不同水分条件下秸秆生物炭对高粱生长和养分含量的影响

【目的】 研究不同水分条件下秸秆生物炭对高粱生长、养分含量以及土壤理化性质和养分含量的影响,以探明秸秆生物炭对高粱生长的作用效果。 【方法】 以高粱“晋杂34号”为供试作物,石灰性褐土为供试土壤进行盆栽试验。试验设3个水分处理,分别为正常供水,田间持水量的85% (W₁);轻度胁迫,田间持水量的65%(W₂);重度胁迫,田间持水量的45% (W₃)。设5个秸秆生物炭添加量,分别占土壤干重的0、0.5%、1%、3%和6%。高粱出苗后70天调查株高,采集地上部 (茎和叶),测定生物量、N、P、K、Ca、Mg、Fe、Mn、Cu和Zn的含量,同时采集土样测定pH值、EC、有机质、全氮、有效磷、速效钾、交换性Ca和Mg、有效Fe、Mn、Cu和Zn的含量。 【结果】 干旱胁迫显著降低了高粱生物量和株高;施用0.5%秸秆生物炭显著增加了重度干旱胁迫条件下高粱生物量,但是当施用量 > 1%时不同水分条件下高粱生物量和株高均显著降低。干旱胁迫降低了高粱P含量,增加了K、Ca、Mn和Zn的含量;秸秆生物炭提高了高粱K和Zn含量,降低了N、P和Mg的含量;随着水分含量的减少,作物收获后土壤有效Mn和有效Zn含量降低;添加生物炭显著提高了土壤速效K和有效Zn的含量,但是当施用量大于1%时,土壤交换性Mg、有效Fe和有效Mn的含量显著降低。 【结论】 供试条件下,施用0.5%秸秆生物炭能够提高高粱钾和锌的含量,促进干旱胁迫条件下 (45%田间持水量) 高粱的生长,但过量施用 (> 1%) 会对高粱生长产生抑制作用。      

玉米秸秆生物炭对褐土微生物功能多样性及 细菌群落的影响

生物炭施入土壤被认为是一种有效的固碳减排措施,可增加土壤有机碳及矿质养分含量,提高土壤的持水能力及保肥能力。为探明其施入土壤后对土壤微生物活性及多样性的影响,本文在盆栽试验条件下,采用Biolog与高通量测序相结合的方法,研究了CK(不施生物炭)和施用5 g·kg~(-1)、10 g·kg~(-1)、30 g·kg~(-1)、60 g·kg~(-1)玉米秸秆生物炭对土壤微生物碳源利用能力(AWCD)、功能多样性指数以及土壤细菌的丰度和多样性的影响。结果表明,随着生物炭施用量的增加,表征土壤微生物活性的AWCD值呈下降趋势,表现为:5 g·kg~(-1)处理≈CK10 g·kg~(-1)处理30 g·kg~(-1)处理60 g·kg~(-1)处理,其中CK和5 g·kg~(-1)处理间差异不显著(P0.05),而10 g·kg~(-1)、30 g·kg~(-1)和60 g·kg~(-1)处理在整个培养期间的AWCD值显著低于CK处理(P0.05);土壤微生物群落代谢功能多样性指数(H′)、碳源利用丰富度指数(S)均随生物炭施用量的增加而呈下降趋势,但均匀度指数(E)表现出相反趋势,5g·kg~(-1)、10 g·kg~(-1)、30 g·kg~(-1)、60 g·kg~(-1)各处理的H′较CK处理分别增加0.16%、-0.88%、-3.14%、-11.09%,S分别增加-2.82%、-11.27%、-18.31%、-47.89%,E分别增加1.14%、3.00%、3.73%和13.76%。主成分分析表明,与CK处理比较,5 g·kg~(-1)处理对土壤微生物群落碳源利用方式没有显著影响(P0.05),而10 g·kg~(-1)、30 g·kg~(-1)和60g·kg~(-1)处理对土壤微生物群落碳源利用方式影响显著(P0.05)。随着生物炭施用量的增加,土壤细菌OTU数目及丰富度指数(Chao1)呈增加趋势,5 g·kg~(-1)处理与CK处理差异不显著,而10 g·kg~(-1)、30 g·kg~(-1)、60 g·kg~(-1)处理的OTU数目较CK处理分别增加1.09%、5.26%、24.42%,Chao1分别增加5.73%、10.21%、37.68%。土壤中施用生物炭后土壤细菌变形菌门(Proteobacteria)的丰度在CK处理和5 g·kg~(-1)处理间差异不显著(P0.05),而10g·kg~(-1)、30 g·kg~(-1)、60 g·kg~(-1)处理较CK处理分别增加32.3%、21.1%、16.7%,拟杆菌门(Bacteroidetes)的丰度随着生物炭施用量的增加各处理较CK处理分别减少22.1%、55.3%、66.8%、50.5%。生物炭施入土壤后降低了土壤可培养微生物的活性,减少或改变了土壤微生物碳源利用的种类,使土壤原有微生物群落组分发生改变,生物炭也影响了土壤细菌各菌群在土壤中的丰度,使其分布的均匀性降低。为了不影响微生物群落结构和功能,石灰性褐土上生物炭一次还田量不能超过5 g·kg~(-1)(干土)。     

生物炭对红壤和褐土中镉形态的影响

【目的】重金属对环境危害的大小主要取决于其形态分布,尤其是生物有效态镉 (Cd) 的含量和存在比例。添加生物炭可以降低Cd超标土壤中生物有效态Cd的含量,本文研究了施用生物炭后红壤和褐土中Cd形态的变化及其与生物炭施用量的关系,以加深对生物炭修复Cd污染土壤机理的认识。【方法】选择红壤 (pH 5.21) 和褐土 (pH 7.75) 两类土壤进行了室内培养试验。将两个过2 mm筛的自然风干土壤各40 kg,分别装于20 L塑料盒中,加Cd(NO₃)₂溶液使土壤外源Cd含量达到5 mg/kg,保持70%田间最大持水量,于25℃条件下平衡两周;之后,在每1000 g土内,分别添加生物炭0、5、10、20 g,均匀混合后,室温培养50 d;在培养1、4、7、14、21、35、49 d时分别取样,测定土壤pH和有机碳含量,利用Tessier分级法测定土壤Cd形态。【结果】红壤pH随生物炭施用量的增加显著升高,培养14天后,生物炭施加量为2%时,土壤由酸性变为弱碱性,生物炭对褐土pH的提高作用不显著。红壤和褐土有机碳含量均随生物炭施用量的增加而升高。培养49天后,红壤可交换态Cd含量的降幅较大,降幅为0.31～0.82 mg/kg,且处理2%的可交换态Cd含量最低,为1.24 mg/kg,生物炭施用量2%的红壤碳酸盐结合态Cd含量最高,为1.06 mg/kg,施用生物炭的红壤碳酸盐结合态Cd和Fe、Mn氧化物结合态Cd所占比例增加了3.14%～14.21%、8.20%～23.96%,施用生物炭的褐土碳酸盐结合态Cd和Fe、Mn氧化物结合态Cd升高了0.94%～2.61%、0.80%～7.90%。褐土的土壤有机碳含量和生物炭施用量与土壤可交换态Cd呈极显著负相关关系,与土壤碳酸盐结合态Cd,土壤Fe、Mn氧化物结合态Cd和土壤有机结合态Cd呈极显著正相关关系;红壤pH、有机碳含量和生物炭施用量均与土壤可交换态Cd呈极显著负相关关系,与土壤其他四种形态Cd呈极显著正相关关系。但在红壤中土壤有机碳和生物炭施用量与各形态Cd的相关系数均大于在褐土中的相关系数。【结论】综合分析两种类型土壤中Cd形态的变化,发现生物炭对红壤的修复效果优于对褐土的修复效果,因此生物炭可以作为Cd污染的酸性土壤的一种修复改良材料。     

施用生物炭和秸秆对石灰性褐土氮肥去向的影响

为明确秸秆直接还田和秸秆炭化为生物炭后施入土壤对氮肥转化(植株吸收、土壤残留及损失)的影响,采用大田微区试验,运用15N标记示踪技术,分析了石灰性褐土施用生物炭和秸秆后氮肥的去向,并阐明其影响机制。试验共设3个处理,单施化肥(NPK)、施化肥并施生物炭(NPK+B)以及施化肥并施秸秆(NPK+S)。结果表明:石灰性褐土上高粱植株当季的氮肥吸收率、土壤残留率和损失率分别是18.41%～24.94%、22.67%～35.47%和46.12%～52.40%;与NPK处理相比,NPK+B和NPK+S处理高粱植株的氮肥利用率分别降低2.20个百分点和6.53个百分点(P0.05),土壤残留率分别增加5.58个百分点(P0.05)和12.80个百分点(P0.05),氮肥损失率分别降低3.40个百分点和6.28个百分点(P0.05);施用秸秆显著提高了土壤活性有机碳含量、土壤微生物数量及代谢活性,增强了氮肥转化过程中土壤微生物对肥料氮的固定,从而减少氮肥损失。因此,与施用生物炭比较,秸秆直接还田是提高石灰性褐土氮肥有效性及秸秆资源合理利用的更有效途径。     

生物炭施用量对土壤改良及烤烟生长的影响

为了改良土壤容重,筛选优化生物炭施用量,以湖南烟区主要栽培品种云烟87为试验材料,通过大田试验研究3种不同的生物炭用量对田间土壤改良及烤烟生长的影响。结果表明,施用生物炭能够显著降低土壤容重,提高田间持水量,土壤容重与施炭量呈负相关,田间持水量与施炭量呈正相关。生物炭用量在3 750kg·hm~(-2)水平下,烤烟的植物学性状优良,干物质积累量大,烟株根系发达,根冠比协调,且氮肥利用率显著提高,但随着施炭量继续升高,烤烟的生长发育又相对受到抑制。综上所述,生物炭施用量为3 750kg·hm~(-2)较为适宜。本研究结果对利用生物炭改良植烟土壤,促进优质烟叶生产有一定的理论指导意义。     

不同改良剂对皖南烟田土壤性状及烤烟产量和品质的影响

通过布置田间小区试验,研究了不同农林废弃物制成的5种改良剂对烟稻轮作土壤性状和烤烟生长发育、产量和烟叶品质的影响。不同改良剂施入土壤后,土壤体积质量较不施改良剂的对照处理显著下降,而田间持水量明显提高,表明烟田土壤物理性状得到明显改善。改良剂能明显促进不同生育期烟株的生长:烟株团棵期,改良剂X1处理叶片宽显著高于对照;旺长期,X1、X2、X5处理叶长显著大于对照,且X5处理叶面积显著大于对照;成熟期,X1、X2、X5处理上部叶和下部叶长显著高于对照。改良剂能增加烟叶产量,尤其是改良剂X3、X5,明显增加了上等烟和中等烟的产量。改良剂X1、X2、X3处理上等烟总分显著高于对照,即改良剂处理烤出的上等烟综合品质更优。     

磁性玉米秸秆生物炭对水体中Cd的去除作用及回收利用

以农田生态系统废弃农作物秸秆资源化利用为前提,以生物炭去除水体重金属镉(Cd)污染及其回收利用为目的,该文以500℃裂解的原始玉米秸秆生物炭(MSB,maize straw biochar)和磁性玉米秸秆生物炭(MMSB,magnetic maize straw biochar)试验材料,在2种生物炭的表面性状进行表征的基础上,探究了不同吸附条件下生物炭对污染水体中Cd(Ⅱ)的吸附去除作用及其回收利用的可能性。结果表明:MSB和MMSB对Cd(Ⅱ)的吸附量在pH值为5时达到最大,其最大吸附量分别为27.52和33.45 mg/g;当MSB和MMSB添加量为1.4和0.8 g/L时,对Cd(Ⅱ)的去除率分别可达85.15%和95.48%;Langmuir方程能更好地模拟等温吸附行为,MSB和MMSB达到平衡时的最大吸附容量分别为26.03和43.45 mg/g,趋近实际值;动力学数据与二级动力学方程拟合度更高,MSB和MMSB的平衡吸附量Qe理论值分别为13.42和24.31 mg/g;MMSB对其表面吸附Cd(Ⅱ)的解吸率均显著低于MSB。磁性生物炭对Cd(Ⅱ)的吸附效率和固着能力增强可能与其较高的pH值、更大的比表面积、更多的极性含氧官能团有关。此外,在外部存在磁场的情况下,磁性生物炭可以通过磁力作用加以回收再利用。研究成果对促进农业废弃物的资源化利用以及水体环境中重金属净化技术的进步均有重要意义。     

生物炭添加对矿区压实土壤水力特性的影响

中国黄土高原大型露天煤矿开采导致土壤质量下降,生物炭作为环境友好型土壤改良剂,在改善农田土壤质量中应用广泛,但在有关矿区压实土壤改良的研究中不够深入。为此,该研究通过室内试验分析不同粒径的生物炭在不同添加量下对矿区排土场压实土壤水力特性的影响。试验采用4种粒径（>1～2、>0.25～1、0.10～0.25、<0.10 mm）与4种添加量（0、4、8、16 g/kg）的生物炭,设计5种压实条件（容重分别为1.3、1.4、1.5、1.6、1.7 g/cm3）,并利用van Genuchten模型（VG模型）拟合土壤水分特征曲线。结果表明,添加生物炭后土壤水分特征曲线的相关系数均在0.960以上,标准差均小于0.015,说明VG模型适用于拟合添加生物炭后的土壤水分特征曲线。随着生物炭添加量的增加,土壤孔隙分布明显改变,形成了大量大孔隙和中孔隙,土壤的持水能力提高。在低容重（1.3、1.4 g/cm3）条件下,生物炭粒径越大（0.25～2 mm）添加量越高（8、16 g/kg）,土壤持水、保水效果越明显;在高容重（1.5、1.6、1.7 g/cm3）条件下,小粒径（<0.25 mm）和较低的生物炭添加量（4、8 g/kg）则表现出较好的持水能力。对于不同压实条件的排土场土壤,有针对性地施用生物炭,将有效提高土壤持水保水能力,提高土壤中植物的有效利用水分。     

膜下滴灌制度与生物炭用量对玉米生长及水氮利用效率的影响

为探明干旱地区盐碱地膜下滴灌不同灌水下限施用生物炭对玉米产量和水肥利用效率的响应差异及相互影响关系,提出较优的灌溉制度和生物炭用量。连续2年在河套灌区盐渍化农田玉米生长阶段进行小区控制试验,设计3个灌水下限[土壤基质势为-15(W15),-25(W25),-35(W35)kPa,灌水定额为22.5 mm]和3个生物炭用量水平[0(B0),15(B15),30(B30)t/hm²],2因素完全随机试验设计,共9个处理。测定并分析玉米全生育期0—15 cm土壤理化性状、作物生长特征和水氮利用效率。结果表明：不同灌水下限施用生物炭整体提高玉米全生育期土壤含水率、有机质和碱解氮含量,同一灌溉水平下生物炭用量越高,各指标提升的幅度越大。施用生物炭提高玉米地上部干物质积累量和产量,灌溉水利用效率和氮肥偏生产力显著提高,且生物炭施用当年的效果普遍优于翌年。相较于不施用生物炭的对照,W15、W25、W35条件下,B15使玉米产量平均增加12.8%,10.3%,14.2%,灌溉水利用效率提高14.2%,10.4%,12.9%,氮肥偏生产力提升12.8%,10.4%,14.0%,其节...     

晋南长期免耕褐土肥力和酶活性的关系

临汾市尧都区机械化保护性耕作试验示范区连续18年免耕覆盖(NTCS18)、连续12年免耕覆盖(NTCS12)、连续10年免耕覆盖(NTCS10)和传统耕作(CK)对土壤肥力和酶活性的影响研究结果表明,长期免耕提高了表层土壤有机质、碱解氮、速效磷、速效钾、全氮、全磷、全钾含量,并使表层土壤脲酶、蔗糖酶、过氧化氢酶活性显著增加;相关分析研究表明,长期免耕条件下土壤肥力与土壤酶活性间关系密切,蔗糖酶、过氧化氢酶、脲酶可以用来评价长期免耕土壤肥力状况;主成分分析法研究表明,长期免耕土壤肥力和酶活性信息系统主成分得分由高到低顺序为:NTCS18>NTCS12>NTCS10>CK,说明长期免耕利于土壤肥力水平和酶活性提高,而且肥力水平和酶活性随免耕年限的延长而提高。长期免耕利于土壤综合肥力的提高,利于农业的可持续发展,是北方干旱半干旱地区可行的一种耕作方式。     

连续施用不同种类生物质炭对植烟土壤养分的影响

为了改良植烟土壤质量,探讨连续施用不同种类生物炭对植烟土壤养分含量的影响,通过3年大田定位试验研究了连续施用不同生物炭(CK：不添加生物质炭;T1：添加烟秆炭;T2：废弃烟叶炭;T3：玉米秸秆炭)下植烟土壤中的养分含量。结果表明：①连续施用不同种类生物质炭能够显著提高土壤有机质、全氮、速效磷和速效钾含量,但对全磷、全钾以及碱解氮的作用并不显著。②在2018年采收期,三种生物质炭处理分别提高有机质10.26%、9.12%和6.96%;提高全氮10.36%、18.29%和9.03%;提高速效磷6.96%、18.57%和9.82%;提高速效钾16.53%、33.84%和13.05%。③随着试验年限的延长,添加烟秆炭对土壤有机质含量提升效果最好,其次是废弃烟叶炭,玉米秸秆炭最次。废弃烟叶炭对提升土壤全氮、速效磷和速效钾含量效果最佳。综合分析来看,连续施用生物质炭能提高土壤养分含量,改良土壤肥力,以废弃烟叶炭效果最好,适宜大面积推广。     

长期施肥下土壤性质变化及其对微生物生物量的影响

在对长期施用化肥以及与有机肥配施处理的红壤稻田土壤水分特征曲线研究的基础上,考察了土壤性质变化及各种孔隙分布特征,探讨了不同大小孔隙分布和有机碳含量以及微生物生物量的关系。结果表明：长期施用有机肥增加了土壤有机碳含量,提高了土壤保持水分的能力。相比于不施肥处理(通气孔隙度0.121 m3/m3),施用有机肥增加了土壤的通气孔隙(通气孔隙度0.156 m3/m3),施用化肥减少了土壤的通气孔隙(通气孔隙度分别为NK 0.11 m3/m3,NP 0.115 m3/m3,NPK 0.082 m3/m3,2NPK 0.113 m3/m3),长期施用有机肥的土壤中大孔隙度和中孔隙度分别是施用化肥和不施肥处理的 1.45 ~ 1.68倍和1.22 ~ 1.43倍,小孔隙度在0.39 ~ 0.41 m3/m3之间,且所有施肥处理之间无显著差异。通过相关分析表明,土壤有机碳含量与土壤总孔隙度和中孔隙度均极显著相关(P<0.01),与土壤大孔隙度显著相关(P<0.05),土壤微生物生物量碳和呼吸强度与大孔隙度显著相关(P<0.05),说明长期施用有机肥是通过提高土壤有机碳来改善土壤中、大孔隙比例,最终提高土壤总孔隙度,增加土壤大孔隙的数量,有利于土壤微生物的活动的。     

保水型专用肥对制种玉米田土壤蓄水量的影响及最佳施肥量研究

在甘肃省河西内陆灌区的制种玉米田,采用田间试验方法,研究了保水型专用肥对土壤物理性质和蓄水量的影响及制种玉米田最佳施肥量。结果表明,影响玉米产量的因素由大到小依次为:CO(NH₂)₂>(NH₄)₂HPO₄>糠醛渣>保水剂>ZnSO₄·7H₂O;因素间最佳组合为:CO(NH₂)₂600kg/hm²,(NH₄)₂HPO₄350kg/hm²,ZnSO₄·7H₂O 30kg/hm²,保水剂19.98kg/hm²,糠醛渣15 000kg/hm²。保水型专用肥施肥量与玉米制种田容重呈负相关关系,与孔隙度、蓄水量、玉米植物学性质和经济性状呈正相关关系。随着保水型专用肥施用量梯度的增加,玉米穗粒数、穗粒重、百粒重、产量在增加,但边际产量、边际利润表现为递减,保水型专用肥施用量在10.00t/hm²的基础上再增加2.50t/hm²,收益出现负值。经回归统计分析,保水型专用肥施用量与玉米产量可用一元二次方程拟合,经济效益最佳施肥量为9.99t/hm²,玉米的理论产量为6 715.33kg/hm²。     

施用生物质炭对黄淮海地区玉米生长和土壤性质的影响

本文通过大田试验研究了施用生物质炭对玉米的生长性状、产量以及土壤性质的影响。生物质炭是小麦秸秆在350℃~450℃下限氧热裂解制成。田间设置了20 t/hm2和40 t/hm2两个生物质炭施用水平。结果表明:①施用生物质炭在玉米拔节期抑制了植株生长,其株高、地上部生物量和叶片叶绿素含量均显著低于对照;在生育后期施用生物质炭20 t/hm2处理的玉米生物量、叶面积指数和叶绿素含量显著高于对照,40 t/hm2处理则没有显著性差异。②施用生物质炭显著影响土壤特性,在施用量为20 t/hm2和40 t/hm2时,土壤有机碳含量较对照分别提高34.79%和44.93%,土壤全氮含量在40 t/hm2水平下显著增加12.2%,同时还显著提高了土壤的pH和土壤含水量,显著降低土壤体积质量;③施用生物质炭玉米产量的提高范围为2.2%~4.8%,但不同施用量间差异不显著。本研究结果为生物质炭改良和培肥土壤、提高作物生产效率、促进土壤可持续利用及作物增产提供了一定的理论依据。     

土壤改良剂对黄绵土持水性能的改良效应研究

通过室内土柱培养,研究了PAM、沃特保水剂、β-环糊精、腐殖酸对黄绵土持水性能的改良效果.结果表明,不同改良剂在不同浓度下的土壤水分特征不同,但都符合土壤含水量与土壤吸力之间的关系式;在浓度0.05%～0.4%时,在同一改良剂处理下a值的大小变化规律是随浓度的增加而增大,即:0.4%>0.2%>0.1%>0.05%>CK;在同一浓度下,不同改良剂在培养3周和2个月时,不同改良剂处理下的a值的大小为PAM>沃特保水剂>β-环糊精>腐殖酸;在培养4个月后,在浓度＜0.2%时,a值的大小变化规律为:PAM>沃特保水剂>β-环糊精>腐殖酸;在浓度0.2%～0.4%时,a值的大小变化规律为:PAM>沃特保水剂>腐殖酸>β-环糊精.     

晋中东山地区褐土土壤水分特征的测定与应用

利用压力膜方法测定晋中东山地区褐土的土壤水分，并分析了土壤水分及其能态特征。结果表明：本区土壤水吸力与土壤含水量之间呈明显的幂函数关系，可以用幂函数方程模拟；土壤的当量孔径分布大致随土壤水吸力的增加而减小；土壤的结构性能良好，通气孔隙、毛管孔隙、无效孔隙的当量孔径分布分别占土壤总孔隙度的１８．３％、５１．２％和３０．５％，尤其是毛管孔隙的分布占土壤总孔隙度的一半以上；土壤的比水容量随吸力的增大而迅速减小．当吸力为０．１×１０￣５～０．３×１０￣５ｐａ时，其比水容量的量级为１０￣（－１）［ｍ１／（１０￣５ｐａ·ｇ）］，而当吸力达３×１０￣５～１５×１０￣５ｐａ时，其比水容量的量级下降了１００倍，为１０￣（－３）［ｍｌ／（１０￣５Ｐａ·ｇ）］。表层土壤水分对于作物吸收利用比心土层和底土层更为有效，但深层土壤的持水性能比表层士壤要好。为此，必须提高作物对土壤深层储水的利用。     

生物质炭与化肥氮配施对植烟土壤微生物功能多样性的影响

采用盆栽试验研究了生物质炭配施不同用量化肥氮对烤烟根区土壤微生物群落功能多样性的影响。研究结果显示,添加生物质炭提高了土壤有机碳和微生物生物量碳含量;减少15%化肥氮配施生物质炭处理(T3)显著提高了土壤过氧化氢酶活性,提升了土壤新陈代谢水平。不同处理土壤微生物的碳源利用率不同,以T3处理的AWCD(平均颜色变化率)值最高,且微生物丰富度和优势度均为较高水平。主成分和热图分析表明,不同处理微生物功能差异性和优势碳源不同,其中T3处理的微生物群落功能差异性较小,优势碳源羧酸类中包含的碳源种最多。添加生物质炭可提高烟株根冠比23.06%～42.36%。因此,添加生物质炭可增强植烟土壤微生物活性,提高土壤微生物功能多样性,以减少15%化肥氮配施生物质炭效果最好。