Effects of biochar-based fertilizers on nutrient leaching in a tobacco-planting soil

Biochar is a soil amendment for increasing soil quality and decreasing nutrient leaching. However, there is little information on the impact of biochar-based fertilizer(BF) on soil nutrient leaching in agricultural soils. We conducted a soil column leaching experiment to study the effects of BF on the leaching of total nitrogen(TN), total phosphorus, and total potassium(TK) in tobacco soils. The distribution characteristics of NH_4^+-N, available P, and available K in soil profiles were analyzed after the application of BF. Biochar was prepared by pyrolysis of fluecured tobacco stems. It was applied at four levels, 0%, 3%,9%, and 15%(w/w), respectively, to the compound fertilizer. Compared with the control, the leaching loss of soil TN decreased by 8.36%, 6.72%, and 6.45%, and the loss of soil TK decreased by 9.18%, 9.31% and 11.82% in the 3%,9%, and 15% BF treatments, respectively. However, BF had no significant effect on the P leaching due to the low movement of P in the soil profile. In addition, the BF addition increased the immobilization of NH_4^+-N, available P, and available K in the soil profile. These results indicate that addition of BF to a tobacco-planting soil reduced nutrient leaching, and suggest that BF could be an effective method of applying biochar to agriculture fields.

鸟粪石基载镁生物炭对干湿交替灌溉水稻产量与品质的影响

鸟粪石(MgNH4PO_(4)·6H2O)普遍存在于镁改性生物炭对废水氮磷去除后的回收产物中,其可以作为缓释肥料使用。为探究鸟粪石基载镁生物炭(struvite-based magnesium modified biochar,MAP-BC)在农田中的应用效果以及对不同灌溉和施肥模式的适用性,该研究依托大田试验,以东研18号(粳稻)为供试材料,设置常规淹灌(ICF)、干湿交替(IAWD)2种灌溉模式,以及常规施肥(conventional fertilization,N_(1)B_(0))、常规施肥+5 t/hm^(2)MAP-BC(conventional fertilization+5 t/hm^(2)MAP-BC,N_(1)B_(1))、常规施肥+10 t/hm^(2)MAP-BC(conventional fertilization+10 t/hm^(2)MAP-BC,N_(1)B_(2))、减施氮磷肥25%+5 t/hm^(2)MAP-BC(25%less nitrogen and phosphate fertilizer+5 t/hm^(2)MAP-BC,N_(3/4)B_(1))和减施氮磷肥25%+10 t/hm^(2)MAP-BC(25%less nitrogen and phosphate fertilizer+10 t/hm^(2)MAP-BC,N_(3/4)B_(2))5种施肥模式。结果表明:与ICF相比,IAWD显著提高了乳熟期叶片叶绿素含量,并显著降低了2021年无效分蘖数(P<0.05);MAP-BC不仅能够高效弥补减施氮磷肥对水稻叶绿素含量的不利影响,还具有一定的超补偿效果;MAPBC中高纯度的鸟粪石组分通过缓释氮磷素,保障了对植株氮磷养分的长期供应。与N_(1)B_(0)相比,N_(3/4)B_(2)不仅可以满足水稻生长后期对氮磷养分的需求,还使穗部吸氮量和吸磷量分别显著增加(P<0.05)4.77%~7.06%和4.26%~12.69%;与N_(1)B_(0)相比,施加10 t/hm^(2)MAP-BC使2a的最高分蘖数和最终分蘖数分别显著增加(P<0.05)6.75%~9.64%和13.16%~16.88%;2 a试验中,在IAWD模式下,与N_(1)B_(0)相比,N_(1)B_(1)和N_(1)B_(2)的产量分别显著提高(P<0.05)了7.66%~8.43%和11.49%~12.64%,并且10 t/hm^(2)的MAP-BC可以弥补减施25%氮磷肥对产量造成的不利影响;IAWD模式下N_(3/4)B_(1)和N_(3/4)B_(2)可以显著降低消减值、垩白粒率和垩白度,显著提高崩解值,从而显著改善(P<0.05)水稻外观品质与食味值;此外,N_(1)B_(1)和N_(1)B_(2)较N_(1)B_(0)处理显著提高(P<0.05)稻米蛋白含量2.66%和5.79%,表明施用MAP-BC有助于改善稻米的营养品质。因此,在IAWD模式下减施氮磷肥25%配施10 t/hm^(2)MAP-BC可在节水条件下实现减施氮磷肥、增产、提质,从而为水稻绿色高效生产提供理论依据。

新型生物炭基氮肥对土壤-冬小麦系统氮素累积及相关生物活性的影响

通过田间试验,研究了掺混型、吸附型和反应型3种新型生物炭基硝酸铵氮肥在冬小麦生长过程中对土壤氮素累积及冬小麦对氮素的利用状况和相关生物活性的影响。试验处理包括CK(不施氮肥,不施生物炭)、硝酸铵氮肥、生物炭、掺混型生物炭基氮肥、吸附型及反应型生物炭基氮肥。研究结果表明:不同工艺制备的生物炭基氮肥对土壤铵态氮的累积具有显著影响,吸附型和反应型处理在冬小麦生长季铵态氮平均值大于对照(CK),对于总氮、硝态氮和亚硝态氮累积量的影响不显著。除了生物炭单施处理外,其他处理均比CK显著提高冬小麦地上部的总氮累积量,但对冬小麦的氮素利用状况无显著影响,且三种炭基氮肥处理间无显著差异;施用不同类型生物炭基氮肥对土壤微生物量氮含量和硝酸还原酶活性具有提高作用,而对微生物量碳含量、亚硝酸还原酶和脲酶活性无显著影响。

有机替代+减量施肥对蕉园土壤理化性质和香蕉生长的影响

【目的】化肥过量使用、农作物秸秆和畜禽粪污资源化利用率低、农林废弃物造成环境污染等问题制约农业发展。研究有机替代和减量施肥相结合的科学施肥方法,为珠江三角洲香蕉产区化肥减量与土壤培肥提供技术支撑。【方法】采用大田小区试验,研究有机替代和减量施肥相结合对香蕉生长、产量、品质及土壤肥力的影响。设置常规施肥(CK)、减施化肥10%+低量有机肥(T1)、减施化肥20%+高量有机肥(T2)、减施化肥10%+低量炭基有机肥(T3)和减施化肥20%+高量炭基有机肥(T4)5个处理,测定各处理对香蕉生长势、产量、叶片营养元素、果实品质及土壤养分和理化性状等的影响。【结果】与对照相比,有机替代和减量施肥处理(T1~T4)可以提高土壤的pH和有机质含量,其中对pH的影响在香蕉成熟期更为显著、提高了0.38~0.77;有机质含量则是前期提高更为显著、比对照提升6.62%~56.09%,且随有机物料施加量的增加而提高。香蕉成熟期的土壤大量元素以及钙、镁含量整体高于抽蕾期,但各处理间差异不显著。T1~T4处理对香蕉生长、产量、品质以及叶片营养元素方面均有正向效果,其中施加炭基有机肥的T3和T4处理效果更佳,香蕉产量分别提高14.44%和13.43%;可溶性固形物、可溶性糖、维生素C含量分别提升13.09%~21.99%、3.98%~17.32%、28.09%~41.57%。【结论】综合分析香蕉生长情况和土壤理化性质,在本试验条件下,有机替代+减量施肥(10%~20%)处理是适宜珠江三角洲香蕉的生长的化肥减量增效模式。

新型生物炭基肥对设施青菜产量·商品性及土壤理化性质的影响

[目的]为新型生物质炭基肥在设施农业,尤其是青菜生产栽培上的应用提供借鉴。[方法]以上海地区长期栽培青菜的设施菜田为对象,通过室内培养和田间试验相结合,研究新型生物炭基肥的保水性及其对设施青菜产量、商品性及土壤理化性质的影响。[结果]新型生物炭基肥可以降低土壤容重,提高土壤保水性和有机质含量。施用新型生物炭基肥T4处理的青菜株高、开展度、最大叶叶长×叶宽、单株重和产量显著高于T1、T2和T3处理(P<0.05),虽与CK差异不显著(P>0.05),但各指标均优于CK。[结论]该研究可为改善设施农业土壤质量及合理利用新型生物炭基肥提供数据支撑。

减氮条件下生物炭基肥对土壤养分及细菌群落结构的影响

【目的】探究减氮条件下生物炭基肥对植烟土壤养分及细菌多样性和群落的影响。【方法】设置对照施肥(CK)、常规施肥减氮10%+0.6 t·hm^(-2)生物炭基肥(T1)、0.9 t·hm^(-2)生物炭基肥(T2)和1.2 t·hm^(-2)生物炭基肥(T3)4个大田试验处理,研究土壤速效养分及根际土壤细菌群落结构和功能的变化规律。【结果】施加生物炭基肥显著促进烟株生长,T2处理对烟株农艺性状的提升最明显;各处理土壤有机质和速效养分含量较CK处理均显著升高,其中T2处理土壤有机质含量较CK处理增加了27.63%;T3处理土壤容积质量较CK处理降低了16.46%。施加生物炭基肥对土壤细菌群落组成产生了显著的影响,增加了变形菌门的相对丰度,降低了酸杆菌门的相对丰度,纤线杆菌纲和放线菌纲的相对丰度显著提高,拟杆菌纲相对丰度降低,相关性分析表明,绿弯菌门受土壤理化性质的影响较大,与土壤理化指标均显著相关。【结论】生物炭基肥可以显著提高减氮条件下的土壤养分积累并保障烟株成熟期养分需求,改善土壤功能细菌群落结构。

生物炭基肥对水稻根系有机酸积累和氮代谢的影响

以常规粳稻“盐丰47”为试材,采用盆栽的方式,设常规化肥(T1)、生物炭基肥(T2)和不施氮肥(CK)3个处理,研究不同肥料处理对水稻根系有机酸积累和氮代谢相关生理指标的影响,为辽河平原稻区优化水肥调控措施和减少养分流失提供科学指导。结果表明:与常规化肥相比,生物炭基肥对营养生长期植株根系有机酸含量具有显著影响,其中,苹果酸含量增加了4.98倍,而草酸和酒石酸含量分别降低了50.94%和47.23%;从氮代谢角度来看,生物炭基肥较常规化肥相比根系谷氨酰胺合成酶活性增加了1.38%,亚硝酸还原酶活性降低了1.16%,差异均达显著水平;进一步分析得出,草酸、酒石酸含量与亚硝酸还原酶活性呈显著正相关,而总有机酸、苹果酸和水杨酸含量与各种氮代谢酶活性无显著的相关性。综上,生物炭基肥可促进水稻生育前期根系分泌大量的苹果酸,并可通过增强铵态氮的初级同化和再同化改善植株根系的氮代谢能力。

化肥减量配施炭基有机肥对烤烟翠碧1号生长及产质量的影响

为探究化肥减量配施炭基有机肥对烤烟翠碧1号生长和产质量的影响,本研究采用田间试验,设置6个处理:不施肥(TJ1)、单施化肥(TJ2)、化肥未减量+炭基肥(TJ3)、化肥减量10%+炭基肥(TJ4)、化肥减量20%+炭基肥(TJ5)、化肥减量30%+炭基肥(TJ6)。其中化肥减量是以当地翠碧1号常规氮肥用量(83.40 kg·hm^(-2)纯N)为基础,从基肥的烟草专用肥中按比例扣减;炭基肥用量为2400 kg·hm^(-2)。在烟草采收后采样测定烟田土壤理化性质、烤烟农艺性状(打顶后)、烟叶化学成分、烟叶感官质量及烤烟主要经济性状,并据此构建氮素调控与烟叶产质量提升方案。结果表明,化肥减量配施炭基有机肥对翠碧1号生长及烟叶产质量具有不同程度影响。化肥减量10%~20%配施2400 kg·hm^(-2)炭基肥未显著降低烟田土壤肥力,化肥减量20%对烟株生长具有积极的促进作用,而过量施肥则对烟株生长产生一定的抑制作用;化肥减量配施炭基有机肥增加了烟叶有益化学成分,降低总氮、烟碱、氯含量,提高了烟叶化学成分协调性;化肥减量10%~30%对烟叶感官质量综合得分的不利影响有限。相对于TJ3处理,化肥减量10%~20%时烤烟产量和产值分别增加1.55%~2.50%和1.95%~2.99%,而化肥减量30%时烤烟产量和产值分别降低1.05%和0.73%。综上,推荐化肥减量20%配施2400 kg·hm^(-2)烟秆炭基有机肥在福建省清香型烤烟翠碧1号种植区推广使用。本研究结果可为福建烟区清香型特色烤烟翠碧1号优质生产提供技术参考。

连续炭基肥替代化肥对菜园土壤性质和细菌群落结构的影响

为了解生物炭基肥替代化肥减量施用的田间长期效应,利用定位试验研究连续5 a炭基肥替代化肥对蔬菜产量、土壤理化性质和细菌群落结构的影响。结果表明,连续5 a实施炭基有机肥替代化肥,土壤pH提高了0.13~0.25,土壤有机质、碱解氮和有效磷含量也分别提高了2.1%~62.2%、5.8%~86.0%和0.4%~103.1%,炭基肥替代化肥处理的荠菜(Capsella bursapastoris)产量提高了4.0%~14.8%,但75%替代处理较50%替代处理有所降低。炭基肥替代化肥处理的土壤菌群Sobs、Shannon、Ace和Chao指数均高于单施化肥处理,且均以75%替代处理最高。炭基肥替代化肥显著降低了土壤中硝化菌属(Nitrolancea)、拟无枝酸菌属(Amycolatopsis)、芽单胞菌属(Gemmatimonas)等的丰度,增加了纤维素降解菌菌群(Planifilum、Saccharomono-spora)的丰度。芽单胞菌属、Ilumatobacteraceae、Methyloligellaceae等的丰度与土壤全氮、全磷、有机质间具有显著的相关性。可见,连续炭基肥替代化肥明显改善了菜地土壤的理化性质,从而影响了土壤细菌群落结构和多样性,适量替代可以提高蔬菜产量,但应注意长期连续施用对土壤pH、碳/氮的影响,避免过量施用抑制作物对养分的吸收利用。

生物质炭基肥对重庆植烟区烤烟根系发育及产量和品质的影响

【目的】研究生物质炭基肥对重庆植烟区烤烟Nicotiana tabacum根系发育及产量和品质的影响,为重庆植烟区合理施用生物质炭基肥提供理论依据和技术支持。【方法】以‘云烟116’N.tabacum‘Yunyan 116’为材料,设置常规施肥(T1)、生物质炭基有机肥(T2)和生物质炭基复混肥(T3)3个处理,分析施用生物质炭基肥对烤烟根系生理活性、烤后烟化学品质及经济性状的影响。【结果】施用生物质炭基肥可优化烟株根系生理及养分指标。其中,根系活力在移栽后均以T2处理最高,与T1处理相比提高了4.2%~46.8%;侧根条数和不定根条数均以T3处理最多,与T1处理相比分别提高了11.6%~41.1%和19.0%~53.1%;根系氮和钾质量分数随烟株生长而降低,且均以T2处理降幅最缓;根系烟碱质量分数则呈现先升后降趋势,以T2和T3处理较高;施用生物质炭基肥可增加烤烟的产量和产值,提升烤后烟的化学品质,其中以T2处理的产量和产值最高,与T1处理相比分别增加了16.9%和22.6%。此外,生物质炭基肥对烤后烟氮碱比、糖碱比和钾氯比均有提高作用,增强了烟叶内在化学成分的协调性,改善了烟叶品质;相关分析可知:根系钾质量分数(在移栽后30、60和120 d)、氮质量分数(在移栽后60、90和120 d)与烤后烟的化学品质相关性最为密切。【结论】生物质炭基肥有利于烤烟根系的生长发育,可增加烤烟的产量和产值,提升烤后烟的化学品质,其中使用生物质炭基有机肥处理效果更佳。

炭基有机肥对设施番茄生长及其土壤性质的影响

本研究通过盆栽试验,旨在研究炭基有机肥对土壤理化性质和番茄生长发育的影响,为番茄设施生产中化肥减量增效提供依据和技术支持。供试番茄品种为浙粉715,有机肥为水稻秸秆与猪粪堆肥而成,以凹凸棒土-稻壳炭复合材料、稻壳炭、污泥炭为来源,加有机肥混合制成炭基有机肥。试验设置5个处理:不施基肥(CK)、常规施肥(CF)、矿物型炭基有机肥(CT1)、稻壳炭基有机肥(CT2)、污泥炭基有机肥(CT3),研究3种炭基有机肥氮替代60%化肥氮对番茄生长、养分含量、品质和土壤质量的影响。结果表明:炭基有机肥可显著提高土壤理化性质,增加酶活性,促进叶绿素含量的增加,提高番茄产量和品质。与CF处理相比,CT1处理显著提高土壤的pH、全氮和速效钾含量,显著增加土壤脲酶和过氧化氢酶活性,CT2处理显著提高土壤的全氮和有机质含量,增加了土壤酸性磷酸酶和蔗糖酶活性。与CF处理相比,CT2处理更有利于叶绿素的积累,且番茄产量增加14.9%,氮吸收量也显著提高,CT2、CT3处理番茄的VC含量显著提高16.5%和19.5%,可溶性糖含量显著增加14.7%和12.1%,硝酸盐含量显著下降36.9%和34.9%,CT1、CT2处理番茄可溶性固形物含量显著提高14.8%和25.9%。研究表明,CT2稻壳炭基有机肥更适宜改良土壤理化性质,增加番茄叶绿素含量,提高氮吸收量,提升番茄产量和品质。

炭基肥对酸化茶园土壤细菌和真菌数量及群落结构的影响

以废菌棒炭基肥为材料,设置不施肥(CK)、低量炭基肥(BF1)、中量炭基肥(BF2)和高量炭基肥(BF3)4个处理,在种植7 a以上的酸化茶园开展大田试验,研究不同用量炭基肥对酸化茶园土壤细菌和真菌数量、多样性及群落结构的影响.结果显示,施用炭基肥显著提高了土壤脲酶、酸性磷酸酶和蔗糖转化酶的活性,BF2和BF3处理的脲酶活性显著高于BF1处理.施用炭基肥显著提高了土壤细菌和真菌数量及多样性,细菌数量、多样性指数及真菌数量均随着炭基肥施用量的增加而增大,且BF3处理显著高于BF1处理;不同用量炭基肥对真菌多样性指数的影响不大;BF3处理对土壤细菌和真菌群落结构的影响最为显著.与BF1处理相比,BF3处理显著提高了细菌拟杆菌门及真菌子囊菌门、被孢霉菌门的相对丰度,但显著降低了细菌酸杆菌门的相对丰度;显著提高了细菌产黄杆菌属、水恒杆菌属及真菌被孢霉属、树粉孢属的相对丰度,但显著降低了细菌酸杆菌属、伯克氏菌属及真菌粗糙孔菌属、伞形霉属、镰刀菌属的相对丰度.冗余分析表明,土壤速效钾、有效磷含量及pH是影响土壤细菌群落的主要驱动因子,土壤硝态氮、总氮、铵态氮含量及pH是影响土壤真菌群落的主要驱动因子.综上所述,施用高量炭基肥可显著改善酸化茶园土壤的化学性质,进而提高土壤细菌和真菌数量及多样性,改变土壤细菌和真菌的群落结构.

生物质炭基尿素和普通尿素对毛竹林土壤氧化亚氮通量的影响

【目的】探索生物质炭基尿素和普通尿素的施用对毛竹Phyllostachys edulis林土壤氧化亚氮(N_(2)O)通量与环境因子的影响效应与作用机制,为研发减缓土壤N_(2)O排放的施肥技术提供科学依据。【方法】2018年9月至2019年9月,在杭州市临安区青山镇亚热带典型毛竹林样地布置野外控制试验。试验设5个处理:对照(不施肥)、低水平尿素(100 kg·hm^(−2))、高水平尿素(300 kg·hm^(−2))、低水平炭基尿素(100 kg·hm^(−2))和高水平炭基尿素(300 kg·hm^(−2))。采用静态箱—气相色谱法测定毛竹林土壤N_(2)O排放速率,分析在上述施肥处理下土壤N_(2)O通量、温度、含水量、氮素形态及相关酶活性的动态变化规律。【结果】低水平尿素和高水平尿素处理使毛竹林土壤N_(2)O的年累积排放通量增加了17.3%和36.0%,而低水平炭基尿素和高水平炭基尿素处理分别使其降低了3.1%和16.9%。尿素和炭基尿素处理均显著提高土壤铵态氮(NH_(4)^(+)-N)和硝态氮(NO_(3)^(–)-N)质量分数(P<0.05);尿素处理显著增加了土壤水溶性有机氮质量分数以及脲酶和蛋白酶活性,而炭基尿素处理显著降低了上述3个指标(P<0.05)。另外,在上述5个处理下,毛竹林土壤N_(2)O排放速率与土壤温度、NH_(4)^(+)-N、水溶性有机氮、脲酶活性和蛋白酶活性均存在显著相关性(P<0.05)。【结论】与尿素相比,炭基尿素对毛竹林土壤N_(2)O具有显著的减排效应,主要机制是其降低了土壤水溶性有机氮质量分数和氮循环相关酶活性。

烟秆生物质炭基肥对连作烤烟生长及质量的影响

研究烟秆生物质炭基肥对连作烤烟生长及产质量的影响,进一步明确烟秆生物质炭基肥最佳施用量,为今后科学利用烟秆生物质炭基肥缓解连作障碍提供理论依据。本研究采用大田试验法,以不施烟秆生物质炭基肥为对照(CK),设置3个烟秆生物质炭基肥用量处理,分别为300 g/株(T1)、500 g/株(T2)、600 g/株(T3),调查分析不同处理下烤烟生育期、农艺性状、常见病害发生情况及烤后烟叶化学成分。结果表明:施用烟秆生物质炭基肥可延长烤烟生育期,尤其在团棵期和现蕾期表现较为明显,T3处理生育期最长;其对烤烟株高、茎围、最大叶长叶宽均有显著促进作用,对烤烟有效叶片数影响不大。施用烟秆生物质炭基肥还对烟草花叶病和黑胫病产生抑制作用,显著降低这两种病害的发病率,以T2处理抑制效果最佳。在烤后烟叶外观质量方面,对照身份稍薄、油分欠佳,而施用烟秆生物质炭基肥可使烟叶组织明显疏松有弹性、油分足,外观质量分值高,其中T2处理总评分最高。在烤后烟叶化学成分方面,施用该炭基肥可提高烟叶的总氮、总糖、钾、还原糖含量和糖碱比值,使烟叶化学成分协调,以T2处理效果最佳。随该炭基肥施用量增加,烤后烟叶产量、产值及中上等烟比例呈先上升后下降趋势,T2处理产值增幅可达34.77%。综上,本试验条件下,烟秆生物质炭基肥可促进连作烤烟生长,降低烟草花叶病和黑胫病发病率,提高烤后烟叶外观质量、产量及化学成分协调性,整体以500 g/株用量效果最佳。

烟秆生物质炭基肥对烤烟生理特性及土壤主要环境因子的影响

【目的】初步明确烟秆生物质炭基肥改善烟株生长状况的土壤微生态机制,为烟秆生物质炭基肥的环境效应评估和科学应用提供理论支撑和实践经验。【方法】采用大田试验,以不施用烟秆生物质炭基肥的常规施肥为对照,设3个生物质炭基肥用量(2700、3375和4050 kg/ha)处理。烟株移栽后60 d,测定主要病害发生率和病情指数;移栽后90 d,测定功能叶的最大净光合速率;采烤结束后,采集土壤样品测定理化性质并分析土壤细菌群落结构。【结果】与对照相比,施用不同用量的烟秆生物质炭基肥均可显著提高烟叶净光合速率(P<0.05),不同程度地降低主要病害危害程度;提高土壤pH、全钾、全氮、水解性氮和有机质含量。土壤细菌α多样性指数无显著差异(P>0.05),但烟秆生物质炭基肥处理的土壤细菌Chao1和ACE指数有所降低,Shannon和Simpson指数有所升高,群落结构明显分离。细菌群落物种组成分析显示,厌氧粘细菌属(Anaeromyxobacter)和土杆菌属(Geobacter)相对丰度明显上升。方差分解分析和冗余分析结果表明,土壤理化性状与微生物群落密切相关,其中有机质和水解性氮对群落分布贡献度最大。FAPROTAX功能预测结果表明,烟秆生物质炭基肥施用后土壤细菌潜在功能更加丰富和多样。【结论】烟秆生物质炭基肥可通过调节土壤理化性质及改善土壤细菌群落结构和功能对烤烟生长发育产生积极影响,厌氧粘细菌属和土杆菌属可能在其中扮演着重要角色。

有机肥和炭基肥替代化肥对甘薯坡耕地径流氮磷损失的影响

【目的】探讨施用有机肥和炭基肥对甘薯Ipomoea batatas坡耕地土壤氮磷径流流失量及形态的影响,探索径流养分流失量和土壤化学性质之间的关系【方法】采用随机区组设计,共设置4种施肥处理:不施肥、常规化肥、50%质量分数有机肥+50%质量分数化肥(有机肥50%替代)、炭基肥,在5个时间点测定甘薯坡耕地径流及土壤中不同形态氮磷质量浓度及质量分数,计算氮磷流失量与流失系数。【结果】径流总氮、颗粒态氮、硝态氮和铵态氮质量浓度存在峰值效应,不同径流的产流中有机肥50%替代和炭基肥效应不同。与常规化肥处理相比,有机肥50%替代和炭基肥分别减少了每年总氮径流流失量的48.1%和39.6%,而总磷则降低了26.1%和32.7%。有机肥50%替代和炭基肥处理改变了径流氮磷形态组成,减少了肥料径流流失系数。总氮(R^(2)=0.49)和总磷(R^(2)=0.48)径流流失量与土壤硝态氮呈显著正相关(P<0.05)。土壤有效磷分别能解释总氮和总磷径流流失量的60%和41%。【结论】有机肥50%替代和炭基肥是减少坡耕地养分径流损失的有效措施,有机肥50%替代更适合用于减少甘薯坡耕地径流氮流失,而炭基肥更适用于减少径流磷流失。图7表2参33。

生物炭基肥离散元模型参数标定与试验

生物炭基肥料是近年来新兴的一种农业投入品,然而生物炭基肥料还田施用的机械化程度尚属较低水平。为促进生物炭基肥料机械化还田的理论和实践发展,寻求最优生物炭基肥离散元模型接触参数组合,指导生物炭及炭基肥料还田机械的设计和试制,提出了一种真实试验与仿真试验结合的方法,对生物炭基肥颗粒数学模型开展研究,验证数值方法的适用性和准确性。以生物炭颗粒堆积角的实际测量值为目标值,通过物料特性研究了创建法向力、切向力和附着力接触模型,利用离散元仿真软件ESSS Rocky DEM对生物炭基肥颗粒离散元参数进行标定,设计Placket-Burman试验获取对堆积角有显著影响的参数,通过最陡爬坡试验得到显著因素参数区间,最后通过Box-Behnken试验优化参数组合。结果表明:生物炭基肥料颗粒粒径占比2mm为35%,3 mm颗粒占比为42%,4 mm颗粒占比为23%,颗粒平均含水率为5%,测得炭颗粒堆积角实际值为23.65°;对炭基肥颗粒接触参数有显著影响的因素为炭—炭滚动摩擦系数、炭颗粒表面能JKR以及炭—钢滚动摩擦系数,最优化参数组合为炭—炭滚动摩擦系数0.36、炭颗粒表面能0.30、炭-钢滚动摩擦系数0.20,仿真堆积角试验值与真实试验值的平均相对误差仅为0.72%,验证了仿真参数及试验的可行性和适用性。研究结果为生物炭基肥料离散元模型参数选取提供了新的参考。

生物炭基肥中重金属、多环芳烃的含量及风险

生物炭基肥虽然能够增加土壤养分、改善土壤结构,但也存在给土壤带来重金属、多环芳烃污染的风险。该研究为探究生物炭基肥的风险性问题,测定了7种不同原料生物炭基肥重金属、多环芳烃(PAHs)的含量并进行风险评价。结果表明:不同原料炭基肥中重金属的浓度差别较大,畜禽粪便类MA-P中重金属浓度最高,达到648 mg/kg。重金属中,Zn的含量最高,As的含量虽然低但由于其高迁移率及高毒性造成高环境风险指数,是炭基肥重金属风险的主要来源。生物炭基肥中的PAHs均以3环为主,低分子量PAHs含量高。总体TEQ值低于先前研究,畜禽粪便类MA-P的TEQ毒性高于其他植物源炭基肥,5环PAHs对于TEQ值贡献最大,只有MA-P中2环PAHs具有贡献量。当生物炭基肥施用量高于7.76 t/hm^(2),人类暴露于生物炭基肥改良的土壤的终生癌症风险增量值超过10^(-6),表明具有低致癌风险。成人污染物致癌风险高于小孩,且ED对于ILCR风险值的影响最大。研究表明,生物炭基肥中的重金属和多环芳烃具有一定的风险,在施用生物炭基肥时应控制施用量,椰壳炭基肥(PL-5)的风险性最低,可优先广泛应用。

烟秆与竹炭基肥对植烟土壤碳氮组分及微生物的影响

【目的】通过大田试验,研究烟秆和竹炭基肥施用对植烟土壤碳氮组分及微生物的影响,为提升植烟土壤质量提供依据。【方法】设置不施肥、烟草专用肥、烟秆炭基肥及竹炭基肥4个处理,研究烟秆与竹炭基肥施用后植烟土壤pH、碳、氮组分变化规律及其对酶活性、微生物群落的影响。【结果】与烟草专用肥处理相比,施用烟秆炭基肥和竹炭基肥,土壤pH均提高0.5个单位以上,可溶性有机碳含量分别提高21.4%和30.7%,易氧化有机碳含量分别提高32.4%和17.9%,可溶性有机氮含量分别提高50.7%和37.7%,颗粒有机氮含量分别提高28.0%和12.7%,土壤蔗糖酶活性分别提高9.4%和3.6%,微生物量碳含量均提高30%以上。烟秆炭基肥处理土壤细菌群落Chao1指数与烟草专用肥处理和竹炭基肥处理相比分别显著提高5.4%和3.2%,而三者间的土壤细菌群落Observed species和Shannon指数无显著差异。烟秆和竹炭基肥处理均影响土壤细菌群落组成结构,变形菌门与不施肥处理相比分别下降5.0%和3.4%。与烟草专用肥处理相比,竹炭基肥处理厚壁菌门丰度提高18.3%,烟秆炭基肥处理玫瑰弯菌属丰度提升64.8%。【结论】烟秆炭基肥及竹炭基肥均可提高土壤碳、氮组分含量,土壤酶活性和微生物群落丰度,进而优化土壤细菌群落结构。与竹炭基肥相比,烟秆炭基肥对改善土壤环境的效果更为明显。

复合生物炭基功能肥对植烟根际土壤水稳性团聚体和酶活性的影响

【目的】探明复合生物炭基功能肥对植烟根际土壤水稳性团聚体和酶活性的影响,为优质烤烟专用生物炭基肥的研制提供参考。【方法】采用田间小区试验,以单施生物炭基肥为对照(CK),研究生物炭基肥60 g/穴+氟吡菌酰胺1 g/穴(T1)和生物炭基肥60 g/穴+淡紫紫孢霉2×10^(9)个孢子/穴(T2)对植烟根际土壤团聚体稳定性和关键酶活性的影响。【结果】连续施肥2年后,大方和金沙试验地各处理[0.25,+∞)mm粒级土壤水稳性团聚体的含量均增加。与2020年比,2021年大方和金沙单施生物炭基肥、生物炭基肥+氟吡菌酰胺和生物炭基肥+淡紫紫孢霉处理[0.25,+∞)mm粒级土壤水稳性团聚体含量分别增加74.2%、39.2%、3.1%和99.5%、117.0%、135.5%;土壤水稳性团聚体平均质量直径(MWD)分别增加240.0%、161.7%、47.0%和270.3%、397.7%、310.7%,几何平均直径(GMD)分别增加378.5%、224.4%、68.2%和391.2%、462.8%、331.2%,且MWD和GMD均与[5,+∞)mm粒级土壤水稳性团聚体呈极显著正相关关系。与CK比,2020年大方试验地生物炭基肥+氟吡菌酰胺处理土壤脲酶、蔗糖酶和过氧化氢酶活性分别显著提高21.6%、37.2%和12.9%,生物炭基肥+淡紫紫孢霉处理土壤脲酶和蔗糖酶活性分别显著提高22.1%和35.9%;金沙试验地生物炭基肥+氟吡菌酰胺处理土壤过氧化氢酶活性显著提高13.2%,生物炭基肥+淡紫紫孢霉处理土壤蔗糖酶和过氧化氢酶活性分别显著提高105.2%和11.2%。2021年大方试验地生物炭基肥+氟吡菌酰胺处理土壤脲酶和蔗糖酶活性分别显著降低11.2%和61.8%,生物炭基肥+淡紫紫孢霉处理土壤脲酶、蔗糖酶和过氧化氢酶活性分别显著降低20.9%、59.2%和4.0%;金沙试验地生物炭基肥+氟吡菌酰胺处理土壤脲酶、蔗糖酶和过氧化氢酶分别显著降低10.3%、37.7%和9.1%,生物炭基肥+淡紫紫孢霉处理分别显著降低15.7%、29.0%和11.2%。【结论】连续2年施用复合生物炭基功能肥对大方土壤水稳性团聚体的作用效果表现不明显,金沙以施用生物炭基肥60 g/穴+淡紫紫孢霉2×10^(9)个孢子/穴效果最佳;土壤脲酶、蔗糖酶和过氧化氢酶活性表现出2020年提高,2021年降低现象。