生物炭调理酸化土壤的作用机制

生物炭(biochar)是有机物质在无氧或缺氧条件下热解炭化而成的一种固态、稳定、高度芳香化的富炭材料,具有碳量高、化学性质稳定、比表面积大及孔隙结构丰富等特点,且生物炭中的含氧官能团、有机阴离子和无机碱等成分能够有效的调理酸化土壤,因而常用作土壤改良剂。本文简述了土壤酸化的原因及其相关影响,介绍了生物炭的种类、特征和组成部分,重点关注了近年来生物炭施用对提高土壤pH、缓解铝毒、增强土壤微生物活性及改变化肥使用量方面的影响,并探讨了其作用机制。最后对生物炭在酸化土壤调理应用中尚存在的问题进行了展望,以期为生物炭在调理酸化土壤的理论研究和实际应用方面提供参考。

有机无机复配调理剂对酸化土壤性状和烟叶产质量的影响

探究有机无机复配调理剂改良酸化土壤田间施用效果,为后续推广应用提供理论依据。采取大田试验方法,共设置5个处理,分别为T1:不施调理剂(CK),T2:有机无机复配调理剂(1500 kg/hm^(2)),T3:有机无机复配优化调理剂(1500 kg/hm^(2)),T4:海洋类调理剂(1500 kg/hm^(2))和T5:生物炭(1500 kg/hm^(2)),随机区组设计,比较不同处理对酸化植烟沙泥田土壤性状和烟叶产质量等方面的影响。结果表明:(1)施用调理剂改善烟株农艺性状和提高烟叶产质量的效果明显,其中有机无机复配优化调理剂处理的株高、有效叶数、茎围和最大叶长显著高于对照8.53%、14.19%、7.40%和8.21%,其产量、产值和均价显著高于对照28.76%、46.98%和14.16%。(2)各处理烟叶的总氮、烟碱、钾、氯,和蛋白质含量以及氮碱比均在适宜范围内,海洋类调理剂处理的化学成分相对协调。(3)与对照相比,有机无机复配优化调理剂处理显著提高土壤0.32个pH单位,其脲酶活性提高26.23%,2种有机无机复配调理剂处理土壤中的细菌和放线菌数量均显著提高,二者速效钾含量显著提高20.53%以上;所有调理剂处理的交换性钙和交换性镁含量均高于对照,其中海洋类调理剂处理二者含量较对照显著提升152.37%和56.34%以上,其转化酶和脱氢酶活性含量较对照提高93.67%和78.65%。综上,有机无机复配优化调理剂改良酸性植烟沙泥田和提升烟叶产质量的综合效果最佳,海洋类调理剂次之。

不同土壤改良剂对酸化土壤微生物群落结构的影响

酸化土壤中微生物多样性降低是土壤养分减少、土传病害高发、作物产量和品质降低的重要原因。施用碱性土壤改良剂是改善酸化土壤理化特性、减少土传病害发生、提高作物产量的有效手段。为了明确不同碱性土壤改良剂对土壤微生物群落结构及多样性的影响,通过盆栽试验比较施用生石灰(S1)及氨基酸生态肥(S2)和黄腐酸水溶肥(S3)对酸化土壤微生物群落结构的改良效果。结果表明,施用3种土壤改良剂后土壤细菌丰富度和多样性均降低,而真菌群落物种丰富度没有显著变化。改良后土壤的主导菌门与改良前相同,而主导菌属存在较大差异。Iamia、Peroneutypa为S1处理特有主导菌属,节核细菌属(Arthrobacter)、德巴利酵母属(Debaryomyces)、Paraphaeosphaeria为S2处理特有主导菌属。根霉菌属(Rhizopus)、裂褶菌属(Schizophyllum)为S3处理特有主导菌属。各改良土壤中,S1处理对细菌的筛选作用最强,S2处理对真菌群落的影响最大,而S3处理相对丰度增加的菌属最多。3种土壤改良剂均能够抑制有害土壤微生物的生长和定殖,但抑制机制可能存在差异。综上所述,3种土壤改良剂均能改善酸性土壤微生物群落结构,但是改良效果存在差异。研究结果为改良土壤微生物功能进一步研究及防治土传病害提供了理论依据。

不同土壤调理剂改良酸化土壤及萝卜增产效果试验

为验证不同土壤调理剂应用于酸化土壤的改良效果,以及对作物的增产作用,以宜施壮、秀谷、和之地、沃农康等4种土壤调理剂为试验材料,新如意113萝卜为试验对象,进行了不同土壤调理剂对高山酸化棕壤的改良效果及对萝卜的增产作用试验。结果表明,4种土壤调理剂对酸化土壤都有较好的改良作用,能提高土壤pH、盐基饱和度和土壤交换性钙镁含量,降低土壤交换性铝、有效锰含量,提升土壤肥力、控制土壤活性酸、降低铝锰毒害风险,从而有效治理土壤酸化;对萝卜增产达极显著水平,亩增施200 kg宜施壮、和之地、沃农康、秀谷土壤调理剂分别比单施配方肥增收萝卜869 kg/亩、772 kg/亩、701 kg/亩、632 kg/亩,增幅皆超过了15%;增施秀谷比有机无机肥结合增收萝卜200 kg/亩,增幅接近5%,其他几种土壤调理剂增幅超过5%,宜施壮增产接近10%。4种土壤调理剂不同程度增强了萝卜致畸和黑腐病的抗性,从而提高萝卜的商品率。

矿物改良剂对酸化土壤改良和菠菜生长的影响

为改良酸化土壤,提高酸化土壤的肥力和生产力,本研究通过盆栽试验探究了3种矿物调理剂对酸性土壤pH、养分有效性和菠菜生长的影响。结果表明,施用10 g/kg的矿物改良剂能显著的提高土壤pH,促进菠菜的生长。与对照相比,矿物改良剂A、矿物改良剂B和矿物改良剂C使土壤pH分别增加1.65、1.56和1.86个单位,菠菜地上部鲜重分别增加17.7倍、20.4倍和24.3倍。其中,矿物调理剂C的效果最优。此外,3种矿物改良剂还能显著促进了菠菜对钙、镁元素的吸收,植株钙浓度和镁浓度分别提高11.9%~38.8%和79.2%~146.8%。矿物改良剂A和矿物改良剂C还提高了土壤速效磷的含量(27.3%和25.3%)。综上所述,本试验采用的3种矿物改良剂均能提高酸化土壤pH,显著提高菠菜的生物量,其中矿物改良剂C的效果最好。

模拟酸雨及其酸化土壤对小麦幼苗膜脂过氧化水平的影响

以小麦为试材,采用盆栽的方法研究了模拟酸雨及其酸化土壤对小麦幼苗膜脂过氧化水平的影响。结果表明以黄棕壤为材料通过模拟酸雨的淋溶,引起了土壤酸化和盐基流失。当模拟酸雨的pH值由5.6下降到2.5时,土壤pH值由6.06下降到3.41,土壤中交换性盐基总量便从56.5mmol/kg下降到41.1mmol/kg。将小麦幼苗栽培在该酸化土壤上,并分别用5种不同pH值的模拟酸雨喷淋地上器官,导致小麦幼苗体内的膜脂过氧化水平增高和保护酶的活性变化。其中模拟酸雨喷淋小麦幼苗对叶片中的膜脂过氧化水平及保护酶活性的影响大于酸化土壤对其产生的影响。而酸化土壤对小麦幼苗根系中的膜脂过氧化水平和保护酶活性的影响大于模拟酸雨喷淋对其产生的影响。同时,pH≤3.0的高强度酸雨以及由其产生的酸化土壤(T4、T5土壤)对小麦幼苗的膜脂过氧化水平和保护酶的活性产生了严重的影响。

模拟酸雨及其酸化土壤对小麦幼苗生物量和某些生理活动的影响

以小麦为试材,采用盆栽的方法研究了模拟酸雨及其酸化土壤对小麦幼苗生物量和某些生理活动的影响。结果表明,pH值为5.6、4.5、3.5、3.0和2.5的系列模拟酸雨对黄棕壤的淋溶,引起了土壤酸化和盐基流失。当模拟酸雨的pH值由5.6下降到2.5时,被淋溶土壤的pH值也由6.06下降到3.41,且交换性盐基总量从56.5mmol.kg-1下降到41.1mmol.kg-1。将小麦幼苗栽培在该系列酸化土壤中,并分别用5种不同pH值的模拟酸雨喷淋地上器官,导致小麦幼苗的生物量迅速下降和某些生理活动降低。其中模拟酸雨喷淋小麦幼苗对株高、地上部干重、叶绿素含量以及光合速率的影响大于酸化土壤对其产生的影响。而酸化土壤对小麦幼苗的单株次生根条数、根干重、根系活力以及根系呼吸速率的影响大于模拟酸雨喷淋对其产生的影响。pH≤3.0的高强度酸雨以及由其产生的酸化土壤(T4、T5土壤)对小麦幼苗的生长发育、生理活动产生了明显的伤害作用。

土壤调理剂和生草互作对果园酸化土壤化学性质及产量的影响

土壤调理剂和生草技术是改善果园土壤质量、提高苹果产量和品质的有效措施。通过大田试验,设置不同类型的土壤调理剂和生草的裂区试验,主区为土壤调理剂处理:不施土壤调理剂(CK)、生石灰(QL)、化学土壤调理剂(KB)、腐植酸类土壤调理剂(SC)和生物有机肥(BOM),副区为清耕(CT)和生草(GR)处理,共设10个处理,研究土壤调理剂和生草互作效果。结果表明:土壤调理剂和生草处理在苹果产量、可溶性固形物和Vc含量上存在显著的交互作用,SC与BOM处理较CK显著增加了苹果的产量和Vc含量,GR较CT处理显著增加了苹果的可溶性固形物、Vc含量和固酸比。各土壤调理剂较CK处理的土壤pH显著增加了5.1%~12.6%,GR较CT的土壤pH也显著提高了9.1%,且与土壤调理剂处理交互作用显著。对于土壤有机质和碱解氮含量,SC和BOM处理较CK得到了显著增加,GR较CT也得到了显著增加。BOM-GR处理较KB-GR处理显著增加了叶片的SPAD值以及叶片的全氮、全钙和全镁含量。SC-GR处理较QL-GR和KB-GR处理显著增加了叶片全磷和全钾含量。SC、BOM处理和GR配施能够有效地改善土壤质量,增加苹果的产量和品质。

碱性腐植酸改良液对露地酸化土壤理化性质及樱桃番茄品质的影响

为了探讨碱性含腐植酸改良营养液对海南露地酸化土壤理化性质及樱桃番茄品质的影响,为有效改善露地酸化土壤提供理论依据,通过小区试验,设置复合肥和改良营养液处理,定期测定土壤pH值、养分含量等理化指标,并在樱桃番茄收获期测定土壤团粒结构、果实性状及其营养品质。果实收获期,改良营养液和复合肥处理的土壤pH分别为5.71和5.05;改良营养液处理的耕层土壤团聚体含量(>0.25 mm)、有机质、碱解氮、有效磷、阳离子交换量、交换性钙和交换性镁含量均高于复合肥处理,速效钾和电导率低于复合肥处理;改良营养液处理的‘黄星’‘美莎’和‘千禧’果实营养品质优于或相当于复合肥处理。结果表明,改良营养液改善土壤理化性质与提高果实品质可协调进行,可以推广到露地酸化土壤改良和替代复合肥用于樱桃番茄的生产。

酸化土壤改良技术研究进展

酸化是土壤退化的重要表现之一,已严重影响到作物生产。综述了土壤酸化的原因、危害以及酸化土壤改良的技术,指出我国酸化土壤改良研究存在的不足,并对研究方向进行了展望。

酸化土壤对晚稻根系生理特性与氮素利用效率的影响

为研究酸化土壤对晚稻根系活力、吸收面积、POD与SOD活性等根系生理特性指标以及植株氮素利用效率指标的影响,探讨酸化土壤影响晚稻氮素利用效率的途径,以前期试验筛选出的7个具有不同氮素敏感性的酸性敏感型晚稻品种为材料,在湖南长沙县不同酸度大田开展了试验。结果表明:酸化土壤使各品种根系活力、总吸收面积、活跃吸收面积与POD活性降低,但下降的程度与品种氮素敏感类型有关,一般氮素敏感型品种极显著下降,氮素中间型品种显著下降,而氮素迟钝型品种下降不显著;酸化土壤使各品种孕穗期和齐穗期根系SOD活性极显著下降,但对灌浆期根系SOD活性影响不明显;各品种在酸化稻田上的氮素积累量、氮素利用效率、氮肥效率和氮生理效率多呈下降趋势,其中,前三者的下降程度与品种氮素敏感性有关,一般氮素敏感型品种下降极显著,氮素中间型品种下降显著,而氮素迟钝型品种下降趋势不显著;而各品种氮生理效率一般均呈极显著下降趋势,与品种氮素敏感性无关。根系生理特性与氮素利用效率指标的相关性分析表明,根系POD活性和根系活力与晚稻品种氮素利用效率指标相关性较明显,因此,初步确定酸化土壤对晚稻氮素利用效率的影响主要是通过影响根系POD活性和根系活力实现的。

酸化土壤化学改良剂的筛选

土壤酸化直接导致了耕地土壤理化性状变差,并打破了原有的适宜作物生长的土壤生态环境条件,使作物生长发育不良,最终导致作物产量和质量下降。本研究主要是通过室内培养试验筛选合适的化学改良剂及其适宜用量。试验结果表明,闲地土壤和果园表层土壤酸化比较严重,在这类土壤上施用化学改良剂的效果较好,生石灰、轻烧粉和轻烧粉石灰氮各半混合这三种改良剂在其用量为1‰时可以提升土壤pH 2个单位,达到很好的改良效果。若农田土壤酸化不很严重,则不适宜用化学改良剂来改良土壤,必须要用时应适当降低其改良剂的用量,用量为0.5‰～1.0‰较适宜。

不同改良剂对酸化土壤花生钙素吸收利用及生长发育的影响

为明确改良剂对酸化土壤生境及花生钙营养的调控效应,大田条件下,以不加改良剂为对照,研究石灰、硅钙肥、生物有机肥及生物炭4种土壤改良剂对酸化土壤花生植株钙吸收、利用及生育的影响。结果表明,石灰、硅钙肥及生物有机肥均能显著提高土壤全钙及有效钙含量,较对照分别增加17.0%~25.0%和116.7%~186.8%。上述3种改良剂均可显著提高植株钙的吸收与利用,其中植株钙含量和籽仁钙积累量较对照分别增加13.5%~22.3%和179.9%~478.2%,而对无经济价值器官(针壳和营养体)的钙积累量无显著影响,钙收获指数和钙利用效率较对照分别增加28.6%~78.3%和51.0~81.7%。石灰、硅钙肥及生物有机肥均能有效控制花生植株冗余生长、促进籽仁发育,营养体、针壳干重及荚果空瘪率下降,籽仁干重和荚果出仁率升高;荚果产量较对照分别增加61.3%、42.4%和49.4%。土壤钙含量(全量及有效态)、植株钙含量、籽仁钙积累量、钙利用效率及钙收获指数与荚果产量呈显著或极显著正相关。综上,石灰、硅钙肥和生物有机肥是较为理想的花生酸化土壤改良剂,而生物炭对上述各项指标无显著影响,且与对照差异不大。本研究为酸化土壤花生高产高效栽培提供了理论依据。

生石灰对辽东南地区酸化土壤改良及玉米幼苗生长的影响

采用土壤培养与盆栽方式,探讨生石灰对辽东南地区酸化土壤改良及玉米幼苗生长的影响,并明确其适宜用量。土壤培养结果表明,施入生石灰后土壤pH升高,培养10 d后趋于稳定,生石灰施入量高于1.5 g/kg土壤,土壤pH显著提高。随生石灰施用量的增加,土壤pH提高,二者符合关系方程y=0.4428x+4.7255(R^(2)=0.9557***)。盆栽试验结果显示,施用生石灰可显著提高玉米幼苗株高、地上部干重,同时促进根系生长,提高根冠比。生石灰用量大于1.0 g/kg土壤时,玉米幼苗株高与根冠比显著高于对照,生石灰用量大于1.5 g/kg土壤时,地上部干重显著高于对照。综上,辽东南地区施用生石灰可显著提高土壤pH,缓解土壤酸化,促进玉米幼苗生长,生石灰最低适宜施用量为1.52 g/kg土壤,最高适宜施用量为2.42 g/kg土壤。

酸化土壤与镉对大豆萌发种子抗氧化保护酶的复合影响

为探索酸化土壤与镉对大豆萌发种子抗氧化保护酶的复合影响,采用种子常规萌发试验的方法,模拟pH=5.93和pH=2.5的酸化土壤,并用0.182mg·L^(-1)和20mg·L^(-1)的Cd^(2+)处理大豆种子,测定不同酸化土壤及镉浓度胁迫对大豆萌发种子过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)、丙二醛(MDA)和质膜透性的影响。结果表明,轻度酸化土壤(pH=5.93)或低质量浓度镉(0.182mg·L^(-1))可激活POD与CAT活性,降低MDA含量及质膜透性,且与胁时相关;复合处理上述效应更显著,但随胁时延长4指标变幅加大,膜系统恢复时间推后。重度酸化土壤(pH=2.5)与高质量浓度镉(20mg·L^(-1))胁迫下的POD与CAT活性随胁时延长而降低,MDA含量及质膜透性则随胁时延长而升高;低-高、高-高复合处理时,4指标随胁时延长变幅更大,7d时偏离CK更显著,且CAT、MDA和质膜透性峰值推后。由此可见,酸化土壤与镉复合污染可加剧对种子萌发的伤害,二者存在协同作用。

不同有机物对陕南酸化土壤改良效果研究

为探寻适宜酸性土壤的有机改良剂,设置连续两年增施生物炭肥、水稻秸秆、腐熟猪粪、商品有机肥田间定位对比试验,分析不同处理对陕南中药材种植地酸化土壤的改良效果和元胡产量经济效益。结果表明:增施生物炭肥、腐熟猪粪、商品有机肥两年后,均能显著提高土壤pH值,分别较对照增加了0.36,0.49,0.34;生物炭肥和腐熟猪粪能显著降低土壤交换性酸含量,分别较对照降低了0.22,0.26 cmol·kg^(-1);生物炭显著提升了土壤阳离子交换量,较对照增加了1.5 cmol·kg^(-1);4种有机物处理也能提升土壤交换性钙离子、土壤有机质、速效钾含量、元胡产量和经济效益。综上,生物炭肥不仅能有效改良酸化土壤,同时能显著提高元胡产量和经济效益,可在陕南中药材种植地酸化土壤改良中应用推广。

恩施山区酸化土壤改良初探

大量使用无机肥料已经成为恩施山区土壤酸化的主要原因。以玉米鄂玉13为材料,通过每公顷施用石灰750、1 500、2 250、3 000 kg试验以及农户大田对比试验,进行酸化土壤改良。结果表明,石灰对酸化土壤有一定改良效果,以每公顷施用石灰2 250 kg改良效果最好。

酸化对土壤质量的影响及酸化土壤的主要改良措施研究进展

近几年来,土壤不断酸化的问题迫在眉睫。土壤的酸化直接导致了土壤营养的流失,使土地逐步退化。造成这一现象的原因有很多,其中工业化的不断兴起,人们生活水平的逐步提高,是最主要的两大因素。因此,结合这一现状存在的实际问题以及造成的不同影响,本文做出了进一步的分析,并提出相对应的整改措施,指出相关的科研方向。

土壤调理剂在酸化土壤香蕉地的施用效果

为验证"施地佳"土壤调理剂对酸化土壤及香蕉的施用效果,采用2处理3重复随机区组设计方法,整地前每公顷用该产品粉剂30.0 kg拌20倍沙土撒施后翻耕,分别在香蕉苗移栽后的第2、第4、第6个月份,每株用该粉剂40.0 g兑水500倍浇在距植株30 cm处的周围,共浇3次。结果表明:该粉剂可极显著地降低和提升土壤容重和p H值,也显著地增加土壤有机质和有效磷的含量。在常规施肥的基础上,施该粉剂可使香蕉增产4054.2 kg/hm2,增产率8.39%,纯收益13499.40元/hm2,产投比为0.91。因此,该粉剂可在海南省酸化土壤的香蕉生产中继续示范推广。

肥城市“两菜一粮”地块酸化土壤改良方式研究

"两菜一粮"种植模式因具有较高的经济效益,化肥等投入较多,造成了土地酸化等一系列问题。本文以马铃薯为供试作物,通过实施秸秆还田及施用配方肥、生物有机肥和土壤调理剂等措施,研究其对酸化土壤的改良效果。结果表明,4种改良方式能有效控制土壤酸化,促进马铃薯增产增效。