无害化污泥堆肥施用量对沙质潮土土壤活性有机碳组分的影响

无害化污泥堆肥是指城市生活污水处理过程中产生并经无害化处理最终符合《城镇污水处理厂污泥处理土地改良用泥质》(GB/T 24600—2009)土地利用标准的堆肥产品(以下简称为污泥堆肥)。以河南省小麦-玉米轮作区沙质潮土为研究对象,通过2013—2016年田间连续定位试验,研究了污泥堆肥不同施用梯度对土壤活性有机碳组分含量和活性有机碳组分在土壤有机碳(SOC)中分配比例的影响,试验处理设置为不施污泥堆肥(CK)、15 t·hm^(-2)污泥堆肥(SW1)、30 t·hm^(-2)污泥堆肥(SW2)和45 t·hm^(-2)污泥堆肥(SW3)。结果表明,较CK处理,施用污泥堆肥处理土壤SOC、全氮(TN)含量和土壤综合肥力指数(IFI)均显著升高,尤其是施用量为45 t·hm^(-2)时效果最显著(P<0.05),分别增加了265.83%、284.31%和55.51%。施用污泥堆肥处理各活性碳组分含量均显著提高,且与其施用量呈正比,施用污泥堆肥处理中活性碳库各组分含量呈现:颗粒态有机碳(POC)>轻组有机碳(LFOC)>溶解性有机碳(DOC)>微生物量碳(SMBC)。施用污泥堆肥处理促进微生物量碳分配比例(SMBC/SOC),其中SW3处理促进效果最为显著,较CK增加了256.84%(P<0.05)。主成分分析结果与以上结果基本一致,表明污泥堆肥主要是通过施入量的不同影响土壤中活性碳组分及其分配比例。冗余分析结果进一步发现,土壤肥力水平、速效养分、pH和土壤水分对土壤活性碳组分含量及其分配产生影响,其中土壤综合肥力IFI指数显著影响土壤活性有机碳组分含量及其分配率(P<0.05),解释率达64.3%。综上可知,连续施用4年污泥堆肥能提高沙质潮土土壤肥力,改善土壤质量,施入量为45 t·hm^(-2)时效果最为显著。

华北北部沙质潮土区冬小麦需肥特征及施肥技术

华北北部沙质潮土区冬小麦产量较低,为摸清区域内冬小麦养分吸收规律,提高施肥效率,通过田间试验研究了区域内冬小麦养分吸收动态及不同肥料因子对产量的影响,结果表明:该区域冬小麦养分吸收速率最快时期出现在拔节期至抽穗期,生育后期的养分吸收比例相对较低;氮磷钾配合施用不仅可以提高冬小麦的养分吸收量,还可以促进养分向子粒中运转;增加冬小麦有效穗数及调节产量构成因素间的平衡关系,是提高产量的有效田间管理措施;控制养分投入数量,调整养分投入比例,保持养分持续供应强度,增强土壤对养分投入的缓冲能力是提高产量的有效施肥技术。

华北沙质潮土夏玉米“3414”肥效试验

在沙质潮土条件下,采用"3414"肥效试验设计,通过不同方法对玉米产量结果与肥料施用量的回归拟合,建立不同施肥因子组合的施肥效应模型。单因子效应分析结果表明,氮、磷、钾肥料的增产效应表现为氮>磷>钾;夏玉米对钾肥的忍耐度低于磷和氮,表现为过量施用会引起产量快速降低。3种肥料因子间均存在正向交互作用,但交互作用的大小和程度在不同的模型上特点不同。通过对模型寻优分析,确定沙质潮土夏玉米N、P2O5、K2O最高产量施肥量分别为164 kg/hm2、93 kg/hm2和57 kg/hm2,投入比例为1.0∶0.6∶0.4;最佳经济施肥量分别为96 kg/hm2、78 kg/hm2和38 kg/hm2,投入比例为1.0∶0.8∶0.4。

连续施用无害化污泥堆肥对沙质潮土肥力的影响

【目的】研究连续施用无害化污泥堆肥对土壤肥力和环境质量的影响,为无害化污泥资源化利用提供理论依据和技术支撑。【方法】通过2013—2015年田间定位试验,每年按照当地农民施肥量在小麦和玉米季分别施用N 225 kg/hm^2、P_2O_5 86 kg/hm^2和K_2O 113 kg/hm^2 (CK)基础上,施用无害化污泥堆肥15 t/hm^2 (W1)、30t/hm^2 (W2)和45 t/hm^2 (W3),共四个处理,每个处理3次重复。小麦、玉米收获后,采集0—20 cm土层样品,测定常规土壤理化性质、重金属含量以及微生物量碳氮(SMBC、SMBN)。采用内梅罗指数法计算土壤pH、有机质、全氮、有效磷和速效钾分肥力系数IFIi,以及土壤综合肥力指数(integrated fertility index,IFI)。【结果】1)施用污泥堆肥处理IFI在试验的第三年(2015年)玉米季达到最大值,与CK相比,W1、W2和W3处理IFI分别显著提升了57.3%、95.2%和127.5%(P <0.05),说明连续施用污泥堆肥可以有效提高土壤肥力水平,其中W3处理效果最明显。2) SMBC和SMBN含量随污泥堆肥施用时间增加而增加。相同作物同一污泥堆肥施用量处理,第三年(2015年)的SMBC和SMBN含量均显著高于第一年(2013年)。W1、W2和W3处理SMBC含量在2015年小麦季达到最大值,较CK分别显著提高了109.9%、176.2%和216.8%(P <0.05);W1、W2和W3处理SMBN含量在2015年玉米季达到最大值,较CK分别显著提高了55.6%、100.5%和162.3%(P <0.05)。3)施污泥堆肥处理的土壤和植物籽粒中重金属含量分别低于国家环境质量二级标准(GB15618—1995)和国家农产品质量安全规定的限量值。根据土壤肥力分级参考标准(NY/T 391—2000),2015年玉米季W2和W3处理的土壤肥力已经达到I级,培肥作用显著,但长期大量施用导致的土壤重金属累积风险还需长期监测。【结论】施用重金属含量达到国家标准的无害化污泥堆肥,可以在短期内有效提升沙质潮土的土壤肥力质量,改善土壤微生物学特性。本试验条件下,连续施用45 t/hm^2污泥堆肥效果最显著,沙质潮土的土壤肥力质量在第三年就达到I级,此时土壤和作物籽粒中重金属含量均低于国家相关标准限值。长期大量施用是否会带来重金属累积还需继续监测。

连续施用无害化污泥对沙质潮土土壤肥力和微生物学性质的影响

以小麦-玉米轮作体系下的沙质潮土为研究对象,选用经无害化处理后的城市污泥产物,通过2013~2015年田间定位试验,研究了不同城市污泥施用量对土壤肥力的影响,以期为城市污泥资源化利用提供理论基础和技术依据。设置单施化肥(CK)、CK+污泥15 t·hm^(-2)(CS1)、CK+污泥30 t·hm^(-2)(CS2)和CK+污泥45 t·hm^(-2)(CS3)共4个处理。主要研究结果如下:(1)连续定位试验结果表明,同一施用量污泥处理的土壤p H值随施用时间的增加呈下降趋势;土壤有机质(SOM)和养分含量如全氮(TN)、有效磷(AP)和速效钾(AK)随施用时间的增长呈上升趋势;(2)与CK比较,在2015年玉米季施用污泥各处理的土壤p H值显著降低了0.34~0.83个单位(P<0.05),且与污泥施用量呈反比,以高施量污泥45 t·hm^(-2)下降最多;土壤SOM、TN、AP和AK分别显著提高了52.1%~166.9%、77.3%~177.8%、215.7%~486.3%和167.2%~379.0%(P<0.05),且与污泥施用量呈正比,以高施量污泥45 t·hm^(-2)效果最显著;(3)试验所用污泥施用量范围内不会造成土壤和植物籽粒重金属污染,能够保持土壤环境健康;(4)与CK比较,施用污泥各处理土壤微生物量碳(MBC)、氮(MBN)含量均显著提高(P<0.05),且与污泥施用量呈正比,并且季节不同也显著影响土壤MBC、MBN含量(P<0.05);施用污泥能够显著提高土壤MBC/MBN(P<0.05),说明施用污泥能够改变土壤微生物群落组成;(5)施用污泥,尤其是高施量污泥45 t·hm^(-2),在保证土壤和植物籽粒质量安全下,其土壤培肥效果最优。

连续施用土壤改良剂对沙质潮土肥力及活性有机碳组分的影响

【目的】以河北省廊坊市小麦-玉米轮作区沙质潮土为研究对象,通过2015—2018年田间连续定位试验,研究两种土壤改良剂对土壤活性有机碳组分含量和土壤碳库管理指数的影响,以期为沙质潮土有机碳库培育,改善土壤质量提供理论依据。【方法】试验采用单因素随机区组设计,设4个处理:(1)单施化肥(CK);(2)CK+有机改良剂15 t·hm^-2(T1);(3)CK+无机改良剂2.25 t·hm^-2(T2);(4)CK+有机改良剂15 t·hm^-2+无机改良剂2.25t·hm^-2(T3)。收获季测定土壤有机碳、全氮、pH、速效磷、速效钾,并运用修正的内梅罗指数法计算土壤综合肥力指数(IFI)。再分析活性有机碳各组分含量,并计算碳库管理指数(CPMI)。最后通过CPMI和IFI指示指标评价连续施用土壤改良剂对沙质潮土改良的应用效果。【结果】较CK处理,施用有机改良剂处理土壤总有机碳(TOC)和土壤综合肥力指数(IFI)均显著提高,尤其是有机无机改良剂配施时效果最显著;施用有机改良剂处理各活性碳组分含量均呈升高趋势,并且活性有机碳各组分含量呈现为:易氧化有机碳(LOC)>可溶性有机碳(DOC)>微生物量碳(MBC);施用有机改良剂各处理土壤活性碳库组分有效率均呈下降趋势,T1、T3处理土壤易氧化有机碳有效率(LOC/TOC)较CK分别显著降低了12.57%和12.02%,微生物量碳有效率(MBC/TOC)较CK分别显著降低了12.84%和12.30%,单施无机改良剂处理较CK无显著影响,说明施用有机改良剂增加活性有机碳各组分含量的同时,向土壤中输入了更多的稳定态碳,进而导致有效率的降低;施用有机改良剂各处理土壤碳库指数显著升高、碳库活度显著降低,说明施用有机土壤改良剂能够促进土壤碳库的积累;施用有机改良剂各处理土壤碳库管理指数均呈升高趋势。主成分分析结果表明,施用有机改良剂能够影响土壤中活性碳各组分含量及其有效率。【结论】连续施用有机改良剂能够显著提高沙质潮土肥力,增加土壤碳库管理指数,累积碳库库容,改善土壤质量。

连续施用无害化污泥堆肥对沙质潮土活性有机氮组分的影响

以河南省沙质潮土为研究对象,通过2012—2016年田间连续定位试验,在小麦-玉米轮作制度下,研究单施化肥(CK)、添加污泥堆肥(CS)15 t·hm^(-2)(CS_1)、30 t·hm^(-2)(CS_2)和45t·hm^(-2)(CS_3)对土壤活性氮各组分及其分配比例的影响.结果表明:连续施用污泥堆肥能够显著提高土壤含水率,降低土壤p H,提高土壤有机碳、全氮和速效养分含量,其中全氮(TN)含量显著增加了93.1%~284.3%;施用污泥堆肥45 t·hm^(-2)显著提高了土壤轻组有机氮(LFON)、颗粒有机氮(PON)和微生物生物量氮(MBN).污泥堆肥促进了颗粒态有机氮(PON/TN)和微生物生物量氮(MBN/TN)分配,在CS_2处理下分别显著提高了12.3%和539.9%,而降低了土壤轻组有机氮(LFON/TN)和溶解性有机氮(DON/TN)分配,分别降低了17.3%~40.1%和38.5%~71.3%.总体上,活性氮组分对TN的贡献为:PON>LFON>DON>MBN.主成分分析表明,CS_2和CS_3处理下活性氮含量及其分配比例载荷值较高;冗余分析表明,土壤理化指标(p H除外)和生物学指标与活性氮含量及其分配比例呈正相关.污泥堆肥可提供大量稳定性有机物质,影响土壤物理、化学和生物学特性,促进土壤氮素向活性氮的形式转化,当污泥堆肥施用量达30、45 t·hm^(-2)时培肥效果显著,可用作沙质潮土的改良材料.

连续施用不同量污泥堆肥对土壤氮组分及δ^(15)N的影响

为探明连续施用无害化污泥堆肥(以下简称堆肥)对土壤全氮(TN)、不同活性氮组分含量及土壤δ^(15)N的影响,为堆肥改良和培肥沙质潮土提供理论依据。本研究以河南省小麦-玉米轮作区沙质潮土为研究对象,通过2013-2016年田间连续定位试验,基于不同土壤活性氮组分分组技术和氮稳定性同位素技术,分析土壤活性氮组分和土壤δ^(15)N对堆肥施入量的响应特征。结果表明,1)连续施用堆肥显著增加了土壤碳氮含量,随施入量增加而显著增加,其中施堆肥量达45t·hm-2时效果最为显著,较单施化肥(CK)处理分别增加了265.83%和284.31%(P<0.05)。施用堆肥可以提高活性有机氮组分含量,其中颗粒态有机氮(PON)增加了104.57%~280.91%;处理间各活性氮组分含量呈现:颗粒态有机氮(PON)>轻组有机氮(LFON)>水溶性有机氮(DON)>微生物量氮(SMBN)。增加堆肥施入量提高了PON/TN和SMBN/TN分配比例,显著降低了LFON/TN和DON/TN分配比例(P<0.05),从而降低土壤活性氮组分在全氮中的分配比例,说明高堆肥施用量促进土壤氮素以稳定态有机氮形式储存,有利于土壤氮素的累积。2)施用堆肥显著降低了土壤δ^(15)N,通径分析和主成分分析表明,土壤δ^(15)N与土壤氮含量受堆肥施入量影响显著;相关性分析表明,δ^(15)N与土壤TN、PON和LFON含量呈显著相关性,表明土壤δ^(15)N变化特征可指示土壤氮组分受堆肥处理作用的响应。3)冗余分析表明,土壤pH、土壤水分及土壤肥力水平(IFI)均会对土壤氮组分含量、活性氮组分分配比例及δ^(15)N产生影响,其中对土壤IFI和土壤pH作用显著(P<0.05),解释率分别达48.2%和17.5%。综上可知,施用堆肥提高了土壤有机物含量,施用量达45t·hm-2时,显著提高了土壤氮储量和活性氮组分含量,对沙质潮土的培肥效果明显,同时,土壤稳定性同位素δ^(15)N变化特征可作为堆肥对沙质土壤质量提升效果的指示指标。

施用无害化污泥影响土壤碳库组分和碳库管理指数的演变

以小麦-玉米轮作体系下的沙质潮土为研究对象,选用经无害化处理后符合国家标准且在推荐量范围内的商业化污泥产品,通过2013~2015年田间定位试验,研究无害化污泥施用对沙质潮土土壤碳库组分和碳库管理指数的影响,为无害化污泥资源化利用提供理论和技术依据.结果表明,与不施无害化污泥处理(CK)相比,土壤总有机碳(TOC)、微生物量碳(SMBC)、易氧化有机碳(LOC)和可溶性有机碳(DOC)施用污泥各处理分别显著增加到了8.40~14.74 g·kg-1、164.45~257.45 mg·kg-1、3.58~4.88 g·kg-1和81.16~101.58 mg·kg-1(P<0.05),其中各活性有机碳组分SMBC、LOC和DOC分别显著提高了84.00%~188.07%,26.26%~58.03%和109.58%~185.39%(P<0.05),其中45 t·hm^(-2)污泥(W3)处理提升效果最明显;施污泥各处理土壤微生物量熵(SMBC/TOC)和易氧化有机碳有效率(LOC/TOC)均有升高趋势,提高范围分别为8.02%~2.77%和13.75%~46.48%,土壤可溶性有机碳有效率(DOC/TOC)施污泥各处理分别显著降低了17.06%~40.94%(P<0.05),并且随污泥施用量的增大,SMBC/TOC、LOC/TOC和DOC/TOC呈下降趋势,说明施用45 t·hm^(-2)污泥增大了土壤中稳定态碳含量,导致其比值降低;施污泥各处理土壤碳库活度(L)和碳库指数(LI)随污泥施用量增大而降低,说明施用45 t·hm^(-2)污泥其土壤稳定态碳含量高,有利于沙质潮土土壤有机碳的积累;施污泥各处理土壤碳库管理指数(CMPI)显著提高了153.45%~195.40%,其中W3处理提升效果最为明显;通过相关性分析及冗余分析得出,用CMPI来表征土壤肥力的变化比用TOC更灵敏、直接,能更好地反映出土壤养分及碳库的动态变化.综上,施用15~45 t·hm^(-2)污泥可以显著提高沙质潮土土壤活性碳库各组分含量和碳库管理指数,尤以施用45 t·hm^(-2)(W3)污泥效果最为显著.