生物炭连续施用对农田土壤氮转化微生物及N2O排放的影响

【目的】研究连续添加生物炭6年后对农田土壤氮转化相关微生物功能基因的影响,揭示生物炭影响作物产量和N₂O排放的微生物学机制,并为生物炭的推广使用提供理论依据。【方法】通过在潮土农田设置0（BC0,对照)、2.25（BCL,低量）、6.75（BCM,中量）和11.25 t·hm^-2（BCH,高量）4个秸秆生物炭量处理的田间定位试验,采用田间观测、化学分析、荧光定量PCR（qPCR）技术,系统研究施用生物炭对氧化亚氮（N₂O）排放、氨单加氧酶（amoA）、亚硝酸还原酶（nirK、nirS）、氧化亚氮还原酶（nosZ）基因丰度及夏玉米产量的影响。【结果】与对照BC0处理相比,施用生物炭可显著提高夏玉米籽粒产量,且BCM处理籽粒产量达到最大值10 811 kg·hm^-2,显著降低夏玉米生育期N₂O累积排放量,并以BCM处理减少N₂O排放效果最优。研究还发现,在夏玉米多个生育时期,与对照比较,生物炭施用可以显著提高耕层土壤无机氮储量和土壤含水量。此外,随着生物炭施用量增加,土壤氨氧化古菌（AOA）基因拷贝数在夏玉米大喇叭口期和成熟期均表现为先上升后下降趋势,且两个时期均以BCM处理最高,而氨氧化细菌（AOB）基因拷贝数在夏玉米大喇叭口期和成熟期分别为BCH处理和BCM处理最高。与对照相比,中、高量生物炭施用（BCM、BCH处理）可显著提高夏玉米大喇叭口期和成熟期土壤反硝化作用功能相关基因（nirK、nirS、nosZ）拷贝数。相关性分析表明,夏玉米成熟期土壤N₂O排放通量与土壤硝态氮、土壤含水量、AOA、AOB、nirK、nirS、nosZ呈显著负相关关系。【结论】施用生物炭通过增加土壤微生物氮转化功能基因丰度进而降低土壤N₂O排放,通过增加土壤耕层无机氮储量和土壤水分含量进而提高作物产量,并以中等用量（6.75 t·hm^-2）施用效果最优。     

加强银杏老园管理,助推邳州银杏产业发展迈上新台阶------邳州市银杏老园管理存在的问题及对策

银杏是邳州市的主导产业和特色产业,现有连片银杏老园30余万亩,多年来为邳州发展带来了巨大的经济效益和社会效益。文章分析指出,近年来银杏市场行情下滑,银杏老园收益低下,是造成群众对银杏园疏于管理的主要原因。文章列举了邳州市银杏老园管理存在的老园道路老化,排灌不畅,病虫害发生连年加重,银杏树病死,水渍,结果过多累死,无序采挖销售毁园等现状,指出了加强银杏老园管理的必要性。文章从对银杏老园的道路、排灌设施规划,银杏老园的美化;银杏老园树的管护;树体改造;开发利用银杏老园林下土地种养;采挖报批,空缺补植;开发银杏老园游乐;加大科技投入,招大引强,深度开发银杏产品;活跃银杏文化;广纳科技人才;加强组织领导等十多个方面进行了阐述,为邳州市加强银杏老园管理找出了对策,对邳州市振兴银杏产业提出了建议。     

江淮丘陵区多代炭用林林可持续经营能力研究

江淮丘陵地区位于亚热带向暖温带过渡区,冈峦起伏、气候温和,因雨熱不均、土壤浅薄,导致难以培育出高大挺拔的大径级木材,自然形成以短轮伐期经营为主导的炭用林,具有投资少、见效快、效益持久的优点。笔者拟通过对多代炭用林萌芽更新能力和成效的调查分析,探讨栓皮栎、枫香等几个乡土树种炭用林可持续经营的可行性,为退化炭用林生态修复和营建高效益炭用林提供参考。     

生物炭浸提液对小白菜种子萌发及幼苗荧光作用的影响

生物炭被广泛应用于低产地改良以及重金属污染土壤修复,但是其应用可能对植物存在潜在毒性。为了揭示生物炭的潜在植物毒性,用不同来源、不同浓度生物炭浸提液对小白菜种子进行处理,检测种子萌发以及幼苗生长相关指标。结果显示,酒糟生物炭和梨木生物炭浸提液对小白菜种子萌发以及幼苗生长具有明显作用,但不同生物炭浸提液以及不同浓度浸提液影响差异较大。①酒糟生物炭和梨木生物炭浸提液原液均显著降低小白菜种子萌发(P<0.05),但稀释后的浸提液却促进小白菜种子萌发,尤其是稀释50倍后梨木炭浸提液和酒糟炭浸提液处理的小白菜种子萌发率分别比对照高16.67%和8.33%;②生物炭浸提液可提高小白菜幼苗株高和根系活力,尤其浸提液原液处理的植株株高、根系活力显著高于对照(P<0.05);酒糟生物炭浸提液的促进作用明显低于梨木生物炭;③生物炭浸提液均可提高小白菜幼苗叶片叶绿素含量、光化学效率（Fv/Fm）、实际量子产量（ΦPSⅡ）和表观光电子传递速率（ETR）等,且供试植株幼苗叶片叶绿素含量、Fv/Fm、ΦPSⅡ、ETR等随生物炭浸提液浓度增加而增加;但酒糟浸提液对小白菜幼苗叶片荧光作用的影响低于梨木生物炭浸提液;④生物炭浸提液能显著降低幼苗丙二醛含量 (P<0.05),且其随生物炭浸提液浓度增加而降低。由此表明,酒糟生物炭和梨木生物炭浸提稀释液均可提高小白菜种子萌发率及幼苗根系活力,增强幼苗叶片的荧光作用,但酒糟生物炭浸提液的影响作用低于梨木生物炭。     

生物炭折流湿地对生活污水的净化效果

为提升西北地区农村生活污水的治理水平,结合西北地区气温特征,以生物炭为主体构建了折流湿地,并分析其对生活污水中污染物的净化效果。结果表明:在水温8～12℃条件下,折流湿地的最佳水力停留时间(HRT)为2.5 d,此时,湿地中污水的化学需氧量(COD)、氨氮(NH_4~+-N)、磷酸盐(PO_4~(3-)-P)、悬浮物(SS)的去除率分别为90.51%、72.38%、90.73%、94.57%。此外,各自污染物去除率与其停留时间和沿程均呈显著正相关(P0.05)。折流湿地经过12个月的运行,对COD、NH_4~+-N、PO_4~(3-)-P、SS的年平均去除率分别为88.16%、83.16%、92.55%、96.30%,且出水水质稳定。生物炭作为折流湿地填料对COD、PO_4~(3-)-P、SS的去除过程均较好地符合一级动力学模型(R~20.91),并且对SS具有较快的去除速率。研究表明,生物炭作为折流湿地填料具有良好的应用价值,对解决西北地区农村水污染问题具有重要的意义。     

不同施肥和保水措施对油茶土壤N2O排放的影响

为探究不同施肥和保水措施对油茶土壤N_2O排放的影响,采用静态暗箱-气相色谱法,设置对照(B0CK)、氮肥(N,0.13 g N·kg~(-1))、磷肥(P,0.065 g P·kg~(-1))、氮磷肥(NP,0.13 g N·kg~(-1)+0.065 g P·kg~(-1))、低复合保水材料(生物炭和聚丙烯酰胺,B1,每盆13.65 g炭+1.35 g聚丙烯酰胺)、高复合保水材料(生物炭和聚丙烯酰胺,B2,每盆27.30 g炭+2.70 g聚丙烯酰胺)、低复合保水材料和N(NB1)、高复合保水材料和N(NB2)、低复合保水材料和P(PB1)、高复合保水材料和P(PB2)、低复合保水材料和NP(NPB1)、高复合保水材料和NP(NPB2),共12个处理,进行不同施肥和保水措施下土壤N_2O排放的差异比较。结果表明,N、P添加均显著增加土壤N_2O的累积排放量,NP添加与对照无差异。施加复合保水材料抑制土壤N_2O的排放,随着复合保水材料施用量的增加,土壤N_2O的排放显著降低,与对照相比,B1和B2处理N_2O减排50%以上。N添加条件下,与对照相比,添加复合保水材料NB1、NB2的N_2O累积排放显著降低。P与复合保水材料无交互作用。N、P和复合保水材料对土壤N_2O累积排放量具有显著作用,在NP同施时,与对照相比,添加复合保水材料NPB1、NPB2的N_2O累积排放分别降低了1.18%、30.69%。因此,高复合保水材料类型的施肥措施对减少油茶土壤N_2O排放具有重要意义,从而对缓解全球气候变化具有重要影响。     

生物炭对不同浇水条件下冬小麦产量及水分利用效率的影响

为了探讨生物炭施用量在不同浇水条件下对冬小麦的增产效果,2015-2017年通过大田试验设置0(B0,CK),20(B20),40(B40),60(B60) t/hm~2共4个生物炭施用量和不浇水(W0)、浇越冬水(W1)2个浇水处理,研究了生物炭施用量在不同浇水条件下对土壤含水量、土壤温度、土壤容重、冬小麦产量及构成因素以及水分利用效率的影响。结果表明,不浇水条件下,小麦产量及水分利用效率随生物炭施用量增加先增加后减少,当生物炭施用量为40 t/hm~2时产量和水分利用效率均最高,比B0(CK)处理分别增加8.0%和8.2%;浇水条件下,小麦产量和水分利用效率随生物炭施用量增加而增加,B40和B60处理比B0(CK)分别增加7.4%,12.2%和8.0%,16.3%。不浇水条件下,当土壤含水量低于15%时,B60和B40处理下土壤水分含量低于其他处理;浇水条件下,施用生物炭可增加土壤水分含量,施用生物炭增加土壤贮水量、减少小麦生育期耗水量、降低土壤容重,浇水比不浇水增加容重降低幅度。不浇水条件下,生物炭明显提高返青期前土壤日平均温度,浇水使生物炭对土壤温度的作用相反。返青期后,不浇水条件下土壤日平均地温在各处理间差异不大,浇水条件下表现为日均地温较低时高,较高时低的现象。综合而言,适宜生物炭添加量可以增加旱区土壤水分含量,提高小麦产量和水分利用效率。     

生物炭对黑土区坡耕地土地生产力的可持续效应研究

为探究一次性施加生物炭后对黑土区坡耕地生产力的可持续效应,以东北黑土区3°坡耕地径流小区为研究对象,设置CK(不施用生物炭)和BC(2016年施用75 t/hm~2生物炭,2017、2018年不再施用生物炭)两个处理,于2016—2018年开展了试验研究。结果表明:一次性施入生物炭3年内,土壤容重显著降低(P0.05),第1年降低最明显,为3.87%,孔隙度和总有机碳、铵态N、有效P、速效K含量显著提高(P0.05),p H值则是施炭后前两年显著提高(P_(2016)=0.034、P_(2017)=0.038),分别提高了0.9、0.6,第3年与未施炭处理无显著差异(P_(2018)=0.067);施用生物炭显著提升了土壤的持水能力和保水保土性能,土壤饱和含水率、田间持水率、凋萎系数均显著提高(P0.05),最大增长率分别为5.58%、4.78%、7.29%,年径流深和土壤侵蚀量显著降低(P0.05),年径流深最大减少量为4.92 mm,土壤侵蚀量最大减小率为5.71%;大豆产量和水分利用效率显著提高(P0.05),最大增长率分别为29.01%、16.92%。但生物炭对土地生产力的持续效应逐年减弱,随着生物炭施用年限的延长,BC处理土壤容重线性递增,p H值和总有机碳含量呈幂函数递减,孔隙度和铵态N、有效P、速效K含量线性递减,饱和含水率、田间持水率、凋萎系数线性递减,年径流深和土壤侵蚀量线性递增,大豆产量和水分利用效率分别呈幂函数递减和线性递减。采用改进的TOPSIS(Technique for order preference by similarity to an ideal solution)模型和GM(1,1)模型测算并预测土地生产力指数,结果显示,BC处理的土地生产力指数均高于CK处理,但其值逐年下降,预计到2021年与CK处理十分接近,表明一次性施用75 t/hm~2生物炭对土地生产力的影响可持续5～6年。研究结果可为东北黑土区生物炭应用提供理论依据。     

黑土区施加生物炭对土壤综合肥力与大豆生长的影响

为探明黑土区施加生物炭对土壤持水性能、土壤养分以及大豆生长的影响,以东北黑土区3°坡耕地田间径流小区为研究对象,进行为期4年的观测。按照生物炭施加量,2015年共设置C0(0 t/hm~2)、C25(25 t/hm~2)、C50(50 t/hm~2)、C75(75 t/hm~2)、C100(100 t/hm~2) 5个处理,2016—2018年分别连续施加等量的生物炭。结果表明:连续4年,0～60 cm土层土壤储水量随施炭量的增加呈先增大、后减小的趋势,而对60～100 cm土层土壤储水量影响不显著;连续4年,饱和含水率随施炭量的增加呈逐渐增大的趋势; 2015年田间持水率、凋萎系数随施炭量的增加呈逐渐增大趋势,2016—2018年呈先增加、后减小趋势;连续4年,施加生物炭提高了大豆各生育阶段的株高和叶面积,同期相对较优处理分别为C75、C50、C50、C25;连续4年,大豆冠层覆盖度与施炭量呈抛物线变化(R~2均在0. 89以上,P 0. 01),连续施加2年的C50处理各生育期提高量最大,与C0相比提高了81. 4%、36. 7%、31. 5%和39. 6%;连续4年,土壤pH值和有机质、速效钾含量随施炭量的增加呈逐渐升高趋势,碱解氮、有效磷含量呈先升高、后降低趋势,相对较优处理为C50、C50、C25、C25。采用改进的内梅罗指数模型计算的土壤综合肥力指数与产量呈正相关(R~2=0. 861 5,P=0. 001 2,RMSE为0. 75),土壤综合肥力水平最高的生物炭施用模式为连续2年施加50 t/hm~2的生物炭。