生物质炭-沼液联合施用对调控氮循环功能基因促进氮素增效的影响

为探讨生物质炭-沼液配施条件下氮循环功能基因调控农田土壤氮素转化并影响农作物氮素吸收利用机制.本试验以浙江省杭州市红黄壤作为研究对象,设置生物质炭和沼液两个因素,探究生物质炭-沼液配施条件下土壤基本理化性质和氮循环功能基因丰度变化情况,刻画功能基因与农田氮素利用率间的耦合关系.结果表明,生物质炭-沼液配施可以显著降低土壤容重,提升土壤pH和土壤氮素含量,其中,高剂量生物质炭-沼液配施(C3B2)处理较单施化肥(C0B0)处理铵态氮、硝态氮、全氮含量增幅均达到显著水平(P<0.05).与空白处理(CK)相比,生物质炭-沼液配施(C3B2)处理则显著提高了反硝化功能基因丰度,较单施化肥(C0B0)处理增幅30.98%和44.99%.冗余分析结果显示,铵态氮、硝态氮和有机碳含量对土壤氮循环功能基因影响较为显著,结构方程模型则表明硝化作用功能基因丰度的提升对包菜氮素农学利用率呈现负相关趋势.研究结果表明,在相同养分施用量的条件下,生物质炭-沼液配施可显著提高土壤肥力.氮素和有机碳含量是影响功能基因丰度的关键因素,硝化作用功能基因丰度的降低可以提高农田氮素利用率.本研究结果可以为促进农业废弃物资源化利用,提升农田土壤氮素活性提供理论依据.

生物质炭对旱地红壤理化性状和作物产量的持续效应

以江西进贤旱地红壤为供试土壤,连续3a观测施用生物质炭(0t/hm2,2.5t/hm2,5t/hm2,10t/hm2,20t/hm2,30t/hm2和40t/hm2)后土壤容重、孔隙度、饱和导水率、土壤pH、有机碳、阳离子交换量及油菜和红薯产量的变化。结果表明:生物质炭连续3a降低土壤容重,提高了土壤孔隙度和土壤饱和导水率,提升了土壤pH,增加了土壤有机碳和阳离子交换量;油菜和红薯产量均随生物质炭施用量的增加而增加,且红薯产量增幅大于油菜。随种植年限的延长,作物产量增幅越大。高施用量(40t/hm2)处理在旱地红壤上的改良效果和增产效应最好,施用生物质炭后第3a其土壤容重下降了0.17g/cm3,土壤孔隙度和饱和导水率分别增加了11.71%和126.57%,土壤pH、有机碳和阳离子交换量分别提高了7.25%,47.88%和44.61%,油菜和红薯产量分别增加了1.23t/hm2和14.83t/hm2。在连续3a内,旱地红壤施用生物质炭对改善土壤理化性状,维持作物增产具有持续效应,为生物质炭在红壤地区的大规模推广应用提供了科学依据。

施用生物质炭对旱地红壤有机碳矿化及碳库的影响

为探究生物质炭施入旱地红壤后对该地区土壤有机碳矿化以及有机碳库的影响,采用田间定位试验,设置7种生物质炭施用量处理,分别为0(C0),2.5(C1),5(C2),10(C3),20(C4),30(C5),40t/hm2(C6),以三库一级动力学理论为基础,对这7种处理的土样进行了室内呼吸培养试验。结果表明:(1)与C0相比,C4、C5和C6处理的土壤有机碳含量呈上升趋势,C5处理土壤有机碳含量上升幅度最大为14.66%;C2、C3、C4、C5和C6处理土壤活性碳均显著增加,C6处理增幅最大为25.00%;土壤惰性碳在C3、C4、C5和C6处理中显著增加,增幅分别为18.92%,40.09%,53.60%和49.55%;除C5处理外,其他生物质炭施用量下土壤缓性碳相对于C0处理,分别降低了1.96%,6.54%,8.82%,9.31%和12.91%。(2)与C0处理相比,施加生物质炭后土壤有机碳累积矿化量均显著降低,C6处理降低幅度达25.93%。随着生物质炭施用量的增加,土壤有机碳累积矿化量逐渐降低。(3)土壤有机碳、活性碳和惰性碳与生物质炭施用量存在极显著(p<0.01)的正相关,土壤缓性碳与其存在显著(p<0.05)的负相关。研究结果可为提升典型旱地红壤肥力,减缓温室气体排放提供科学依据。

生物质炭对旱地红壤理化性状和水力学特性的影响

[目的]研究生物质炭对旱地红壤基本理化性质及水分特征曲线的影响,为红壤地区土壤改良提供依据。[方法]分层测定不同生物质炭施用量水平下的土样容重、孔隙度和有机碳含量,采用原状土压力膜法分层测定土壤的水分特征曲线。[结果]施用生物质炭能显著降低土壤的容重,提高土壤的孔隙度及有机碳含量,且随着施用量的增加,土壤容重逐渐降低,孔隙度及有机碳含量逐渐提高;随着生物质炭施用量的增加,土壤饱和含水量、田间持水量和有效水含量逐渐增加,凋萎系数逐渐减小,施用生物质炭30t/hm2的土壤处理饱和含水量、田间持水量和有效水含量最高;生物质炭施用量与土壤饱和含水量、田间持水量和有效水含量呈极显著正相关关系,与凋萎系数呈极显著负相关关系。[结论]施用生物质炭能显著提高红壤田间持水量和有效水含量。

添加生物质炭对旱地红壤中硝态氮水平运移的影响

[目的]探讨不同生物质炭施用量条件下旱地红壤中NO-3-N的含量及水平运移规律,为该地区的农田水分管理和环境保护提供科学依据。[方法]采用室内水平扩散率仪测定不同生物质炭施用量[C0(0t/hm^2,不施用生物质炭),C1(2.5t/hm^2),C2(5t/hm^2),C3(10t/hm^2),C4(20t/hm^2),C5(30t/hm^2)和C6(40t/hm^2)]条件下土壤中硝态氮水平运移速率和运移浓度。[结果]生物质炭施用对土壤中硝态氮的水平运移速率和水平运移浓度影响显著。随着生物质炭施用量的增加,硝态氮的水平运移速率和水平运移浓度呈先增加后降低的趋势,而土壤水扩散率呈逐渐降低趋势。C5(30t/hm^2)处理下硝态氮的水平运移速率和水平运移浓度均出现最大值,分别为0.67cm/min,165.52mg/kg。随着生物质炭施用量的继续增加,C6(40t/hm^2)处理的硝态氮的水平运移速率和水平运移浓度较C5(30t/hm^2)处理有所降低,硝态氮浓度最大值均出现在湿润峰峰面上。分析影响硝态氮水平运移规律的因素表明,生物质炭降低了土壤的容重、增加了土壤有机碳和孔隙度,从而导致了各处理硝态氮的水平运移规律发生了变化。[结论]生物质炭可以改善土壤的理化性状,促进硝态氮的水平运移,在利用生物质炭改良旱地红壤理化性状的同时,也要注意防止氮素流失对环境的影响,降低其对地表水的潜在污染风险。

生物质炭与氮肥配施对旱地红壤微生物量碳、氮和碳氮比的影响

以江西典型旱地红壤为研究对象,设置生物质炭和氮肥2个因素(生物质炭4个水平分别为0t/hm^2,5t/hm^2,20t/hm^2,40t/hm^2;氮肥4个水平分别为0kg/hm^2,60kg/hm^2,90kg/hm^2,120kg/hm^2),研究了生物质炭施入大田3a后对旱地红壤微生物量碳、氮及碳氮比的影响。结果表明:与对照相比,生物质炭与氮肥配施有效地提高了土壤微生物量碳,提高幅度为18.22%~122.74%,对土壤微生物量氮的提高效果更为明显,提高幅度为20.86%~312.91%。生物质炭与氮肥配施后土壤微生物碳氮比有不同程度的降低,降低幅度为18.11%~51.56%,其中以20t/hm^2生物质炭与60kg/hm^2氮肥以及40t/hm^2生物质炭与120kg/hm^2氮肥的比例施用后对微生物碳氮比的降低效果最为明显。因此,通过生物质炭与氮肥配施可以提高旱地红壤中微生物量碳、氮及土壤氮素生物活性。

生物质炭-沼液配施条件下旱地红壤碳氮循环功能基因丰度主控因子与耦合关系

为研究生物质炭-沼液配施条件下碳氮生物地球化学循环特征,本研究以典型旱地红壤为对象,按0%和2%生物质炭添加量(C0和C1)与0%和100%沼液替代比例(B0和B1)配施,探究配施条件下4年间土壤基本理化性质、碳-氮循环功能基因丰度变化特征及其相互耦合关系。结果显示:与空白处理(CK)相比,生物质炭与沼液的联合施用处理(C1B1)土壤pH提升了1.92个单位,容重降低了19.2%,全氮含量则提高了268.6%。多元非线性回归模型显示,铵态氮(NH+4-N)、硝态氮(NO-3-N)和水溶性有机碳(WSOC)是影响碳氮循环功能基因丰度的主要因子。相关性热图则表明反硝化功能基因(narG、nirK、nirS和nosZ)与碳降解(chiA、pgu、naglu和gcd)、碳固定(rbcL、frdA、pccA和mct)、甲烷代谢功能基因(mxaF和pmoA)呈正相关关系。研究表明,生物质炭与沼液配施显著提升土壤质量,并通过影响土壤碳氮形态和含量改变碳氮循环功能基因丰度,最终调控土壤碳氮循环过程。

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/Co)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.

生物质炭长期施用对旱地红壤微生物特性及理化性质的影响

为了解生物质炭施于旱地红壤较长时间后对土壤物理、化学及微生物特性的影响,以江西典型旱地红壤为对象,采用田间长期定位试验的方法观察了不同用量生物质炭(0、2.5、5、10、20、30 t hm^(-2)和40 t hm^(-2))在施用4年后旱地红壤基础理化性质、土壤微生物生物量碳、氮、土壤基础呼吸强度及微生物商、微生物代谢熵等的变化。结果表明,施用生物质炭4年后,旱地红壤pH、有机碳、全氮、微生物生物量碳和生物量氮均随生物质炭施用量的增加呈上升趋势,土壤容重、微生物碳氮比呈下降趋势。以生物质炭用量40 t hm^(-2)时的改良效果最好,与对照相比,土壤容重显著(P<0.05)降低了0.17 g cm-3,微生物碳氮比显著降低了7.97,土壤pH、有机碳、全氮、微生物生物量碳和生物量氮分别显著提高了6.1%、47%、21.5%、43.3%和162.6%。试验证明施用生物质炭较长时间后对旱地红壤的改良效果依旧良好,并且生物质炭施用量越高,对土壤理化性质和微生物特性的影响越显著。