生物炭配施氮肥对典型黄河故道区土壤理化性质和冬小麦产量的影响

探讨典型黄河故道区生物炭配施氮肥对耕层土壤理化性质和作物产量的影响,阐明生物炭配施氮肥后土壤碳氮含量和理化性质的变化规律,可为合理培肥土壤、提升耕地质量、提高冬小麦产量提供科学依据。本研究以黄河故道典型区域潮土和中性生物炭为供试材料,连续两年进行田间定位试验,开展不同生物炭用量(0、15、30 t·hm^-2)配施氮肥(N 270、330 kg·hm^-2)对土壤理化性质的影响研究。结果表明: 生物炭施入2年后,土壤广义土壤结构指数(GSSI)增大、土壤三相结构距离指数(STPSD)减小,显著改善了土壤三相比,其中在30 t·hm^-2施炭量条件下土壤三相比最接近理想状态;土壤紧实度和容重降低,土壤总孔隙度和毛管孔隙度增加,田间持水量和透水透气性增大,土壤板结状况得到缓解;>0.25 mm粒径团聚体显著增加(增幅70.6%～94.4%),团聚体平均重量直径(MWD)增大(增幅24.0%～48.0%),土壤团聚体结构得到改善。施加生物炭可显著增加土壤有机碳含量(增幅15.8%～67.0%),并可调节土壤C/N,降低氮素释放强度,提高氮肥利用率,显著增加土壤肥力,但未提高土壤pH值,其中10～20 cm土层土壤pH值呈显著下降趋势。在相同施氮条件下,施用生物炭比不施用处理的冬小麦产量2年平均增加9.6%～25.6%,增产效果显著;在相同生物炭施用量下,高氮处理比常规氮处理的冬小麦平均增产2.5%～4.4%,但差异不显著。综上,生物炭配施氮肥能够改善土壤微生态环境,提高土壤肥力,增加作物产量。从改善土壤理化性质、作物增产效果和投入成本等方面综合考虑,推荐在黄河故道区耕作层施入生物炭30 t·hm^-2并配施氮肥330 kg·hm^-2较为适宜。     

生物炭调控盐胁迫下水稻幼苗耐盐性能

土壤盐渍化降低土壤生产力。探索生物炭对盐胁迫下水稻幼苗耐盐性能的影响,对调控盐渍区水稻生产潜力具有重要意义。本研究通过生物炭介入盐胁迫稻田土壤的盆栽试验,调查了生物炭对盐胁迫下土壤环境和水稻幼苗耐盐性能的影响。盐胁迫设置4个水平,分别为0 g NaCl·kg^-1土(S0),1 g NaCl·kg^-1土(S1),2 g NaCl·kg^-1土(S2),3 g NaCl·kg^-1土(S3)。生物炭设置2个水平,分别为0 g生物炭·kg^-1土(C0),3 g生物炭·kg^-1土(C1)。结果表明:生物炭介入盐胁迫土壤,显著提高了水稻幼苗地上部干物重,有效改善了水稻幼苗农艺性状,显著提高了水稻幼苗茎秆中全钾含量,显著提高水稻幼苗钾钠比79.61%,提高了水稻幼苗耐盐性。生物炭介入也对水稻幼苗抗氧化性能有改善作用,显著降低了水稻幼苗中丙二醛含量,平均显著降低14.25%,抑制膜脂过氧化作用,提高抗氧化能力,减轻盐胁迫对水稻幼苗的伤害。水稻幼苗收获后土壤中水溶性氯离子和水溶性钠离子含量在生物炭介入条件下分别显著降低9.13%、17.77%。因此,添加适量生物炭能有效降低土壤水溶性盐含量,改善土壤盐胁迫环境,提升水稻对盐渍土壤的适应能力。     

不同还田方式对砂质潮土理化性质及微生物的影响

为探索不同物料还田方式对中低产田砂质潮土的改良效果,在黄淮海平原麦玉轮作区典型砂质潮土上进行了连续6季的田间小区试验,设置全量秸秆翻耕还田(TS),秸秆等碳量的生物炭(TB)及半量秸秆半量生物炭配合翻耕还田(TSB),全量秸秆免耕覆盖还田(NTS)和半量秸秆半量生物炭配合免耕覆盖还田(NTSB),共5种还田方式。结果表明,与常规秸秆翻耕还田(TS)相比,生物炭翻耕还田(TB)显著降低土壤容重,增加玉米各个生育期土壤水分和p H值,有机质含量提升了16.4%,但TB处理的土壤大团聚体降低了21.2%和微生物数量降低了16.1%;翻耕秸秆配合生物炭还田(TSB)除了显著降低了大团聚体数量,对其余理化及微生物指标的影响均不显著;免耕模式下的秸秆还田(NTS)和秸秆生物炭配施(NTSB)分别在玉米生长的喇叭口期和收获期显著增加了土壤水分含量、耕层土壤的微生物数量和有效降低砂质潮土分形维数,对容重和有机质含量有一定的改善,其中NTSB有机质含量提升了14.9%和微生物数量增加了53.7%,对砂质潮土改良效果更好。总体来说,短期内用等碳量的生物炭替代秸秆翻耕还田更多的表现为物理的掺混效应,虽能有效提升土壤有机质含量,但不能有效改善砂质潮土的物理结构及生物性质,一半秸秆用生物炭替代还田对该类土壤的理化及微生物指标的改良效果也不显著,而免耕条件下秸秆配合生物碳还田效果最佳,可为砂质潮土的改良提供新的途径和理论依据。     

深松和秸秆还田对甘肃引黄灌区土壤物理性状和玉米生产的影响

通过在甘肃引黄灌区灰钙土2015—2017年的田间试验,研究深松35 cm秸秆还田、深松35 cm秸秆不还田与传统旋耕秸秆不还田对土壤紧实度、容重、入渗率和0～100 cm土层土壤水分、玉米产量、养分吸收量的影响.结果表明: 与深松35 cm秸秆不还田及旋耕秸秆不还田相比,深松35 cm秸秆还田使0～40 cm土层土壤紧实度和容重降低最明显,2017年收获后紧实度与容重较2015年试验前分别下降42.6%、7.0%,且2016和2017年播种前与收获后0～40 cm土层紧实度和容重的变幅最小,紧实度变异系数平均为6.1%,容重为3.2%,土壤入渗率较旋耕秸秆不还田提高33.6%;深松35 cm秸秆还田可显著提高春秋两季0～100 cm土层剖面含水量,降低剖面水分变异,0～100 cm土层土壤贮水量较旋耕秸秆不还田春季增加15.5%,秋季增加5.6%,水分利用效率提高32.4%;此外,深松35 cm秸秆还田能促进玉米生产,较旋耕秸秆不还田的经济产量两年平均分别增产25.6%,生物产量提升33.3%,玉米氮、磷、钾养分吸收量分别提高49.6%、51.5%和37.6%.综上,深松35 cm秸秆还田能改善物理土壤特性,稳定耕层物理性状,提高0～100 cm土层剖面水分含量及春秋两季土壤平均贮水量,降低水分变异,是促进玉米水肥高效利用,实现高产的最优措施,为甘肃引黄灌区耕层构建技术的深入研究提供理论依据.     

减氮配施稻秆生物炭对稻田土壤养分及植株氮素吸收的影响

通过2018年早稻和晚稻田间试验,研究化学氮肥减量及配施稻秆生物炭对稻田土壤养分特性及植株氮素吸收的影响。试验包括6个处理:不施氮(CK)、常规施氮(N₁₀₀)、减氮20%(N₈₀)、减氮20%配施生物炭(N₈₀+BC)、减氮40%(N₆₀)、减氮40%配施生物炭(N₆₀+BC)。结果表明: 与常规施氮相比,单纯减氮20%和40%或配施生物炭对早晚稻不同生育期土壤pH、有机质、全氮、铵态氮、全磷、有效磷、全钾、速效钾无显著影响;减氮20%配施生物炭显著增加晚稻分蘖期的土壤阳离子交换量(CEC),而减氮40%配施生物炭则显著增加晚稻抽穗期的电导率(EC)值。与单纯减氮相比,N₈₀+BC的土壤速效钾含量在早晚稻抽穗期均显著升高,土壤pH值、全氮在晚稻成熟期显著增加;N₆₀+BC的土壤全钾含量在早稻成熟期显著升高。不同处理早稻土壤硝态氮含量随生育进程逐渐降低,与分蘖期相比,抽穗期和成熟期的常规施氮土壤硝态氮含量分别降低50.0%和71.6%,而配施生物炭处理则降低6.3%～45.5%,减氮配施生物炭显著降低了硝态氮的流失。在晚稻抽穗期,减氮配施生物炭植株吸氮量显著高于常规施氮和单纯减氮,增加幅度为34.8%～52.4%。综上,适度的减氮或配施稻秆生物炭能有效保持土壤养分,促进水稻对氮素的吸收,提高氮素利用率。     

不同磷水平配施生物炭对土壤磷有效性

生物炭在提高土壤磷素有效性及促进作物生长方面具有显著作用,但其效果因土壤类型不同存在较大差异。试验以赤红壤(pH 4.91)和褐土(pH 7.24)为供试土壤,设置3种磷肥水平(0、30、90 kg P·hm^-2,分别以不施磷、低磷、高磷表示)配施稻秆生物炭(0、4%)的大豆盆栽试验,研究了不同磷水平下配施生物炭对土壤磷有效性、磷酸单酯酶活性和植株磷吸收的影响。结果表明: 不同磷水平配施生物炭显著提高了两种土壤的速效磷和全磷含量,且低磷水平添加生物炭处理速效磷增幅最大,在赤红壤和褐土的增幅分别为192.6%和237.1%。与低磷相比,赤红壤中低磷配施生物炭处理的碱性磷酸单酯酶活性显著增加78.9%,活性有机磷含量降低39.3%,同时显著促进了植株生长与磷吸收;生物炭添加显著降低了褐土活性有机磷含量,但不同处理对土壤磷酸单酯酶活性和植株生长无显著影响。土壤活性有机磷含量与速效磷含量均呈显著负相关。综上,生物炭对土壤磷有效性的作用因土壤类型和磷肥水平差异而不同,其在赤红壤上对植株生长和磷吸收的促进效应强于褐土,且在低磷条件下效果更佳。本研究为生物炭在减施磷肥和促进大豆磷吸收,特别是在赤红壤上的应用提供了科学依据。     

施用生物炭对华北平原农田土壤容重、阳离子交换量和颗粒有机质含量的影响

以华北平原高产农田3年定位试验为基础,研究了生物炭与矿质肥配施对土壤容重、阳离子交换量和颗粒有机质组分中碳、氮含量的影响.试验共设4个处理：单施氮磷钾肥（CK）;氮磷钾肥+2250 kg·hm^-2生物炭（C₁）;氮磷钾肥+4500 kg·hm^-2生物炭（C₂）;炭基缓释肥（750 kg·hm^-2,CN）.结果表明： 与CK相比,C₁和C₂处理显著降低了0～7.5 cm土层容重,降低幅度分别为4.5%和6.0%;施用生物炭增加了0～15 cm土层的阳离子交换量,其中C₂处理增加了24.5%;在0～7.5 cm土层,C₁处理土壤颗粒有机质组分中的碳、氮浓度较CK处理分别增加了250%和85%,C₂处理分别增加了260%和120%.施用生物炭3年后土壤理化特性得到明显改善,并在碳增汇和温室减排方面具有潜在积极效应.     

生物炭对不同土壤化学性质、小麦和糜子产量的影响

以小麦和糜子为供试作物,利用室外盆栽试验,研究了不同添加量生物炭与矿质肥配施对两种不同土壤化学性质及小麦和糜子产量的影响。生物炭当季用量设5个水平：B0 (0 t/hm2)、B5 (5 t/hm2)、B10 (10 t/hm2)、B15 (15 t/hm2)和B20 (20 t/hm2),氮磷钾肥均作基肥施用。结果表明：1.与对照相比,施用生物炭可以显著增加新积土糜子季土壤pH值,其他处理随生物炭用量的增加虽有增加趋势但差异不显著;显著增加新积土土壤阳离子交换量,增幅为1.5 %—58.2 %;显著增加两种土壤有机碳含量,增幅为31.1 %—272.2 %;2.两种土壤的矿质态氮含量、新积土土壤有效磷和速效钾含量随生物炭用量的增加而显著提高,氮磷钾增幅分别为6.0 %—112.8 %、3.8 %—38.5 %和6.1 %—47.2 %;3.生物炭可显著提高塿土上作物氮吸收量,而作物磷、钾吸收量虽有增加,但差异不显著。生物炭对小麦和糜子的增产效应尚不稳定,在试验最高用量时甚至产生轻微抑制作用。总之,施用生物炭在一定程度上可以改善土壤化学性质,提高土壤有效养分含量,但生物炭对土壤和作物的影响与土壤、作物类型及土壤肥力密切相关。     

不同粒径生物炭对土壤磷吸附-解吸特性的影响

粒径是影响物质吸附性能的一个重要因素。本研究以不同粒径(0.25～1 mm、0.075～0.25 mm、<0.075 mm)油菜秸秆生物炭(SBC)和鸡粪生物炭(MBC)分别与两种土壤(高磷土、低磷土)混合进行室内培养30 d,通过土壤磷等温吸附试验与解吸试验，结合土壤磷吸附相关性质，评价不同粒径生物炭对土壤磷吸附-解吸特性的影响。结果表明：在水体系中，3个粒径的SBC与MBC对磷的吸附能力大小均表现为<0.075 mm(43125、20083 mg·kg^-1)>0.075～0.25 mm(37376、13199 mg·kg^-1)>0.25～1 mm(27749、12251 mg·kg^-1);在土壤体系中，同一种生物炭的3个粒径间土壤磷吸附量差异较小。与无生物炭处理相比，添加SBC提高了土壤对磷的最大吸附量(S_max),增幅为236.8%～755.7%,并降低了土壤磷解吸率；添加MBC的S_max增幅较SBC低，但提高了土壤磷解吸率(增幅为7.2%～295...     

施用生物炭6年后对稻田土壤酶活性及肥力的影响

利用田间定位试验,研究0(BC₀)、7.5(BC₁)、15(BC₂)和22.5(BC₃)t·hm^-2水稻秸秆生物炭及3.75 t·hm^-2水稻秸秆(STR)一次性施加6年后对稻田土壤肥力及酶活性的影响.结果表明: 施用生物炭6年后土壤有机碳、有效磷和速效钾含量显著增加,增幅分别为34.6%、12.4%和26.2%,土壤pH值和容重显著降低,但对土壤全氮含量无显著影响.土壤脲酶和酸性磷酸酶的活性显著增加,土壤荧光素二乙酸酯酶(FDA水解酶)和芳基硫酸酯酶的活性受到不同程度的抑制,其中,BC₂处理的土壤脲酶活性增加量最大,增幅为36.5%.土壤酸性磷酸酶活性随着生物炭施加量的增加而增加,与土壤速效磷含量呈显著正相关关系;土壤FDA水解酶和脲酶主要与土壤速效钾含量有关;酸性磷酸酶和芳基硫酸酯酶与土壤容重呈显著正相关.施用生物炭6年后土壤脱氢酶和多酚氧化酶活性明显升高,增幅分别为48.8%和27.5%,而过氧化氢酶活性逐渐下降,且显著低于对照BC₀.STR处理显著增加了土壤脲酶、FDA水解酶、脱氢酶、酸性磷酸酶和芳基硫酸酯酶的活性,降低了过氧化氢酶和多酚氧化酶的活性,降幅分别为23.4%和15.9%.     

喀斯特山地石灰土施用生物炭对刺槐幼苗生长和土壤特性的影响

生物炭是生物质在缺氧或低氧环境中经热裂解后产生的富炭固体产物,近年来作为土壤改良剂、肥料缓释载体及碳封存剂等备受关注。本研究采用盆栽试验方法,在喀斯特山地石灰土中施用4种不同比例(生物炭/土壤质量比:1%、2.5%、5%和10%)的3种生物炭(稻壳炭RHB、棉花秸秆炭CSB和木炭WCB),研究了生物炭对喀斯特山地石灰土p H值、毛管持水量、有机质和有效养分含量以及刺槐(Robinia pseudoacacia L.)出苗期(45 d)生长性状和根系参数的影响。结果表明:生物炭处理可促进刺槐苗期根系发育和生长。与对照(CK)相比,RHB2.5处理刺槐幼苗总根长、总表面积、0~0.6、0.6~1.2、1.2~1.8 mm直径范围内的根长分别显著增加了198%、125%、287%、209%、146%;RHB5和WCB2.5处理刺槐幼苗根系活力分别显著提高了36%和32%;CSB10处理刺槐幼苗株高、地径、地上生物量、总生物量分别显著增加了30%、6%、147%、118%;CSB5处理刺槐幼苗根冠比显著降低了57%。同时,生物炭处理有利于改善石灰土水分与养分供应状况,且随着施用量增加,改良效果不断加强。与CK相比,RHB10、CSB10和WCB10能分别使土壤有机质含量增加25%、195%和68%;碱解氮含量增加49%、105%和45%;有效磷含量增加114%、766%和115%;速效钾含量增加170%、27%和89%;RHB1和WCB10分别使土壤p H值提高1.22%和1.48%。因此,施用生物炭可改善喀斯特山地石灰土土壤质量,促进刺槐苗期根系发育和生长,对改良喀斯特石灰土和恢复植被具有重要意义。     

生物质炭添加对毛竹林土壤呼吸动态和温度敏感性的影响

为探讨生物质炭添加对森林原位土壤呼吸动态及温度敏感性的影响,于2014年5月至2016年4月对浙江省杭州市富阳区庙山坞林区毛竹(Phyllostachys edulis)林进行了为期两年的生物质炭添加试验,生物质炭施加量分别为0(CK)、5(LB)、10(MB)和20 t·hm~(–2)(HB)。利用LI-8100土壤碳通量系统测定土壤呼吸速率时空动态。结果表明:添加生物质炭会降低毛竹林土壤呼吸速率且呈现明显的季节动态,土壤呼吸速率在6–7月最高(林分1中LB处理除外),1月或2月最低,添加生物质炭对毛竹林土壤呼吸的影响显著;CK、LB、MB和HB处理的年平均土壤呼吸速率分别为3.32、2.66、3.04和3.24μmol·m~(–2)·s~(–1);与对照相比,LB、MB和HB处理下年平均土壤呼吸速率分别降低2.33%–54.72%、1.28%–44.21%和0.09%–39.22%。添加生物质炭使LB、MB、HB处理的土壤水分含量分别增加了0.97%–75.58%、0.87%–48.18%和0.68%–74.73%。土壤呼吸速率与5 cm土壤温度呈现显著的指数相关关系,与5 cm土壤水分含量没有显著相关性,但与温度和水分呈显著相关关系。生物质炭添加影响土壤呼吸温度敏感性,LB、MB处理明显增加土壤温度敏感性。LB、MB和HB处理下年平均累积土壤呼吸CO_2排放分别降低7.98%–35.09%、1.48%–20.63%和–4.71%–7.68%。添加生物质炭显著降低毛竹林土壤碳排放和土壤温度敏感性,对缓解气候变化具有一定意义。     

生物炭施用3年后对稻麦轮作系统CH4和N2O综合温室效应的影响

本试验对比观测研究了在稻田土壤中经3年陈化后的生物炭(B_3)和新施入生物炭(B_0)对稻麦轮作系统CH_4和N_2O综合温室效应和温室气体强度的影响,旨在明确生物炭对土壤温室气体排放的长期效应.田间试验设置4个处理,分别为对照(CK)、施用氮肥不施用生物炭(N)、施用氮肥和新生物炭(NB_0)以及施用氮肥和陈化生物炭(NB_3)处理.结果表明:NB_0和NB_3处理均显著提高了稻田土壤pH值、有机碳和全氮含量,并且显著影响与温室气体排放相关的微生物潜在活性.与N处理相比,NB_3处理显著增加了作物产量,增幅14.1%,并且显著降低了CH_4和N_2O排放,降幅分别为9.0%和34.0%;而NB_0处理显著增加作物产量,增幅9.3%,显著降低N_2O排放,降幅38.6%,但增加了CH_4排放,增幅4.7%;同时NB_0和NB_3处理均能降低稻麦轮作系统的综合温室效应和温室气体强度,且NB_3处理能更有效地减少温室气体的排放并提高作物产量.在土壤中经3年陈化后的生物炭仍然具有固碳减排能力,因此,施用生物炭对稻麦轮作系统固碳减排和改善作物生产具有长期效应.     

生物炭对茶园土壤CO2和N2O排放量及微生物特性的影响

以茶叶修剪物制备的生物炭为试验材料,采集多年种植茶树的酸化土壤进行室内培养试验,探究以0.5%、1.5%、2.5%和3.5%的不同生物炭比例添加至茶园土壤中,对茶园土壤CO₂和N₂O气体排放、pH值和微生物群落的影响.结果表明： 与空白对照处理相比,生物炭添加在短期内对CO₂和N₂O气体排放具有一定的促进作用,增强C、N的矿化率,但促进作用随着生物炭施用量的增加而减弱.不同生物炭处理对土壤pH值、脱氢酶及微生物生物量碳具有增加作用.检测土壤中不同标记的磷脂脂肪酸PLFA发现,添加1.5%的生物炭处理组中土壤磷脂脂肪酸含量最高,为(203.93±3.14) μg·g^-1,与对照差异显著(P<0.05).其中16:0、14:0(细菌)、18:1ω9c(真菌)、10Me18:0(放线菌)标记含量较高,不同处理的单个磷脂脂肪酸含量差异显著(P<0.05).表明添加生物炭能改善茶园酸性土壤,提升土壤微生物生物量及微生物数量.     

生物炭对土壤水分蒸发的影响

为确定干旱区生物炭的合理施用量及其对土壤水文过程的影响,采用室内土柱试验,研究了3种生物炭添加量(5%、10%和15%)和4种生物炭类型(d<0.25 mm竹炭、0.25 mm<d<1 mm竹炭、d<0.25 mm木炭和0.25 mm <d<1 mm木炭;d为粒径)对地下水补给、土壤持水能力、土壤水分上升运动和蒸发的影响.结果表明: 生物炭对地下水补给、土壤持水能力、土壤水分上升运动和蒸发都有明显影响,但生物炭原料和粒径不同,其影响效果不同;随生物炭施加量的升高,地下水对土壤补给量增大;添加生物炭可提高土壤持水能力,促进土壤水含量的上升速度,其中,添加竹炭效果大于木炭,小粒径生物炭大于大粒径生物炭;生物炭添加量较低(5%)时能有效抑制土壤蒸发,但添加量过高则可能促进土壤蒸发.干旱地区土壤适当施用生物炭可提高土壤保墒能力.     

生物炭提高土壤磷素有效性的整合分析

生物炭改善土壤肥力和提高作物产量的作用与土壤磷素有效性的提高密切相关,但是关于生物炭添加对土壤磷素有效性影响的定量效应尚不明确。本研究对95篇符合条件的文献中的507组数据进行整合分析,以评估生物炭添加对土壤磷素有效性的定量影响。结果表明: 不论生物炭原料、制备温度、C/N、施用量、配施化肥与否,以及土壤质地、pH、有机碳含量如何变化,生物炭添加均使土壤有效磷含量显著提高,平均较不添加对照提高57.6%。同时,生物炭添加促进了作物对磷的利用,但植株含磷量对不同添加条件下生物炭的响应程度基本上均低于土壤有效磷,部分条件下未达到显著水平,平均响应比为30.6%。在砂质和壤质土壤中,添加拥有较多灰分的畜禽粪便生物炭,以及较低C/N、低温裂解的碱性生物炭、较大施用量对增加土壤有效磷和植株磷含量更有效。作为土壤磷素循环的主要酶,生物炭添加使碱性磷酸酶活性平均增加2.8%,而酸性磷酸酶活性则平均降低17.8%。总体上,生物炭对土壤有效磷和植株磷含量有显著的正向效应,但对土壤磷酸酶活性的影响较小,磷素有效性的提高可能主要源于生物炭自身携带较高含量的有效磷组分。     

施用南荻生物炭对不同类型土壤氨挥发的影响

在洞庭湖区农田施用秸秆生物炭不仅能实现秸秆资源化利用,还可降低环境污染压力。本研究于2020年采用水稻盆栽试验,研究了不同南荻秸秆生物炭施用量对土壤氨挥发速率、累积氨挥发量、表面水pH值和NH₄⁺-N浓度的影响。供试土壤为第四纪红土发育的红黄泥和花岗岩发育的麻砂泥水稻土,设置6个南荻秸秆生物炭添加处理,即分别以土柱0～20 cm土壤重量的0%、1%、2%、4%、6%和8%比例添加生物炭,每盆施用复合肥200 kg N·hm^-2。结果表明: 施用生物炭导致两种土壤之间或不同生物炭处理之间的氨挥发速率和累积量均存在显著差异。麻砂泥施用生物炭处理在施肥后第2天出现氨挥发峰值,且较不施生物炭处理峰值降低了23.6%～53.4%;红黄泥氨挥发峰值出现在施肥后第7～13天,且其峰值随着生物炭添加量的增加而升高。整体上,麻砂泥土壤的氨挥发速率均高于红黄泥。麻砂泥土壤＜4%生物炭添加量能抑制土壤氨挥发速率及累积量,其中以2%处理降幅最大(46.9%),但生物炭添加对水稻生长前期表面水pH值的影响不显著;红黄泥土壤随着南荻生物炭用量的增加,表面水中pH值和NH₄⁺-N浓度增加,导致氨挥发速率及累积量增幅达1.3～10.5倍。回归分析显示,生物炭添加量是影响两种土壤氨挥发的关键因素。Elo-vich方程能较好地拟合两种土壤的氨挥发累积量随时间的变化动态,各施炭处理的相关系数均达极显著水平。总体上,对于偏中性的麻砂泥土壤,施用一定量的南荻生物炭对氨排放有一定的抑制作用,而对于酸性的红黄泥土壤,增施南荻生物炭会通过提高表面水的pH值和NH₄⁺-N浓度促进氨挥发,因此针对不同类型土壤施用南荻秸秆生物炭应注意选择适宜用量,以降低氮素损失。     

放牧强度对高寒草甸土壤理化性状和植物功能群的影响

为明晰放牧强度对植物功能群落的物种分布特征和土壤理化性状的影响。在青藏高原东北缘高寒草甸设置6块放牧强度样地开展试验。采用多元排序和方差分解等方法,分析放牧强度作用下植物功能群落物种分布与土壤物理结构和化学养分因子的定量关系。结果表明:(1)随放牧强度增加,禾本科、莎草科和多年生杂类草植物群落的物种丰富度、盖度和实际重要值均显著降低,而一年生杂类草无显著变化。(2)对于土壤化学养分,不同放牧强度区,土壤速效钾、全氮和有机质含量均随土层深度的增加而降低,土壤速效磷在不同放牧强度区变化规律不一致。随放牧强度增加,土壤速效钾和全氮含量增加,而土壤速效磷和有机质含量无明显变化。(3)对于土壤物理性状,不同放牧强度区,随土层深度增加,土壤紧实度和容重均增加,而土壤含水量和通气孔隙度均降低。随放牧强度增加,0—30 cm各土层深度的土壤紧实度和容重均增加,土壤含水量和通气孔隙度均降低。(4)以功能群为基本单元对植物群落进行方差分解得出,土壤物理性状可单独解释群落功能群分布总方差的58.10%。(5)基于物种尺度对不同功能群落与环境因子进行定量研究表明,土壤紧实度是决定每种功能群物种分布格局的最主要因子。禾本科、莎草科和多年生草本植物均受土壤物理性状的显著影响,贡献率分别为26.3%、31.0%和16.5%。而一年生草本植物不受土壤物理和化学性状的显著影响。综上所述,放牧强度对土壤化学性状的影响具有不确定性,而对土壤物理性状和群落特征的影响具有确定性。土壤物理结构性状主导了高寒草甸植物功能群落的物种分布格局。     

定容重条件下生物炭对半干旱区土壤水分入渗特征的影响

了解生物炭添加土壤后对水分入渗过程的影响,可为半干旱区生物炭还田对土壤水文过程的影响评价提供科学依据.本文采用室内土柱模拟方法,在定容重条件下研究了3种生物炭粒径(1～2 mm、0.25～1 mm和≤0.25 mm)和4种添加量(10、50、100和150 g·kg^-1)对两种不同质地土壤(塿土和风沙土)累积入渗量、吸渗率和稳定入渗率的影响.结果表明: 与对照相比,生物炭总体上能够明显增加塿土入渗能力,降低风沙土入渗能力.在入渗100 min时,塿土添加生物炭处理的平均累积入渗量比对照高25.1%;在入渗15 min时,风沙土添加生物炭处理的平均累积入渗量比对照低11.1%.相同生物炭添加量下,生物炭粒径均对塿土累积入渗量具有促进作用,但不同添加量处理的最大作用粒径不尽一致.对于风沙土累积入渗量,低添加量(10 g·kg^-1)时,除≤0.25 mm粒径促进作用不明显外,其他两种粒径均表现出明显的促进作用,而高添加量(50、100和150 g·kg^-1)则表现出抑制作用,且100和150 g·kg^-1粒径处理风沙土累积入渗量随生物炭粒径的减小呈递减趋势.相同生物炭粒径下,风沙土的累积入渗量随着生物炭添加量的增加而递减,塿土则规律不明显.利用Philip入渗模型拟合的决定系数在0.965～0.999,拟合效果较好,说明此模型适合对添加生物炭的土壤水分入渗过程进行模拟.生物炭粒径、生物炭添加量及两者的交互效应对两种土壤的吸渗率和稳渗率均有显著影响,且生物炭添加量对入渗的影响最显著.生物炭对土壤水分入渗特征的影响取决于土壤的质地类型,且该影响程度与添加量呈正相关关系.     

生物炭配施硝化/脲酶抑制剂对亚热带水稻土活性氮气体排放的影响

探究施用生物炭和脲酶抑制剂/硝化抑制剂对亚热带水稻土氮素硝化过程的调控作用、氨挥发和N₂O排放的温室效应潜能的影响,确定生物炭与硝化和脲酶抑制剂的最佳组合,可为削减施用氮肥带来的活性氮气体排放对环境的负面风险提供理论依据。本研究采用室内好气培养试验方式,以单施尿素(N)为对照,设置7个试验处理[尿素+生物炭(NB),尿素+硝化抑制剂(N+NI),尿素+脲酶抑制剂(N+UI),尿素+硝化抑制剂+脲酶抑制剂(N+NIUI),尿素+硝化抑制剂+生物炭(NB+NI),尿素+脲酶抑制剂+生物炭(NB+UI),尿素+硝化抑制剂+脲酶抑制剂+生物炭(NB+NIUI)],观测生物炭与脲酶抑制剂(NBPT)/硝化抑制剂(DMPP)配施下土壤无机氮含量、N₂O排放及氨挥发的变化动态。结果表明: 1)培养期间,与N处理(5.11 mg N·kg^-1·d^-1)相比,NB处理的土壤硝化速率常数显著增加33.9%,N+NI处理显著降低22.9%;NB处理显著提高了氨氧化细菌(AOB)丰度,增幅达56.0%。2)与N处理相比,N+NI和NB+NI处理的NH₃累积排放量均显著增加约49%;N+UI处理降低了NH₃累积损失量,NB+UI处理抑制效果更明显。3)各处理的N₂O排放速率高峰均出现在施肥后前10 d;NB处理的N₂O排放高峰出现最早,N处理排放速率最高(5.87 μg·kg^-1·h^-1);硝化抑制剂与脲酶抑制剂配施减少土壤N₂O排放的效果最佳。综合计算各处理直接N₂O和间接N₂O(NH₃)排放产生的温室效应潜能(GWP)发现,N+NI和NB+NI处理较N处理分别增加了34.8%和40.9%,而NB和NB+UI处理的GWP显著降低了45.9%和60.5%。因此,生物炭与脲酶抑制剂配施对降低土壤活性氮气体排放所产生的温室效应潜能效果最佳。