Short term soil priming effects and the mineralisation of biochar following its incorporation to soils of different pH

The aim of this work was to determine the magnitude of the priming effect, i.e. short-term changes in the rate (negative or positive) of mineralisation of native soil organic carbon (C), following addition of biochars. The biochars were made from Miscanthus giganteus, a C4 plant, naturally enriched with ¹³C. The biochars were produced at 350 °C (biochar350) and 700 °C (biochar700) and applied with and without ryegrass as a substrate to a clay-loam soil at pH 3.7 and 7.6. A secondary aim was to determine the effect of ryegrass addition on the mineralisation of the two biochars.After 87 days, biochar350 addition caused priming effects equivalent to 250 and 319 μg CO₂-C g⁻¹ soil, in the low and high pH soil, respectively. The largest priming effects occurred at the start of the incubations. The size of the priming effect was decreased at higher biochar pyrolysis temperatures, which may be a way of controlling priming effects following biochar incorporation to soil, if desired. The priming effect was probably induced by the water soluble components of the biochar. At 87 days of incubation, 0.14% and 0.18% of biochar700 and 0.61% and 0.84% of biochar350 were mineralized in the low and high pH soil, respectively. Ryegrass addition gave an increased biochar350 mineralisation of 33% and 40%, and increased biochar700 at 137% and 70%, in the low and high pH soils, respectively. Certainly, on the basis of our results, if biochar is used to sequester carbon a priming effect may occur, increasing CO₂-C evolved from soil and decreasing soil organic C. However, this will be more than compensated for by the increased soil C caused by biochar incorporation. A similar conclusion holds for accelerated mineralisation of biochar due to incorporation of fresh labile substrates. We consider that our results are the first to unequivocally demonstrate the initiation, progress and termination of a true positive priming effect by biochar on native soil organic C.     

沼肥对大豆产量、品质、养分和土壤化学性质的影响

为探讨沼肥在大豆上的合理施用技术,采用田间试验,研究沼肥对大豆产量、品质、养分吸收利用及土壤化学性质的影响。结果表明：与习惯施肥处理相比,100%沼渣、30%沼渣＋化肥、20%沼渣＋化肥处理的大豆产量分别增加1.02%,10.48%,0.16%;大豆粗脂肪含量分别增加2.31%,2.70%,5.07%;磷肥利用率分别增加5.04%,23.39%,8.60%;土壤有机质含量分别升高13.39%,3.68%,0.50%;20-80 cm土层内土壤硝态氮、铵态氮含量降低幅度分别在13.70%～61.56%,15.98%～70.10%之间。说明试验条件下,无论沼渣单施还是沼渣与化肥配施均可提高大豆粗脂肪含量、磷肥利用率、土壤有机质含量,降低氮素的流失。     

表层土壤中菲的紫外光降解研究

多环芳烃化合物（PAHs）由于致癌、致畸和致突变而受到广泛关注。本实验以多环芳烃菲（Phe）为目标污染物,研究了温度、腐植酸和紫外辐射强度对Phe光降解的影响并对不同因素对降解动力学的影响作了研究。结果表明,Phe的降解在20 ℃到30 ℃范围内,随着温度的升高,光降解率增加;腐植酸在Phe污染土壤的光降解中起敏化作用,可显著促进光解,腐植酸浓度为5 mg·kg^-1足以达到敏化的效果;Phe光降解速率常数随辐射强度的降低而降低,呈正相关,光解的半衰期随着辐射强度的降低而增加,呈负相关。     

水葫芦富集水体养分及其农田施用研究．

采用自然水体养殖及农田施用试验方法,对水葫芦（Eichhorniacrassipes）的N、P、K吸收能力及其在农田施用效果进行了研究。结果表明,在研究试验条件下,水葫芦对N、P、K的富集系数分别达到N6641倍、P16667倍、K6560倍,42d对N、P、K的吸收量可高达40．57、6．95和81．14g·m^-2。与常规施肥处理相比,施用水葫芦处理（等量的N、P投入）的土壤速效N除了苗期显著降低外,其他各时期无显著差异,而速效P和速效K从苗期开始一直表现为不同程度的升高,说明施用水葫芦可促进土壤速效P、K的增加。但要获得较高的产量水平,应适当增加前中期氮肥施用水平。采用水葫芦控制性种养既可实现养分在水体与农田间的循环,还可减少农田化肥的施用量和农业面源污染,是一种良性的循环模式。     

施肥对稻田N2O排放的影响

肥料施用是影响稻田N20排放的重要因素之一。以国内外相关文献为基础,综述了肥料的种类、施用量、施用方式和施用时间对稻田N2O排放的影响,指出了有待研究的内容：加强对土壤N2O排放机理的研究;进一步研究肥料施用对稻田N2O排放的影响;进一步研究施肥管理措施对稻田温室气体（CH4和N2O）排放的交互影响,寻求科学合理、切实可行的减排措施。     

中国农田表土有机碳含量变化特征——基于国家耕地土壤监测数据

通过对299个国家级耕地土壤监测点20余年数据的统计分析,评价了我国农田表土有机碳含量变化情况和固碳潜力。结果表明,全国约80％试验点有机碳年平均相对增长率（Average relative annual increment,ARAI）在-1．5％～7．5％。中国农田表土有机碳含量整体呈上升趋势。东北、华北等6个地理区域分析得出,华北、华东、西南农田表土有机碳含量显著增加;华东地区有机碳增加的农田面积占全国农田比例最大,东北最小。旱地和水田有机碳含量增加显著;水田有机碳增加的试验点所占比例大于旱地;对ARAI与初始有机碳含量进行相关分析得出,我国旱地和水田有机碳潜在储存能力估计值分别为17．2和27．7g·kg^-1。农田土壤类型中水稻土和褐土有机碳含量增加显著;黑土有机碳含量下降样本所占比例最高。对我国各典型种植制度分析得出,双季稻、麦-稻、麦-玉、单季小麦种植制度下农田有机碳有了显著增加;麦玉轮作较其他种植制度的农田有机碳年平均相对增长率高。     

改良耕层土壤中苯胺的吸附动力学

研究有机改良土壤对污染物的动力学吸附特征,有助于深入了解其对污染物的吸附机制。以十六烷基三甲基溴化铵单一改良（CB）和十六烷基三甲基溴化铵＋十二烷基磺酸钠混合改良（CS）塿土耕层土样,采用批处理法通过不同的速度参数研究了改良土壤对苯胺的吸附动力学特征,并与苯酚对比探讨改良土样对有机污染物吸附的动力学机制。结果表明,塿土耕层土样的有机改良能够显著加快对苯胺的吸附速度,苯胺的吸附反应呈现快速反应和慢速反应两个阶段,且以快速吸附反应为主。总体上耕层土样Vt、V0.5、Vf的大小顺序均为100CB＆gt;120CS＆gt;（≈）50CB＆gt;CK。随温度升高和苯胺添加浓度增大,苯胺吸附速度增大,苯胺、苯酚的吸附动力学特征在改良土样上具有良好的相似性,从而证实有机污染物以分子状态存在导致的单一疏水吸附是改良土样吸附的决定机制。     

半透膜微萃取方法的建立及其在测定土壤间隙水中憎水性有机污染物的应用

提出了一种新型的基于半透膜被动采样技术的微萃取方法（semi-permeable membrane based micro-extraction, SPM-ME）,并以菲为模型污染物,测试了SPM-ME用于测定土壤间隙水中自由溶解态憎水性有机污染物的可行性。结果表明,菲在该SPE-ME装置与水相间的平衡可在6 h内达到,并且随着装置中三油酸甘油酯含量的增加,单元SPE-ME对于菲的富集系数也相应增加。该装置对土壤间隙水中菲的富集在10 d内能达到平衡,整个过程主要受菲从土壤向间隙水的传质控制。该装置测得间隙水中菲的浓度与实际测得间隙水浓度十分吻合,而由传统的相平衡分配法计算所得间隙水浓度则高出实测值4-5倍。同时,该装置对体系中污染物的耗竭小于体系中污染物总量的1%。因此,SPE-ME是一种准确、有效、非耗竭式的微萃取技术。     

农田土壤碳氮及其与气象因子的关系

为揭示土壤碳氮受外界环境因子的影响,基于辽宁省51个农业气象站的代表性,分析了土壤有机碳和全氮的剖面分布及其与气象因子、地理因子的关系。结果表明,土壤表层（0~20 cm）有机碳和全氮含量总体高于土壤下层（20~40 cm）;不同土层土壤有机碳和全氮受年降水量、年平均气温的影响程度不同。土壤表层有机碳和全氮受年降水量、年平均气温的显著或极显著影响（P〈0.05,P〈0.01）;土壤下层有机碳和全氮均与年平均气温呈显著负相关（P〈0.01）,而与年降水量不成显著相关。经度与土壤表层有机碳和土壤下层全氮呈显著正相关（P〈0.05）,而纬度和海拔不影响土壤有机碳和全氮。不同土层有机碳、全氮与气象因子的回归方程为农田生态系统的碳收支评估及养分循环提供基础资料。     

沉积物中微生物量与有机碳形态的相关性研究

以富营养化类型不同的乌梁素海和岱海为对象,根据水域面积及生态类型进行采样及分析测试,开展了湖泊沉积物中微生物量与有机碳形态的相关性研究,对比分析了2个湖泊沉积物微生物量的分布特征及其差异性,初步探讨了2个湖泊沉积物微生物量与含水率、pH及有机碳各形态间的相关性。结果表明,乌梁素海表层沉积物中微生物量介于5.59×10^8～32.46×10^8个·g^-1dw,平均16.36×10^8个·g^-1dw;岱海表层沉积物微生物量介于4.76×10^8～43.66×10^8个·g^-1dw,平均25.04×10^8个·g^-1dw;乌梁素海微生物量的高值区位于湖区东南部,岱海微生物量的高值区位于湖心区;2个湖泊沉积物柱芯中的微生物量均随深度增加而减少,沉积物微生物量与含水率、总氮和活性有机碳呈显著相关性。