地上,采用人为剥离0,30,70cm土层以及沉积30,70cm土层,建立田间模拟试验小区,研究了黑土坡耕地极端侵蚀对土壤理化性质及玉米籽实产量的影响。结果表明:与无侵蚀处理相比,表土剥离30,70cm、沉积30,70cm处理均导致耕层(0—20cm)土壤容重、质量含水量和储水量显著增加,土壤孔隙度、0.25mm水稳性团聚体含量、团聚体平均重量直径、几何平均直径、田间持水量、饱和含水量及养分含量均显著降低;表土剥离30,70cm处理下玉米产量分别减产42.1%和52.6%;沉积30cm处理下玉米产量与无侵蚀处理间没有显著性差异,而沉积70cm处理下显著减产12.4%。极端侵蚀无论是表土剥离还是沉积均导致土壤质量的下降,致使全坡面耕层土壤供肥保肥能力降低,最终造成玉米减产。     

炭化生活污水污泥对酸化红壤的改良效果

从南京市、马鞍山市和丹阳市的3个污水处理厂采集污泥,在500℃下热解制备炭化污泥,测定了污泥和炭化污泥的性质和重金属含量,研究了污泥和炭化污泥对酸性红壤改良效果,并探讨了炭化污泥中重金属的环境风险。结果表明,污泥和炭化污泥中含有一定量的碱,添加炭化污泥可提高红壤的p H和交换性钙、镁和钾含量,降低土壤交换性铝和交换性H+含量。但污泥中大量铵态氮的硝化作用释放质子,抵消了污泥对红壤酸度的改良作用。添加污泥和炭化污泥提高了土壤有机碳、有效磷和速效钾的含量,提高了土壤肥力。污泥炭化后重金属含量有所增加,但大部分重金属的有效态含量下降,说明热解过程可以降低部分有毒重金属的活性。与对照相比,添加炭化污泥会增加土壤中部分重金属有效态含量,特别是有效态锌含量显著增加,因此炭化污泥农业利用存在一定的环境风险。建议将炭化污泥用于酸化的森林红壤的改良。     

Ameliorating Effects of Fungus Chaff and Its Biochar on Soil Acidity

A biochar was generated from fungus chaff at 300 °C, and the ameliorating effects of fungus chaff and its biochar on an acidic Ultisol were compared using incubation experiments. Incorporation of fungus chaff and its biochar significantly increased soil pH and soil exchangeable base cations but decreased soil exchangeable acidity. The ameliorating effect was greater for the biochar than the fungus chaff, and thus the biochar was a better amendment for acidic soil than its feedstock of fungus chaff. The biochar ameliorated soil acidity mainly through the release of its contained alkaline substances, while fungus chaff increased pH of acidic soils through two mechanisms: release of alkaline substances and inhibition of soil nitrification. The incorporation of fungus chaff increased soil-available organic carbon and thus accelerated the microbial assimilation of inorganic nitrogen, while incorporation of fungus chaff biochar enhanced nitrification due to increased soil pH.     

有机物料对强酸性茶园土壤的酸度调控研究

通过室内培养的方式,研究了不同添加剂量下,不同C/N与灰化碱含量的有机物料对酸性茶园土壤的改良能力.试验结果表明:有机物料的添加可以有效地减少土壤交换性酸、铝饱和度,增加土壤交换性碱基,但是在调节土壤pH能力上并非一定有效.初始阶段,“灰化碱”的释放与有机氮的矿化提高了土壤的pH,随后pH由于硝化作用出现不同程度的下降.C/N高的作物秸秆(小麦和水稻秸秆)能够有效地抑制硝化,使pH下降幅度较小;而C/N低的作物秸秆(花生秸秆和菜籽饼)促进硝化,使pH大幅度下降.最终土壤pH与其C/N呈正相关性(y=0.00343x+4.14,r=0.977),而与其灰化碱含量无关.并且随着秸秆添加剂量的加大,C/N高的作物秸秆最终调剂pH的能力是显著提高的(P＜0.05),而C/N低的作物秸秆最终调剂pH的能力没有显著提高(P＜0.05).因此,C/N高的作物秸秆可能更适合土壤酸度的长期调节,与其相关的田间试验需要进一步进行证实.     

有机物料施用对旱地红壤作物产量和有机质活性组分的影响

为了探讨不同有机物料施用对作物产量和土壤有机质活性组分的影响,以达到农田增产和土壤培肥的目的,本研究依托2015年在江西省红壤研究所布置的田间施肥试验,设置不施肥(CK)、常量化肥(CF)、减量化肥(RF)、减量化肥配施秸秆(RFR)、减量化肥配施生物黑炭(RFB)、减量化肥配施猪粪(RFP)、减量化肥配施蚓粪(RFV)7种不同施肥处理,研究减量化肥40%条件下配施不同有机物料对作物产量及耕层土壤有机质活性组分的影响。结果表明:在红薯-油菜轮作制度下,减肥配施有机物料处理的作物产量较常量化肥处理都有不同程度的增加,其中RFP、RFV处理油菜籽产量显著高于CF处理(P0.05);减肥配施有机物料处理的土壤微生物生物量有机质(MBOM)、水溶性有机质(DOM)、颗粒性有机质(POM)、易氧化有机质(LOM)含量均高于CF处理,其中油菜季POM含量较红薯季有明显的提升;相关性分析表明,经过两季的施肥处理,SOM和有机质活性组分与作物产量均呈显著正相关关系(P0.05),MBOM、POM、LOM与SOM呈极显著正相关性(P0.01)。可见,不同有机物料替代部分化肥,可以一定程度提高作物产量,更重要的是可以促进土壤有机质活性组分的提高,对于土壤培肥至关重要。