生物质炭对黄瓜连作土壤理化性状、酶活性及土壤质量的持续效应

【目的】 探讨不同生物质炭施用量对连作黄瓜根区土壤环境的作用效果,为用生物质炭修复黄瓜连作土壤以及在农业中的推广应用提供科学依据。 【方法】 以如皋市农业科学研究所大棚示范区为试验基地,一次性向设施农田土壤中添加0 (CK)、5 (C1)、10 (C2)、20 (C3)、30 (C4)、40 (C5) t/hm2的生物质炭,通过连续两年温室定位试验,测定生物质炭施用后黄瓜连作根区土壤的物理性状、养分含量及酶活性的变化状况,采用土壤质量指数 (SQI) 评价不同生物质炭施用量对黄瓜连作两季后土壤质量的影响。 【结果】 随着生物质炭施用量的增加,第一季与第二季黄瓜根区土壤的理化性状变化趋势一致,具体表现为容重不断降低,土壤孔隙度、饱和含水量、田间持水量、饱和导水率、有效磷及有机质含量不断升高,且当生物质炭施用量为30 t/hm2(C4处理) 时,土壤中全氮、硝态氮和铵态氮含量最高。与CK相比,生物质炭的施用可以减少黄瓜根区土壤 < 0.25 mm粒径的微团聚体含量,而增加 > 0.25 mm粒径的大团聚体含量,土壤中0.25～0.5 mm和0.5～1 mm粒径的团聚体含量都在高施用量 (40 t/hm 2) 处理中达到最大值。生物质炭施用后的连续两季,黄瓜根区土壤中脲酶与过氧化氢酶活性均随生物质炭施用量的增加呈先增加后降低的趋势,其活性分别在生物质炭施用量为30 t/hm2和20 t/hm2时最大。当生物质炭施用量为30 t/hm2时,两季黄瓜产量都达到最高,分别为3.24 × 104 kg/hm2和6.18 × 104 kg/hm2。通过土壤质量指数 (SQI) 对生物质炭施用后两季黄瓜土壤质量进行评价可知,不同生物质炭施用水平下土壤质量指数依次为C4 > C5 > C3 > C2 > C1 > CK,相应的土壤质量指数分别为0.774、0.740、0.728、0.650、0.635、0.583。 【结论】 施用生物质炭对黄瓜连作田土壤的理化性状和酶活性均有显著影响,高施用量 (40 t/hm2) 条件下对土壤物理性状改善效果最好,当生物质炭施用量为30 t/hm2 (C4处理) 时对黄瓜连作根区土壤的养分含量提升效果最佳。SQI可以客观定量地评价生物质炭施用对连作黄瓜根区土壤质量的影响,其分析结果表明改善黄瓜连作土壤环境的最佳生物质炭施用量为30 t/hm2。      

生物质炭对土壤养分及设施蔬菜产量与品质的影响

【目的】 我国是世界最大的温室蔬菜生产国,但随着种植年限的增长,温室设施栽培中土壤次生盐渍化、蔬菜品质降低及作物减产等问题日益突出。本文以生物质炭为土壤改良剂施用于温室大棚蔬菜栽培中,分析其对蔬菜生长和土壤养分供应的影响,从而探索一种绿色可持续发展的设施农业生产方式。同时,也为生物质炭在大棚蔬菜栽培中的合理施用提供依据。 【方法】 采用田间试验方法,以温室大棚西芹和茄子为研究对象,试验共设5个生物质炭施用水平,分别为0、20、40、80和160 t/hm2,依次记为B0、B20、B40、B80和B160处理。分析了蔬菜产量、西芹植株硝酸盐含量、茄子维生素C含量及过氧化氢酶活性和土壤养分含量。 【结果】 与B0相比,B20和B160处理能够提高西芹产量,增产幅度分别达31.6%和30.3%,B40和B80处理对西芹产量无显著影响;B20处理对西芹硝酸盐含量无显著影响,B40、B80和B160处理显著降低了西芹植株硝酸盐含量,降低幅度分别达37.0%、37.2%和49.1%,但处理间差异不显著。施用生物质炭对茄子产量、茄子维生素C含量与过氧化氢酶活性影响不显著,当施用量达160 t/hm2时,反而抑制了茄子果实氮、磷养分积累。与B0相比,施用生物质炭有效增加了西芹收获后土壤速效钾含量,其中,B80和B160处理增加幅度分别为95.8%和196.2%;茄子收获后,B160处理土壤速效钾增加幅度达165.5%。施用生物质炭对土壤有效磷含量无显著影响,对土壤碱解氮含量的影响较为复杂,即对西芹收获后土壤碱解氮含量影响不显著,却降低了茄子收获后土壤碱解氮含量,其中,B40、B80和B160处理降低幅度分别达11.7%、10.0%和20.3%。经济效益分析表明,B20处理温室大棚经济收益最高,与B0相比纯收入增加9.4%;随着生物质炭施用量增多,肥料投入成本加大,B160处理收益最低。 【结论】 在本试验条件下,生物质炭用量为20 t/hm2时增产效果最好,且温室大棚收益最高,而对蔬菜品质无显著影响;当其施用量为40 t/hm2时能显著降低西芹硝酸盐含量。因此,需要继续研究生物质炭施用量在20～40 t/hm2之间的最适量,达到既能提高蔬菜产量又能改善品质的目的。      

小麦产量及土壤性状对施用生物质炭的量化响应

  【目的】  生物质炭作为一种新型的土壤改良材料,其增产效应已有很多报道。量化评估生物质炭对小麦产量和麦田土壤性状的影响,为生物质炭在小麦生产中应用推广奠定基础。  【方法】  本研究数据来源于知网、Web of Science和维普文献数据库,以“生物质炭”、“Biochar”和“小麦”为主要关键词检索文献,共获得国内外公开发表的59篇相关试验的文献和227组数据。采用整合分析方法 (meta-analysis),定量分析生物质炭在不同田间管理措施、不同土壤条件、不同生物质炭特性下对小麦产量的影响及麦田土壤性状对施用生物质炭的响应。  【结果】  我国施用生物质炭能使小麦产量平均提高11.7%。施用生物质炭的增产效应在质地疏松的壤土 (16.0%) 和6.5 ≤ pH < 7.5 (17.1%) 的田块最显著;不同原料生物质炭的增产效果存在一定差异,木本材质 (29.3%) > 玉米秸秆 (10.7%) > 小麦秸秆 (8.1%) > 水稻秸秆 (5.9%)。不同管理措施下施用生物质炭的增产效应具有差异,雨养区 (15.7%) > 灌溉区 (4.9%)。随氮肥施用量的增加,生物质炭的增产效应逐渐降低,施氮量为0 ≤ N < 50 kg/hm2时,增产17.9%。施用生物质炭对前四季小麦增产效应显著,第四季之后,增产效应不明显,第一季 (17.2%) > 第三季 (13.4%) > 第四季 (9.4%) > 第二季 (7.3%);生物质炭施用量为10～25 t/hm2时增产效应最大 (14.9%)。施用生物质炭对麦田土壤全氮、全磷、全钾、硝态氮、铵态氮、速效磷、速效钾、有机碳、pH、土壤含水量、C/N、微生物量碳含量均有显著提高,有机碳 (38.4%) 含量变化最大。  【结论】  在不同管理措施、土壤理化性状下,施用生物质炭能显著提高小麦产量,改善土壤理化性质,但对土壤微生物量氮 (SMBN) 影响不显著。生物质炭的增产效应随施用后时间的延长不断减弱,其产量效应持续时间为4季作物。小麦生产过程中,生物质炭最佳施用量为10～25 t/hm2。     

生物质炭对集约化菜地N2O排放和蔬菜产量的影响

【目的】 本试验评价了生物质炭对菜地土壤温室气体排放和产量的长期效应。 【方法】 田间试验在江苏省南京市集约化种植菜地进行。共设置4个处理,分别为对照 (CK)、单施氮肥处理 (N)、施用氮肥 + 新生物质炭 (NC_F,C_F在2016年6月施用) 以及施用氮肥 + 4年陈化生物质炭 (NC_A,C_A在 2012 年6月施用)。生物质炭施用量为40 t/hm2。2016年11月至2017年11月连续种植4季蔬菜,分别为小青菜、空心菜、苋菜、菠菜,并伴有休耕期。每季蔬菜施氮量均为N 240 kg/hm2,其中空心菜收获三茬,在第一茬收获后按照N 240 kg/hm2 追肥一次。采用静态暗箱–气相色谱法测定N₂O浓度。 【结果】 观测期内各处理菜地N₂O排放主要集中在第二季和第三季,其单位产量N₂O排放量分别为0.038～0.131 kg/t和0.107～0.482 kg/t,而第一季和第四季的单位产量N₂O排放量分别是0.033～0.209 kg/t和0.007～0.070 kg/t。土壤温度和矿质氮变化未显著影响土壤N₂O排放通量;整个观测期内土壤充水孔隙度 (WFPS) 介于37%～93%之间,土壤含水量变化显著影响 (P < 0.01) 土壤N ₂O排放通量。与N处理相比,整个轮作周期内NC_F和NC_A处理N₂O周年累积排放量和周年排放系数均显著降低,两个施生物质炭处理之间差异不显著;NC_F处理N₂O周年累积排放量和周年排放系数降幅分别为35.6%和46.2%,NC_A处理降幅分别达38.8%和49.9%。与N处理相比,NC_F和NC_A处理均增加了集约化菜地蔬菜产量,增幅分别为4.6%和17.9%,NC_A处理达到显著水平,两个施生物质炭处理之间差异不显著。此外,NC_F和NC_A处理分别显著降低单位产量N₂O排放量49.8%和41.3% (P < 0.01)。 【结论】 在集约化菜地土壤中经4年陈化后的生物质炭仍然具有较强的减排和增产能力。与新施入的生物质炭相比,施用4年后的生物质炭增产效果更显著;施用生物质炭对集约化蔬菜生态系统减排和改善作物生产具有长期效应。      

生物质炭对酸性菜地土壤N2O排放及相关功能基因丰度的影响

【目的】 生物质炭显著影响土壤氧化亚氮 (N₂O) 排放,但关于其相关微生物机理的研究相对匮乏,尤其是生物质炭对酸性菜地土壤N₂O排放的微生物作用机理。本文通过研究氮肥配施生物质炭对酸性菜地土壤N₂O排放以及硝化和反硝化过程相关功能基因丰度的影响,探讨酸性菜地土壤N₂O排放与功能基因丰度的关系,阐释生物质炭对酸性菜地土壤试验N₂O排放的微生物作用机理。 【方法】 在田间一次性施入生物质炭 40 t/hm2,试验连续进行了3年,共9茬蔬菜。设置4个处理:对照 (CK)、氮肥 (N)、生物质炭 (Bc) 和氮肥 + 生物质炭 (N + Bc)。在施用后第三年,采集土壤样品进行室内培养,应用荧光定量PCR技术检测硝化过程氨氧化古菌 (AOA)、氨氧化细菌 (AOB) 功能基因amoA和反硝化过程亚硝酸还原酶基因 (nirK、nirS) 以及N₂O还原酶基因 (nosZ) 等相关功能基因丰度,同时监测土壤pH值、无机氮 (铵态氮、硝态氮) 含量及N₂O排放。 【结果】 与CK相比,生物质炭 (Bc) 处理的土壤有机碳 (SOC) 提高了27.1%,总氮 (TN) 提高了8.2%,amoA-AOB基因丰度显著降低了11.0%,nosZ基因丰度增加了21.2% (P < 0.05),N ₂O排放没有显著变化 (P > 0.05)。与CK相比,施用氮肥 (N) 显著降低土壤pH ( P < 0.05),显著增加土壤无机氮含量、 nirK、nirS和nosZ功能基因丰度以及土壤N₂O累积排放量 (P < 0.05)。与N处理相比,生物质炭与氮肥联合施用 (N + Bc) 处理显著增加 amoA-AOA、amoA-AOB、nirK、nirS和nosZ基因丰度,增幅分别为68.1%、39.3%、21.1%、19.8%、48.4% (P < 0.05),但 ( nirK + nirS)/nosZ的比值降低,同时N₂O累积排放量显著降低33.3% (P < 0.05)。室内培养期间N ₂O排放峰出现在1～5 d,N和N+Bc处理排放速率分别为 N 1.70 × 103和1.76 × 103 ng/(kg·h)。相关分析结果显示,N₂O排放速率与氧化亚氮还原酶的标记基因nosZ基因拷贝数 (P < 0.05)、NH ₄+-N含量 (P < 0.01) 呈显著正相关,与pH呈显著负相关 ( P < 0.01)。 【结论】 在菜地生态系统中氮肥和生物质炭联合施用可以有效缓解菜地土壤酸化,减少菜地土壤N₂O排放,主要归因于反硝化作用nosZ基因丰度增加,(nirK + nirS)/nosZ比值降低。      

生物质炭热解炭化条件及其性质的文献分析

【目的】因生物炭具有对土壤固碳减排和作物增产以及环境修复的作用，已受到国内外学者的广泛关注。本文回顾近年来生物质炭性质的相关研究，分析农业应用中生物质炭性质问题，阐述未来生物质炭性质研究发展趋势。【方法】收集了截至2015年12月文献出版物中402篇文献，对数据按生物质炭来源地区、生产 (制备) 条件和性质类别进行分类评价。【结果】1) 目前研究中应用的生物质炭68.2%为实验室制备，商业化生产比例只有22.9%；2) 生物质炭原料以林木为主，占44.3%，其次是农作物剩余物，占38.6%。作物秸秆制备的生物质炭以中国研究最多；3) 制备生物质炭的炭化温度范围在300～700℃ (91.4%)，400～600℃的温度范围以商业化生产中较常用；4) 生物质炭性质测定除总 (有机) 碳外，常测指标还包括pH、电导率、总氮、灰分和比表面积等，潜在污染物指标测定较少，而污泥炭中的重金属及植物源炭的多环芳烃潜在风险仍需研究；5) 生物质炭的研究制备原料基本上取决于该区域内可收集的废弃物，欧美地区主要关注林木生物质炭，亚洲等的发展中国家则着重研究秸秆生物质炭。【结论】与欧美国家相比，发展中国家的生物质炭商品化生产仍较薄弱。不同原料和温度生产的生物质炭性质和功能差别很大，以秸秆为原料、中温炭化的生物质炭各方面性质较为平衡，具备生物质炭大规模产业化的条件。此外，生物质炭性质的测试注重理化性状，对潜在风险污染物的分析普遍不足，亟需开发一个标准来规范生物质炭最小测试指标集和合适的测试方法选择。     

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。      

基于春玉米籽粒产量的渭北旱塬区农户施肥现状评价

【目的】 调查渭北旱塬区农户玉米产量与氮、磷、钾肥的施用量,分析评价农户产量水平及基于产量的玉米施肥状况,为指导该区域的科学施肥提供参考。 【方法】 于2013—2016年在渭北旱塬区东部的澄城、合阳、韩城、黄龙、蒲城等5个县 (市),实地入户调查680户农户玉米施肥量与产量。 【结果】 1) 农户玉米产量4年平均值为6000 kg/hm2,产量水平属于很低 (< 4200 kg/hm2)、偏低 (4200～5900 kg/hm2)、中等 (5900 ～7600 kg/hm2)、偏高 (7600～9300 kg/hm2)、很高 (> 9300 kg/hm2) 水平的农户数量分别占15.5%、26.9%、36.4%、14.4%、6.5%,低于中等水平农户占42.4%。2) 农户春玉米施氮量4年平均值为249 kg/hm2,其中施氮量属于很低 (< 76 kg/hm2)、偏低 (76 ～152 kg/hm2)、适中 (152～228 kg/hm2)、偏高 (228～304 kg/hm2) 和很高 (> 304 kg/hm2) 的农户数量分别占4.5%、11.6%、33.9%、35.3%和14.7%,并且施氮量很低的农户数量呈现出逐年减少趋势,由2013年的6.9%减少到2016年的2.8%。但施氮量偏高的农户呈现出增加趋势,由2013年的33.9%增加到2016年的37.1%。3) 农户春玉米施磷量处于一个较为适中的水平,4年平均磷肥施用量108～126 kg/hm2,平均值为118 kg/hm2,但施磷量很高 (> 160 kg/hm2) 的农户依然存在。4) 农户春玉米施钾量4年平均值为35 kg/hm2,钾肥施用量低于适中量 (52 ～78 kg/hm2) 的农户占85.3%。5) 低施氮、磷肥时,增加氮、磷肥施用,有良好的增产效果,随着氮、磷肥施用量的升高氮肥的增产效果明显降低,但施氮、磷再增高时,产量会出现下降趋势。6) 未发现施钾量与产量呈现出明显的关系,但高产量水平主要集中在钾肥施用量40～80 kg/hm2,适量施钾有利于获得较高的籽粒产量。 【结论】 渭北旱塬区农户玉米籽粒产量总体上仍然处于偏低水平,在施肥上氮肥过量施用与不足并存,并且过量施氮农户呈现增加的趋势;磷肥施用总体上合理,但不合理施磷农户仍然占有一定的比例;该区农户不重视钾肥的施用,但适量施钾有助于获得较高的籽粒产量,且有助于土壤的可持续利用。      

水生植物堆肥在太湖稻麦体系的适宜用量

【目的】 太湖流域水体及集约化水产养殖产生大量水生植物残体,制作堆肥是主要的利用途径。本文基于稻麦稳产与土壤培肥下,研究了水生植物堆肥农田适宜施用量,促进环太湖地区水体中植物残体的高效利用。 【方法】 2012—2016年连续4年在环太湖地区布置田间定位试验。以目前稻麦生长季尿素氮的常规施用量270和225 kg/hm2为基础,试验设7个处理,分别为:不施肥对照 (CK);施尿素氮 (U);施用水生植物堆肥,用量分别为尿素氮的1.0、1.5、2.0、2.5和3.0倍 (M_1.0、M_1.5、M_2.0、M_2.5和M_3.0)。测定了稻麦产量、氮磷钾吸收量、土壤养分及pH变化。 【结果】 试验第1年,M_1.0、M_1.5处理水稻产量与常规尿素处理相当,M_2.0、M_2.5和M_3.0水稻产量显著提高15.4%～28.6%。试验第2至第4年,堆肥各处理与尿素处理水稻产量均无显著差异。与水稻相比,水生植物堆肥施用量对小麦产量影响较大,试验第1年,小麦产量基本随着有机氮施用量升高呈增加趋势,各堆肥用量处理间差异显著;试验第2至第4年,M_2.5和M_3.0处理间小麦产量无显著差异,仍显著高于尿素处理。施用堆肥处理水稻、小麦植株吸氮量均低于常规尿素处理,但显著提高了磷、钾吸收量。连续8季施用有机肥后,与常规尿素处理相比,M_2.0～M_3.0处理土壤全氮显著提高了48.7%～89.9%,M_1.5～M_3.0处理土壤有机碳含量显著提高了42.1%～104.2%, M_1.0～M_3.0处理土壤有效磷含量显著提高了4.5～17.9倍,土壤速效钾含量显著提高了3.4～11.2倍。与不施肥处理相比,常规尿素处理土壤pH下降,而有机肥施用处理土壤pH提高0.66～1.31个单位,随施用量的增加而增加。稻麦产量与土壤碳氮及钾含量显著正相关。 【结论】 水生植物制备有机肥,不仅是太湖流域水生植物废弃物的有效出路,合理施用水生植物堆肥还可以提高稻、麦产量,增加土壤有机质含量,增加作物对磷钾的吸收,减缓土壤酸化程度,是太湖农作区经济和环境双赢的技术措施。综合考虑稻、麦产量与控制农田磷钾过量,水生植物堆肥施用量应控制在1.5倍于常规尿素氮的有机肥氮施用量较为合适。      

生物炭对酸化茶园土壤性状和细菌群落结构的影响

  【目的】   生物炭作为一种高效、绿色、多功能的土壤调理剂受到了广泛关注,但生物炭对酸化茶园土壤改良的长期效应还缺乏了解。研究施用生物炭5年后对茶园土壤性状和细菌群落结构的影响,为生物炭在酸化土壤改良上的合理应用提供科学依据。   【方法】   茶园生物炭田间试验在福建安溪县进行,茶园种植年限超过7年,茶树品种为铁观音,土壤为黄壤 。试验设生物炭施用量0、2.5、5、10、20和40 t/hm2共6个水平,一次施入土壤,5年后调查了茶园土壤pH、电导率 (EC)、可溶性有机碳含量、细菌群落结构变化及它们间的相关关系。   【结果】   施用生物炭5年后,茶园土壤pH提高了0.16～1.11个单位,可溶性有机碳含量提高了52.6%～92.3%,EC值降低了1.85%～47.77%,其中施用10～40 t/hm2生物炭处理的pH值均显著高于0～5 t/hm2处理。施用生物炭5年对土壤性质的改变,进一步影响了细菌群落结构,细菌群落Chao指数、ACE指数表现为随生物炭施用量增加而增加得趋势,Shannon指数呈现先增加后降低的趋势。施用生物炭促进了适宜酸中性或弱碱性环境的节杆菌属、硝化螺旋菌属、黄色杆菌科细菌相对丰度的增加,降低了嗜酸性细菌如酸杆菌属细菌的相对丰度。细菌群落结构与环境因子的关联分析表明,施用0～10 t/hm2生物炭处理细菌群落结构受pH、EC环境因子的影响较大;施用20～40 t/hm2生物炭处理细菌群落结构受土壤可溶性有机碳等环境因子的影响较大;其中硝化螺旋菌属、α-变形菌门、酸杆菌属、康奈斯氏杆菌属等的相对丰度与土壤pH、EC值间具有显著相关性。   【结论】   在酸化茶园施用生物炭5年后,土壤pH、EC和可溶性有机碳含量发生了显著变化,增加了细菌群落多样性指数,且适宜酸中性或弱碱性环境的细菌丰度增加,嗜酸性细菌丰度降低;其中施用0～10 t/hm2生物炭的处理土壤pH、EC是显著影响细菌群落结构的环境因子,施用20～40 t/hm2生物炭的处理土壤可溶性有机碳含量是显著影响细菌群落结构的环境因子。     

生物炭与氮肥配施改善枣区土壤微生物学特性

【目的】 探究生物炭与氮肥配施对华北平原枣区土壤微生物学特性的影响,从微生物学角度揭示其对土壤质量的改良状况,为生物炭在果园地区的应用提供科学依据。 【方法】 2013―2015年,在位于华北平原枣区的河南省濮阳市林科院进行了生物炭与氮肥配合施用的田间定位试验。生物炭用量设0、2.5、5和10 t/hm2 4个水平 (以C₀、C₁、C₂、C₃表示),氮素用量设300、450和600 kg/hm2 3个水平 (以N₁、N₂、N₃表示),加上1个完全空白处理CK (不施生物炭和氮肥),共计13个处理。在红枣收获后,采集0—20 cm土壤样品测定各配施处理下土壤微生物量、酶活性和微生物数量。 【结果】 生物炭对土壤微生物量碳、氮含量有极显著影响,且微生物量随生物炭用量的增加而增加。所有施生物炭处理的土壤微生物生物量较C₀均显著增加。在2.5 t/hm2生物炭 (C₁) 水平下,不同施氮处理间微生物生物量差异不显著;微生物量碳、氮含量分别以C₃N₂和C₃N₃处理增幅最大,分别较对照提高了208.6%和159.4%。与对照相比,土壤脲酶活性随生物炭与氮肥用量的增加而显著增加,最大增幅为91.7%,但生物炭与氮肥配合总体上对土壤碱性磷酸酶和蔗糖酶活性没有显著影响。生物炭用量、施氮水平及其交互作用对土壤细菌、真菌和放线菌均有极显著影响。与对照相比,细菌、真菌和放线菌的增幅分别为10.9%～80.4%、6.6%～143.1%和50.6%～115.2%。相关性分析表明,土壤微生物生物量、土壤酶活性及微生物数量三者之间存在显著或极显著的正相关关系。 【结论】 生物炭与氮肥配施总体上提高了枣区土壤微生物生物量、酶活性及微生物数量,三者共同促进了土壤微生物生态系统的改良,配施处理可作为改良枣区土壤质量的有效措施之一。综合试验结果及实际生产成本,10 t/hm2的生物炭,配施N 300 kg /hm2的氮肥为该地区最佳配比施肥量。      

生物炭配施氮肥改善表层土壤生物化学性状研究

【目的】 探讨生物炭配施氮肥对土壤碳氮、生物学性质及春玉米产量的影响,阐明生物炭配施氮肥后,土壤碳氮含量及生化性质变化规律,旨在为合理培肥、改善土壤环境、增加春玉米产量提供科学依据。 【方法】 在内蒙古西部 (包头) 和东部 (通辽) 2个试验点进行大田试验,设生物炭用量0、8、16、24 t/hm2 4个水平 (分别记作C₀、C₈、C₁₆、C₂₄) ,设施氮量 0、150、300 kg/hm2 3个水平 (分别记作N₀、N₁₅₀、N₃₀₀) ,于成熟期测产,并于收获后分3个土层 (0—10 cm、10—20 cm、20—40 cm) 测定土壤碳氮含量、微生物量及酶活性。 【结果】 生物炭和氮肥对2个试验点0—10 cm、10—20 cm和20—40 cm土层有机碳、碳氮比、微生物量及酶活性均有极显著影响 (P < 0.01) ,且两者交互作用极显著。3个土层有机碳含量以及0—10 cm和10—20 cm土层全氮含量在各施氮水平随生物炭施用量的增加而增加。施加生物炭和氮肥均能显著提高3个土层的微生物量碳、微生物量氮、蔗糖酶活性、脲酶活性以及总体酶活参数,且随炭、氮施入量的增加呈先增后减的趋势;施用生物炭后0—10 cm和10—20 cm土层的微生物量碳、微生物量氮以及蔗糖酶、脲酶活性均显著高于20—40 cm土层。生物炭配施氮肥可显著提高春玉米穗粒数、百粒重及产量,2试验点产量均以C ₈N₁₅₀最大,包头和通辽分别为15.51 t/hm2和16.43 t/hm2。通过相关分析可知,春玉米产量主要与0—10 cm和10—20 cm土层的微生物量及酶活性有关。 【结论】 适量生物炭配施氮肥能够增加土壤碳氮储量、微生物量和酶活性,改善土壤微生态环境。炭氮配施能够提高土壤肥力,减少氮肥用量,本试验中以8 t/hm2生物炭配施150 kg/hm2氮肥为最佳施肥量。      

基于不同降水年型渭北旱塬小麦–土壤系统氮素表观平衡的氮肥用量研究

【目的】 研究渭北旱区不同降水年型氮肥用量对小麦–土壤系统氮素表观平衡的影响规律,以实现作物稳产、平衡土壤氮素携出、避免过多氮肥残留累积为目标,通过3年田间定位试验,探讨渭北旱区冬小麦稳产增效的最佳氮素投入量。 【方法】 2011年7月—2012年6月降水量为710.1 mm,高于年均降水量 23.1%,属于丰水年;2012年7月—2013年6月降水量为391.4 mm,低于年均降水量 32.2%,属于欠水年;2013年7月—2014年6月降水量为603.8 mm,高于年均降水量 4.6%,属于平水年。本研究设置5个氮肥水平 N 0、75、150、225、300 kg/hm2,分别以N0、N75、N150、N225、N300表示,研究不同施氮量对冬小麦产量、吸氮量、氮素表观平衡及收获后土壤硝态氮残留量的影响。通过保证土壤氮素的输入和携出平衡确定氮肥用量,并通过该施氮量下吸氮量、产量及收获后100 cm土层硝态氮累积量加以验证。 【结果】 连续3年的定位试验结果表明,产量随降水量的增加而提高。相同降水量条件下,产量随施氮量增加呈先增加后降低的趋势,3年小麦产量均在N225水平达到最大值,但N225与N150水平之间差异不显著,小麦地上部吸氮量与籽粒产量有相似的规律;小麦收获后0—100 cm土层硝态氮残留量也随施氮量的增加而升高。其中50.8%～75.5%的集中在0—40 cm,并且随着年限的延长逐渐减少,3年平均值分别为63.8%、66.1%和53.6%,而40—100 cm土层硝态氮残留量逐年升高且有向下淋溶的趋势;3种降水年型,土壤氮素盈余量 (土壤氮素输入 – 输出) 为0 kg/hm 2的氮素盈余指标下的氮素投入量有所不同:丰水年、欠水年和平水年施氮量分别为127、54和103 kg/hm2;在考虑到维持作物产量和土壤肥力而允许氮素表观盈余指标为N 40 kg/hm2时,丰水年、欠水年和平水年施氮量分别为170、99和150 kg/hm2。此时的作物吸氮量 (130、59、110 kg/hm2) 和产量 (6267、2309、4502 kg/hm2) 均能保持在较高水平,与理论最高吸氮量和最高产量值接近,而施氮量与理论最高吸氮量和产量时的施氮量相比有不同程度降低,分别减少了4.7%、142%、21.3%和5.3%、120%、30.7%。小麦收获后100 cm土层硝态氮累积量分别为101.4、104.2和113.7 kg/hm2,不仅可以保持土壤氮库的稳定,还能将残留硝态氮基本维持在安全阈值内 (N 90～100 kg/hm2)。 【结论】 综合考虑不同降水年型氮肥用量下冬小麦–土壤系统氮素表观平衡的变化,建议在渭北旱区丰水年、欠水年和平水年施氮量分别为170、99和150 kg/hm2,以保证作物稳产和氮素高效吸收利用。