田间陈化生物质炭提高稻田土壤团聚体稳定性和磷素利用率

【目的】生物质炭因其巨大的比表面积和稳定的结构而被用作土壤改良剂。然而关于田间陈化生物质炭对土壤肥力和养分利用效率影响的研究相对缺乏。通过定位试验,分析田间不同陈化年限的生物质炭对水稻产量和养分利用效率的影响。【方法】田间定位试验设在江苏南京,供试土壤为粘质水稻土。共设置5个处理,分别是不施磷肥对照(CK)、施用磷肥(P)及磷肥配施新鲜生物质炭(PB_(0y),2017年施入)、2年陈化生物质炭(PB_(2y),2015年施入)和5年陈化生物质炭(PB_(5y),2012年施入)。在水稻收获后采集土壤样品进行团聚体分级,测定大团聚体(250~2000μm)、微团聚体(53~250μm)、粉粒(2~53μm)、粘粒(<2μm)含量以有效磷含量和基本理化性质,同时测定水稻产量和磷素利用效率。【结果】与P处理相比,PB_(2y)和PB_(5y)处理显著提高250~2000μm大团聚体的比例(69.2%~107.8%),降低2~53μm粉粒(13.1%~14.7%)和<2μm粘粒(6.9%~41.9%)的比例,而PB_(0y)与P处理相比各粒级比例均无显著差异;PB_(0y)、PB_(2y)和PB_(5y)处理土壤有机碳(SOC)提高了18.5%~58.5%,全磷含量提高了5.7%~17.1%,但2~53μm粒级SOC含量无显著差异。与P处理相比,PB_(0y)处理对水稻产量和磷素利用效率影响不显著,PB_(2y)和PB_(5y)处理均可显著提高水稻产量(13.7%和16.3%)和磷素利用率(35.4%和45.5%)。由结构方程模型可知,陈化生物质炭(PB_(2y)和PB_(5y))通过改善土壤养分状况(SOC、全磷含量、碳磷比等)和土壤结构(250~2000μm大团聚体比例增加),保证了水稻产量和磷储量。【结论】与新鲜生物质炭相比,陈化生物质炭可有效增加250~2000μm大团聚体比例以及土壤有效磷和全磷的保护,从而促进植物对磷的吸收利用,达到增加产量和磷素利用效率的目的。5年陈化生物质炭的改良效果好于2年陈化生物质炭。

生物质炭对集约化菜地N2O排放和蔬菜产量的影响

【目的】本试验评价了生物质炭对菜地土壤温室气体排放和产量的长期效应。【方法】田间试验在江苏省南京市集约化种植菜地进行。共设置4个处理,分别为对照(CK)、单施氮肥处理(N)、施用氮肥+新生物质炭(NCF,CF在2016年6月施用)以及施用氮肥+4年陈化生物质炭(NCA,CA在2012年6月施用)。生物质炭施用量为40 t/hm^2。2016年11月至2017年11月连续种植4季蔬菜,分别为小青菜、空心菜、苋菜、菠菜,并伴有休耕期。每季蔬菜施氮量均为N 240 kg/hm^2,其中空心菜收获三茬,在第一茬收获后按照N 240 kg/hm^2追肥一次。采用静态暗箱–气相色谱法测定N2O浓度。【结果】观测期内各处理菜地N2O排放主要集中在第二季和第三季,其单位产量N2O排放量分别为0.038~0.131 kg/t和0.107~0.482 kg/t,而第一季和第四季的单位产量N2O排放量分别是0.033~0.209 kg/t和0.007~0.070 kg/t。土壤温度和矿质氮变化未显著影响土壤N2O排放通量;整个观测期内土壤充水孔隙度(WFPS)介于37%~93%之间,土壤含水量变化显著影响(P<0.01)土壤N2O排放通量。与N处理相比,整个轮作周期内NCF和NCA处理N2O周年累积排放量和周年排放系数均显著降低,两个施生物质炭处理之间差异不显著;NCF处理N2O周年累积排放量和周年排放系数降幅分别为35.6%和46.2%,NCA处理降幅分别达38.8%和49.9%。与N处理相比,NCF和NCA处理均增加了集约化菜地蔬菜产量,增幅分别为4.6%和17.9%,NCA处理达到显著水平,两个施生物质炭处理之间差异不显著。此外,NCF和NCA处理分别显著降低单位产量N2O排放量49.8%和41.3%(P<0.01)。【结论】在集约化菜地土壤中经4年陈化后的生物质炭仍然具有较强的减排和增产能力。与新施入的生物质炭相比,施用4年后的生物质炭增产效果更显著;施用生物质炭对集约化蔬菜生态系统减排和改善作物生产具有长期效应。