生物炭及炭基硝酸铵对土壤微生物量碳、氮及酶活性的影响

以小麦-玉米轮作交替种植下的田间试验为平台,探讨施用生物炭及3种炭基硝酸铵氮肥对土壤主要化学肥力因子、土壤微生物量碳、氮和酶活性的影响。田间试验共设6个处理,依次为:对照(施磷、钾肥,CK);生物炭(BC);硝酸铵氮肥(AN);掺混型生物炭基氮肥(CH);固-液吸附型生物炭基氮肥(XF);化学反应型生物炭基氮肥(FY)。结果表明,生物炭及3种生物炭基氮肥均显著提高土壤有机碳含量,并有效降低了有效磷和速效钾的含量。与CK处理相比较,CH、BC处理的土壤微生物量碳含量分别增加了22.10%、17.45%,而AN、XF、FY 3个处理则分别减少了9.09%、10.86%、1.46%;不同施肥处理土壤微生物量氮较CK均有增加,且BC、XF处理差异达显著水平,BC处理的增幅最大,达66.53%,XF处理的增幅次之,达到了62.78%,AN处理的增幅最小,为24.86%。与CK处理比较而言,FY、XF、CH均增加土壤蔗糖酶、脲酶和过氧化氢酶活性,且增加效应均依次减弱,FY、XF处理均增加碱性磷酸酶活性,而CH处理降低了碱性磷酸酶活性。FY、XF、CH较CK处理均可显著增加小麦产量,增产率分别为36.61%、22.58%、20.72%,且增产效果依次减弱。     

氮肥减量配施生物炭对黄壤稻田土壤有机碳活性组分和矿化的影响

化肥减施增效有助于农业的可持续发展。本研究用等氮量生物炭替代化肥氮,设置0、10%、20%、30%、40%(CK,T₁～T₄) 5个替代比例,在水稻收获后采集土壤样品进行室内分析,研究氮肥减量配施生物炭对黄壤稻田土壤有机碳活性组分和矿化的影响。结果表明: 氮肥减量配施生物炭均可显著提高土壤有机碳(SOC)含量,且与生物炭配施量呈正比。氮肥减施20%条件下,土壤微生物生物量碳(MBC)和易氧化碳(ROC)含量均最高,分别为293.68和250.00 mg·kg^-1,土壤可溶性碳(DOC)含量最低。SOC矿化速率在培养的第3天达到最高,前期(第3~6天)迅速下降,中期(第6~18天)缓慢下降,后期(第18~30天)趋于稳定,矿化速率随时间的动态变化符合对数函数;SOC累积矿化量和累积矿化率分别为0.66～0.86 g·kg^-1和2.9%～4.0%,均以T₂处理最低。稻谷产量随氮肥减施比例的增加呈先增加后下降趋势,T₂处理最高,比CK显著增加了13.4%。本试验条件下,化学氮肥减量20%配施适量生物炭(5 t·hm^-2)可有效提高SOC、MBC、ROC含量和水稻产量,降低SOC累积矿化量和累积矿化率,增强土壤固碳能力,是贵州黄壤稻田土壤固碳培肥的较好选择。     

生物炭及秸秆对水稻土各密度组分有机碳及微生物的影响

生物炭被认为是土壤碳封存的有效手段,但是关于生物炭对土壤不同密度组分有机碳影响的研究报道很少。以南方稻麦轮作区水稻土为研究对象,通过田间小区试验研究了不施有机物(CK)、玉米秸秆还田(CS)、施用300℃热解生物炭(300BC)、施用400℃热解生物炭(400BC)和施用500℃热解生物炭(500BC)处理对土壤轻重组分质量比例,土壤轻重组分有机碳和土壤微生物的影响。结果表明:1)施用生物炭显著提高了土壤轻组的质量比例和土壤轻组有机碳含量,轻组有机碳含量为500BC400BC300BCCSCK,对重组有机碳影响不显著,但重组有机碳在土壤中占重要比例;2)施加生物炭后土壤微生物量相比对照也有提高,但是与施加秸秆处理相比,微生物量提高幅度较小。研究表明,生物炭能提高土壤有机碳含量,尤其提高了土壤轻组有机碳的累积,但由于生物炭特殊的芳烃结构,其轻组组分化学性质稳定,这与传统的土壤有机碳轻组理论不同。与秸秆处理相比,生物炭处理具有较低的土壤微生物量与微生物商,有利于土壤碳的固定。     

生物炭添加对土壤呼吸和有机碳含量的影响

以菜地和果园土壤为研究对象,通过室内培养实验,向土壤中分别添加不同材料制备的生物炭(马尼拉草、阔叶和竹叶),热解温度为350℃,研究不同材料制备生物炭添加对土壤呼吸和有机碳含量的影响.结果表明：不同生物炭施入土壤后,土壤 CO 2释放速率总的趋势是前期分解速率快,后期缓慢.在整个培养过程中(28 d),随着培养时间的延长,土壤 CO 2释放速率下降趋势逐渐降低.在不同土壤培养条件下,均是添加阔叶生物炭后土壤 CO 2-C 累计释放增多,果园和菜地土壤 CO 2-C 累计分别达到482．57和424．72 mg·kg-1.添加不同的生物炭均能提高土壤有机碳含量,但只有添加阔叶生物炭之后,差异才会达到显著(P ＜0．05).研究结果为正确利用生物炭和评价其在土壤碳库作用提供科学依据.     

冬季作物对稻田土壤微生物量碳、氮和微生物熵的短期影响

研究不同的冬季作物马铃薯、黑麦草、紫云英、油菜在"冬季作物-双季稻"轮作种植制度下短期内对稻田土壤微生物碳、氮和微生物熵的影响,在湖南省土壤肥料研究所的实验网室内设置了小区试验.试验结果表明:几种冬季作物均提高了稻田土壤微生物碳、氮含量,黑麦草明显提高了土壤微生物量碳和微生物熵,紫云英明显提高了土壤微生物量氮.冬季作物对土壤微生物量碳和土壤微生物量氮的季节性影响变化趋势基本一致,紫云英、马铃薯处理的土壤微生物量C、N含量均在水稻生育期间8月中旬达到最大值.     

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%.     

炉渣与生物炭施加对稻田土壤产甲烷菌群落结构的影响

为了了解废弃物施加处理影响稻田甲烷排放通量的微生物学机制,对稻田分别进行炉渣、生物炭单一施加和混合施加处理,分析施加处理条件下早、晚稻拔节期稻田土壤的理化性质,并采用PCR-RFLP技术及克隆测序对稻田土壤中的产甲烷菌群落组成多样性及其结构进行分析。研究结果表明:早稻拔节期,混施处理显著提高土壤盐度和pH;晚稻拔节期,混施处理显著提高土壤盐度,炉渣和混施处理显著提高pH。香农-威纳指数(H')和辛普森指数(D)显示:炉渣、生物炭和混施处理提高了稻田土壤产甲烷菌的多样性。群落组成分析结果表明:稻田土壤产甲烷菌主要含有甲烷微菌目(Methanomicrobiales)、甲烷杆菌目(Methanobacteriales)、甲烷八叠球菌目(Methanosarcinales)、甲烷球菌目(Methanococcales)、甲烷胞菌目(Methanocellales)和Methanomassiliicoccales等6大类群,其中甲烷微菌目(Methanomicrobiales)为优势类群。从属水平的群落结构来看,与对照相比,3种施加处理均降低了早稻土壤Methanomassiliicoccus相对丰度;生物炭处理还降低了Methanosarcina相对丰度。初步认为Methanomassiliicoccus和Methanosarcina这2个菌属与CH_4排放量减少密切相关。     

生物炭添加对麦田土壤微生物群落代谢的影响

研究生物炭和氮肥配施对麦田土壤微生物群落代谢特征的影响,从土壤微生物群落功能多样性变化角度分析麦田生物炭配施氮肥的可行性。试验设置6个处理:不施肥CK、单施生物炭B(生物炭用量30 t·hm^-2)、低氮N₁(氮肥用量150 kg·hm^-2)、高氮N₂(氮肥用量300 kg·hm^-2)、低氮配施生物炭BN₁(生物炭用量30 t·hm^-2,氮肥用量150kg·hm^-2)和高氮配施生物炭BN₂(生物炭用量30 t·hm^-2,氮肥用量300 kg·hm^-2),探讨不同施肥处理麦田土壤微生物群落对糖类、氨基酸类、醇类、酯类、酸类、胺类六大碳源的代谢特征。结果表明:与CK相比,各处理碳源代谢活性分别提高,表现为N₁> N₂> B> BN₁>BN₂&g...     

生物炭对农田土壤微生物生态的影响研究进展

生物炭作为新型土壤改良剂在国内外环境科学等领域受到广泛的关注.关于生物炭对土壤理化性质的改良研究较早,目前虽然已深入到土壤微生物生态的领域,但是大多数将土壤理化性质与土壤微生物生态分开考虑,缺乏对二者相互作用的系统评述.本文总结了施用生物炭后土壤理化性质的改变与土壤微生物群落变化之间的相互关系:生物炭不仅能够提高土壤pH值、增强土壤的持水能力、增加土壤有机质等,而且会影响土壤微生物的群落结构、改变细菌和真菌的丰度;施用生物炭后,土壤环境和土壤微生物之间互相影响互相制约,共同促进了土壤微生物生态系统的改良.本文旨在为生物炭改良农田土壤微生态的深入研究提供新的思路,从生态系统的角度促进生物炭环境效应影响的研究,使生物炭的应用更具有科学性和有效性,并对生物炭在相关领域的应用进行了展望.     

生物质炭对水稻土团聚体微生物多样性的影响

生物质炭施用对土壤微生物群落结构的影响已有报道,但土壤团聚体粒组中微生物群落对生物质炭施用的响应的研究还相对不足。以施用玉米秸秆生物质炭两年后的水稻土为对象,采用团聚体湿筛法,通过高通量测序对土壤团聚体的微生物群落结构与多样性进行分析,结果表明:(1)与对照相比,生物质炭施用显著促进了大团聚体(2000—250μm)的形成,并提高了团聚体的稳定性。(2)不同粒径团聚体间微生物相对丰度存在显著差异。在未施生物质炭的处理(C0)中,随着团聚体粒径增大,变形菌门、子囊菌门、β-变形杆菌目、格孢腔菌目的相对丰度逐渐降低,而酸杆菌门、担子菌门、粘球菌目、类球囊霉目的相对丰度逐渐升高。(3)生物质炭施用显著改变了团聚体间的微生物群落结构。与C0处理相比,生物质炭施用处理的大团聚体中变形菌门、鞭毛菌门和β-变形杆菌目的相对丰度分别显著提高了14.37%、33.28%和33.82%;微团聚体(250—53μm)中酸杆菌门、子囊菌门和粘球菌目的相对丰度分别显著降低了20.15%、19.93%和17.66%;粉、黏粒组分(<53μm)中担子菌门的相对丰度升高90.25%,而子囊菌门和鞭毛菌门的相对丰...     

耕作方式对紫色水稻土有机碳和微生物生物量碳的影响

以位于西南大学的农业部紫色土生态环境重点野外科学观测试验站始于1990年的长期定位试验田为对象,研究了冬水田平作(DP)、水旱轮作(SH)、垄作免耕(LM)及垄作翻耕(LF)等4种耕作方式对紫色水稻土有机碳(SOC)和微生物生物量碳(SMBC)的影响。结果表明,4种耕作方式下SOC和SMBC均呈现出在土壤剖面垂直递减趋势,翻耕栽培下其降低较均匀,而免耕栽培下其富集在表层土壤中。同一土层不同耕作方式间SOC和SMBC的差异在表层最大,随着土壤深度的增加,各处理之间的差异逐渐减小。在0—60 cm剖面中,SOC含量依次为:LM(17.6 g/kg)>DP(13.9 g/kg)>LF(12.5 g/kg)>SH(11.3 g/kg),SOC储量也依次为:LM(158.52 Mg C/hm2)>DP(106.74 Mg C/hm2)>LF(93.11 Mg C/hm2)>SH(88.59 Mg C/hm2),而SMBC含量则依次为:LM(259 mg/kg)>SH(213 mg/kg)>LF(160 mg/kg)>DP(144 mg/kg)。与其它3种耕作方式比较,LM处理显著提高SOC含量和储量以及SMBC含量。对土壤微生物商(SMBC/SOC)进行分析发现,耕作方式对SOC和SMBC的影响程度并不一致。SMBC与SOC、全氮、全磷、全硫、碱解氮、有效磷均呈现极显著正相关(P<0.01),与有效硫呈显著正相关(P<0.05);表明SMBC可以作为表征紫色水稻土土壤肥力的敏感因子。     

Long-term tillage effects on soil organic carbon and dissolved organic carbon in a purple paddy soil of Southwest China

The impact of conservation tillage practices on soil carbon has been of great interest in recent years. Conservation tillage might have the potential to enhance soil carbon accumulation and alter the depth distribution of soil carbon compared to conventional tillage based systems. Changes in the soil organic carbon (SOC) as influenced by tillage, are more noticeable under long-term rather than short-term tillage practices. The objective of this study was to determine the impacts of long-term tillage on SOC and dissolved organic carbon (DOC) status after 19 years of four tillage treatments in a Hydragric Anthrosol. In this experiment four tillage systems included conventional tillage with rotation of rice and winter fallow system (CTF), conventional tillage with rotation of rice and rape system (CTR), no-till and ridge culture with rotation of rice and rape system (NT) and tillage and ridge culture with rotation of rice and rape system (TR). Soils were sampled in the spring of 2009 and sectioned into 0–10, 10–20, 20–30, 30–40, 40–50 and 50–60 cm depth, respectively.Tillage effect on SOC was observed, and SOC concentrations were much larger under NT than the other three tillage methods in all soil depths from 0 to 60 cm. The mean SOC concentration at 0–60 cm soil depth followed the sequence: NT (22.74 g kg^?1) > CTF (14.57 g kg^?1) > TR (13.10 g kg^?1) > CTR (11.92 g kg^?1). SOC concentrations under NT were significantly higher than TR and CTR (P < 0.01), and higher than CTF treatment (P < 0.05). The SOC storage was calculated on equivalent soil mass basis. Results showed that the highest SOC storage at 0–60 cm depth presented in NT, which was 158.52 Mg C ha^?1, followed by CTF (106.74 Mg C ha^?1), TR (93.11 Mg C ha^?1) and CTR (88.60 Mg C ha^?1). Compared with conventional tillage (CTF), the total SOC storage in NT increased by 48.51%, but decreased by 16.99% and 12.77% under CTR and TR treatments, respectively. The effect of tillage on DOC was significant at 0–10 cm soil layer, and DOC concentration was much higher under CTF than the other three treatments (P < 0.01). Throughout 0–60 cm soil depth, DOC concentrations were 32.92, 32.63, 26.79 and 22.10 mg kg^?1 under NT, CTF, CTR and TR, and the differences among the four treatments were not significant (P > 0.05). In conclusion, NT increased SOC concentration and storage compared to conventional tillage operation but not for DOC.     

土壤有机碳和外源添加碳对水稻土土体呼吸的影响

土体呼吸输出碳来源于土壤固有有机碳和外源添加碳,而以往关于不同施肥措施对水稻土碳排放的研究少有区分碳的来源。本试验利用一个长达30年的水稻土定位试验,在保证原有定位试验继续正常开展的前提下变更部分施肥处理,得到继续施用高量有机肥(HOM)、施用常量有机肥30年后改施高量有机肥(N-H)、继续施用常量有机肥(NOM)、施用化肥30年后改施常量有机肥(C-N)、施用高量有机肥30年后改施化肥(H-C)、施用常量有机肥30年后改施化肥(N-C)、继续施用化肥(CF)等7种施肥处理。通过观测早稻生长期间原有施肥和改施肥处理土体CO2排放通量(FCO2),研究不同后续施肥对水稻土FCO2的影响,以期探讨土壤原始有机碳和外源添加碳对土壤FCO2的影响。结果表明:7种不同施肥处理土体CO2平均排放通量(F珔CO2)分别为85.34、69.10、51.27、49.15、14.89、12.92和11.59 mg C.m-2.h-1;对施用无机肥料和常量有机肥料的土体而言,土壤本身有机碳含量对F珔CO2无显著影响,但对施用高量有机肥的土体而言,土壤本身的高有机碳含量会增强F珔CO2;CO2排放通量(Y)与添加外源碳量(x)之间符合指数方程:Y=13.33e1.719 x(R2=0.967,n=21),施入的外源有机碳对土体FCO2产生极显著影响;当季外源添加碳以CO2-C矿化分解释放的碳占其总碳量的14%左右,且该分解率受土壤有机碳含量和有机物料添加量的影响较小。     

有机物料还田对双季稻田土壤有机碳及其活性组分的影响

有机物料还田是提升农田土壤有机碳、培肥土壤的重要措施。为探讨不同有机物料的还田效果,采用室外培养方法,研究了在等碳输入条件下,施用水稻秸秆、紫云英、生物有机肥、猪粪和水稻秸秆生物炭对洞庭湖双季稻区潮土有机碳和活性有机碳组分含量的影响。结果表明: 经过180 d的培养试验,与不施用有机物料相比,施用有机物料提高了土壤活性有机碳含量。生物有机肥、猪粪和水稻秸秆生物炭处理分别使土壤有机碳含量显著提升了26.1%、9.7%和30.7%,水稻秸秆和紫云英对土壤有机碳含量的提升效应在试验期间并不显著。水稻秸秆和紫云英还田更有利于土壤可溶性有机碳和微生物生物量碳的积累,猪粪更有利于土壤可溶性有机碳的积累,生物有机肥更有利于土壤微生物生物量碳和易氧化有机碳的积累,水稻秸秆生物炭则更有利于土壤微生物生物量碳和轻组有机碳的积累。与水稻秸秆还田相比,紫云英、生物有机肥、猪粪和水稻秸秆生物炭还田使土壤碳库管理指数分别提高了31.8%、111.6%、62.2%和50.7%。从土壤固碳和土壤碳库管理指数来看,生物有机肥、猪粪和水稻秸秆生物炭的还田效果优于水稻秸秆和紫云英还田。     

生物质炭化还田对稻田温室气体排放及土壤理化性质的影响

通过水稻种植田间试验,研究了水稻秸秆直接还田、水稻秸秆与生活垃圾炭化后还田对稻田温室气体CH4、CO2和N2O排放及土壤理化性质和水稻产量的影响.结果表明:与直接还田相比,秸秆炭化后还田可显著降低稻田CH4和N2O的累积排放量,降幅分别为64.2%～78.5%和16.3%～18.4%.与不添加生物炭相比,无论种植水稻与否,添加秸秆炭和垃圾炭均显著降低了稻田N2O的累积排放量;不种植水稻情况下,添加垃圾炭显著降低了稻田CO2的累积排放量,降幅为25.3%.秸秆炭对提高稻田土壤pH和速效钾含量的作用优于垃圾炭.两种生物炭均能显著提高稻田土壤有机碳含量,但对土壤容重、全氮、有效磷、阳离子交换量及水稻籽粒产量均未产生显著影响.与秸秆直接还田相比,秸秆炭化后还田对水稻增产的效果更佳.