秸秆直接还田和炭化还田对红壤酸度、养分和交换性能的动态影响

为比较秸秆直接还田和炭化还田对亚热带典型红壤酸度、养分及交换性能的动态影响,试验以水稻和油菜秸秆为材料,设置7个盆栽处理:空白(CK)、水稻秸秆直接还田(R1B0)、水稻秸秆350℃炭化还田(R1B1)、水稻秸秆550℃炭化还田(R1B2)、油菜秸秆直接还田(R2B0)、油菜秸秆350℃炭化还田(R2B1)和油菜秸秆550℃炭化还田(R2B2),秸秆按1%和相应的生物质炭施入土壤,进行水稻培育试验.在水稻秧苗期、分蘖期、灌浆期和成熟期这4个时期采集土壤,分析土壤酸度、养分和交换性能的动态变化.结果表明,红壤pH、 NH~+_4-N和NO~-_3-N含量随生长期呈现减小的趋势,而有机质、CEC和各交换性盐基离子呈现增加的趋势.秸秆直接还田和炭化还田均提高土壤pH,降低交换性酸总量,同时提高有机质含量及交换性能,且作用效果随生长期增大.成熟期时秸秆炭化还田对各项指标的作用效果均好于秸秆直接还田,秸秆原料和炭化温度对各项土壤性质的影响不同,油菜秸秆生物质炭在提高土壤pH、有机质和CEC含量方面略好于水稻秸秆生物质炭.土壤酸度、养分含量和交换性能等因子的相关分析表明,土壤交换性酸与有机质呈极显著负相关关系(R=-0.912,P0.01),与CEC呈显著负相关关系(R=-0.866,P0.05),CEC和有机质呈显著正相关关系(R=0.833,P0.05),说明三者之间密切相关.研究表明,秸秆直接还田和炭化还田均可以达到改良土壤酸性和提高养分含量的效果,在等量秸秆情况下,秸秆炭化还田对阻控土壤酸化、提高有机质含量和CEC的效果比秸秆直接还田较为明显.     

中国主粮作物生物炭产量效应的Meta分析

为定量评估生物炭对主粮作物产量的影响,收集了公开发表的116篇相关文献,共866对数据,采用Meta分析法定量分析了生物炭对我国主粮作物产量的影响及其影响因子,同时构建结构方程模型(SEM)进一步解释了因子间的交互关系.结果表明,与不施用生物炭相比,生物炭施用后可改善主粮田土壤理化性质,提高主粮作物产量,平均增产率为8.77%.其中,当生物炭pH为7～8时,平均增产率最大,可达26.49%;其C/N<60时,平均增产率为13.73%,显著高于C/N≥60的平均增产率.将生物炭施入酸性或中性土壤中,更能发挥其增产效应.当施炭量为10～20 t·hm^-2时,小麦和玉米的平均增产率最大;施炭量为15～25 t·hm^-2时,水稻平均增产率最大.但是,不同施炭水平的水稻增产率相近,可考虑损失部分产量,适当减施以兼顾经济效益.此外,生物炭增产效应会随施用年限增加而不断减弱,一般3 a后增产不显著.SEM表明生物炭施用量不仅直接影响主粮作物产量,还通过改善土壤肥力间接影响主粮作物产量,而生物炭C/N和pH仅通过改善土壤肥力影响主粮作物产量.因此,今后...     

不同生物炭对磷的吸附特征及其影响因素

为了实现植物生物质资源化利用,选择5种生物质材料制备生物炭,通过比较5种生物炭材料的磷吸附能力,筛选出了2种磷吸附效果较佳的材料,并探明了筛选生物炭材料的理化性质及其对磷的吸附特征.结果表明,5种生物炭材料中,仅水稻秸秆和玉米秸秆生物炭对磷具有吸附能力.Langmuir等温吸附曲线表明,水稻秸秆生物炭对废水中磷的吸附能力强于玉米秸秆生物炭,理论最大吸附量为：水稻秸秆生物炭(9.78 mg·g^-1)>玉米秸秆生物炭(0.39 mg·g^-1).水稻秸秆生物炭的比表面积(148.30 m²·g^-1)和总孔体积(0.11 cm³·g^-1)远高于玉米秸秆生物炭8.26 m²·g^-1和0.03 cm³·g^-1,同时水稻秸秆生物炭有更高的Mg、 Ca、 Fe和Al元素含量.水稻秸秆生物炭和玉米秸秆生物炭对磷吸附的最佳pH为酸性;在不同的pH范围内（3.0～11.0）,水稻秸秆生...     

不同秸秆翻埋还田对旱地和水田土壤微生物群落结构的影响

以水稻、小麦、玉米秸秆和油菜、蚕豆青秆为研究对象,采用磷脂脂肪酸(PLFA)方法,并结合主成分分析方法,研究了不同秸秆翻埋还田对旱地和水田土壤微生物数量、菌群分布、群落结构特征等的影响.PLFA分析结果表明,旱地土壤PLFA总量变幅为8.35~25.15 nmol·g-1,大小顺序为油菜蚕豆玉米水稻小麦,5种秸秆翻埋还田均能提高土壤微生物PLFA总量,其中油菜、蚕豆处理分别是不加秸秆处理的2.18、2.08倍,差异显著;5种秸秆处理各菌群PLFA量均高于不加秸秆处理,其中真菌量均显著提高,微生物群落物种丰富度值也显著提高.水田土壤PLFA总量变幅为4.04~22.19nmol·g-1,大小顺序为水稻玉米小麦油菜蚕豆,其中油菜和蚕豆处理低于不加秸秆处理;除蚕豆外其余秸秆处理真菌PLFA量均显著高于不加秸秆处理,蚕豆处理细菌和PLFA总量均显著低于其他处理,各处理间放线菌、革兰氏阳性菌(G+)、革兰氏阴性菌(G-)无显著差异;水稻、小麦、玉米、油菜均能显著提高水田土壤微生物的物种丰富度指数和优势度指数.主成分分析结果表明蚕豆青秆对旱地土壤微生物群落结构影响最大,油菜青秆和小麦秸秆对水田土壤微生物群落结构影响最大.     

生物炭添加对两种类型土壤DOC淋失影响

生物炭能增加土壤碳库贮量,对全球碳的生物地球化学循环和缓解全球气候变化起到不可忽视的作用。可溶性有机碳(DOC)是土壤碳库中十分重要的组分,研究生物炭对DOC淋失影响对深入了解生物炭对土壤有机碳循环具有重要意义。本文以新疆和河南两种土壤为对象,通过室内土柱淋滤试验研究生物炭添加对不同类型土壤中溶解性有机碳(DOC)淋失影响以及添加不同生物炭对同种土壤淋滤液中DOC淋失影响特征。结果表明,新疆和河南土壤淋滤液DOC浓度和淋失量随着生物炭添加比例增加(1%,5%,10%)而减少。与玉米秸秆和锯末混合物为原料制成生物炭相比,玉米秸秆生物炭能显著降低新疆土壤淋滤液中DOC浓度。     

施用生物质炭对黑土黑碳含量和结构特征的影响

生物质炭(Biochar,Bc)是黑碳(Black Carbon,BC)的一种,当前关于生物质炭在农业上的研究大都集中在其对土壤理化性质和作物生长的影响,而关于施用生物质炭对土壤黑碳结构和数量影响的研究很少.为了解施用生物质炭对土壤黑碳的影响,本试验采用盆栽试验的方法,设置4个处理,施加生物质炭量分别为0(CK)、6、12和24 t·hm-2,采用Wolbach-Anders法对土壤中的黑碳进行提取,运用元素分析、红外光谱和热重分析等方法研究了不同施入量的生物质炭对土壤黑碳产生的影响.实验结果表明:施用玉米秸秆生物质炭能明显增加土壤中黑碳的含量,随着生物质炭施用量的增加,不同处理相对于对照(CK)中土壤黑碳含量分别提升7.04%、22.96%和46.90%.施用玉米秸秆生物质炭降低了黑碳的脂族性、氧化性,提升了黑碳的缩合度、芳化度,提高了黑碳结构的稳定性,提高了土壤黑碳的热稳定性.施用玉米秸秆生物质炭能够提高p H,提高土壤的速效养分含量.     

负载磷酸盐生物质炭材料对重金属复合污染土壤的稳定化机制研究

为探讨负载磷酸盐生物质炭材料对重金属复合污染土壤中共存重金属的稳定化效果和迁移转化特征,以玉米秸秆和小麦秸秆为原材料,负载磷酸盐后在600 °C下无氧热解制备两种生物质炭材料,并将其用于重金属复合污染土壤中进行稳定化批处理试验. 结果表明:负载磷酸盐的玉米秸秆和小麦秸秆生物质炭材料可通过增加土壤中无定形铁、铝氧化物的含量而促进其对Cd的吸附,且负载磷酸盐后玉米秸秆生物质炭材料对土壤中无定形氧化物含量的增幅和游离态氧化物含量的降幅高于小麦秸秆生物质炭;同时,两种生物质炭材料均显著提高了土壤铁的活化度,进而有效控制了土壤重金属的生物有效性. 添加不同比例(如5%、10%和15%)的负载磷酸盐生物质炭均可降低土壤中Pb、Cd、Zn和Cu的迁移风险,并促进Pb的酸可提取态、铁锰结合态向有机结合态和残渣态转化,以及Cd、Zn和Cu的酸可提取态向残渣态转化. 两种负载磷酸盐生物质炭材料均可有效降低重金属的浸出浓度,10%及以上的添加量均可使Pb的浸出浓度降低98%以上. 15%的负载磷酸盐玉米秸秆生物质炭可使Cd和Zn的浸出浓度分别降低89%和47%,而15%的负载磷酸盐小麦秸秆生物质炭可使Cu的浸出浓度降低56%. 研究显示,施用10%~15%的负载磷酸盐生物质炭材料可显著降低重金属复合污染土壤中Pb和Cd的潜在环境风险,对矿区重金属污染土壤的安全利用具有参考和指导意义.      

秸秆及生物炭添加对猪粪沼渣施肥水稻重金属积累的影响

秸秆还田在重金属污染稻田中被广泛应用并日益推广,其对土壤中重金属生物有效性和水稻重金属吸收积累产生的影响不容忽视.本研究选用因连续10年以上施用生猪沼渣沼液而导致重金属超标的水稻土,通过盆栽试验研究了不同的秸秆还田方式(直接还田或生物炭还田)与用量(0、1%、2%、4%和8%)对水稻重金属吸收积累的影响.结果表明,长期施用沼渣沼液可导致土壤重金属富集,其中,铜(Cu)、锌(Zn)和镉(Cd)含量高于国家土壤环境质量二级标准;秸秆或生物炭添加提高了水稻根或茎叶中重金属的截留,降低了籽粒中的积累;秸秆还田对于水稻Cu的吸收积累控制效果显著,添加1%、2%、4%和8%的秸秆分别使糙米中的Cu含量降低了35%、51%、64%和71%;生物炭添加对于控制水稻Cd的吸收积累效果显著,1%、2%、4%和8%生物炭添加量分别使水稻Cd的积累降低了21%、33%、36%和35%.对于Zn的吸收积累,两种还田方式均具有显著的控制效果;但在As污染稻田,秸秆直接还田应慎重,因为秸秆添加可显著提高糙米中As的积累.通过对比不同的秸秆还田量对控制糙米中重金属积累的效果,同时考虑该区域重金属的污染状况和还田成本,推荐在该施肥区域实施2%的秸秆直接还田.该研究将为水稻安全生产与农业废弃物循环利用提供理论与实践指导.     

土壤碳收支对秸秆与秸秆生物炭还田的响应及其机制

秸秆直接还田与秸秆炭化还田是目前最主要的秸秆还田措施.由于秸秆与秸秆生物炭结构和性质的差异以及还田过程的差异,其还田后的土壤呼吸和土壤碳收支必然有显著差异.采用室外盆栽的方式,以地肤草为目标植物,系统研究了土壤呼吸与土壤碳收支对多种秸秆与秸秆生物炭还田的响应及其可能的机制.结果表明,秸秆生物炭还田的土壤呼吸[均值为21.69μmol·(m2·s)-1]显著低于秸秆直接还田[均值为65.32μmol·(m2·s)-1],土壤有机碳含量(均值为20.40 g·kg-1)和植物的固碳量(平均植物生物量138.56 g)均高于秸秆直接还田(均值为17.76 g·kg-1和76.76 g);考虑了生物炭制备过程的碳丢失后,秸秆生物炭还田的土壤碳收支仍显著高于秸秆直接还田,是一种较低碳的秸秆还田模式;秸秆直接还田显著促进土壤脱氢酶活性﹑土壤β-糖苷酶活性和土壤活性微生物量,因此导致较高的土壤呼吸,而生物炭还田土壤的微生物活性普遍较低;秸秆生物炭的易氧化态碳含量和可生物降解性均显著低于秸秆对照,表明秸秆生物炭稳定性较高,难以被土壤微生物降解利用,因此其还田后土壤微生物活性普遍较低,秸秆碳可在土壤中长期保存.     

不同裂解条件对生物炭稳定性的影响

在300⁵00℃温度下热裂解水稻秸秆、玉米秸秆制备生物炭,并采用红外光谱(FTIR)和元素分析的方法,以生物炭表面官能团和元素组成为主要考察指标,研究了不同裂解温度、不同保留时间对生物炭稳定性的影响。生物炭红外光谱图结果显示,生物质原材料经过裂解炭化过程,原材料分子结构中所含醚键(C-O-C)、羰基(C=O)等基团消失。随着裂解温度升高,生物炭中甲基(-CH3)和亚甲基(-CH2)也逐渐消失,而芳环结构增加,生物炭芳香化程度增强。延长生物炭制备过程中的保留时间亦有相同结果。生物炭元素组成的结果显示,裂解温度升高及保留时间延长均能使生物炭的H/C比下降,同时裂解温度对生物炭H/C的影响更加显著。相比水稻秸秆生物炭,玉米秸秆生物炭的芳环骨架更加明显,芳香化程度更高。     

不同生物炭对酸性农田土壤性质和作物产量的动态影响

为研究不同原料生物炭对农田土壤酸度、交换性能、磷素养分以及作物产量的综合动态影响,试验设置空白（CK）、水稻秸秆生物炭（RSB）、玉米秸秆生物炭（MSB）、小麦秸秆生物炭（WSB）、稻壳生物炭（RHB）和竹炭（BCB）这6种处理,生物炭按质量分数0.1%施入农田进行长期定点试验,测定水稻、油菜和玉米这3季作物产量和作物收割后的土壤理化性质.结果表明,添加不同原料生物炭可有效提高土壤pH和交换性能,降低交换性酸含量,作用效果随时间下降.生物炭对盐基离子组成的影响为提高交换性K⁺、Ca²⁺和Mg²⁺含量,降低Na⁺含量.生物炭能不同程度地增加土壤有机质（SOM）、速效磷、总磷和无机磷（Al-P和Fe-P）含量,作物产量较当季对照显著提高（P<0.05）,稻壳生物炭在改良酸性土壤理化性质和提高作物产量方面效果较好.     

棉秆炭调控对碱性镉污染水稻根际土壤真菌群落结构和功能的影响

为研究棉秆炭对碱性镉污染水稻根际土壤真菌多样性、结构及功能的影响,采用室外水稻盆栽试验,在土壤中添加了0、 1和8 mg·kg~(-1)的镉和炭土质量比分别为0%、 1%和5%的棉花秸秆生物质炭,以水稻成熟期根际土壤为研究对象,借助Illumina HiSeq高通量测序手段分析棉秆炭与镉污染条件对碱性水稻根际土壤真菌群落多样性、结构及潜在功能的影响,探寻不同土壤环境因子与真菌群落结构间的关联性.结果表明:①施用棉秆炭显著提高了土壤pH、速效养分和有机质等指标,并降低土壤中可还原态镉的含量(P0.05).②水稻根际土壤真菌菌门分布主要为子囊菌门、Aphelidiomycota门和壶菌门,占所有菌门的57%.菌属分布主要为被孢霉属、链格孢属和镰刀菌属.各处理间真菌群落α-多样性差异显著(P0.05).未添加棉秆炭处理下(C0),镉浓度的增加降低了土壤中壶菌门、被孢霉属和链格孢属的相对丰度和真菌多样性指数(Shannon指数).在不同浓度镉处理下(Cd0、 Cd1和Cd8),增加棉秆炭会降低真菌群落丰富度指数(Chao1指数)和Shannon指数.镉污染导致土壤中壶菌门相对丰度增多,却使子囊菌门丰度下降,施用棉秆炭可显著提升壶菌门的相对丰度(P0.05).镉污染使被孢霉属和链格孢属丰度下降,但是施用棉秆炭可使链格孢属相对丰度增多.增加棉杆炭施用量,土壤中会存在更多的内生菌、植物病原体和腐生菌;而镉污染程度增加会减少土壤中内生菌、植物病原体和腐生菌.③影响真菌群落多样性及结构的主要环境因子有土壤速效钾、有机质和pH.水稻土壤镉含量中占比最大的可还原态镉与轮形动物门、Aphelidiomycota门和子囊菌门呈显著正相关(P0.05),但与其它菌门呈负相关(P0.05).研究结果说明棉秆炭在碱性镉污染土壤微生态调控方面具有一定的作用.     

玉米秸秆生物炭对稻田土壤砷、镉形态的影响

通过室内土壤培养的方法模拟稻田土壤环境,研究淹水环境下添加(1%添加量)不同温度制备的玉米秸秆生物炭(CB-300、CB-400、CB-500)对砷、镉复合污染稻田土壤氧化还原电位(Eh)、pH值及不同形态砷、镉含量动态变化的影响.结果表明,热解温度会影响玉米秸秆生物炭的理化性质,热解温度由300℃升至500℃,玉米秸秆生物炭芳香性增加,亲水性和极性降低,灰分含量增加,pH值升高.淹水环境下添加玉米秸秆生物炭处理相比对照(CK)可提高土壤pH值0.20~1.24,升高幅度大小为CB-500CB-400CB-300CK,随着培养时间的延长,pH值趋于平衡状态;淹水环境下土壤氧化还原电位均迅速下降,且不同处理组间存在显著差异,生物炭制备温度越高下降效果越明显,培养至第96 d时氧化还原电位降到最低.CK、CB-300、CB-400、CB-500处理组弱酸可提取态镉含量由淹水前的73.55%分别降至63.46%、57.73%、54.50%、53.94%,随着培养时间的延长,土壤中弱酸可提取态及可氧化态镉逐渐向残渣态及可还原态镉转化.土壤pH值与弱酸可提取态镉含量之间呈显著负相关关系.淹水环境下土壤可交换态砷含量升高,玉米秸秆生物炭的施加导致土壤交换态、Ca-结合态、Al-结合态和Fe-结合态砷含量逐渐上升,上升幅度分别为75.68%、20.92%、13.49%、48.66%,残渣态砷含量下降;土壤pH值与交换态砷含量之间呈显著正相关关系.研究结果可为砷、镉复合污染稻田安全生产与阻控提供数据支持.     

棉秆炭对碱性水稻土壤-水稻中镉迁移转化的阻控作用

为研究棉花秸秆生物质炭添加对碱性水稻土壤-水稻体系中镉迁移转化的影响,通过室外盆栽试验,以水稻品种特丰优2号为试验材料,在添加外源镉含量为0、1、4和8 mg·kg^-1的碱性水稻土中分别施入炭土质量比分别为0%、1%、2.5%和5%的棉花秸秆生物质炭,待水稻收获后,分析不同含量镉胁迫处理下,施用不同量棉秆炭对碱性水稻土壤pH、养分和水稻体内镉富集、转移情况及镉在土壤中的赋存形态的影响.结果表明：①添加棉秆炭可以显著提高土壤养分（P<0.05）,其中5%量的棉秆炭添加后,相比于对照组土壤有机质增加了25.74~47.53%,速效钾提高了3.16~4.25倍.②施用生物质炭可以显著降低土壤及水稻体内镉含量（P<0.05）,尤其5%量的棉秆炭施用后,Cd4和Cd8含量下糙米镉含量分别由0.31 mg·kg^-1和0.43 mg·kg^-1降低到0.15 mg·kg^-1和0.10 mg·kg^-1,达到国家标准范围.生物质炭可以显著降低镉在土壤-水稻体系的富集、转移系数,并使残渣态镉含量增多,弱酸提取态、可还原态、可氧化态镉含量显著降低（P<0.05）.③土壤pH、电导率和养分各指标与水稻体内镉含量和土壤中弱酸提取态、可还原态和可氧化态镉含量有极显著负相关关系,与残渣态镉含量呈正相关关系（P<0.05）.上述研究结果说明,棉秆炭的施用可增加土壤养分,对碱性水稻土和水稻体内镉的富集、转化有显著的阻控作用.     

生物炭与硅酸钠复合施加抑制水稻对土壤铅吸收富集的机制研究

将水稻秸秆生物炭（RB）、玉米秸秆生物炭（MB）分别与硅酸钠（G）复合施加到从矿区周边采集的铅（Pb）污染农田土壤,通过盆栽试验,比较分析了Pb在土壤-水稻系统各部位中的迁移和累积情况,探讨了生物炭与硅酸钠复合施加抑制水稻对Pb吸收转运的机制.结果表明,与对照组相比,生物炭与硅酸钠复合施加（RBG和MBG）使糙米Pb含量显著降低71.0%~75.6%,且比生物炭或硅酸钠单一施加时的降幅更大.其主要机制为：①生物炭与硅酸钠复合施加提高了土壤pH和有机质含量,促进了土壤对Pb的固定,从而使土壤Pb从弱酸提取态向可氧化态Pb转化,在成熟期RBG和MBG处理分别使CaCl₂溶液浸提的土壤有效Pb含量降低54.3%和60.0%.②生物炭与硅酸钠复合施加降低了DTPA溶液浸提的土壤有效态Fe含量,减少了根表铁膜的数量（DCB-Fe）,而且根系Pb含量与DCB-Fe含量之间呈显著正相关关系,推测生物炭与硅酸钠复合施加使根表用于存储Pb的铁膜减少,从而降低Pb进入根系的几率.③生物炭与硅酸钠复合施加显著降低了分蘖期TF_根-叶和成熟期TF_土-根、TF_茎-糙米、TF_叶-糙米（p<0.05）,阻碍Pb在糙米中累积.此外,生物炭与硅酸钠复合施加显著提高了稻谷质量（p<0.05）.因此,生物炭与硅酸钠复合施加可用于修复铅污染稻田土壤.     

生物质炭对双季稻水稻土微生物生物量碳、氮及可溶性有机碳氮的影响

生物质炭可影响土壤微生物量,但生物质炭对双季稻田土壤微生物生物量碳、氮(MBC、MBN)及可溶性有机碳、氮(DOC、DON)的影响还不清楚.基于此,本研究选取亚热带2种典型双季稻田土壤(花岗岩母质发育的水稻土S1和第四纪红壤发育的水稻土S2)作为研究对象,开展室内培养试验来研究不施氮肥条件下生物质炭添加对土壤微生物生物量碳、氮及可溶性有机碳、氮的影响.每种土壤设置3个小麦秸秆生物质炭添加量,即土重的0%、1%和2%,分别用CK、LB和HB表示.培养70 d后,2种水稻土的MBC均值:S1为877. 03、832. 11和849. 30 mg·kg~(-1),S2为902. 94、874. 19和883. 22mg·kg~(-1). S1+LB、S1+HB和S2+LB均显著降低了土壤MBC均值(P 0. 05),这可能是由生物质炭吸附土壤有机碳及其他有机物,阻碍了微生物的生长而造成的. S1土壤中低生物质炭添加量较对照显著降低了土壤MBN均值(P 0. 05),降幅达9. 45%.生物质炭对S1土壤MBC/MBN均值影响不明显,但LB降低了S2土壤MBC/MBN均值(P 0. 05).由于生物质炭本身含有部分可溶性有机碳及其高p H值,添加到2种水稻土中均增加了土壤DOC均值,增幅分别达4. 42%～22. 20%和10. 57%～35. 47%.但生物质炭(除S2+HB处理)显著降低了土壤DON均值,这可能归因于生物质炭对土壤有机氮的吸附作用及生物质炭本身有机碳分解过程中对N的消耗作用.生物质炭显著增加了2种水稻土的DOC/DON均值,且随着生物质炭添加量的增加而增加.综上所述,在双季稻田土壤中单施生物质炭虽然可增加土壤可溶性有机碳,但对土壤微生物量有一定的降低作用,且会加重土壤氮亏缺状况.因此,在亚热带双季稻田中生物质炭应与化肥等配合施用.     

秸秆及生物炭还田对油菜/玉米轮作系统碳平衡和生态效益的影响

在油菜/玉米轮作下,研究不同秸秆与生物炭还田方式对农田生态系统碳平衡和收益的影响,阐明秸秆和生物炭还田的固碳作用.在重庆国家紫色土肥力与肥料效益长期监测基地,通过油菜和玉米两季作物田间定位试验,设置了常规施肥(CK)、秸秆还田(CS)、生物炭还田(BC)、秸秆+速腐剂还田(CSD)、秸秆+生物炭1∶1还田(CSBC)5个处理,测定了秸秆与生物炭还田下土壤碳累积排放量,并结合实地调研数据,从土壤呼吸碳排放、土壤碳库及作物碳库角度兼顾考虑农业成本投入,分析了秸秆与生物炭还田下农田生态系统碳排放、碳固定、碳汇效应和经济环境效益.结果表明:(1)两季作物的土壤碳累积排放量均高于对照(CK),其中秸秆直接还田(CS)处理和秸秆+速腐剂还田(CSD)处理显著(P0.05);(2)与CK对比,秸秆及生物炭还田均能提高两季作物产量与生态系统净初级生产力(NPP),增产1.49%~3.92%,NPP提高了4.44%~17.90%,且秸秆+速腐剂处理(CSD)的两季作物产量与NPP均为最大;(3)各处理(除CK外)均为系统净固碳量正值,表现为"碳汇";在油菜季和玉米季两季中,系统净固碳量最高的分别为秸秆+速腐剂还田(CSD,9.05 t·hm~(-2))和生物炭还田(BC,10.75 t·hm-2)处理,而碳排放量最低的均是生物炭(BC)处理,比CK减少62.69%~81.86%.(4)油菜季的秸秆直接还田(CS)处理的两季作物产投比最高,而两季作物的BC处理均会降低产投比,但其碳排放交易量最高(466.95~561.22元·hm-2).(5)两季作物的BC处理均会提高碳生产力(CP),而BC处理的经济效益(CJ)与生态效益(CE)均显著低于其他处理.秸秆直接还田增加了系统的经济效益和生态效益,而生物炭还田降低了系统的经济效益和生态效益.     

油菜/玉米轮作农田土壤呼吸和异养呼吸对秸秆与生物炭还田的响应

土壤呼吸是农田生态系统碳排放的主要途径,为研究土壤呼吸、其组分和水热因子对秸秆与生物炭还田的响应,在重庆国家紫色土肥力与肥料效益长期监测基地采用根系排除法联合运用土壤呼吸自动监测系统(ACE-002/OPZ/SC)测定了无物料还田(CK)、秸秆还田(CS)、秸秆+速腐剂还田(CSD)、生物炭还田(BC)、秸秆+生物炭1∶1还田(CSBC)5种处理下的紫色土丘陵区油菜/玉米轮作制中油菜和玉米生长季的土壤呼吸及其水热因子,并计算了根系呼吸贡献.结果表明,秸秆与生物炭还田显著影响土壤呼吸季节性变化特征和峰值,除BC处理外,其他处理均促进了土壤呼吸和碳排放;油菜季土壤呼吸呈单峰曲线,在0.12~2.29μmol·(m~2·s)~(-1)波动,不同处理土壤呼吸差异显著,表现为CSCSDCSBCCKBC处理;玉米季各处理土壤呼吸变化较复杂,变化范围为1.02~15.32μmol·(m~2·s)~(-1),其中CS、CSD和CSBC呈双峰型曲线,CK和BC呈单峰曲线.土壤异养呼吸能够解释土壤总呼吸变化的86.50%~93.94%,各处理的玉米季根系呼吸贡献(26.49%~32.86%)显著低于CK处理(53.65%).土壤呼吸速率的变化主要受5cm土壤温度控制,与土壤含水量无显著关系;5cm土壤温度能够解释土壤呼吸季节变化的82%~94%.土壤呼吸的温度敏感性系数Q10值在3.28~4.47之间,与CK处理相比,CS、CSD、CSBC处理的Q10分别降低了26.62%、18.12%、20.58%;而BC处理则增大了12.53%.水热双因子对土壤呼吸不存在协同作用,仅用土壤温度单因子指数函数可较好地模拟土壤呼吸速率的动态变化.可见,秸秆、秸秆+速腐剂和秸秆+生物炭还田显著促进了土壤呼吸,生物炭还田抑制了土壤呼吸.     

秸秆与煤矸石混配基质对水稻生长特性的影响

该文以探究对玉米秸秆不同前处理后与煤矸石不同配比制作可完全替代泥炭为主要原料的水稻育苗基质为目的,采用玉米秸秆和煤矸石为原料,分为1%NaOH处理与未处理玉米秸秆进行堆腐发酵,将堆腐后玉米秸秆与煤矸石按体积比设立6种基质梯度进行混配后开展水稻育苗生长实验,同时以商品化育苗基质为对照,研究6种不同梯度基质对水稻秧苗生长特性及生物量的影响,以期提供最佳的水稻育苗基质。研究结果表明:未经1%NaOH处理堆腐的玉米秸秆与煤矸石混配后,水稻出苗率70%,不宜用作水稻育苗基质;经1%NaOH处理堆腐的玉米秸秆与煤矸石合理混配后水稻秧苗生长状况较佳,且当玉米秸秆∶煤矸石∶珍珠岩=54%∶36%∶10%时,水稻秧苗的地上干重、地下干重和壮苗指数最高,叶片叶绿素含量最大,与CK处理相比,分别提高了50.5%、68.5%、69.4%和8.3%;当玉米秸秆∶煤矸石∶珍珠岩=63%∶27%∶10%时,水稻叶龄进程最短,根茎最粗,说明2种配比均可替代泥炭生产水稻育苗基质。     

土壤呼吸与土壤有机碳对不同秸秆还田的响应及其机制

以黄豆、玉米、水稻这3种农业秸秆为原料,崇明东滩围垦土地为试验样区,以景观植物地肤草为目标植物,研究土壤呼吸和土壤有机碳对不同秸秆还田的响应及其可能的机制.结果表明,不同秸秆直接还田的土壤呼吸和地上植物量均高于对照组;黄豆秸秆还田后土壤呼吸相对最低,土壤有机碳最高,因此黄豆秸秆还田的土壤碳封存能力高于玉米和水稻秸秆.秸秆还田显著促进土壤微生物活性,增加了土壤微生物量以及β-糖苷酶、脱氢酶活性,脱氢酶活性与土壤呼吸相关性最显著.黄豆秸秆还田脱氢酶活性最低,相应的土壤呼吸也最低.黄豆秸秆纤维素、木质素和C/N含量最高,可降解性最低,表明黄豆秸秆难以被微生物降解利用,因而还田后其土壤微生物活性最低,最终导致最低的土壤呼吸和较高的土壤有机碳.