Mineralization of Organic Nitrogen in Soils with Contrasting Fertility Was Regulated Differently by Addition of Biochar and Animal Manures

ABSTRACT

How to restore the soil fertility and productivity in a damaged and then reclaimed area with extremely low fertility is a big concern worldwide. To explore the method of soil restoration in the coal mining subsidence area, the effects of biochar application coupled with organic fertilizer (animal manures) on the process of organic nitrogen (N) mineralization were studied in a 149 days leaching experiment. Biochar were applied (wt/wt) at the rates of 0%, 1%, and 3%. Two organic fertilizers with different C/N ratio (chicken and sheep manures) were applied at the rate of 200 mg N·kg^?1 soil. A vegetable soil with high-fertility was used as the comparison. The results showed that when treated with chicken manure, the reclaimed soil had 11.13% lower mineralization potential and 20.00% lower inorganic nitrogen production from mineralization than the vegetable soil. Compared with the non-biochar treatment, biochar at both application rates decreased N leaching in chicken manure-treated reclaimed soil, i.e., by 21.49% (1% biochar) and 28.31% (3% biochar), respectively, whereas only high rate of biochar application decreased N leaching in chicken manure-treated vegetable soil by 8.10%. However, N leaching in sheep manure-treated reclaimed soil was unaffected by the biochar application. Thus, the effect of the biochar on the organic nitrogen mineralization was affected by both soil and organic fertilizer type.     

Rice-residue biochar influences phosphorus availability in soil with contrasting P status

ABSTRACT

Thermo-chemical conversion of crop residues to produce biochar is an emerging strategy in the context of sustainable phosphorous (P) use and residue management. An incubation study for 90 d was conducted to investigate the effects of rice-residue biochar (0, 10, 20 and 40 g kg^?1) in combination with inorganic-P (KH₂PO₄) (0, 25 and 50 mg kg^?1) on phosphorous availability in medium- and high-P status soils. Increasing biochar addition rates alone or in combination with inorganic-P resulted in a significant increase in P pools, i.e. plant available P or Olsen-P (from 8 to 132 mg kg^?1 in medium-P and 15 to 160 mg kg^?1 in high-P soils), microbial biomass P and various mineral-bound inorganic-P fractions in the order (Ca-P > organic-P > Al-P > loosely held/soluble-P > Fe-P > reductant soluble-P). Further, lower phosphatase activity (19–50%) with increasing rates of biochar addition in both soils elucidates the ability of biochar to act as a long-term source of available P in the experimental soils. The results demonstrate that rice-residue biochar can directly or indirectly enhance the status of available P in soils and hence can be used as a beneficial amendment to meet the crop P demand.     

长期施氮肥对黄棕壤微生物生物性状的影响及其调控因素

基于黄棕壤小麦-甘薯轮作的长期定位试验,探究不同施氮处理土壤微生物生物量碳(MBC)、氮(MBN)含量和酶活性的变化及其潜在调控因子,为科学施氮提高土壤质量和改善土壤生态功能提供依据。试验选取始于2011年4个施氮处理:不施肥(CK)、不施氮肥(PK)、施化学氮肥(NPK)和化学氮肥配施有机肥(NPKM),调查两季作物收获后土壤MBC和MBN含量、酶活性及微生物碳氮利用效率的变化,并通过冗余分析(RDA)和结构方程模型(SEM)明确调控弱酸性黄棕壤中MBC和MBN变化的潜在因素。小麦和甘薯两季的结果表明:施氮肥降低了土壤MBC、MBN含量和蔗糖酶(SSC)、脲酶(SUE)活性,与NPK处理相比, NPKM处理增加了MBC、MBN含量和SSC、SUE活性。长期施用氮肥提高了土壤有机碳(SOC)和土壤养分[全氮(TN)和矿质态氮(MN)]含量,但施氮肥显著降低土壤p H以及微生物的碳氮利用效率。与小麦季相比,甘薯季土壤SOC和MN含量有所下降,而MBN含量和SSC活性有所升高。RDA和SEM结果表明,氮肥的施用强化了MBC与MBN、SSC与MBC以及SUE与MBC之间的关联性;不同施氮处理下土壤p H、有机碳、氮含量以及微生物的碳氮利用效率的变化直接或间接地影响土壤MBC、MBN含量和SSC、SUE活性,其中p H是调控土壤MBC变化的直接因素,而土壤SSC和SUE活性与MBC、MBN含量相互影响。长期施用氮肥降低了黄棕壤MBC、MBN含量和酶活性,化学氮肥配施有机肥有利于缓解生物性状的下降,土壤p H是影响MBC变化的主要因素,小麦-甘薯轮作中土壤微生物强烈的碳代谢过程利于增加MBN。     

王茂沟流域淤地坝系土壤颗粒与有机碳分布特征研究

为了研究黄土高原丘陵沟壑区坝系坝地土壤颗粒与有机碳的分布特征,以陕北绥德县王茂沟小流域为研究对象,选取了47个土壤剖面,采集土样940个,分析了分形维数、粗化度、有机碳与各粒径组成之间的关系。结果表明:（1）研究区坝地的土壤粒径分布中,粉粒含量占主导地位,依次为砂粒、黏粒;（2）王茂沟坝地土壤颗粒的分形维数在2.674~2.829之内变化,垂直剖面上变化很微小,坝前、坝中、坝后土壤颗粒分形维数分别为2.803 3,2.783 6,2.795 8;（3）王茂沟坝地土壤质地粗化度在0.27~0.58,平均值为0.44,坝前（0.40） < 坝后（0.45） < 坝中（0.46）;（4）坝地土壤颗粒在0.05~0.002 mm和 < 0.002 mm范围内与土壤颗粒的分形维数成极显著正相关,在2.0~0.05 mm范围内与土壤颗粒的分形维数成极显著负相关;坝地土壤有机碳与粉粒和黏粒呈正相关,与细砂粒和极细沙粒含量呈负相关。     

不同土地利用方式下渭-库绿洲土壤盐渍化特征分析

基于渭干河—库车河三角洲绿洲土壤盐渍化现象发展的趋势,采用经典统计分析方法,对研究区不同土地利用方式下的土壤电导率、总盐量和pH值进行描述性统计分析,通过单因素方差方法对不同土地利用方式下土壤盐分指标进行差异显著性检验,并利用最小显著极差法(LSD)进行多重比较。研究结果表明:在不同土地利用方式和土层深度下,土壤电导率和总盐量的平均水平差异显著(p0.05),其含量由高到低依次为:荒漠灌丛盐碱草地耕地林地,而土壤pH值则无显著差异,土壤盐分呈现出明显的表层富集现象。本研究的结论对于提高此区域农业生产潜力和盐碱地综合治理具有重要的理论和实际意义。     

体积置换法直接测量土壤质量含水率及土壤容重

土壤含水率直接测量是相关研究和应用的基础,在土壤力学、作物栽培、农田灌溉、生态环境等研究和实践中十分重要。该文提出了一种与传统烘干称质量法相当的体积置换法直接测量土壤质量含水率及土壤容重。该方法在假设一定土壤颗粒密度的前提下,用一定体积的标准取样环刀取得土样后,通过向待测量土体补充水分使土壤达到饱和,用一定体积的水置换土壤中的充气空隙,直到土样达到饱和状态;再通过测量得到的初始/原始土样质量、饱和后土壤的质量以及已知土壤颗粒密度和水密度,计算得到被置换的充气空隙的体积,进而由此计算得到土壤质量含水率和土壤容重。采用3种不同土壤,即陕西杨凌黏黄土、北京粉壤土和江西黏红土,分别预配制成7种不同初始土壤体积含水率,含水率约为:风干土(含水率2%～3%)、5%、10%、15%、25%、30%和饱和含水率,以及3种不同土壤容重:1.25、1.35和1.45g/cm3进行室内试验。用类似的土样,采用传统方法烘干土样8、12、24、48h后,测量确定土壤的质量含水率,通过延长烘干时间测得数据表明,传统方法烘干8h所测得的质量含水率仍有1%～3.2%的含水率误差。最终试验结果表明体积置换方法测得的土壤含水率比传统烘干土样8h所测得的结果大2%～3%,比烘干土样48h所测得的结果大1%左右。体积置换方法测量操作过程简单,耗时较少,节约能源,测量结果具有较高精度。     

强度水土流失区不同治理措施对土壤物理性质的影响

在福建省长汀河田强度侵蚀山地,探讨了3种不同治理措施对土壤物理性质的影响,结果表明：不同治理措施区的土壤孔隙状况、团聚度、抗蚀性、入渗速率均得到一定程度的提高,土壤分散率降低,土壤排水能力和通气度也有所提高。不同措施对土壤物理性质改良的总体趋势是：草灌乔措施〉补植乔灌〉老头松改造〉对照,采用草灌乔混交措施对土壤物理性质的改良效果最好。     

施用生物炭和零价铁粉对土壤中镉形态变化的影响

通过施用生物碳和还原性铁粉,研究其对土壤镉形态变化的影响.结果表明:生物碳或还原性铁粉单施及二者配施均极显著改变土壤镉形态.其中生物炭、还原性铁粉二者配施效果优于单施;单施生物炭主要对交换态镉的降低效果显著,同时对碳酸盐结合态镉、有机结合态镉及残渣态镉的形成起显著作用;而单施还原性铁粉对铁锰氧化结合态镉的形成起显著作用.另外,镉的活性指数从4.36降到0.97,不同形态镉含量的最大变化为,交换态镉比例从81.04％降到49.16％;碳酸盐结合态镉从9.44％升到17.93％;铁锰氧化结合态镉从2.95％升到10.88％;有机结合态镉从2.66％升到11.33％;残渣态镉从3.91％升到14.42％.在16个处理中,I3B2(铁粉0.045 g/kg土和生物炭3.0 g/kg土)处理为最佳组合.     

改良剂对柴油污染土壤中黑麦草生理代谢的调节

开展了土壤柴油污染的单因素盆栽实验和柴油污染盐渍化土壤中添加锯末-硝酸铵-磷酸二氢钾的三因素正交盆栽实验,对黑麦草幼苗抗氧化酶活性和叶绿素含量进行了分析,探究了柴油污染土壤中黑麦草幼苗的生理变化与调节。结果表明,土壤柴油污染显著减小了黑麦草幼苗生物量,与对照相比,叶SOD活性在柴油浓度0.3%和0.9%时显著降低,POD和CAT活性在0.6%和0.9%柴油浓度下显著降低;根SOD活性在0.9%柴油浓度下显著增大,POD活性在0.6%和0.9%柴油浓度下显著下降。受柴油污染的盐渍化土壤,施加锯末体积分数为10%时,黑麦草幼苗叶POD和CAT活性显著增强,叶绿素a和叶绿素b含量显著增加;施氮量为0.3 g·kg~(-1)土时,黑麦草幼苗叶绿素a和叶绿素b含量显著增加。可见,土壤受柴油污染时,添加锯末和硝酸铵可有效调节黑麦草幼苗的生理代谢。     

草原工程侵蚀区植被恢复模式的水土保持效应

以内蒙古草原大型露天煤矿开采形成的人工再塑地貌为研究对象,针对水土流失特点,结合自然气候、立地条件等因素,以快速恢复工程侵蚀区受损植被、减少水土流失为目的,通过水土保持措施组合配置试验,研究草原工程侵蚀区人工再塑地貌不同植被恢复模式的水土保持效应。结果表明:人工再塑地貌平台植被恢复采用“栽植灌木+种草”的措施配置灌木保存率为85.4%,草本植物盖度76%,土壤风蚀量比其他样区减少30%~85%;边坡植被恢复采用“栽植灌木+种草”模式和“生物笆+灌木”模式植物盖度达60%以上,抗蚀保土能力较强;通过秩和比法进行综合效益评价,“生态袋+种草”和“栽植灌木+种草”两种模式在治理投资成本与水土保持效益方面结合较好,水土流失防控效果明显,可在草原工程侵蚀区人工再塑地貌边坡水土流失治理中优先应用。