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.      

氮肥减投条件下膜材料使用对稻田氨挥发排放的影响

氨挥发排放是稻田系统氮损失的主要途径.现有技术多以调控氮肥施用为削减氨挥发排放的技术手段;但由于氮肥投入基数较大且减投不能改变氨挥发途径氮损失比例,氮肥减投后的氨挥发排放仍是限制氮肥利用效率提升的瓶颈.对此,本研究选用满足环境友好和使用便捷的农业废弃物粉末和两性分子物质作为膜材料,配合氮肥施用在田面水表进行多次铺洒,研究膜材料对氨挥发排放过程及排放总量的影响,结合作物生长和氮去向探索膜材料对氨挥发排放的影响机制.连续2 a小区试验发现,膜材料使用可减少水稻种植期氨挥发排放总量的19%~31%,由此减少的氮损失或以矿质态氮形态贮存于土壤或提高了作物氮吸收量.施氮条件下,田面水铵态氮含量和pH以及膜材料使用是影响氨挥发排放的主控因子;氮肥减投后,膜材料使用可进一步削减氨挥发排放.基于不同膜材料对氨挥发排放影响机制差异,应用时,可根据实际生产需求对膜材料进行按需选择.     

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.     

陆生蔬菜浮床对富营养化水体氮磷的去除以及水体、根系细菌群落分析

为了探究陆生蔬菜浮床对富营养化水体氮、磷去除效果以及对微生物群落和反硝化作用的影响,利用16S rDNA高通量测序和定量PCR(qPCR)技术,在分析水质理化指标的基础上,对富营养化水体中氮、磷营养元素以及微生物群落和功能基因的变化开展研究。结果表明,陆生蔬菜浮床对TP和NH₄⁺的去除效果较为突出,水芹、生菜和青菜处理组对TP的平均污染负荷去除率(分别为57.13%、46.91%和40.86%)优于对照组(25.46%);水芹和生菜处理组对NH₄⁺的平均负荷去除率(分别为51.30%和48.16%)高于对照组(27.23%)。对16S高通量测序属水平优势菌种的分析结果表明,蔬菜浮床系统根系表面均富集红杆菌属(Rhodobacter)来进行反硝化;水芹和生菜根系表面会富集大量噬氢菌属(Hydrogenophaga)来增强氢自养反硝化作用;芽单胞菌属(Gemmatimonas)在青菜周围水体和水芹、生菜根系表面较高,该菌属会将N₂O转化为N₂,实现完全反硝化。...     

太湖流域肥料施用策略调整对典型作物系统氮磷流失的影响

太湖流域种植业肥料施用强度普遍较高，且以化学肥料为主要形态.因肥料投入不适宜，种植业氮、磷流失问题显著.2015年以来，各地区积极对种植业肥料施用策略进行调整，但当前工作主要基于粮食作物系统且仍停留在化肥施用总量削减和有机肥施用面积提升层面上，缺少菜地、果园、茶园作物系统的相关数据以及对农业环境问题的响应.对此，以苏州市吴中区为太湖流域典型农区代表，研究2019～2021年稻田、菜地、果园和茶园这4类作物系统肥料策略调整对氮、磷流失的影响.结果表明，肥料源养分投入强度的调控是决定氮、磷流失的关键；适宜的有机肥替代比例有助于降低氮、磷流失风险，但有机肥施用需考虑时机并尽可能搭配农用机械.肥料效率是兼顾农业生产过程环境友好、生产主体经济效益的核心，也是后期肥料施用策略调整的导向.稻田系统的肥料施用策略调整应重视养分中不同元素配比，菜地系统应以种植结构调整为抓手，茶园、果园系统可从复合系统视角制定同时满足茶、果生长的施肥策略，助力构建满足农业绿色发展需求的作物系统.