逐年全量秸秆炭化还田对水稻产量和土壤养分的影响

为探究逐年全量秸秆生物质炭化还田模式对水稻产量及土壤养分的影响,在浙北一处中产单季稻田连续开展4年(2013—2016)的田间试验。试验包含三个处理:CK:对照(无任何水稻秸秆或生物质炭还田);RS:水稻秸秆全量还田(8 t·hm^(-2)·a^(-1));RSB:全量水稻秸秆炭化还田(2.8 t·hm^(-2)·a^(-1))。收获期测定水稻株高、籽粒产量、土壤pH、阳离子交换量(CEC)、总碳(TC)、总氮(TN)、有效态营养元素P、K、Ca、Mg、Zn、Al、Fe和Mn含量,并在此基础上探究全量秸秆炭化还田对水稻产量和土壤养分的影响机制。结果表明:RSB能显著提高水稻株高和籽粒产量(P<0.05),且增幅大于RS;RSB能明显提高土壤TC、TN、有效态P、K、Ca、Mg含量,降低过量有效态Al、Fe、Mn含量;RSB对土壤养分的提高更大程度上是由于秸秆生物质炭间接增强了土壤C、N元素及速效养分的累积;RSB增产的关键因素是土壤TC、TN、有效态K、Mg含量的提高以及有效态Al含量的降低。逐年全量秸秆生物质炭化还田持续增产增肥效果显著,是稻田生态系统极具潜力的秸秆资源利用模式。

秸秆直接还田与炭化还田对潮土硝化微生物的影响

为比较秸秆直接还田和炭化还田对黄淮海平原小麦/玉米轮作体系典型潮土硝化作用及硝化微生物群落的影响,设置4个处理:全量小麦秸秆还田(S)、全量秸秆炭化还田(B)、半量秸秆半量生物质炭还田(SB)和不进行秸秆或生物质炭还田的对照(CK),连续进行3 a田间试验。对小麦、玉米两个生长季土壤理化性质进行分析,用末端限制性片段长度多态性(Terminal-restriction length polymorphism,T-RFLP)技术和克隆文库技术对氨氧化古菌(Ammonia-oxidizing archaea,AOA)和氨氧化细菌(Ammonia-oxidizing bacteria,AOB)群落结构和多样性进行分析。结果表明,在小麦季,与S处理相比,B处理显著降低了土壤容重,提高了土壤pH、有机碳(SOC)和速效钾(AK)含量(P<0.05),但并未显著影响土壤水分、铵态氮(NH^+4-N)和硝态氮(NO^-3-N)含量;B和SB处理的硝化潜势(Potential nitrification rate,PNR)分别为0.58、0.49μg·h^-1·g^-1(以NO^-2计,下同),显著高于CK,与S处理(0.40μg·h^-1·g^-1)差异不显著。玉米季,B处理显著提高了土壤水分、SOC和AK(P<0.05),各处理玉米季的PNR整体低于小麦季,B处理最高(0.27μg·h^-1·g^-1),显著高于CK和S处理(P<0.05)。小麦季PNR分别与AK、NH^+4浓度和土壤容重显著相关(P<0.05),与AOA和AOB群落组成均无显著关系;玉米季PNR仅与理化因子SOC显著相关,但该季节PNR与AOB群落结构显著相关。冗余分析(RDA)表明,土壤SOC、容重、pH和AK是显著影响硝化微生物群落结构的主要因子,对AOA和AOB群落结构总变异的解释量分别为76.4%和75.5%。系统发育树分析表明,AOA大部分属于土壤古菌Group1.1b,AOB多属于亚硝化螺菌Nitrosospira簇3。综上,与秸秆直接还田相比,炭化还田提高土壤硝化活性,改善部分土壤理化性质,引起土壤硝化微生物群落结构变化。

秸秆炭化还田对滴灌棉田土壤微生物代谢功能及细菌群落组成的影响

通过5 a田间定位试验,研究持续秸秆直接还田和炭化还田对滴灌棉田土壤微生物功能多样性以及细菌群落组成的影响.试验设置3个处理:单施化肥(对照,CK)、秸秆直接还田+化肥(ST)和秸秆炭化还田+化肥(BC).秸秆直接还田和炭化还田均显著提高土壤有机质、全氮及速效养分含量,其中秸秆炭化还田的作用更显著.秸秆直接还田处理土壤微生物碳源代谢活性最高,其次是秸秆炭化还田,均显著高于对照.秸秆直接还田主要促进了碳水化合物类和胺类碳源的代谢;秸秆炭化还田显著提高多聚物类碳源的代谢.秸秆直接还田和炭化还田显著提高土壤细菌群落多样性.与对照相比,秸秆直接还田显著增加变形菌门、放线菌门、拟杆菌门以及黄单胞菌科、酸微菌科、微杆菌科和噬纤维菌科的相对丰度;秸秆炭化还田处理酸杆菌门、芽单胞菌门、硝化螺旋菌门以及Blastocatellaceae (Subgroup4)菌科、芽单胞菌科、亚硝化单胞菌科的相对丰度显著增加.相关性分析表明黄单胞菌科、酸微菌科与碳水化合物类、氨基酸类、羧酸类、胺类碳源代谢显著正相关,噬纤维菌科、微杆菌科与碳水化合物类、胺类碳源代谢显著正相关,Blastocatellaceae (Subgroup4)菌科、芽单胞菌科、亚硝化单胞菌科与多聚物类碳源代谢显著正相关.持续秸秆炭化还田显著增加滴灌棉田土壤养分,改变细菌群落组成,提高多聚物类碳源的代谢活性.

秸秆还田方式对土壤有机质积累与转化影响的研究进展

土壤有机质(Soil organic matter,SOM)是农田地力的基础,也是评估农田质量的首要参数,对作物产量提升和国家粮食安全都有重大意义。秸秆还田作为秸秆资源化利用的重要方式,在消纳秸秆废弃物和改善土壤板结等问题上具有巨大潜力,尤其是其对SOM提升的影响成为海内外研究的热门话题。目前,关于秸秆还田对SOM含量的影响已有大量报道,但对不同秸秆还田方式下SOM的提升效果缺乏总体概述。本文简要概述了秸秆直接还田、发酵还田、添加生物腐熟剂后还田和炭化还田4种应用较广泛的秸秆还田方式,综合评述其提高SOM含量的效果及优缺点,聚焦其对SOM含量的影响机制,并从秸秆还田的高效性、可持续性角度为今后进一步开展秸秆还田技术研究进行了展望,以期为优选秸秆还田方式、提升SOM含量提供理论参考。

两种玉米秸秆还田方式对甜玉米生长、品质及土壤性状的影响

【目的】探明玉米秸秆直接还田及炭化处理后还田两种农艺措施对土壤理化性状、玉米生长及品质提升的效果。【方法】设置对照(CK)、玉米秸秆还田(T1)、玉米秸秆炭化还田(T2)3个处理,在广州市南沙区横沥镇连续进行两茬甜玉米田间小区试验。【结果】T1、T2处理可提高玉米土壤pH值、土壤有效态氮磷钾及有机碳含量,显著提升玉米粒维生素C和可溶糖含量,但对玉米的产量无显著影响。第1茬玉米试验中,T1、T2处理对玉米粒维生素C含量的提升效果分别为16.5%及25.9%,对可溶糖含量的提升效果分别为20.7%及22.3%,对土壤有机碳含量分别提升10.3%及10.0%,对土壤有效态氮磷钾含量、土壤pH值及玉米株高均没有显著影响。第2茬玉米试验中,T1、T2处理分别显著提升玉米粒维生素C含量10.3%及1.7%,可溶糖含量24.7%及10.6%,显著提升土壤pH值0.33、0.23个单位,显著提升土壤速效钾含量16.8%及36.0%,降低土壤有机碳含量1.7%及显著提升有机碳含量3.6%,分别提升玉米株高0.3%及4.59%。【结论】秸秆炭化后还田处理对土壤理化性状及玉米生长的提升效果强于秸秆直接还田处理。玉米秸秆炭化还田对玉米品质的提升速度快于玉米秸秆直接还田,但效果的持续性则为玉米秸秆直接还田优于炭化还田处理,两种玉米秸秆还田措施对玉米产量的影响均在短时间内难以得到体现。

秸秆生物炭对砂姜黑土有机磷组分含量的影响

研究秸秆生物炭对砂姜黑土有机磷组分及分配的影响,对剖析土壤磷循环机制和农田磷管理有重要意义。依托砂姜黑土定位试验,分析不施肥(CK)、常规施肥(NPK)、化肥与6.0、12、36和48 t·hm^(-2)小麦秸秆生物炭一次性增施(BC_(6)、BC_(12)、BC_(36)和BC_(48))6个处理对作物产量、土壤理化性质及有机磷组分的影响。结果表明,与NPK处理相比,增施秸秆生物炭均可保障小麦和玉米产量,并显著增加(P<0.05)土壤有机碳、全氮和pH,提升土壤肥力和缓解土壤酸化;砂姜黑土有机磷以中等活性有机磷为主(37.4%~45.4%),其分配比例因秸秆生物炭施用量的不同而呈现差异。BC_(6)、BC_(12)、BC_(36)和BC_(48)处理土壤活性有机磷含量分别为11.4、10.7、9.2和9.3 mg·kg^(-1),分别较NPK处理下降8.8%、14.4%、26.4%和25.6%,差异显著(P<0.05),且土壤活性有机磷含量与生物炭施用量呈显著线性负相关(R^(2)=0.8816,P<0.05)。增施秸秆生物炭处理(BC_(6)、BC_(12)、BC_(36)和BC_(48))土壤活性有机磷所占比例较NPK处理均显著降低(P<0.05),这说明增施秸秆生物炭除了可有效提升土壤肥力水平、缓解土壤酸化之外,还可有效降低土壤有机磷活性,增强有机磷稳定性,保障作物产量,其中以一次性增施36 t·hm^(-2)效果最好,宜在砂姜黑土区广泛应用。

东北冷凉地区秸秆还田方式对水稻光合、干物质积累及氮素吸收的影响

为探讨东北冷凉地区水稻秸秆适宜的还田方式,开展大田定位试验,研究了秸秆直接还田和炭化还田对水稻光合能力、干物质积累的影响。结果表明,施用氮肥条件下2种还田方式均能促进水稻地上部干物质积累,尤其是炭化还田在成熟期较直接还田干物质积累更多;不施用氮肥条件下炭化还田地上部干物质积累量有增加趋势,但直接还田与对照相比却降低了地上部干物质量。2种还田方式都有提高氮肥利用率的趋势,炭化还田和直接还田的氮肥利用率分别为59%和56%。