新鲜和老化生物炭对土壤氮淋失及油菜氮吸收的影响

粮食需求日益增加,为了实现增产,大量氮肥被施入土壤,而氮肥利用率较低导致土壤氮淋失严重,造成水体污染. 生物炭施入土壤被认为是减少土壤氮淋失的有效措施. 本文通过室内土柱模拟淋溶试验,共设置5个处理——对照(仅施氮肥,B₀)、氮肥+1%新鲜生物炭(B₁)、氮肥+4%新鲜生物炭(B₄)、氮肥+1%老化生物炭(Ba₁)、氮肥+4%老化生物炭(Ba₄). 在植物-土壤-淋溶液系统内探究不同施加量的新鲜和老化生物炭对土壤氮淋失和油菜氮吸收的影响,并通过物质守恒定律来探究其对气态氮损失的影响. 结果表明:与对照相比,添加1%和4%新鲜生物炭时土壤氮素含量分别提高4.63%和9.68%,淋溶液氮素含量分别降低33.91%和61.18%,油菜氮素含量分别增加40.70%和129.65%;添加1%和4%老化生物炭时土壤氮素含量分别提高7.46%和13.30%,淋溶液氮素含量分别降低53.68%和72.05%,油菜氮素含量分别增加78.20%和185.76%;气态损失的氮量随生物炭老化和施加量的增加而减少. 研究显示,土壤中施加生物炭对于提高土壤氮素固持能力、减少氮素淋失、促进油菜氮吸收和减少气态氮损失均具有显著效果,且施加老化生物炭的促进效果优于新鲜生物炭,证明生物炭减少土壤氮淋失的效应具有长期性.      

基于Meta-analysis的生物炭对土壤硝态氮淋失和磷酸盐固持影响

如何控制农业土壤硝态氮和磷酸盐淋失及其所导致的面源污染是人类社会当前面临的一个重要的全球性环境问题.生物炭因其在土壤改良方面表现出的巨大潜力而备受关注,针对其应用对土壤养分保持、利用的影响也展开了诸多研究.然而,已有的独立实验研究所报道的相关结果之间存在很大的差异,使得生物炭减少土壤硝态氮和磷酸盐淋失的潜在机制以及适宜生物炭制备条件（生物炭类型）等方面尚不明确.基于荟萃分析（MA）方法,通过整合不同文献中的实验结果,系统研究了生物炭对土壤硝态氮淋失和磷酸盐固持影响及其内在机制.总体上,生物炭能够显著减少硝态氮淋失37.1%,显著提高磷酸盐固持20.8%;从各影响因素分组的结果来看,生物炭碳氮比、热解温度和添加率对硝态氮淋失响应具有显著影响;而生物炭比表面积、热解温度和土壤有机碳含量对磷酸盐固持响应具有显著影响.基于MA得到的结果,分别从不同的角度探讨了生物炭降低土壤硝态氮淋失和提高磷酸盐固持的潜在机制.综合上述结果,秸秆和木质类原料、中高温热解温度（400~600℃）条件下制备的生物炭适宜于减少硝态氮的淋失;秸秆和木质类原料、高温热解温度（>600℃）条件下制备的生物炭适宜于提高磷酸盐的固持.研究结果能够为更好地指导生物炭用于控制土壤硝态氮和磷酸盐面源污染的实践应用提供科学理论依据.     

生物炭对土壤氮素淋失的抑制作用

淋洗作用是土壤氮肥损失途径之一,也是环境水体氮素污染的重要途径。研发降低土壤氮素淋失的技术途径不仅有助于提高氮肥利用率和降低化肥的施用量,而且有助于防治水体污染和改善生态环境。本文通过淋滤实验研究了生物炭对我国两种重要土壤类型黒钙土和紫色土氮素淋失的影响。由玉米秸秆制成的生物炭按10 t/ha,50 t/ha,100 t/ha的比例施用于土壤,同时模拟田间尿素施用量240 kg.N/ha并用相当于每天10 mm的降水量用去离子水淋洗土壤。对淋滤液氮素组成和含量分析结果显示,在不施用生物炭的条件下,黒钙土和紫色土总氮的淋失量分别占土壤(土壤+尿素)总氮含量的7.5%和9.0%,氮素的淋失主要发生在前130 mm降水过程中,其淋失量占全部淋失量的96%。在淋失的成分中,除硝态氮外,有机氮也是重要的组成物质,二者均占淋失总氮量的48%。生物炭的施用可以大幅度地降低氮素的淋失作用。50 t/ha和100t/ha的生物炭施用量降低黑钙土氮素淋失分别为29%和74%,减少紫色土氮素淋失分别达41%和78%。但10 t/ha的生物炭施用量却增加黒钙土和紫色土氮素淋失量分别达到22%和2%。这表明较低的生物炭施用量会促进氮素的淋失。生物炭对有机氮淋失的抑制作用大于硝态氮。100 t/ha的生物炭施用量对有机氮和硝态氮淋失的降低率分别为88%和62%左右,因土壤类型不同而有所差异。上述研究结果为寻求防治土壤氮素淋失的技术方法提供了理论依据。     

碳酸钙与生物炭对酸化菜地土壤持氮能力的影响

针对太湖地区稻田改种菜地后带来的土壤酸化现象,以碳酸钙与生物炭作为酸化改良剂,开展室内培养及多次淋洗模拟试验,比较两种改良剂对酸化菜地土壤持氮能力及酸化修复效果的影响.结果表明,基于碱缓冲曲线法,本试验用酸化菜地土壤每提高1个p H单位需向土壤中添加碳酸钙3.92×10-2mol·kg~(-1)或生物炭27.73 g·kg~(-1).无外源氮条件下碳酸钙添加使土壤氮矿化速率显著提高了37%,对土壤铵态氮、硝态氮含量影响不显著;生物炭添加使土壤氮矿化速率显著提高了35%~44%,且显著增加了土壤硝态氮含量42%~58%.模拟淋洗下,生物炭添加显著消减渗漏液体积24%,渗漏液氮浓度45%,显著减少氮淋失量42%~57%,而碳酸钙添加对渗漏液体积没有影响,增加了渗漏液中氮浓度,氮淋失量增加了12%~76%.淋洗后,各处理土壤p H值发生不同程度的降低,无外源氮条件下添加碳酸钙处理土壤p H值降幅最低,外源氮添加条件下生物炭添加处理降幅最低.由此可见,碳酸钙对酸化土壤修复效率较高,但在外源氮添加条件下降低了土壤持氮能力,更适用于酸化严重且需要休耕改良的菜地土壤;生物炭在维持土壤p H值的同时可以有效提高土壤矿质氮留存量,降低氮淋失,更适用于仍在高强度种植的菜地土壤.     

生物炭对菜地土壤氮平衡及酸碱缓冲能力的影响

针对太湖地区菜地化肥氮投入量较大导致氮淋失严重及土壤酸化的现状,选取太湖地区的菜地土壤,利用盆栽试验连续种植三季小白菜,结合生物炭埋袋回收技术,研究不同化肥氮施用量(以N计,0和110 mg/kg)及生物炭添加量(w为0%、1%、2%和5%)对土壤氮淋失及酸碱缓冲能力的影响. 结果表明:在化肥氮施用量为110 mg/kg条件下,与无生物炭添加相比,生物炭添加量为2%时可使作物对土壤矿质态氮的利用效率提高约1倍(由41%增至81%),因化肥氮施用引起的土壤氮素残留量降低83%;生物炭添加可有效减少48%~65%的土壤氮淋失量,当添加量为1%、2%时,生物炭主要通过削减淋失液中ρ(TN)来降低土壤氮淋失量;添加量为5%时,则主要通过削减淋失液体积来实现. 无论是否添加化肥氮,生物炭均能有效维持土壤原有的pH、w(有机质)及w(盐基离子);促使土壤酸碱缓冲能容量增加22%~37%,致酸速率降低17%~80%,显著提升了土壤的酸碱缓冲能力. 研究显示,在化肥氮施用量为110 mg/kg条件下,生物炭添加量为2%时能对土壤酸化产生较好的缓冲效果.      

表面活性剂影响下的紫色土氮素垂向迁移风险

采用模拟淋溶试验,研究了表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(SDBS)对紫色土氮素的垂向迁移的影响.SDBS减少紫色土铵态氮的淋溶损失,且SDBS浓度越高,铵态氮损失越少.SDBS促进紫色土硝态氮的淋失,累积淋失量依次为SDBS100SDBS40SDBS0SDBS5.低浓度SDBS抑制紫色土总凯氏氮(TKN)损失,但高浓度SDBS则显示促进作用,SDBS40、SDBS100的TKN累积淋失量分别较SDBS0增加了16.8%、22.36%.SDBS淋溶影响紫色土氮素的垂向分布,紫色土氮素有明显向下迁移的趋势,且SDBS浓度越高,迁移性越强.     

季节性冻融格局变化对高山森林土壤氮素淋溶损失的影响

气候变化情景下冻融格局的改变可能导致寒冷生物区土壤氮的淋溶损失,从而改变土壤养分循环和森林溪流的水体环境.因此,为了解季节性冻融循环及其变化对高山森林土壤氮淋溶损失的影响,于2010年5月到2012年4月期间,采用土柱培养实验,利用海拔形成的温度差异模拟气候变暖过程,将高山森林(海拔3600 m)土壤分别培养在海拔3600 m(A1)、3300 m(A2)和3000 m(A3)的森林地表,研究了生长季节与冻融季节不同关键时期的土壤氮淋溶特征.结果表明:川西高山森林土壤氮素淋溶损失随着海拔增加而增加,其损失量为(1.85±0.39)kg·hm-2·a-1(A3)(1.87±0.34)kg·hm-2·a-1(A2)(2.94±0.73)kg·hm-2·a-1(A1),其中,62%以上的氮损失发生在季节性冻融期间.冻融季节高山森林土壤氮素淋溶流失的主要形式为铵态氮和硝态氮,且铵态氮的淋溶损失量高于硝态氮,而生长季节土壤氮素淋溶损失的主要形式是可溶性有机氮.这意味着冻融循环格局在很大程度上控制着高山森林土壤氮素淋溶损失特征,未来气候变暖可能降低高寒森林土壤氮素肥力,增加森林溪流中的氮含量.     

三峡库区柑橘园施肥量对土壤氮淋失及残留量的影响

本试验以三峡库区秭归县生态站所在流域内的柑橘园土壤作为研究对象,通过0～20、0～40、0～60 cm深度的原状土柱淋溶试验对不同施肥量对柑橘园土壤中氮素淋失及残留量的影响进行研究.试验中设置4种施肥处理,为不施肥处理(CK)、低氮施肥处理(T1:250 kg·hm~(-2))、中氮施肥处理(T2:500 kg·hm~(-2))、高氮施肥处理(T3:750 kg·hm~(-2)).结果表明:①柑橘园土壤中氮素淋失的主要形态为硝态氮(NO_3~--N),占总氮(TN)淋失量的36. 93%～60. 07%,铵态氮(NH_4~+-N)的比例为4. 40%～5. 79%.土壤中NO_3~--N残留量占TN残留量的比例为11. 31‰～45. 66‰,NH_4~+-N残留量的比例为1. 05‰～2. 07‰;②相同深度的柑橘园土壤中,氮素的淋失量和残留量与施肥量呈显著正相关.不同施肥量下土壤中TN的淋失量和残留量分别为11. 35～30. 11 kg·hm~(-2)和0. 30～1. 86 g·kg~(-1).其中,NO_3~--N和NH_4~+-N的淋失量占TN淋失量的比例在T2处理下达到峰值,NO_3~--N和NH_4~+-N的残留量占TN残留量比例峰值分别出现在T1和T2处理;③相同施肥量下,土壤中氮素不同形态的淋失量和残留量受土壤深度影响的差异较大.施肥后,NO_3~--N淋失量和残留量的峰值分别出现在20cm和40 cm深度,NH_4~+-N淋失量和残留量的峰值主要出现在20 cm深度.从试验中的结果推论,0～40 cm土柱中的中氮处理更有利于肥料氮向无机态氮转化以供植物吸收并降低施肥后氮素淋失的风险.     

小麦-玉米轮作体系农田氮素淋失特征及氮素表观平衡

连续6年采用渗漏计法研究了不同施氮处理下陕西关中小麦-玉米轮作区农田土壤90 cm深度处氮素(N)淋失特征和土壤-作物体系氮素表观平衡状况.结果表明:该地区农田氮素淋溶主要发生在降雨量较多的玉米季,且集中在8月和9月.监测期内,TN和NO-3-N年平均流失量分别为2.72~23.07 kg·hm-2和1.53~18.72 kg·hm-2,年流失率分别为0.65%~3.44%和0.82%~3.32%,且年总氮、硝态氮流失量均随年施氮量增加呈指数增加.氮素淋失形态中,NO-3-N比例较高,可占总氮淋失量的56.00%~81.00%,且随着氮肥用量的降低,其占总氮淋失量的比例也随之减小.可见,施氮量的大小在一定程度上会影响淋失液中各形态氮的比例.氮素表观平衡结果显示,随着施氮量提高,氮素在土壤中的残留和表观氮盈余均呈现指数增加趋势.长期施氮条件下,土壤-作物体系氮素表观损失率的幅度为32.60%~55.20%,土壤表观残留率为-0.17%~8.20%.多年监测结果表明,优化施氮模式下,作物不仅可以获得较高的产量和氮肥利用率,农田氮素淋失量也大幅降低,在节约肥料资源的同时减轻了潜在的环境风险.     

氮沉降增加对青藏高原林地氮淋溶通量的影响

森林生态系统对大气氮沉降升高的响应机制是国内外学者研究的热点问题之一,近年来中国学者相继在温带森林和热带森林建立了氮沉降增加影响的野外实验平台,但关于氮沉降增加对青藏高原地区森林土壤氮素淋溶通量影响的野外原位研究匮乏。基于此,该研究于2012-2013年生长季,在青藏高原林芝地区云冷杉林通过野外模拟试验,研究了3种水平(0、15和30 kg/(hm~2·a)(以N为计,下同))及3种形态((NH_4)_2SO_4、NH4Cl和KNO_3)氮沉降增加对土壤可溶性氮素淋溶通量的影响。结果表明:林芝地区不同形态氮素的淋溶通量均存在显著的季节和年际变化特征,铵态氮(NH4+-N)、硝态氮(NO_3~--N)的生长季月淋溶通量为0.02～0.6 kg/hm~2,可溶性总氮(TDN)、可溶性总有机氮(DON)月淋溶通量为0.07～2.0 kg/hm2,不同形态氮淋溶通量峰值均出现在7-9月;森林穿透雨中硝态氮沉降通量的增加,对氮素淋溶通量具有明显的促进作用,造成NO_3~--N显著淋失(p0.05),且这种促进作用在施加低剂量硝态氮肥的处理上更为明显(p0.01);大气氮沉降增加对DON和TDN淋溶通量有显著的抑制作用,且随着氮沉降量的增加其抑制作用也随之增加。     

环境样品保存过程中氮的转化规律

通过对环境样品保存过程中NH3-N、NO2-N、NO3-N及总氮的测定来研究水样中氮转化规律,找出三氯在一定条件下相互转化规律关系,提高环境样品中三个分析项目的分析准确性,正确反应环境样品中的真实情况。对于认识水体中氮的循环,防止水体污染,保护水域环境,充分利用开发水资源有着十分重要的意义。     

辽河盘锦段与河口海域水体氮素分布特征及其与溶解氧的关系

选取辽河盘锦段至河口近岸海域区域进行研究水体中氨氮、硝酸盐氮和亚硝酸盐氮的分布特征及其与溶解氧的关系进行研究。结果表明水中氮素含量高于海水,且氨氮表现尤为突出,可能与水体中溶解氧含量和微生物环境、海水的稀释和迁移有很大关系;河水中氮素与溶解氧的呈显著负相关,而海水中氮素与溶解氧的关系不明显。这可能与海水的质化作用有关。     

林下凋落物去除与施氮对针叶林和阔叶林土壤氮的影响

通过野外模拟试验,选择中亚热带针叶林(杉木林)和阔叶林(浙江桂林和罗浮栲林)森林生态系统,设3个施氮水平CK(对照)、低氮〔30kg/(hm2·a) 〕和高氮〔100kg/(hm2·a)〕及2个凋落物处理,研究施氮对土壤主要形态氮质量分数的影响、动态变化及凋落物在其中的作用. 结果表明:与CK相比,高氮处理可瞬时(3d)提高森林土壤氮质量分数,但施氮后持续效应的影响降低. 与保留凋落物相比,去除凋落物在施氮的持续效应中,可降低阔叶林土壤w(铵态氮)18.2%,而杉木林土壤的氮质量分数则略有升高.去除凋落物下施氮的持续和瞬时效应可增加各种林下土壤的w(硝态氮),其中浙江桂林土壤w(硝态氮)分别增加58.9%和38.2%,罗浮栲林土壤分别增加7.0%和30.0%,杉木林土壤分别增加-17.1%和9.0%. 可见凋落物在施氮连续事件中存在复杂的短期和长期相互影响. 阔叶林土壤w(SON)(SON为可溶性有机氮)较高,并且其微生物w(SON)及其占微生物w(TN)的比例高于杉木林土壤,而杉木林土壤微生物w(铵态氮)及其占微生物w(TN)的比例高于阔叶林土壤.      

五大连池水体中氮素分布及规律的初步研究

分析了2009年9月至2010年10月五大连池水体的总氮、氨氮、硝氮3项指标.得出水体氮素的年度变化规律及相关性,即总氮和氨氮、氨态氮与硝态氮两组指标的相关性很高,总氮与硝态氮之间相关性较弱.3种指标都是冬季明显高于其他季节,总氮在春季最低随后升高,氨态氮和硝态氮在春夏秋季均维持较低水平,且结合3者变化规律,夏季和秋季...     

农田施用水葫芦对水稻氮素吸收利用的影响

以粳稻品种运2645为供试材料,设计农田施用水葫芦(将晒干水葫芦按4 500 kg·hm-2农田施用)、不施用水葫芦处理和施N量为120 kg·hm-2(LN)、240 kg·hm-2(NN)处理,研究其对水稻不同生育时期N素含量、N素吸收、N素分配和N素利用效率的影响.结果表明:①农田施用水葫芦使水稻不同生育时期植株...     

蚯蚓粪施用对土壤氮含量及形态的影响

采用盆栽试验,研究蚯蚓粪施用量为0 t/hm²(CK)、15 t/hm²(A1)、30 t/hm²(A2)、45 t/hm²(A3)、60 t/hm²(A4)五种处理对土壤氮含量及形态的影响。结果表明,与CK相比,施用蚯蚓粪后土壤有机质、电导率增加,土壤全氮(TN)含量也显著增加,TN含量在2.06~2.56 g/kg之间,平均含量为2.23 g/kg。A2的TN含量(2.56 g/kg)比CK(1.75 g/kg)提高了46.28%。非可转化态氮(NTF-N)含量较高,占TN的89.43%~91.46%,可转化态氮(TF-N)占TN的10.57%~13.54%。不同形态氮含量依次为:有机态及硫化物结合态氮(OSF-N)>铁锰氧化态氮(IMOF-N)>碳酸盐结合态氮(CF-N)>离子交换态氮(IEF-N)。随着蚯蚓粪用量的增加,OSF-N含量呈逐渐增加的趋势,IEF-N、CF-N含量呈先降低后增加的趋势,IMOF-N含量呈先增加后降低的趋势。OSF-N在TF-N中含量最高,是主要的赋存形态,说明可转化态氮的活性比较稳定,不易流失造成土壤-水体体系污染。TN和NTF-N含量之间呈显著正相关,说明NTF-N是TN的主要组成部分,NTF-N对TN贡献较大。本研究表明蚯蚓粪施用对土壤氮含量及形态影响较大。     

废水中氨氮和总氮的相关性分析研究

为了解废水中氨氮和总氮之间的关系,通过近三年濮阳市6个点位废水中的氨氮和总氮的监测数据,分析了氨氮和总氮之间的线性相关性,得出两者之间的线性系数.结果表明:废水中氨氮和总氮的相关关系较好,相关系数为0.927 0,秋季废水中氨氮和总氮的相关关系最好,其次是春季和冬季,夏季两者的相关性稍差,不同的废水监测点位,氨氮和总氮之间的线性关系有一定差别.     

苏州河网区河道上覆水与底泥中氮素形态分布特征

以苏州河网区河道为研究对象,分布式采集10个采样点,分析水质状况和底泥中氮素形态与含量及其剖面分布,以探讨上覆水和底泥中各形态氮的相关性. 结果表明:上覆水中ρ(总氮),ρ(总磷)及ρ(COD_Cr)均超标,水质呈弱碱性,ρ(硝态氮)(1.10～2.39 mg/L)均高于ρ(铵态氮)(0.30～1.70 mg/L),80%的采样点水质为劣Ⅴ类,水质污染严重,且以氮污染为主;底泥中w(总氮)为2.78～6.30 g/kg,其随沉积深度的增加而减少,说明河道污染负荷有逐年加重的趋势;底泥中w(铵态氮)为37.2～228.0 mg/kg,其随沉积深度的增加而增加,说明铵态氮的沉积量在逐年减少;底泥中w(硝态氮)为13.1～69.4 mg/kg,其在各点的剖面变化趋势不尽相同,这可能与河道水体流动性较大有关. 相关性分析和空间关系分析显示,虽然上覆水中各形态氮含量和底泥表层中各形态氮含量点位对应的关系不显著,但在空间上存在一定的关联性,即由于水体的流动性,使得底泥到上覆水的氮含量高值区有从东向西迁移的趋势.      

海绵状零价铁修复硝酸盐污染地下水试验研究

研究以50~100目的海绵状铁粉为还原剂,采用静态试验方法,研究了铁对硝酸盐氮的还原作用及其影响因素,分析了铁粉用量、铁炭比、pH值、硝酸盐氮初始浓度、温度以及铁粉表面预处理对硝酸盐去除率的影响。试验结果表明,最佳铁氮质量比为400∶1,铁粉投入过多对硝酸盐的去除率没有进一步促进;活性炭的加入有助于零价铁(Fe0)还原硝酸盐,降低反应后溶液中的NH+4-N浓度,试验最佳的铁炭比为1∶2;溶液的初始pH值降低有利于硝酸盐氮的去除;硝酸盐氮初始浓度越大,反应的平均速率越高;升高温度和酸洗预处理,有利于提高硝酸盐的去除率;产物分析表明,试验过程中,去除的NO-3-N含量中约60%以上转化为NH+4-N,NO-2-N浓度很低。     

广东省农业氮足迹分析

为对农业生产氮素利用和排放情况简单直观而又全面地评估,基于修正的N-Calculator模型的基础上,结合农业生产系统中的氮素流动过程,计算了广东省农业氮足迹.研究发现,该省农业氮足迹的主要来源是化肥施用和养殖业饲料,2010年,两者合计占约81%以上.近20年来,农业氮足迹总量上升了45%,按用地平均更增长了88%,增速最快的是来自非农业部门的大气沉降氮,年增速8.5%,农业能源氮足迹是另一增长较快的项目,增幅为107%.污染氮足迹已占到总足迹的31%,主要是因为土壤的氮素流失.另外,2010年,与农业活动相关的其他部门的农业隐含氮足迹为207209.79t,约为农业氮足迹的17%.