生物质炭对黄瓜连作土壤中微生物量碳氮及酶活性的影响

本研究旨在探索添加生物质炭对黄瓜连作土壤中微生物量及酶活性的影响,为减缓土壤连作障碍提供科学依据。本试验设置CK(不施生物质炭)、C_1(5 t·hm~(-2))、C_2(10t·hm~(-2))、C_3(20 t·hm~(-2))、C_4(30 t·hm~(-2))和C_5(40 t·hm~(-2))共6个处理,采集第三季黄瓜成熟期0～20 cm土样,分析了添加生物质炭对土壤微生物量碳氮及酶活性的影响。结果表明:土壤微生物量碳氮随生物质炭添加量的增加呈现先增加后降低的趋势; C_2处理和C_3处理微生物量碳较CK处理分别提高了70.62%和81.09%(P0.01);与CK处理相比,C_2处理和C_3处理的微生物量氮呈极显著增加(P0.01);土壤酶活性也呈现出先增加后降低的趋势;与CK处理相比,C_2、C_3和C_4处理的过氧化氢酶活性呈极显著增加(P0.01),C_4处理脲酶的活性提高了84.08%(P0.01),而碱性磷酸酶活性在C_3、C_4和C_5三个处理中均呈极显著性增加(P0.01)。由聚类分析可知,6个处理在欧氏距离为1.01时可以划分为4个类群,分别是CK类、C_1类、C_2C_3类以及C_4C_5类;添加生物质炭可以增加土壤微生物的数量,以减缓连作障碍;当生物质炭添加水平为20 t·hm~(-2)时,微生物量碳氮提高效果最为显著(P0.01);添加水平为20 t·hm~(-2)时过氧化氢酶活性最高,30 t·hm~(-2)时脲酶和碱性磷酸酶活性最高。     

生物质炭与氮肥配施对红壤线虫群落的影响

利用生物质炭改良土壤近年来受到关注,但仍缺乏对土壤动物群落变化的认识.基于野外定位试验,研究了不同用量的生物质炭(0、10、20、30、40 t·hm^-2)与氮肥(60、90、120 kg N·hm^-2)配施对干旱期和湿润期红壤理化性质和线虫群落的影响.结果表明： 施用生物质炭在干旱期和湿润期均显著影响土壤含水量和pH.随生物质炭施用量的增加,土壤含水量先增加后降低,而土壤pH保持增加的趋势.土壤微生物生物量碳氮、碳氮比及基础呼吸均受到生物质炭和氮肥的显著影响,且低量生物质炭对微生物生物量碳氮、碳氮比及基础呼吸有刺激作用,而高量生物质炭则对其有抑制作用.如生物质炭施用量低于30 t·hm^-2时,在干旱期和湿润期均促进土壤微生物活性.此外,生物质炭的效果也依赖于不同采样时期.如在施用量高于30 t·hm^-2时,微生物生物量碳在干旱期显著高于对照,在湿润期与对照无显著差异;而微生物生物量氮则呈相反趋势.可溶性有机物和矿质氮在干旱期受到生物质炭和氮肥的显著影响,但是在湿润期仅受到氮肥的影响.生物质炭、氮肥及二者的交互作用在干旱期和湿润期均显著影响线虫数量及营养类群的结构.高量生物质炭和氮肥配施能够提高土壤线虫的数量.值得注意的是,生物质炭显著提高了干旱期食真菌线虫的比例,尤其在干旱期趋势明显,暗示在生物质炭作用下土壤食物网结构趋向于以真菌主导的能流通道.总之,生物质炭对红壤的效果呈现出复杂的影响趋势,不仅依赖于生物质炭的施用量及与氮肥的交互作用,而且与红壤的采样时期有关,表明今后生物质炭的研究应结合多种生态因子.     

提取方式对土壤和植物水分提取率的影响及其氢氧同位素分析

氢氧同位素示踪技术是研究土壤-作物-大气连续体(SPAC)水分循环的重要手段,而土壤水和作物水的提取方法是氢氧同位素研究最关键的一步。本文采用真空蒸馏和共沸蒸馏2种提取方法对不同含水量(35%、25%和15%)下的土壤(红粘土、红砂土和水稻土)和植物(橘树和水稻)茎叶的水分分别进行了提取,并对提取出的水分进行了氢氧稳定同位素的对比分析,旨在提出合适的提取方法。结果表明:真空蒸馏对土壤和植物水分提取率显著高于共沸蒸馏(P<0.001);土壤含水量和土壤类型对水分提取率影响不显著;而水稻水分提取率显著高于橘树(P<0.001),且叶的水分提取率显著高于茎(P<0.001)。真空蒸馏提取出土壤水分的δD和δ18O值与标准样的差异不显著,而共沸蒸馏下提取出土壤水分的δD与标准样差异显著(P<0.001),水稻叶和橘树叶的δD和δ18O值高于茎。研究表明,真空蒸馏比共沸蒸馏更适合土壤和植物水分的提取且其提取出的水分更能真实反映样品中氢氧同位素组成。     

施用生物质炭对红壤中硝态氮垂直运移的影响及其模拟

为研究在红壤中施用生物质炭后硝态氮的垂直运移规律,采用室内土柱模拟的方法,分别按照炭土比为0、2.22%(5 t·hm^-2)、4.45%(10 t·hm^-2)、8.95%(20 t·hm^-2)、13.37%(30 t·hm^-2)和17.80%(40 t·hm^-2)设置混合土壤,并采用CXTFIT 2.0模型对试验结果进行拟合.结果表明： 在饱和条件下,不同生物质炭添加比例下,硝态氮运移的穿透曲线发生明显变化.不同处理的硝态氮相对浓度(C/C_o)峰值、淋溶速率和累积淋失量随生物质炭添加量的增加而显著降低.各穿透曲线尾部均存在一定的拖尾现象,且随生物质炭添加量的增加拖尾现象越显著.对硝态氮穿透曲线的影响因素分析可知,生物质炭影响了土壤的容重、有机碳、孔隙度、阳离子交换量(CEC)等物理性质,进而导致各处理硝态氮穿透曲线发生了变化.采用CXTFIT 2.0数学模型模拟硝态氮在土壤中的运移,硝态氮的穿透曲线拟合值与实测值呈显著正相关,相关系数均>0.850,能够很好地对土壤硝态氮运移和运移参数进行预测,试验结果可为预测生物质炭施用对地下水体环境硝态氮的影响提供科学依据.     

施用生物有机肥对黄瓜连作土壤有机碳库和酶活性的持续影响

采用田间定位试验和室内培养试验相结合的方法,研究了一次性施用生物有机肥对黄瓜连作土壤有机碳组分、有机碳矿化和酶活性的持续效应.结果表明: 连续种植4季黄瓜过程中,与对照处理(CK)相比,施用生物有机肥可明显增加黄瓜连作土壤总有机碳、活性碳库、缓效碳库和惰性碳库的有机碳含量,且随着黄瓜连作季数的增加,土壤惰性碳库比例逐渐增加;连续种植4季黄瓜后,施用生物有机肥处理中土壤有机碳累计矿化量和日均矿化量与CK相比分别增加了17.3%～31.0%和7.8%～43.0%,且在同一季黄瓜成熟期,施用生物有机肥还能提高黄瓜连作的土壤脲酶、过氧化氢酶、蔗糖酶和磷酸酶(中性)的活性,增幅分别为10.5%～62.1%、4.8%～25.5%、3.9%～21.4%和4.6%～66.4%.相关分析和通径分析结果表明,黄瓜连作过程中4种酶的活性与土壤有机碳各组分动态变化均呈显著相关,且黄瓜连作过程中土壤脲酶和蔗糖酶活性是影响有机碳矿化的主要生物酶.施用生物有机肥可提高黄瓜连作过程中土壤有机碳各组分含量和酶活性,增加土壤惰性碳库比例、有机碳累计矿化量和矿化速率,从而增强土壤固碳能力.     

生物质炭添加对红壤性水稻土重金属有效性及土壤质量的影响

通过田间定位试验探讨了不同生物质炭添加量对红壤性水稻土理化性质、重金属有效性和土壤质量的影响。生物质炭于2017年水稻种植前一次性添加于耕作层(0~17cm),分别设置5个不同处理:CK:0 t·hm^-2,A10:10 t·hm^-2,A20:20 t·hm^-2,A30:30t·hm^-2和A40:40 t·hm^-2,经种植两季水稻后于2018年9月采集耕作层(0~17 cm)和犁底层(17~29 cm)土壤,计算土壤质量指数(SQI),评价土壤质量。结果表明:在耕作层(0~17 cm)和犁底层(17~29 cm),随着生物质炭添加量的增加,土壤容重逐渐降低;土壤孔隙度、pH值、有机质和可溶性有机碳含量增加,铵态氮和有效磷分别在添加量为20和30 t·hm^-2时达到最大值;土壤中脲酶、过氧化氢酶和蔗糖酶的活性降低;生物质炭能够降低有效态Cd、As和Pb的含量,在生物质炭添加量为40 t·hm^-2时最低;在土壤耕作层(0~17cm),有效态Cd、As和Pb含量分别与脲酶、土壤pH值和蔗糖酶呈显著线性相关;在土壤犁底层(17~29 cm),有效态Cd、As和Pb含量分别与脲酶、过氧化氢酶和有效磷含量呈显著线性相关;各处理的SQI由高到低依次为A40>A30>A20>A10>CK,对应的指数值分别为0.641、0.638、0.579、0.533和0.464。这表明,红壤性水稻土的土壤质量在生物质炭添加量为40 t·hm^-2时,达到最佳。综上所述,生物质炭在添加第二年后,能够显著降低红壤性水稻土的有效态重金属含量,提高土壤质量。     

基于GIS和地统计学的稻田土壤养分与重金属空间变异

以湖南省长沙县北山镇3.56 hm²的水稻田为研究区域,基于网格法(25 m×25 m)等距离取样,采用GIS和地统计学相结合的方法,对研究区土壤耕作层(0～20 cm)的pH值、有机质、全氮、速效磷、阳离子交换量(CEC)与3种典型重金属元素Cd、As、Pb的空间变异特征进行了定量分析.结果表明: 研究区内土壤pH值和Pb含量表现为弱变异,其他各项指标均表现出中等强度变异,变异顺序的大小为:速效磷＞Cd＞全氮＞有机质＞CEC＞As＞Pb＞pH.半方差检验结果表明,有机质、速效磷、As的半方差函数的最佳拟合模型为指数模型;pH、全氮、CEC、Cd和Pb的最佳拟合模型为球状模型;除CEC呈中等空间相关外,其余指标均表现出强烈的空间相关.克里格插值分析表明: pH、全氮、CEC、Pb呈斑块状分布;有机质、速效磷、Cd、As呈块状和带状分布.植被、地形和人类活动是造成研究区土壤养分与重金属格局差异的主要因素.相关性分析表明,部分土壤养分与重金属含量的相关性达到显著水平,其中pH与有机质、Cd与Pb的相关性达到了极显著相关水平.     

激光同位素分析仪测定液态水的氢氧同位素及其光谱污染修正

氢氧稳定同位素示踪技术是研究土壤-作物-大气连续体(SPAC)水分循环的重要手段。激光同位素分析仪以其独特的优点逐渐得到广泛应用,但其在测量植物水时,与同位素质谱仪的测量结果存在差异。本文采用Los Gatos Research公司生产的激光同位素分析仪DLT-100分别测定植物水、土壤水、雨水和地下水等共19个样品,并用其开发的光谱污染矫正软件标记和量化水样品的污染,修正污染水样品的同位素值,然后与同位素质谱仪进行比对。结果表明:土壤水、雨水和地下水等样品均未受到污染,而植物样品均受到一定程度的光谱干扰;植物水的δD和δ18O修正范围分别是1.21‰～26.65‰和0.50‰～18.27‰。该修正方法消除了δD测定的差异,并大大降低了δ18O的偏差。可见,激光同位素分析仪法在测量土壤水、雨水和地下水同位素时可以有效地代替传统的同位素质谱仪法,但对植物水的测量时,则首先需要判断样品是否受到光谱干扰,如果受到污染,仍需同位素质谱法进行确认。     

生物黑炭与无机肥料配施对旱作红壤有效磷含量的影响

针对我国南方旱地红壤有效磷含量普遍较低的问题,研究了生物黑炭与无机肥料配施对旱地红壤有效磷、有机碳含量和pH的影响.结果表明:生物黑炭与无机肥料配施后,红壤理化性质得到不同程度的改善;土壤pH值、有机碳和有效磷含量在油菜各生育期均得到不同程度的提高,在抽薹期、开花期、成熟期分别较种植前平均提高了16%、24%、26%,23%、34%、38%及100%、191%、317%.pH、有机碳和有效磷含量随着生物黑炭用量的增多而增加.施用生物黑炭处理的土壤有效磷与pH和有机碳呈显著相关性.研究结果可为改善旱地红壤缺磷状况及其理化性质提供科学依据.     

黄菖蒲和美人蕉对水深梯度的响应差异

通过野外观测研究了黄菖蒲和美人蕉对水深梯度(10、30、50和70cm)的适应性。结果表明:随着水深的增加(1)黄菖蒲和美人蕉的分蘖数显著减少(P<0.05),但对株高、叶长和叶宽的影响不大;(2)2种植物叶片的叶绿素含量和根系活力均逐渐降低,叶片的丙二醛含量则逐渐升高,其中美人蕉的叶绿素含量、根系活力和叶片丙二醛含量的差异显著(P<0.05),而黄菖蒲仅根系活力的差异显著(P<0.05);(3)叶绿素荧光参数中,PSⅡ的最大光能转换效率(Fv/Fm)、表观电子传递速率(ETR)和光化学淬灭(qP)均呈显著下降的趋势(P<0.05),非光化学淬灭(qN)则显著增加(P<0.05);相对电子传递速率(rETR)及潜在最大电子传递速率(rETRm)、对光能的利用效率(α)和对强光的耐受能力(Ik)也都表现出明显的下降;美人蕉在10cm水深条件下各指标均高于黄菖蒲,但在水深较大的条件下总体上低于黄菖蒲。可见,水深较大时对黄菖蒲和美人蕉的生长产生了抑制作用,且对后者的抑制程度要大于前者。因此,在选择黄菖蒲和美人蕉进行湿地植物修复时,应保持浅水条件以利于其生长,其中黄菖蒲适应的水深(30～70cm)大于美人蕉(10cm...