生物炭与氮肥对稻田甲烷产生与氧化菌数量和潜在活性的影响

基于稻田中氮肥配施生物炭的田间定位试验,研究了施用生物炭与氮肥对旱季稻田土壤理化性质、甲烷氧化与产生潜势及甲烷氧化菌和产甲烷菌丰度的影响。田间试验共设置5个处理:单施生物炭、单施氮肥、氮肥配施生物炭(生物炭设置两个水平)以及对照。结果表明:施用生物炭三年后显著提高了有机碳和微生物生物量碳含量(p﹤0.05),与单施氮肥处理相比,氮肥配施生物炭后可显著提高土壤p H。与对照相比,单施生物炭显著提高土壤甲烷氧化潜势。在施氮条件下,甲烷氧化潜势与生物炭施用量之间存在正相关关系,与氮肥配施20 t hm-2处理相比,40 t hm-2生物炭处理甲烷氧化潜势增长53.8%。氮肥配施高倍生物炭与配施低倍生物炭处理相比产甲烷潜势由0.001提高至0.002 mg kg-1 h-1;氮肥施用一定程度上抑制了甲烷氧化菌数量的增长,单施氮肥处理中产甲烷菌数量较对照处理显著增加了3.0%;单施或配施低水平生物炭显著增加土壤甲烷氧化菌数量。氮肥显著降低了甲烷氧化菌与产甲烷菌基因丰度比(pmo A/mcr A)。而在同氮肥水平下施加生物炭显著增加了土壤pmo A/mcr A比值,即生物炭对甲烷氧化菌的促进作用显著高于产甲烷菌,提高了旱季稻田土壤的甲烷氧化能力,因此有助于减少稻田土壤甲烷的排放。     

15N示踪法研究生物炭施用对水稻—土壤系统氮肥去向的影响

为探究施用水稻秸秆生物炭对水稻产量、氮肥利用率、氮肥残留及损失的影响,采用盆栽试验结合¹⁵N示踪技术,分析了施用水稻秸秆生物炭对水稻生物量、氮素积累量、肥料氮去向以及氨氧化微生物的影响。研究共设置5个处理:不施氮肥(N0)、单施化肥(CF)、施化肥配施0.5%生物炭(BC1)、施化肥配施1%生物炭(BC2)和施化肥配施2%生物炭(BC3)。结果表明:与CF处理相比,BC2和BC3处理均显著提高水稻产量,增产率分别为19.3%和22.0%。施用生物炭显著增加水稻氮素积累量和表观利用率。施用生物炭的水稻籽粒肥料氮积累和总肥料氮积累量较CF处理分别提高18.6%~23.4%和18.5%~26.5%。然而,施用生物炭处理与CF处理之间的籽粒土壤氮吸收量没有显著差异。BC1、BC2和BC3处理的氮肥利用率分别为30.4%,28.5%和29.3%,均显著高于CF处理(24.1%)。施用生物炭有利于肥料氮在土壤中的 残留,从而减少损失。因此,施用生物炭的肥料氮损失率(25.7%~27.5%)显著低于单施化肥处理(38.4%)。与CF处理相比,高量施用生物炭(BC3)显著降低氨氧化细菌的amoA基因拷贝数,但施用生物炭对氨氧化古菌丰度没有显著影响。综上表明,施用水稻秸秆生物炭是提高水稻产量和氮肥利用率,同时还是有效减少氮素损失的一种有效措施。     

尿素和生物炭施用对菜地土壤氨氧化作用的影响

研究将生物炭(40000 kg hm~(-2))和不同用量的尿素(0, 150, 300, 450 kg hm~(-2))施用于酸性红壤中,连续种植四季作物后采集菜地土壤样品,通过定量PCR方法测定添加硝化抑制剂后土壤氨氧化微生物数量和土壤氨氧化潜势的变化,并分析氨氧化古菌(AOA)和氨氧化细菌(AOB)对土壤氨氧化潜势的相对贡献,深入探讨生物炭和氮肥添加对菜地土壤氨氧化微生物和氨氧化潜势的影响。结果表明,与未添加生物炭相比,添加生物炭处理土壤容重降低了7.1%～11.5%,pH值提高了0.20～0.56个单位,有机质含量增加了13.5%～19.1%;与未施氮肥处理相比,无机氮的含量增加了38.5%～77.8%(未添加生物炭)和17.1%～59.5%(添加生物炭)。添加生物炭和氮肥处理AOA的基因拷贝数没有显著差异(P 0.05),氮肥添加提高了AOB的基因拷贝数147.5%～385.6%(未添加生物炭)和69.5%～514.0%(添加生物炭)。添加生物炭处理,随氮肥施用量的增加,氨氧化潜势降低了13.4%～20.7%。因此,本研究中氮肥添加使AOB的amoA基因拷贝数显著增加、氨氧化潜势显著下降,对AOA没有显著影响(P 0.05);AOA对氨氧化潜势起到了主导作用;生物炭和尿素添加通过改变土壤的无机氮含量、pH、有机质含量影响土壤氨氧化过程。     

秸秆还田与氮肥配施对中南地区稻田土壤固碳和温室气体排放的影响

秸秆还田和氮肥施用是影响稻田土壤固碳潜力和温室气体排放的重要农作措施。通过研究油菜秸秆全量还田并配合施入不同量氮肥(150、225、300 kg·hm~(-2)和375 kg·hm~(-2))对稻田土壤固碳量和温室气体排放的影响,评估综合增温潜势,对分析秸秆还田配施氮肥对稻田固碳效果有重要作用。结果表明,与单施氮肥和单施秸秆处理相比,秸秆还田配施氮肥显著增加土壤固碳量,秸秆配施氮肥处理固碳量最高值为147.74 kg·hm~(-2),比单施氮肥处理平均高出38%。在降低温室效应方面,与单施氮肥相比,秸秆配施氮肥处理显著降低N_2O的累积排放量;与单一秸秆还田处理相比,秸秆配施氮肥处理显著提高水稻产量,降低CO_2的累积排放量,但在一定程度上增加了CH_4的排放。秸秆配施氮肥处理的温室气体强度和综合温室效应分别为0.372、5 394.22 kg CO_2-eq·hm~(-2),显著低于单施氮肥处理的0.630、9 339.94 kg CO_2-eq·hm~(-2),以及单一秸秆还田处理的0.816、9 872.2 kg CO_2-eq·hm~(-2),因此,秸秆还田配施氮肥是降低温室气体排放强度、减缓净温室效应的有效措施。     

异源表达Hvsusiba2水稻对稻田甲烷排放及土壤相关菌群的影响

Hvsusiba2是调控大麦淀粉合成和光合产物分配的转录因子。前期研究我们将Hvsusiba2导入粳稻(Oryza sativa L.subsp.japonica),Hvsusiba2粳稻稻田甲烷排放显著下降,胚乳淀粉含量显著提高。为进一步明确Hvsusiba2对稻田甲烷排放的影响,本研究我们将Hvsusiba2导入籼稻(O.sativa L.subsp.indica),研究异源表达Hvsusiba2籼稻全生育期甲烷排放和稻田主要甲烷菌及甲烷氧化菌变化。采用静态箱法测定Hvsusiba2水稻稻田甲烷排放通量,结果显示Hvsusiba2稻田全生育期的大部分时段甲烷排放量显著(P0.05)或极显著(P0.01)低于对照株系。Hvsusiba2水稻甲烷减排率幅度为54.7%~3.8%,减排率最高的时期为幼穗分化期。2个Hvsusiba2水稻株系生长季累计甲烷排放量分别为5 060.16 mg?m-2和5 250.60 mg?m-2,比对照减排30.30%和27.58%。采用荧光定量PCR法检测水稻关键生长期根土6类产甲烷菌和2类甲烷氧化菌以及土壤总细菌的丰度变化。结果显示:在整个生长期内Hvsusiba2水稻根土6类产甲烷菌菌群丰度的总体趋势是前期高、后期低;甲烷古菌(Archaea,ARC)、甲烷鬃菌科(Methanosaetaceae,Mst)和甲烷微菌目(Methanomicrobiales,MMb)3类菌群丰度的高峰出现在分蘖盛期,甲烷八叠球菌科(Methanosarcinaceae,Msc)菌群丰度的高峰出现在幼穗分化穗期,普通产甲烷菌(Methanogens,MET)和甲烷杆菌目(Methanobacteriales,MBT)分蘖期最高。Hvsusiba2水稻产甲烷菌丰度在分蘖期、抽穗期和开花期显著或极显著地低于野生型对照。在大部分测试时间段内Hvsusiba2水稻的2类甲烷氧化菌群丰度比对照有显著(P0.05)或极显著(P0.01)下降;Hvsusiba2水稻土壤总细菌丰度在水稻的分蘖期、抽穗期和开花期也显著低于野生型水稻。稻田中产甲烷菌的丰度依次是甲烷鬃菌科(Mst)甲烷古菌(ARC)普通产甲烷菌(MET)甲烷微菌目(MMb)≥甲烷八叠球菌科(Msc)甲烷杆菌目(MBT);2类甲烷氧化菌中Ⅰ型甲烷氧化菌(MBAC)丰度极显著大于Ⅱ型甲烷氧化菌(TYPEⅡ)。结合之前的研究结果,我们认为Hvsusiba2可能是通过改变水稻光合同化物分配生理,减少向土壤有机质的输送,降低土壤相关菌群的丰度达到稻田甲烷减排的。     

间隙灌溉和控释肥施用对稻田土壤产甲烷微生物的影响

间隙灌溉和控释肥施用影响稻田CH_4的产生和排放,然而其微生物机理尚不清楚。本研究通过采集稻季田间原位试验新鲜土样,采用核酸定量技术(qPCR)和末端限制性片段长度多态性(T-RFLP)技术,研究间隙灌溉和控释肥施用对稻田土壤产甲烷微生物群落丰度和结构的影响。结果表明,稻季CH_4排放量与古菌、产甲烷菌(mcr A基因)和甲烷氧化菌(pmo A基因)数量均呈极显著正相关关系(P0.01),而与细菌数量无显著相关性。间隙灌溉显著影响产甲烷菌和甲烷氧化菌数量的季节变化,其中烤田抑制产甲烷菌生长,而对甲烷氧化菌数量没有显著影响。与尿素相比,施用控释肥增加了稻田土壤细菌、古菌和产甲烷菌数量,降低了甲烷氧化菌数量。土壤古菌群落的优势T-RFs片段为184bp和391bp,其中184bp片段的相对丰度随着间隙灌溉的进行由45%~55%降低到23%~30%;而391bp片段则相反,其相对丰度由12%~18%增加到23%~26%。典型相关性分析(CCA)表明间隙灌溉显著影响土壤古菌群落结构(P0.001),而控释肥施用对土壤古菌群落结构没有明显影响。     

施用生物炭对双季稻田综合温室效应和温室气体排放强度的影响

为探究在南方双季稻区施用生物炭对稻田综合温室效应和温室气体排放强度的影响,本研究以常规稻中嘉早17(早稻)和杂交稻五优308(晚稻)为试验材料,设置不施生物炭(CK)和施生物炭(20t·hm-2)2个处理,采用静态箱-气相色谱法连续2年监测稻田温室气体排放,并分析施用生物炭对双季稻田甲烷(CH4)和氧化亚氮(N2O)排放量、综合温室效应(GWP)、双季水稻累积总产量和单位产量的温室气体排放强度(GHGI)的影响。结果表明,与对照相比,施用生物炭显著降低了早晚稻甲烷累积排放通量,但对氧化亚氮累积排放通量无显著影响。试验进行2年后,施用生物炭显著降低2周期稻田的甲烷累积排放总量(26.9%)。在100年时间尺度上,施用生物炭显著降低2周期稻田综合温室效应(26.9%)和温室气体排放强度(30.3%);施用生物炭显著增加双季稻田土壤有机质含量,且在试验第2年显著提高了早晚稻的产量。综上,施用生物炭可以协同实现水稻丰产和稻田固碳减排。本研究为南方双季稻区水稻丰产和稻田土壤固碳减排提供了理论依据。     

稻田水分管理和秸秆还田对甲烷排放的微生物影响

为了探讨不同水分管理和秸秆还田对稻田甲烷排放的影响机理,依托中国科学院亚热带农业生态研究所长沙农业环境监测研究站长期定位试验,选择长期淹水(CF)、秸秆还田+长期淹水(HS+CF)、常规灌溉(IF)、秸秆还田+常规灌溉(HS+IF)4个处理,应用限制性片段长度多态技术(T-RFLP)和实时荧光定量PCR技术在DNA和c DNA水平对比研究不同水分管理和秸秆还田影响稻田土壤甲烷排放的微生物分子机理。结果表明:长期淹水处理的甲烷排放量显著高于常规灌溉处理,秸秆还田处理对甲烷排放的影响不显著。产甲烷菌和甲烷氧化菌群落结构只对土壤水分管理产生响应,对秸秆还田没有响应。水分管理和秸秆还田显著影响产甲烷菌的数量,却对甲烷氧化菌数量没有影响。产甲烷菌和甲烷氧化菌群落组成和表达群落组成存在明显的分异,c DNA水平上产甲烷菌和甲烷氧化菌表达群落组成对水分管理的响应比DNA水平群落组成更敏感。稻田甲烷排放通量与mcr A和pmo A基因丰度和表达丰度均没有显著相关性,只与DNA水平基因丰度比值(mcr A/pmo A)呈显著正相关关系。可以看出,长期淹水处理可以通过改变土壤中产甲烷菌和甲烷氧化菌的群落结构和数量及两者数量的比例来调控甲烷的排放量。     

不同种类秸秆还田对单季稻田CH4排放和功能微生物丰度的影响

【目的】阐明稻田土壤CH₄排放及其相关功能微生物对不同种类秸秆施用的响应机制，为稻田生态系统CH₄排放预估和减排措施的选择提供理论依据。【方法】以太湖地区典型单季稻田的原柱状土为研究对象，通过设置温室栽培试验，同步监测水稻秸秆(RS)、小麦秸秆(WS)、玉米秸秆(MS)施用模式下水稻各生长期CH₄排放通量、水稻产量、土壤微生物量碳氮含量等因子，定量化研究CH₄排放相关菌群及功能基因的群落丰度。【结果】与对照相比，RS、WS和MS处理下水稻生长期CH₄排放量分别增加289.65%、263.30%和344.43%，单位水稻产量CH₄排放量分别增加210.40%、182.35%和282.80%。水稻生育期中，土壤产CH₄菌(mcrA)群落丰度呈现上升趋势而CH₄氧化菌(pmoA)呈先上升后下降趋势。与对照相比，拔节期RS处理显著增加细菌16S rRNA和pmoA基因拷贝数，成熟期WS处理显著增加mcrA拷贝数，而MS处...     

长期定位施肥对中性紫色土硝化作用及氨氧化微生物的影响

为了研究长期不同施肥措施对中性紫色土氨氧化微生物及其硝化作用的影响,以国家紫色土肥力与肥料效益监测基地的中性紫色土为研究对象,进行土壤氨氧化细菌和氨氧化古菌amo A基因的Real-time PCR分析,比较长期不同定位施肥对土壤氨氧化潜势和硝化强度的影响,并分析不同施肥制度对功能微生物丰度与功能的作用。数据显示,土壤中氨氧化古菌amo A基因拷贝数(Log值6.21～7.14)远大于氨氧化细菌(Log值3.65～5.73),相对于对氨氧化细菌丰度的影响,施肥对土壤氨氧化古菌丰度影响较小。施用氮肥与磷肥都显著提高了土壤氨氧化细菌丰度,1.5NPK+M处理氨氧化细菌丰度最高(Log值5.73),有机无机肥配施可以显著提高土壤氨氧化微生物丰度;而含氯化肥的施用在一定程度上降低了土壤氨氧化细菌丰度与硝化细菌生长,与施用不含氯的肥料处理相比,含氯肥料处理的土壤氨氧化细菌丰度与硝化细菌数分别降低了3.74%和88.12%。研究表明,长期施肥能影响中性紫色土中氨氧化细菌的丰度,有机无机肥配施能够提高土壤的氨氧化潜力与土壤的硝化能力。     

FACE对水稻土产甲烷菌和甲烷氧化菌种群及其活性的影响

利用江都市小记镇的稻-麦轮作FACE平台,采用最大可能(MPN)法,在2005年水稻生长季研究了不同施肥(常规N量和低N量)、不同秸秆还田(秸秆全还田和秸秆不还田)处理土壤中的产甲烷菌和甲烷氧化菌数量在大气CO2浓度升高(FACE)条件下随时间的变化情况,并且借助气相色谱测定了土壤的产甲烷潜力和甲烷氧化潜力。结果表明:在秸秆全还田情况下,FACE对于产甲烷菌在分蘖期具有促进作用,而在抽穗期与收获期具有抑制作用,这种作用在低N条件下达到显著性(P<0.05)水平。而秸秆不还田情况下,FACE对产甲烷菌无明显促进作用;在低量N的施用情况下,FACE对于土壤甲烷氧化菌的活性具有刺激作用,在水稻抽穗期土壤甲烷氧化菌数量明显地高于对照,达到显著性水平(P<0.05);而常规施N量秸秆全还田的情况下,在水稻的分蘖期、拔节期和收获期FACE土壤中的甲烷氧化菌数量却受到一定程度的抑制。土壤的产甲烷潜力测定结果表明,FACE能促进土壤的CH4释放,尤其是在常规N量施用条件下。当底物(加入外源CH4)充足时,FACE条件下能使土壤具有较高的氧化CH4的能力,其CH4氧化潜力明显大于对照土壤,并且这种作用在常规N肥施用条件下尤为明显,达极显著性水平(P<0.01)。     

不同时期施用生物炭对稻田N_2O和CH_4排放的影响

通过分别在水稻季(R)和小麦季(W)设置对照(RB0-N0、WB0-N0)、单施氮肥(RB0-N1、WB0-N1)、20 t hm-2生物炭与氮配施(RB1-N1、WB1-N1)、40 t hm-2生物炭与氮配施(RB2-N1、WB2-N1)等8个处理,研究稻麦轮作周年系统N2O和CH4排放规律及其引起的综合温室效应(Global warming potential,GWP)和温室气体强度(Greenhouse gas intensity,GHGI)特征。结果表明:稻季配施20 t hm-2生物炭对N2O和CH4的排放、作物产量及GWP和GHGI均都无明显影响;稻季配施40 t hm-2生物炭能显著降低8.6%的CH4的排放和9.3%的GWP,显著增加作物产量17.2%。麦季配施20 t hm-2生物炭虽然对温室气体及GWP影响不明显,但显著增加21.6%的作物产量,从而显著降低21.7%的GHGI;麦季配施40 t hm-2生物炭能显著降低20.9%和11.3%的N2O和CH4排放,显著降低15.7%和23.5%的GWP和GHGI。因此麦季配施生物炭对减少N2O和CH4的排放、增加稻麦轮作产量及降低GWP和GHGI的效果较稻季配施生物炭效果更好。     

氮肥与生物炭施用对稻麦轮作系统甲烷和氧化亚氮排放的影响

【目的】以我国稻麦轮作系统为对象,研究氮肥和小麦秸秆生物炭联合施用对CH4和N2O排放规律的影响;结合小麦和水稻总产量进而评估对该生态系统综合温室效应(GWP)和温室气体强度(GHGI)的影响,为生物炭在减缓全球气候变化及农业生产中的推广应用提供科学依据。【方法】生物炭通过小麦秸秆在300 500℃条件下炭化获得。田间试验于2012年11月至2013年10月进行,为稻麦轮作体系。采用静态暗箱—气相色谱法观测CH4和N2O排放通量;试验共设置不施氮肥不施生物炭(N0B0)、不施氮肥施20 t/hm2生物炭(N0B1)、施氮肥不施生物炭(N1B0)、氮肥与20 t/hm2生物炭配施(N1B1)、氮肥与40 t/hm2生物炭配施(N1B2)等5个处理,各处理3次重复。【结果】单施氮肥(N1B0)与不施氮肥(N0B0)处理相比,增加了稻麦轮作产量82.8%,增加了CH4排放0.6倍,增加了N2O排放5.5倍。单施生物炭(N0B1)与不施生物炭(N0B0)处理相比,显著增产25.4%,却不能减少CH4和N2O的排放。在施氮的同时,配施20 t/hm2生物炭与单施氮肥处理相比,显著增加稻麦轮作产量21.6%,小麦和水稻总产量也比配施40 t/hm2生物炭处理高;配施40 t/hm2生物炭与单施氮肥处理相比,显著降低稻麦轮作系统CH4排放11.3%和N2O排放20.9%,CH4和N2O排放量也比配施20 t/hm2生物炭的排放量低。随着生物炭配施量的增加,CH4和N2O减排效果更明显。单施生物炭并不能有效地减少GWP,但却可以显著增加作物产量,从而减小GHGI。对N0B0、N0B1、N1B0、N1B1四个处理进行双因素方差分析发现,氮肥和生物炭在CH4和N2O排放、作物产量、GWP和GHGI方面都不存在明显的交互作用。各处理在100 a时间尺度上总GWP由大到小的顺序为N1B0N1B1N1B2N0B0N0B1,GHGI值由大到小的顺序则为N1B0N1B1N0B0N1B2N0B1。单施生物炭与配施生物炭都能降低稻麦轮作系统的GWP和GHGI,配施40 t/hm2生物炭处理降低效果更好。【结论】稻田麦季施用不同水平生物炭都能在保产或增产的同时,降低稻麦轮作系统CH4和N2O的排放及GWP和GHGI。在当前稻麦轮作系统中,与20 t/hm2的生物炭施用量相比,40 t/hm2的生物炭施用量显著降低GWP,但增产效果不明显,因此二者GHGI相当,需要根据温室效应与作物产量权衡选择生物炭实际施用量。     

追施生物炭对稻麦轮作中麦季氨挥发和氮肥利用率的影响

【目的】利用田间定位试验,对比研究生物炭施入土壤经过三年老化及追施新生物炭对稻麦轮作体系中麦季土壤氨 (NH₃) 挥发、氮肥利用率和产量的影响。【方法】试验共设6个处理,其中对照处理2个为N0B0 (不施氮肥+不施生物炭)、N1B0 (单施N 250 kg/hm2);2012年施用生物炭处理2个为N1B1 (N 250 kg/hm2 + 生物炭20 t/hm2)、N1B2 (N 250 kg/hm2 + 生物炭40 t/hm2);2015年追施生物炭处理2个为N1B1 + B (N1B1 + 生物炭10 t/hm2)、N1B2 + B1 (N1B2 + 生物炭20 t/hm2)。【结果】与N1B0处理相比,N1B1和N1B1 + B处理NH₃挥发累积量分别减少36.6%、6.4%,氮肥利用率提高30.1%和14.1%,小麦产量增加55.6%和26.9%;而N1B2、N1B2 + B1处理NH₃挥发累积量分别增加20.3%、40.5%,氮肥利用率提高35.9%和14.3%,小麦产量增加72.5%和18.9%。与老化生物炭处理相比,追施生物炭处理显著增加了小麦季氨挥发累积量,并显著降低了小麦氮肥利用率和产量。【结论】农田中施用生物炭可明显增加小麦季产量和氮肥利用率。老化生物炭低施用量 (20 t/hm2) 处理能显著减少NH₃挥发损失,并且更有效的提高小麦氮肥利用率和产量。     

不同生物质炭输入水平下旱作农田温室气体排放日变化研究

在陇中黄土高原干旱半干旱区,采用小区定位试验,对不同生物质炭水平(0 t·hm~(-2)、10 t·hm~(-2)、20 t·hm~(-2)、30 t·hm~(-2)、40 t·hm~(-2)、50 t·hm~(-2))下农田土壤温室气体(CO_2、N_2O和CH_4)的日排放通量及其影响因子进行连续观测,并确定1 d中不同生物质炭处理水平下的最佳观测时间。结果表明:6个生物质炭输入水平处理下,春小麦地土壤CH_4、N_2O和CO_2通量变化趋势与气温日变化轨迹大体一致,均表现为白天排放量大于夜间,并在4:00—5:00时,出现对CH_4通量的吸收峰,以及N_2O与CO_2的排放低谷;全天内各处理CH_4平均排放通量依次为:10.14mg·m~(-2)·h~(-1)、7.82mg·m~(-2)·h~(-1)、6.57mg·m~(-2)·h~(-1)、-0.10mg·m~(-2)·h~(-1)、1.05mg·m~(-2)·h~(-1)和2.89mg·m~(-2)·h~(-1),N_2O平均排放通量依次为:288.79mg·m~(-2)·h~(-1)、201.78mg·m~(-2)·h~(-1)、157.14mg·m~(-2)·h~(-1)、112.06mg·m~(-2)·h~(-1)、154.60mg·m~(-2)·h~(-1)和164.02mg·m~(-2)·h~(-1),CO_2平均排放通量依次为:85.44 mg·m~(-2)·h~(-1)、80.91 mg·m~(-2)·h~(-1)、76.49 mg·m~(-2)·h~(-1)、65.29 mg·m~(-2)·h~(-1)、67.19 mg·m~(-2)·h~(-1)和69.10 mg·m~(-2)·h~(-1);当生物质炭输入量小于30 t·hm~(-2)时,土壤CH_4、N_2O、CO_2排放通量随其输入量增加而显著减小,但当其输入量超过30 t·hm~(-2)时,3种温室气体排放通量则呈显著增大趋势;当生物质炭输入水平为30 t·hm~(-2)时,春小麦土壤全天表现为CH_4的吸收汇,其余各水平处理下的土壤表现为CH_4的弱排放源;6种处理水平下,全天春小麦地土壤表现为N_2O、CO_2的排放源。0~5 cm的土壤温度及水分(y)与生物质炭输入量(x)回归方程分别为y=-0.017 6x+16.585(R~2=0.302 6,r=-0.55,P0.05)和y=0.056 5x+13.626(R~2=0.815 1,r=0.903,P0.05),生物质炭输入量与0~5 cm的土壤水分呈显著正相关关系;无生物质炭输入处理下3种温室气体的吸收或排放通量与地表温度及5 cm地温均呈显著正相关关系,其他各处理也表现出不同程度的正相关关系。因此,当生物质炭输入水平为30 t·hm~(-2)时,更有利于CH_4、N_2O和CO_2 3种温室气体的增汇减排;生物质炭输入水平差异引起的土壤温度及水分差异可能是不同生物质炭处理CH_4、N_2O和CO_2日排放通量产生差异的主要原因;由矫正系数及最佳时段温室气体排放量与累积排放量回归分析可得,3种温室气体的最佳同期观测时间为8:00—9:00。     

生物质炭提高稻田甲烷氧化活性

为了揭示生物质炭输入对稻田根际土壤产甲烷和甲烷氧化活性的影响,该文通过1a 的田间试验,研究了2种原料制备的生物质炭（竹炭和水稻秸秆炭）对水稻根际土壤产甲烷和甲烷氧化活性的影响。结果表明,2种生物质炭因理化性质的不同,对水稻根际土壤产甲烷活性和甲烷氧化活性的影响存在较大差别。秸秆炭的输入可以显著提高水稻苗期根际土壤产甲烷活性,而竹炭在水稻的整个生长期对根际土壤产甲烷活性均没有显著性影响。竹炭和秸秆炭不稳定易降解组分含量的差异,使其对稻田土壤产甲烷微生物产生不同程度的影响,进而导致稻田根际土壤产甲烷活性响应差别。除抽穗期竹炭处理和成熟期秸秆炭处理,尿素施加并未显著改变生物质炭对根际土壤产甲烷活性的影响趋势。在水稻整个生长期,秸秆炭和竹炭对稻田土壤甲烷氧化活性都有促进作用,但只有秸秆炭在苗期和成熟期表现出显著性的差异。尿素对苗期和抽穗期根际土壤甲烷氧化活性有促进作用。与竹炭相比,秸秆炭输入在改善土壤通气条件、提高土壤pH值和电导率EC、以及K、P元素含量等方面更为有效,同时可能是秸秆炭对水稻根际土壤甲烷氧化活性产生显著性促进作用的潜在机理。     

秸秆生物炭对潮土作物产量和土壤性状的影响

将秸秆转化为高碳含量和稳定性的生物炭施入土壤无疑可提升碳库,但也会影响土壤性状和作物生长。为评估秸秆生物炭在北方潮土(p H 8.30)的应用潜力,设每季生物炭施用量为0(对照)、2.25(低量)、6.75(中量)和11.3 t hm-2(高量)(四季后总施炭量分别为0、9、27、45.2 t hm-2)4个处理,通过2年小麦-玉米轮作小区试验,观测了作物产量、籽粒品质、氮素吸收和土壤矿质氮、p H、容重、水分的变化。结果显示,中量生物炭处理下第四季玉米产量增加8.43%;中、高量生物炭处理下四季作物总产量提高4.54%~4.92%。生物炭对小麦和玉米籽粒蛋白质、小麦湿面筋含量及容重无负面影响。作物地上部分氮素吸收、土壤矿质氮含量和p H各处理间无明显变化。中、高量处理下四季作物后土壤容重降低2.99%~10.4%,含水量增加10.3%~20.2%,最大持水量提高14.5%~15.0%。表明中、高量秸秆生物炭每季还田对作物有小幅增产作用,且不影响籽粒品质。土壤容重、水分、持水量等物理性状的改善可能是作物增产的重要原因。     

Short-term effects of biochar amendment on soil microbial community in humid tropics

Biochar is known to ameliorate soil fertility and improve crop production but information regarding soil microbiota responses on biochar amendment remains limited. The experiment was conducted to study the effect of biochars from palm kernel (pyrolysed at 400°C) and rice husk (gasified at 800°C) in a sandy loam Acrisol from Peninsular Malaysia. The soil was amended with palm kernel shell biochar (PK), rice husk biochar (RH), palm kernel biochar with fertilizer (FPK), rice husk biochar with fertilizer (FRH), fertilizer and control soil. Soil samples were taken during maize harvesting and were analysed for physico-chemical properties, microbial biomass, microbial abundance and microbial diversity. Increase in pH, moisture content, CEC, organic C, and labile C were recorded in all biochar amended soils. Microbial biomass C was 65% and 36% higher in RH and FRH, respectively, than control. Microbial biomass N was greatest in FPK and FRH with respective increment of 359% and 341% than control. β-glucosidase and xylanase activities were significantly increased in all biochar treated soils than control. A shift in microbial diversity was not detected. The biochar affects the microbial community by altering the soil environment and increasing labile active carbon sources in the short-term amendment.     

生物炭施用对稻田氮磷肥流失的影响

针对宁夏引黄灌区稻田过量施肥导致土壤养分利用效率低的问题,通过田间小区试验,在优化施氮条件下(240kg·hm~(-2)),设4个生物炭水平(0、4500、9000、13500kg·hm~(-2)),研究施用外源生物炭对稻田氮磷流失和土壤养分含量的影响。结果表明:生物炭对稻田田面水氮素动态产生影响,表现为田面水中全氮、硝态氮含量随生物炭用量的增加而降低,铵态氮表现则相反;全氮和铵态氮的最大峰值出现在第1次追施氮肥后的第2天,最大值为34.86、8.28mg·L~(-1);硝态氮最大峰值3.31mg·L~(-1)出现在第2次追施氮肥后的第2天。随后均迅速下降,全氮含量在施氮肥后10d回到第1次追氮前的含量水平,并趋于稳定,铵态氮和硝态氮则在7d后。生物炭对田面水全磷未产生显著影响,全磷含量在第1次施氮肥后3d达到峰值,为3.69mg·L~(-1),之后迅速下降,6~7d后降至追氮前的含量水平,并趋于稳定。生物炭处理显著降低了稻田全氮流失量8.03%~13.36%,高量炭处理(13500kg·hm~(-2))显著提高了土壤全氮和有机质含量,提高幅度分别为41.2%和27.5%(P0.05)。说明生物炭对稻田磷流失、土壤全磷和速效磷含量无显著影响,对降低稻田氮素淋失表现出积极效果。     

长期有机无机肥配施对水稻产量及土壤有效养分影响

利用中国农业科学院红壤实验站开始于1982年的水稻长期定位试验,研究长期有机无机肥配施对水稻产量及土壤速效氮、磷、钾含量的动态变化(1982—2011年)特征。29年研究结果表明:长期有机无机肥配施(NPKM)能提高水稻产量,培肥地力。长期施用化肥(NPK)导致水稻产量降低。稻谷产量随着施肥量的增加而增加。在等氮投入情况下,增施化学磷肥的增产效应要高于化学钾肥,且早稻表现尤为明显;长期单施有机肥和单施化肥对稻谷产量的影响没有显著差异。随着施肥时间的延长,各处理水稻产量差异越显著。各施肥处理土壤碱解氮增加速率表现为慢-快-慢三个阶段,有机肥的施用相较单施化肥,能够显著提高土壤碱解氮含量(p0.05)。土壤有效磷的累积主要与化学磷肥的施用有关,各施肥处理土壤有效磷历年平均含量变化趋势为:NPKM、NPM、PKMNPKM、NKM(p0.01);土壤速效钾以有机肥和化学钾肥配施的处理(NPKM、NKM、PKM)增加最快,单施化学肥料的处理(NPK)增加最慢。随着氮、磷施用量的增加,土壤中氮、磷素出现盈余,但NPKM处理相比其他处理能够有效降低盈余量;各处理土壤中钾素均表现为亏缺状态,红壤性水稻田至少每年应补充投入钾素200 kg hm-2才能基本维持土壤钾素平衡。