氮负载生物炭对干湿交替稻田水土生态环境的调控效应

农田面源污染已成为引起水体富营养化的主要原因之一。为了减少稻田氮素流失、改善稻田局部水体养分负载过重的问题,采用盆栽试验,通过生物炭吸附富营养水中的养分后再利用于盆栽水稻,设置主区为持续淹水灌溉(I F)与干湿交替灌溉(I A),副区为1个对照(常规施氮,N1C0)与4种不同用量的氮肥与氮负载生物炭处理(N3/4C1、N3/4C2、N1/2C1、N1/2C2),其中N3/4、N1/2表示氮肥施入量为当地传统施氮量(N1)的3/4,1/2倍;C1、C2分别为10 t/hm^2和20 t/hm^2氮负载生物炭。结果表明:(1)减少氮肥施入配施氮负载生物炭显著提高了常规施氮处理田面水的pH;(2)常规施氮肥处理下,干湿交替灌溉(I A)田面水NH 4^+-N平均浓度较持续淹水灌溉(I F)高8.0%,但是添加20 t/hm^2氮负载生物炭后,干湿交替灌溉田面水NH 4^+-N平均浓度低于持续淹水灌溉处理;(3)水稻生育后期,氮负载生物炭对NH 4^+-N具有明显的缓释作用,而在干湿交替灌溉中,减施氮肥配合添加氮负载生物炭处理较N1C0处理降低了田面水NO 3^--N浓度;(4)减施氮肥配合添加氮负载生物炭可提高水稻分蘖率,而添加20 t/hm^2氮负载生物炭在氮肥施用量较少时,有利于提高水稻的有效分蘖率。综上,氮负载生物炭不仅可以降低富营养水中30.8%含氮量,还能显著降低施肥初期水稻田面水中NH 4^+-N浓度,降低流失风险,延长NH 4^+-N的释放时间而减少1/4的施氮量和保证水稻生育末期的氮素需求,从而有利于水稻生长。

生物炭负载氨氮对土壤碳排放、酶活性及微生物群落的影响

土壤氮输入形式显著影响土壤CO_(2)排放.生物炭负载氨氮作为一种新型氮输入形式,既降低了农田化学氮肥投入,又减少了环境治理成本,其对推动国家化肥零增长、农田面源污染防治和实现国家“碳达峰”、“碳中和”目标意义重大.通过室内培养试验,设置不施肥(CK)、单施化学氮肥(CF)、生物炭配施化学氮肥(BF)和生物炭负载氨氮(BN)这4种处理,研究了不同氮输入形式对土壤碳排放、酶活性及微生物群落的影响.结果表明,与CF相比,BF显著提高了累计碳排放量(66.24%),而BN未见显著性差异.值得注意的是,BN累计碳排放量较BF处理显著降低了35.28%.与CF和BF相比,BN处理β-葡萄糖苷酶,过氧化物酶,多酚氧化酶活性显著提高了20.25%和5.20%,36.72%和36.19%,90.36%和61.36%.与CF相比,BF处理提高了微生物群落丰富度和群落多样性,BN处理降低了微生物群落丰富度.与BF相比,BN处理变形菌门相对丰度降低了11.16%,放线菌门和拟杆菌门相对丰度分别提高了8.12%和5.83%.对微生物群落结构影响最大的土壤因子是木糖苷酶活性,绿弯菌门相对丰度与纤维二糖水解酶活性极显著相关;芽单胞菌门相对丰度与β-葡萄糖苷酶活性极显著相关;变形菌门相对丰度与累计碳排放量呈极显著相关.综上所述,生物炭负载氨氮较生物炭配施化学氮肥显著减少了累计碳排放量,其减排效果更优.研究结果将有利于国家“双碳战略”落地、生物天然气产业健康发展、国家绿色种养循环农业体系构建和国家化肥零增长战略实现.