生物炭与有机肥、无机肥配施对采煤塌陷区复垦土壤理化性状的影响

为了研究施用生物炭对采煤塌陷复垦土壤的熟化效果,以山西省晋城市采煤塌陷复垦区土壤为研究对象,连续3年采用生物炭与有机肥、无机肥配施等方式研究其对复垦土壤主要理化性状的影响。结果表明:不同施肥处理均不同程度改善了土壤的理化性状,有机肥配施生物炭处理明显降低了复垦土壤容重(降幅10%),提高了土壤孔隙含水率(增幅7.14%),但对土壤pH影响不明显。有机肥处理和无机肥处理的土壤全氮、全磷含量差异不显著;无机肥配施生物炭处理与单施无机肥处理相比,速效磷增加了8.33%,速效钾增加了6.34%,增幅较明显,对碱解氮影响则不明显。有机肥配施生物炭,土壤细菌、真菌、放线菌数量增幅不明显;无机肥配施生物炭,真菌数量增幅最为明显(11.7%)。有机肥、无机肥配施生物炭处理玉米产量分别提高了3.03%和2.70%,生物炭的增产作用有限。因此,在复垦土壤上施用生物炭后可以提高有机肥和无机肥的培肥效果,单施生物炭效果不明显。     

旱地土壤施用生物炭减少土壤氮损失及提高氮素利用率

该试验采用土柱室内模拟的方法,旱地土壤上分别添加不同比例的生物炭(0、0.5%、2%、4%、6%、8%),通过模拟降雨淋洗,探讨生物炭对旱地土壤氮素动态变化的影响。结果表明:添加生物炭能延缓NO3-和总氮淋洗速度,生物炭添加质量百分数达2%及以上时,可显著降低总氮和NH4+淋洗,其添加质量百分数达4%及以上时,可显著降低NO3-淋洗,而添加少量生物炭对氮的淋洗无影响;NO3-淋洗量占旱地土壤氮素淋洗总量的84%~90%,而NH4+仅占0.4%~2%;各处理下不同土层间土壤全氮含量均无差异,而不同处理间土壤全氮含量差异显著,当生物炭添加质量百分数达2%及以上时,土壤全氮含量随生物炭添加量的增加而增加,且生物炭添加百分数与土壤全氮之间满足极显著的指数关系(R2=0.9944)。因此,在旱地土壤上施用生物炭量至少达2%以上才能显著减少氮素淋洗和增加土壤全氮含量,达到减少土壤氮素损失和提高氮素利用率,减少由氮素带来的环境污染以及改善土壤肥力的综合目标。     

煤矿区复垦土壤中秸秆和生物炭的分解特征

[目的]研究煤矿区不同复垦年限土壤中秸秆和生物炭的分解特征及其影响因素,为资源合理利用和矿区土壤培肥提供理论依据.[方法]依托山西煤矿复垦区试验基地,在复垦年限为1年(复垦初期阶段,R1)、10年(复垦中期阶段,R10)和30年(复垦长期阶段,R30)的土壤中进行了有机物料填埋试验.供试有机物料包括:玉米秸秆(MS)、...     

生物炭对设施退化土壤氮相关功能微生物群落丰度的影响

设施栽培土壤在人工调控下进行生产,长期处在高温高湿、无降水淋洗、高复种指数、持续大量施肥等特殊环境条件下,它的物理结构和生化性状产生很大变化.菜农因传统施肥经验而形成的盲目大量施肥行为造成氮肥的过量摄入,从而愈发加重了土壤表层养分富集、酸化板结、养分失调等,继而导致蔬菜品质严重下降,在部分种植年限较长的大棚已不能进行蔬菜生产,严重制约了各地区设施农业的可持续发展[1].而长期过量的施用氮肥还会使设施土壤中硝态氮含量升高,减少土壤中的硝化微生物菌群的丰度,提高反硝化微生物的活性,促进N2O的排放通量[2].因此,为了保证设施栽培产业能够健康、可持续地发展,使蔬菜生产向高产、高效、优质的方向发展,对设施栽培土壤氮循环的研究已迫在眉睫.     

添加生物炭改善菜地土壤氨氧化细菌群落并提高净硝化率

  【目的】  氨氧化过程是硝化作用的限速步骤,对氮循环有着重要影响。本研究通过分析生物炭输入下土壤氨氧化微生物群落的变化,揭示其影响土壤硝化作用的生物学机制。  【方法】  以华北潮土区设施菜地土壤为对象,设置生物炭梯度 (C₀、C_0.5、C_1.5、C_4.0) 土壤培养试验,结合PCR和T-RFLP等分析技术,观测生物炭输入下土壤氨氧化细菌群落变化动态,解析生物炭、土壤硝化作用与氨氧化细菌群落之间的关系。  【结果】  添加生物炭明显改变了土壤氨氧化微生物群落结构及氮素硝化过程。与未添加生物炭处理相比,生物炭添加处理培养前期土壤氨氧化细菌群落Shannon、Evenness指数分别升高5.4%～18.8%、26.2%～33.8%,后期Shannon指数降低20.7%～34.2%。生物炭输入对AOA群落没有明显影响,AOB群落256、58 bp代表物种丰度分别增加61.4%～56.0%、60.6%～78.6%,488 bp代表物种丰度降低22.8%～26.9%。21 bp代表物种丰度前期增加后期降低,与491 bp代表物种丰度变化相反。添加生物炭土壤AOB amoA基因丰度增加48.9%～53.2%。土壤NO₃–-N含量提高1.7%～25.6%,NH₄+-N含量下降13.4%～31.1%,土壤净硝化速率提高21.8%～70.2%。  【结论】  生物炭的输入可以改善以AOB为主的土壤氨氧化微生物群落结构,提高amoA酶活性,但是对氨氧化古菌微生物群落结构未产生明显影响。因此,生物炭提高土壤净硝化速率的作用与其对土壤氨氧化细菌群落和组成的影响密切相关。     

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。      

铁改性生物炭抑制土壤中As的迁移

砷(As)的毒性极强,为了治理含As土壤,该研究通过室内土柱模拟试验,研究铁改性生物炭对土壤中As迁移能力和形态的影响。结果表明:添加1%~8%生物炭和铁改性生物炭后,能显著降低土柱灌水后渗滤液中As的含量,增加土壤表层(0~20 cm) As的含量,降低土壤深层(>20~50 cm) As的含量,促进土壤中有效态As向稳定态As转化,生物炭的添加量越大,土壤中R-As的含量就越高。对比铁改性生物炭和生物炭发现,生物炭负载Fe3+后,其吸附和固持能力更强,更能促进有效态As向R-As转化,进而降低As污染的风险。因此,在治理含As土壤时,可在表层土壤施加2%的铁改性生物炭,达到吸附和固化As的目的,进而提高土壤的安全性。     

生物炭和炭基肥施用对绿地土壤性质及大叶罗勒生长特性的影响

城市绿地土壤理化性质退化是城市绿化景观效果提升的主要障碍因子,生物炭和炭基肥施用可有效提高农田土壤肥力和作物产量,但生物炭和炭基肥对城市绿地土壤肥力和绿化植物生长的影响目前还不明确。采用盆栽试验,分别设置生物炭和炭基肥添加0%、0.5%、1%、2%、4%和6%的处理,探究不同用量生物炭和炭基肥施用对绿地土壤物理、化学性质以及大叶罗勒生长的影响。结果表明,与对照相比,添加生物炭降低了土壤容重,而炭基肥对土壤容重影响较小。添加生物炭对土壤pH无显著影响,而添加炭基肥能显著降低土壤pH 0.23～1.09个单位;添加生物炭对土壤碱解氮无显著影响,而添加炭基肥显著增加土壤碱解氮含量4.78～53.55 mg/kg;生物炭和炭基肥均能显著增加土壤有效磷含量,增加幅度分别为1.26～6.05和1.11～8.51 mg/kg;生物炭和炭基肥增加土壤速效钾的幅度分别为22.6～326.9和43.2～174.7 mg/kg。添加生物炭和炭基肥后土壤阳离子交换量较对照分别升高了0.79～1.27和1.16～2.42 cmol/kg。与对照相比,炭基肥能提高大叶罗勒叶绿素含量,生物炭对大叶罗勒叶绿素含量无显著影响。生物炭添加量大于1%时大叶罗勒生物量显著增加,炭基肥添加量小于2%时大叶罗勒生物量显著增加。因此,添加生物炭具有改善绿地土壤物理性质;生物炭和炭基肥均能提高土壤保肥性,改善土壤性状;生物炭和炭基肥均能提高土壤速效氮磷钾养分含量;综合作物生长,推荐炭基肥用量不能超过1%,而生物炭改良园林土壤可与适量氮肥配合施用以增加绿化植物叶绿素含量和观     

生物质炭对砖红壤性质与养分及硝化作用的影响

土壤性质制约着作为氮转化重要环节的硝化作用,生物质炭显著影响与硝化作用密切相关的土壤性质,可能对硝化作用产生影响。本文利用培养试验研究生物质炭对砖红壤性质及硝化作用的影响。试验设生物质炭+淹水、生物质炭+75%田间持水量、空白+淹水及空白+75%田间持水量4个处理。研究表明,生物质炭能显著提高土壤pH值和有机碳含量以及N、P、K养分元素的有效性。水分条件差异影响生物质炭的作用效果,淹水更利于提高砖红壤的pH值,但显著降低了磷的有效性。添加生物质炭后,土壤硝化作用进程加速,硝化彻底。在利用生物质炭改良砖红壤时,应根据土壤改良目的调整土壤水分,以防硝态氮淋失风险和氨挥发的可能。     

施用生物炭提高酸性红壤茶园土壤的微生物特征及酶活性

通过福建安溪茶园的田间试验定位研究不同小麦秸秆生物炭施入量(0、10、20、40 t/hm~2)对红壤茶园土壤性质、土壤微生物和酶活性的影响,阐明生物炭对酸性茶园土壤的改良效应。结果表明,与不施用生物炭相比,40 t/hm~2生物炭施用量处理显著降低茶园土壤容重达0.23 g/cm~3,土壤碱解氮含量下降29.2%,但土壤有机质、有效磷和速效钾分别增加了62.1%、153.9%和173.6%,同时提高土壤p H值0.88个单位。随着生物炭施用量的增加,茶园土壤中细菌、放线菌、真菌、解钾细菌以及解无机磷细菌的数量分别提高了28.5%～104.4%、27.2%～123.4%、17.0%～35.9%、109.2%～208.2%和150.0%～337.3%,β-葡萄糖苷酶、脲酶和碱性磷酸酶活性也显著增加了45.5%～114.7%、8.6%～21.5%和26.7%～186.6%,而土壤酸性磷酸活性却降低了4.0%～15.6%。相关分析表明土壤有效磷含量与解无机磷细菌、碱性磷酸酶活性存在显著正相关关系,速效钾含量与解钾细菌亦存在显著正相关关系,施用生物炭改善酸性红壤茶园土壤的酸碱环境和微生物活性,有利于促进土壤养分转化。     

Potential mineralization and nitrification in volcanic grassland soils in Chile

Abstract

A proportion of the nitrogen (N) applied to grasslands as organic or inorganic fertilizers can be lost to water courses as nitrate and to the atmosphere as nitrous and nitric oxides. Volcanic soils from Chile are not generally prone to leaching, possibly due to net immobilization of nitrate and/or ammonium, and/or due to inhibition of nitrification by either chemical or physical processes. In laboratory studies we found large mineralization potentials in soils from three different Chilean soils after 17 weeks of incubation, totalling 215 and 254 mg kg^?1 dry soil for two Andisols and 127 mg kg^?1 dry soil in an Ultisol. Nitrification occurred after a short period, and was lowest in the Ultisol. In addition, microbial analysis showed nitrifiers to be present in all three soils. Adsorption of ammonium was two-fold stronger than for nitrate, ranging from 29 to 180 kg N ha^?1. The highest potential for N adsorption in the 0–60 cm soil profile was with the Ultisol (398 kg N ha^?1), but was similar in both Andisols (193 and 172 kg N ha^?1, respectively). The combination of ammonium retention together with delayed nitrification could account for the low leaching rates in these soils.     

培养条件下微纳米增氧水添加对新疆砂壤土硝化作用的影响

为了提升氮素利用效率和生产能力,采用室内培养试验方法,研究不同土壤含水率（田间持水量的30%、60%、100%及175%）条件下增氧水处理对土壤硝化作用的影响,并分别利用硝化动力学方程和硝化作用强度定量评价NH4+-N和NO3--N含量的动态变化特征,比较NH4+-N初始消耗速率、NH4+-N最大消耗速率、达到最大消耗速率所用时间以及NO3--N平均生成速率的变化。结果表明：粉质砂壤土氮素转化以硝化作用为主;随着含水率的升高,土壤硝化作用强度呈现先增加后降低的趋势,并在田间持水量条件下达到最大。在不同含水率条件下增氧水处理对土壤硝化作用的影响具有显著差异（P<0.05）。与常规水处理相比,在田间持水量的60%条件下,增氧水处理对土壤硝化过程的促进作用更为明显,NH4+-N最大消耗速率提高了8.9%,最大消耗速率出现时间提前,NO3--N平均生成速率增加,硝化作用更强;而在田间持水量条件下,增氧水处理的土壤NH4+-N消耗没有显著差异,仅NO3--N平均生成速率增加;田间持水量的175%条件下,增氧水处理土壤NH4+-N最大消耗速率降低了21.5%,最大消耗速率出现时间滞后,但NO3--N平均生成速率没有显著变化。该研究提出了增氧水处理促进氮素转化作用的最适水分条件为田间持水量的60%,可为发展农业高效水肥利用技术提供理论依据。     

高潜水位平原区采煤塌陷地复垦土壤形态发育评价

土壤的形态特征含有丰富的环境信息,是环境变化与生态重建的重要依据,可以推断土壤发育的强弱。矿山复垦土壤为人造新土壤,可能构造出不同的土壤形态,复垦土壤形态特征的研究对复垦土壤生产力的提高和复垦技术的革新具有重要意义。该文以高潜水位平原区采煤塌陷地复垦土壤为研究对象,探讨定量评价复垦土壤形态发育状况。研究采用实地调查和室内分析相结合的方法,依据中国土壤系统分类用土壤剖面描述标准,构建了复垦土壤形态发育评价体系,进行土壤形态定量评价。结果表明,形态发育指数HI(土层发育指数)和WPDI(土壤权重剖面发育指数)能够较好的反映复垦土壤与当地原状土壤的发育程度差异:复垦土壤土层发育指数HI和土壤权重剖面发育指数WPDI平均值分别为0.57、0.56,而当地原状土壤HI和WPDI的平均值为0.68、0.69,表明复垦土壤形态发育程度相对较弱;HI曲线形状异于原状土壤,表层HI高于其他土层,不同复垦方式的WPDI显示的发育程度序列为:充填复垦(外源土)>挖深垫浅>挖深垫浅(泥浆泵)>充填复垦(粉煤灰、煤矸石等);随复垦时间的延长,复垦土壤发育程度呈现增长趋势。     

Heterotrophic nitrification by sodium chloride-tolerant fungi in soils added with sodium chloride

Abstract

Recently, fungi with the ability of heterotrophic nitrification have been isolated from acid forest soils (Lang and Jagnow 1986; Stroo et al. 1986). It is suggested that under unsuitable conditions for autotrophic nitrification, heterotrophic processes for NO₂ ^- and NO_{3 -} production could be advantageous.     

两种硝化抑制剂对土壤氮转化的影响

为比较硝化抑制剂双氰胺、硫代硫酸钾对土壤氮的硝化抑制效果,明确其对土壤氮转化作用效应,采用室内培养试验方法,研究了双氰胺、硫代硫酸钾及其配施对土壤矿质氮动态变化、硝化作用及氮回收率的影响。结果表明,单施氮肥土壤硝化作用活跃,77.7%的化肥氮以铵态氮形式从矿质氮库消失,其中56.6%的氮形成硝态氮。氮肥配施双氰胺、硫代硫酸钾分别显著降低矿质氮库铵态氮消失量74.1%(P0.01)和16.6%(P0.05),同时配施双氰胺和硫代硫酸钾处理铵态氮出现增加现象。氮肥配施双氰胺及同时配施2种抑制剂均不同程度地抑制氮的硝化作用,抑制率分别为35.5%~98.7%和82.2%~103.5%,硝化作用延滞时间均在20 d以上。氮肥配施硫代硫酸钾的硝化抑制率为1.6%~62.6%,硝化作用延滞时间为10 d。双氰胺硝化抑制效应优于硫代硫酸钾,且2种抑制剂同时配施作用效果优于其单独施用。施用硫代硫酸钾可促进土壤NO2--N积累,双氰胺可抑制NO2--N生成。氮肥配施双氰胺及同时配施两种抑制剂处理显著增加土壤矿质氮含量、降低其他去向氮含量同时显著提高土壤矿质氮回收率14.7%(P0.05)和12.0%(P0.05)。总体上,抑制剂双氰胺在铵态氮转化、硝化作用抑制及提高矿质氮回收率等方面作用效果均优于硫代硫酸钾,硫代硫酸钾与双氰胺配施在硝化抑制作用方面具有协同效应。该研究结果可为双氰胺、硫代硫酸钾在农田氮素面源污染控制中的应用提供科学依据,但对2种抑制剂硝化抑制特性的全面了解,尚需在田间试验条件下进行进一步的研究和验证。     

Effects of afforestation on ammonification and nitrification rates in former agricultural soils

Abstract. The effects of afforestation on potential nitrification, nitrification and ammonification rates were studied at an experimental site in NE Scotland 4½ years after afforestation of former arable land. The site had been planted with three tree species (Sitka spruce, sycamore and hybrid larch) at three different planting densities, with half the plots treated with inorganic NPK fertilizer. Laboratory measurements of potential nitrification, nitrification and ammonification rates, measured using a perfusion system, were compared between the unforested control and combinations of the various treatments. Differences in soil pH and soil moisture content were also investigated.
Potential nitrification rates measured in plantation soils were significantly lower than in the unplanted control soil. Nitrification and ammonification rates were also consistently lower, although these differences were only significant in a few of the treatments. Soils planted with a normal tree density had a tendency to show higher nitrification rates compared to soils planted with a high tree density.
The results suggest that afforestation of former agricultural soils may cause changes in important parts of the soil N cycle soon after planting. At this early stage in the life of the plantation this appears to be unrelated to changes in soil pH or moisture content, even though soils beneath the trees are drier. The apparent change may be the result of differences in the soil microbial community associated with the type of organic matter substrate present in the unplanted and planted soils.     

生物质炭添加对不同pH紫色土硝化作用及N2O排放的影响

生物质炭施用可能对土壤中氮素硝化过程和N₂O排放产生影响。本研究通过室内培养试验,研究铵态氮肥与玉米秸秆生物质炭施用量(0、1%、2%、5%、10%,m/m)对酸性(pH 5.10)和石灰性(pH 8.15)紫色土氮素硝化率、净硝化速率及N₂O排放特征的影响。结果表明:①酸性和石灰性紫色土生物质炭处理平均净硝化速率相比对照分别降低了33.7%～93.7%和7.5%～40.9%,生物质炭添加抑制了酸性和石灰性紫色土硝化作用,在酸性紫色土中生物质炭对硝化作用的抑制作用随施用量的增加而增强,在石灰性紫色土中无明显规律。②与对照相比,酸性紫色土N₂O累计排放量在1%生物质炭和2%生物质炭处理下降幅分别为15.9%和27.7%,在5%和10%生物质炭处理下增幅分别为60.1%和93.2%;石灰性紫色土生物质炭各处理N₂O累积排放量均显著高于对照。③综合考虑,在酸性紫色土中1%、2%生物质炭施用对硝化作用抑制和N₂O减排综合效果最好,但在石灰性紫色土中无明显抑制和减排效果。     

Relationships between stability of Cu complexes and nitrification inhibition effects of corresponding ligands in soils

In order to investigate the relationships between the stability of Cu complexes and the nitrification inhibition effects of corresponding ligands, the effects of 22 kinds of Cu (II) ligands and eight kinds of Cu (I) ligands were evaluated in three types of soil on nitrification potentials (NPs) under short-term incubation (5 h) and nitrification inhibitory rates (NIRs) under long-term incubation (14 d). The results showed that the inhibitory effect of Cu (II) or Cu (I) ligands on nitrification exhibited significant linear relationships (P < 0.01) with the logarithms of the first stability constants (lgK₁) and the total stability constants (lgK_f) of corresponding complexes. Furthermore, lgK_f of Cu (II) complexes exhibited a greater linear correlation than the corresponding lgK₁ with the nitrification inhibition effects of the corresponding ligands; lgK_f of Cu (I) complexes exhibited a steeper linear relationship than that of Cu (II) complexes with NPs or NIRs, and hence, nitrification inhibition effects of Cu (I) ligands almost doubled that of Cu (II) ligands when the lgK_f values of Cu (I) and Cu (II) complexes have the same changes.     

尿素不同配施处理对棕壤茶园土壤尿素转化及硝化作用影响的研究

采用好气土壤培养试验,以单施尿素为对照,研究了尿素配施双氰胺（UD）、菌剂（UJ）、复混肥（UY）、菌剂+复混肥（UYJ）以及表面覆盖茶末（UF）处理对尿素转化和硝化作用的影响,测定了土壤铵态氮、硝态氮、脲酶活性、氨氧化菌数量并计算表观硝化率,结果表明:各种处理均能提高土壤中铵态氮含量,降低硝态氮含量,延迟脲酶活性高峰期,减小表观硝化率,抑制氨氧化菌。其中以覆盖茶末（UF）处理效果最好,其土壤铵态氮含量最高,硝态氮和硝化率最低;其次为UD处理,配施DCD能明显推迟脲酶活性高峰出现时间并降低前期活性,同时能显著抑制氨氧化菌生长。此外,比较UYJ和UJ处理结果可以推测:在有机质丰富的茶园中施用菌剂来抑制硝化作用的效果不显著。