东北半干旱黑土区玉米秸秆还田方式对土壤水溶性有机碳含量及其组分的影响

为明确不同秸秆还田方式下土壤有机碳组分的变化特征,基于6 a秸秆还田长期定位试验,利用三维荧光光谱技术,对无秸秆还田(CK)、秸秆覆盖还田(FG)、秸秆翻埋还田(FM)处理下土壤有机碳(SOC)含量及水溶性有机碳(WSOC)含量及其结构特征进行分析。结果表明:(1)与CK相比,FM处理0~40 cm土层SOC含量提高7.87%~29.54%,FG处理0~30 cm土层SOC含量增加1.91%~18.61%,30~40 cm土层SOC含量降低7.67%;FM和FG处理0~40 cm土层土壤WSOC含量分别提升13.42%~39.42%和0.28%~26.34%。(2)通过WSOC三维荧光光谱发现,各土层CK(Ex/Em=300/34、Ex/Em=300/340、Ex/Em=240/340、Ex/Em=300/340)处理WSOC荧光特征峰为溶解性微生物代谢产物和类色氨酸蛋白质物质荧光峰;FM(Ex/Em=340/430、Ex/Em=340/430、Ex/Em=340/435、Ex/Em=340/435)和FG(Ex/Em=270/440、Ex/Em=270/435、Ex/Em=340/435、Ex/Em=340/430)处理为类腐殖酸类物质荧光特征峰,腐殖化程度较高,结构较为复杂;荧光区域积分表明,FM和FG处理类腐殖酸类物质(Ⅴ)和富里酸类物质(Ⅲ)的积分百分比分别较CK增加12.18%~27.39%、11.98%~30.72%和3.96%~5.73%、2.99%~5.40%。(3)土壤WSOC包含两个组分,C1(Ex/Em=340/435,270/435)组分为类腐殖酸类物质,C2(Ex/Em=290/345,240/345)组分为溶解性微生物代谢产物和类色氨酸蛋白质物质;F max值结果表明,0~40 cm土层的C1组分相对含量表现为FM>FG>CK,表明秸秆翻埋还田更有助于土壤中营养物质含量增加和形成更高分子量的有机物。综上,不同秸秆还田方式均可提升SOC和土壤WSOC含量,增加腐殖化程度,加强土壤的供肥能力,翻埋还田处理提升作用更为显著。

秸秆还田配施氮肥对黑土玉米田土壤CO_(2)排放与碳平衡的影响

为探寻不同秸秆还田方式配施氮肥对黑土玉米田土壤CO_(2)排放与碳平衡的影响,于2023年开展大田试验,设置秸秆离田(S0,对照)、秸秆覆盖还田(S1)、秸秆旋耕还田(S2)3种秸秆还田方式,同时设置常规施加氮肥(N,250kg/hm^(2))与不施加氮肥(W,0kg/hm^(2),对照)2种施氮模式,共计6个处理。测定不同处理下玉米生育期土壤CO_(2)排放通量以及玉米收获后土壤有机碳(SOC)、可溶性有机碳(DOC)、微生物量碳(MBC)含量,探究土壤CO_(2)累积排放量与SOC、DOC、MBC含量的关系,并分析黑土玉米田生态系统碳平衡状况。结果表明:各处理中土壤CO_(2)累积排放量从大到小依次为S2N、S1N、S0N、S2W、S1W、S0W,其中S2N处理土壤CO_(2)累积排放量较S0W处理显著增加70.31%(P<0.05)。在相同施氮模式下,秸秆还田能够有效增加SOC、DOC、MBC含量,且土壤CO_(2)累积排放量与SOC、DOC、MBC含量呈正相关关系。不同秸秆还田方式配施氮肥下,S1N处理玉米产量最高,为13534.4kg/hm^(2),作物碳排放速率最低,为0.122kg/kg。不同秸秆还田方式配施氮肥下黑土玉米田生态系统碳平衡值均为正值,表现为较强的碳“汇”,其中S1N处理碳平衡值和土壤固碳潜力最大,较其他处理分别增加13.12%~94.05%、3.49%~25.32%。综上所述,在本试验条件下,秸秆覆盖还田+常规施氮(S1N处理)可以实现黑土玉米田土壤固碳减排和作物增产目的。

不同施肥下根际沉积对秸秆碳氮在土壤剖面中固存的影响

【目的】秸秆还田是我国东北黑土地保护的重要措施。在实际的农业生产中秸秆与根际沉积同时存在,然而关于它们同时存在时秸秆碳氮在土壤中的固定特征仍不清楚。本研究旨在比较不同土层土壤有机碳(SOC)中秸秆碳(13C-SOC)和土壤全氮(TN)中秸秆氮(15N-TN)含量的差异,探讨不同施肥下根际沉积对秸秆碳氮在土壤中固存的影响,以期为东北黑土地的保护和利用提供依据。【方法】以沈阳农业大学长期定位试验站不同施肥处理(不施肥,CK;单施化肥,NP)为研究对象,分别仅添加13C15N双标记秸秆(S)和添加13C15N双标记秸秆结合根际沉积(以下简称“根际沉积”)(SR),即设CK+S、CK+SR、NP+S和NP+SR 4个处理。分别在田间原位试验的第50天和第150天采样,并测定不同土层SOC含量及其δ13C值、TN含量及其δ15N值。【结果】在秸秆分解前期(第50天),施肥、根际沉积及其交互作用显著影响(P<0.05)表层(0—20 cm)土壤的13C-SOC和15N-TN含量。第50天,CK+SR与CK+S处理相比,表层土壤的13C-SOC和15N-TN含量分别增加了18.6%和21.7%(P<0.05);不同施肥下,S(CK+S和NP+S)与SR(CK+SR和NP+SR)处理表层土壤13C-SOC对SOC的贡献率平均分别为10.5%和12.0%;CK下两个处理(CK+S和CK+SR)与NP下对应的处理(NP+S和NP+SR)相比,表层土壤15N-TN对TN的贡献率平均增加了27.6%(P<0.05)。第50天,深层土壤(20—50 cm)13C-SOC对SOC的贡献率和15N-TN对TN的贡献率分别为1.0%—2.2%和0.5%—0.9%。在秸秆分解后期(第150天),根际沉积和施肥分别显著影响(P<0.05)表层土壤13C-SOC和15N-TN含量。第150天,仅添加秸秆处理与根际沉积处理相比,表层土壤13C-SOC含量增加了12.6%(P<0.05);CK下两个处理与NP下对应的处理相比,表层土壤15N-TN含量平均增加了22.0%(P<0.05);CK各处理和NP各处理表层土壤15N-TN对TN的贡献率平均分别为5.5%和4.0%。第150天,深层土壤13C-SOC对SOC的贡献率和15N-TN对TN的贡献率分别为0.8%—3.2%和0.7%—1.8%。【结论】秸秆分解后期根际沉积对表层土壤中秸秆碳的固定起负反馈效应,秸秆碳氮不断从表层土壤向深层土壤迁移和累积,其对土壤有机碳和氮库稳定性的影响应予以重视。

基于土壤碳平衡的黑土区县域种养规模优化

东北黑土区是中国商品粮的主产区,近年来存在耕地“变薄、变瘦、变硬”等土壤质量下降问题。农业废弃物作为碳源高效还田是提升土壤质量的重要途径,但目前缺少基于农业-牧业碳素循环调控的区域农业生产系统模式,以促进碳素高效还田和黑土地地力提升。为了探讨基于土壤碳收支平衡来调整农牧规模的方法,该研究选取位于松嫩平原腹地的齐齐哈尔市作为研究对象,核算齐齐哈尔市各县域土壤碳收支状况,以土壤碳排放和碳输入相平衡为目标,通过多目标线性规划方法构建齐齐哈尔市的农牧业碳平衡农业模式。结果表明,各县域主要调整方案为种植业需要减少水稻种植面积,增加玉米的种植面积,养殖业需要增加奶牛养殖规模。调整后种植业和养殖业的废弃物得到全量化利用后,农田土壤碳库不再下降。县域尺度农牧规模需因地制宜的调整,以土壤碳亏损较大的讷河县为例,在保证碳输入及农业经济收益的基础上,增加46%的玉米种植面积,减少63%的黄牛养殖规模,增加85%的奶牛,54%的生猪,76%的羊及71%的家禽养殖规模,可保持土壤碳平衡。种植业和养殖业规模调整后的有机物料还田可替代33%~49%的化肥氮投入,除克东县和克山县的玉米种植外,3种主栽作物的土壤氮承载力均呈现上升趋势。研究提出农业“碳平衡”发展模式,可为黑土区农业-牧业发展实现农业资源的高效利用和中国“双碳”战略提供科学依据。

稻秆碳氮在黑土种稻土壤颗粒有机质中的分配特征

颗粒有机质是土壤活性有机质的重要组成部分,是评估土壤有机质变化的敏感指标。东北地区气候寒冷,稻田土壤淹水期短,非淹水期长且多处于冻结状态,水稻秸秆碳氮在黑土不同种稻年限土壤颗粒有机质中的分配如何尚不清楚。通过室内培养试验,将1%双标记(13C/15N)水稻秸秆添加到不同种稻年限(0、12、35、62和85 a)土壤,淹水培养150 d(培养温度20℃,淹水层1 cm),去除淹水层后冻结培养150 d(培养温度–15℃,饱和水分状态),研究水稻秸秆碳(氮)在不同种稻年限土壤颗粒有机碳(Particulate organic carbon,POC)和颗粒有机氮(Particulate organic nitrogen,PON)中的分配特征。结果表明,在培养过程中,未添加和添加水稻秸秆处理,各年限稻田土壤POC和PON含量均低于对照土壤(0 a),添加秸秆处理的各年限土壤POC和PON含量在淹水培养5 d时明显增加,但其后并未表现出一致的增加趋势。秸秆碳(氮)对各年限土壤POC(PON)的相对贡献率为0.2%~13.9%(0.4%~3.8%),分配进入到各年限土壤POC(PON)中的比率为0.7%~13.8%(1.4%~9.9%);经随后150 d冻结后,秸秆碳分配进入到0 a和12 a土壤POC和PON中的比率明显下降,秸秆氮分配进入到0 a和85 a土壤PON中的比率明显下降,而分配进入到其他年限土壤POC(PON)中的比率仍有增加。秸秆碳在土壤POC中的分配比率与土壤有机碳、全氮和碱解氮含量呈显著负相关,与土壤C/N、有效磷和微生物生物量碳含量呈显著正相关,秸秆氮在土壤PON中的分配比率与土壤有机碳含量呈显著负相关。研究表明东北典型黑土开垦种稻年限越长,土壤有机碳、全氮和碱解氮含量相对较低,而土壤C/N、有效磷和微生物生物量碳含量相对较高,秸秆碳氮在土壤颗粒有机质中的分配比率越大,土壤颗粒有机质对水稻秸秆添加的响应越为敏感。

秸秆还田方式对砂姜黑土有机碳组分和孔隙结构的影响

砂姜黑土容重高、土壤有机碳(soil organic carbon,SOC)含量低是限制作物产量的关键因子,秸秆还田能有效改善土壤结构,提高土壤有机碳含量。为探明砂姜黑土区适宜的秸秆还田方式,进一步培肥改良耕地地力,该研究利用砂姜黑土连续6 a耕作与秸秆还田定位试验,探究不同秸秆还田方式(免耕还田、旋耕还田、深翻还田)对砂姜黑土不同土层(0~10、>10~20、>20~40 cm)有机碳及其组分颗粒有机碳(particulate organic carbon,POC)、矿物结合态有机碳(mineral-associated organic carbon,MAOC)和孔隙结构的影响。研究结果表明:在0~10 cm土层内,3种还田方式下SOC及其组分、土壤总孔隙度和大孔隙度(>50μm)均无显著性差异(P>0.05)。与旋耕还田相比,免耕还田使>10~20和>20~40 cm土层SOC含量分别降低了14.1%、23.7%(P<0.05),对>10~40 cm土层内孔隙结构特征参数无显著影响(P>0.05);与旋耕还田相比,深翻还田使>10~20和>20~40 cm土层SOC含量分别提高了12.7%、44.1%(P<0.05),使>20~40 cm土层POC和MAOC含量分别提高了116.0%和42.4%,显著提高了>10~40 cm土层内>200μm孔隙度、孔隙水力半径、最大连通网络孔隙度和全局连通性(P<0.05)。相关分析表明,POC含量与土壤大孔隙度(>50μm)(R^(2)=0.643,P<0.01)、全局连通性(R2=0.488,P<0.05)、最大连通网络孔隙度(R2=0.564,P<0.05)以及水力半径(R2=0.749,P<0.01)之间呈显著正相关关系(P<0.05)。综上所述,深翻还田促进了砂姜黑土>10~40 cm土层有机碳积累与大孔隙的形成,为该区较适宜的秸秆还田方式。

秸秆全量还田配施沼液对砂姜黑土水稳性团聚体及结合有机碳的影响

为探究秸秆还田配施沼液对土壤水稳性团聚体及结合有机碳的影响,以黄淮海平原砂姜黑土为研究对象,设置秸秆全量还田和秸秆全量还田配施不同剂量(低剂量:450 m^(3)/hm^(2);中剂量:750 m^(3)/hm^(2);高剂量:1050 m^(3)/hm^(2))沼液处理以及空白对照,采集并分析了不同土层(0~20 cm和20~40 cm)水稳性团聚体及结合有机碳的分布情况。结果表明:相较于对照,秸秆还田和沼液灌施均显著促进各土层水稳性大团聚体形成及稳定性提高。秸秆还田配施中量沼液处理>0.25 mm粒径团聚体质量组成比例(WR0.25)、平均重量直径(MWD)和几何平均直径(GMD)最高,而团聚体破碎率(PAD)和分形维数(D)最低。单一进行秸秆还田和秸秆还田配施不同剂量沼液均显著增加各土层大团聚体结合有机碳贡献率,降低<0.25mm粒径土壤颗粒结合有机碳的贡献率。秸秆还田配施中量沼液处理使得大粒径团聚体结合有机碳贡献率显著高于其他处理。因此,进行秸秆全量还田配施适量沼液有助于该区域砂姜黑土土壤结构的改善和土壤有机碳的积累,促进水稳性大团聚体的形成和团聚体稳定性的提高,并通过影响各粒径团聚体结合有机碳含量,提高有机碳在大粒径团聚体中的分布,其中以秸秆全量还田配施中量沼液处理团聚体稳定性及结合有机碳提升效果最为明显。

活性秸杆炭素吸附-化学氧化法在印染废水处理中的应用研究

介绍了硫酸活化秸杆炭黑制备活性秸杆炭素与化学氧化法结合处理印染废水的反应机理及处理效果。实验结果表明,用该法制备的活性炭素可使印染废水的脱色率达到100%。活性炭素吸附-化学氧化法可使原水的CODCr从1632mg/L降至32mg/L,CODCr的去除率达到98%。该法具有成本低、操作简便、处理效果好的优点。

添加秸秆和黑炭对水稻土碳氮转化及土壤微生物代谢图谱的影响

通过向水稻土中添加秸秆和黑炭进行水稻盆栽实验(秸秆的添加量为2g/kg和10g/kg,黑炭的添加量为5g/kg和25g/kg),分别在孕穗期和成熟期取样研究土壤碳氮转化及微生物代谢剖面的变化。对土壤有机碳、全氮、铵氮等含量的测定结果显示,秸秆和黑炭均能于一定程度上促进土壤碳氮转化,提高水稻产量;Microresp方法检测的微生物代谢图谱表明,秸秆和黑炭的添加量越大,对微生物的代谢影响越大。造成这些差异的主要原因是添加秸秆和黑炭后微生物对果糖、丙氨酸、乙酰葡萄糖胺和赖氨酸盐酸盐的利用率上升。另外,秸秆对微生物碳和净碳矿化速率的影响显著高于黑炭,而黑炭对水稻产量和土壤固碳的影响更大。

粉碎与颗粒秸秆高量还田对黑土亚耕层土壤有机碳的提升效应

针对东北黑土亚耕层有机碳匮乏,且秸秆体量大、利用困难的问题,于2015—2018年开展田间定位实验,以秸秆不还田为对照(CK),探究粉碎秸秆(FS)与秸秆颗粒(KL)处理下1倍量(15 t·hm^–2)、3倍量(45 t·hm^–2)、5倍量(75 t·hm^–2)的深埋还田对土壤有机碳含量、有机碳结构以及土壤养分比例的影响,旨在通过"变废为宝"促进黑土地可持续发展。结果表明:1)秸秆还田对20~40 cm土壤亚耕层有机碳提升效果显著,随着秸秆倍量的增加,亚耕层土壤有机碳在2%~20%(1 a)、5%~27%(2 a)、1%~18%(3 a)之间变化,高倍量还田优势显著;秸秆还田2 a土壤有机碳增长率最高,表明还田第2年是有机碳的主要积累时期,且秸秆倍量是影响有机碳变化更重要的因素。2)秸秆还田3 a后,FS5处理的脂化度较高而KL5处理的芳香度较高,粉碎秸秆高量还田更易促进烷基碳链型有机碳合成,而KL5处理易促进芳香烃类有机碳合成。3)高量还田后亚耕层土壤碳氮比与碳磷比增幅大于10%,碳钾比增幅大于20%,且秸秆颗粒还田对养分元素比例的提高具有短期快速效应,而粉碎秸秆具有长期缓释效应。秸秆高量深埋还田显著提高亚耕层土壤有机碳含量,平衡碳与氮、磷、钾养分元素比例关系,是增厚培肥黑土层以及解决东北秸秆还田问题的可行方法。

用草浆造纸黑液制取活性炭

本法用酸水解炭化、ZnCl_2活化法处理草浆造纸黑液生产活性炭.结果表明,由7—8Be的草浆黑液1L可制20g左右的活性炭.活性炭的碘值>1000mg/g,亚甲基兰值>180ml/g,其主要指标已超过我国LY216-79和日本JIS K1426标准一级品的要求.提取活性炭后,黑液中COD_(Cr)去除率达72％,色度去除率达93％.残液还可作提取Na_2SO_4、糠醛的原料.

δ^(13)C法研究砂姜黑土添加秸秆后团聚体有机碳变化规律

为研究水稻秸秆添加对砂姜黑土水稳性团聚体分布及稳定性的影响,探索水稻秸秆腐解过程中外源新碳及原有机碳在不同粒级团聚体中的分配规律,该文通过室内模拟试验,运用δ^(13)C示踪方法,将稳定同位素碳(δ^(13)C)标记的水稻秸秆添加入砂姜黑土,利用湿筛法得到不同培养时期不同粒级的土壤水稳性团聚体,测定不同时期各粒级土壤外源新碳及原有机碳含量。结果表明:未添加水稻秸秆的砂姜黑土(对照组),水稳性微团聚体(<250μm)占主体,团聚体有机碳含量低。与对照相比,添加水稻秸秆(试验组)显著促进了>2000、2000~250μm粒级水稳性大团聚体的团聚(P<0.05);培养到120 d时,>2000、2000~250μm水稳性团聚体比对照组分别增加了265.5%、16.0%,促使水稳性大团聚体(>250μm)占主体,显著提高了砂姜黑土水稳性团聚体的平均重量直径(mean weight diameter,MWD)、几何平均直径(geometric mean diameter,GMD)、水稳性大团聚体含量(R0.25),降低了分形维数(D)值(P<0.05),土壤结构稳定性明显得到改善。试验组各粒级团聚体有机碳含量显著增加,培养到15 d时,>2000、2000~250、>250~53、<53μm粒级团聚体有机碳分别比对照组增加了21.4%、25.4%、34.7%、50.0%,其中微团聚体有机碳增加幅度大于大团聚体的增加幅度。MWD、GMD、R0.25与2000~250、>250~53μm粒级团聚体有机碳呈极显著正相关关系(P<0.01),与>2000μm粒级团聚体有机碳呈显著正相关关系(P<0.05)、与<53μm粒级团聚体有机碳关系不显著。不同粒级团聚体的δ^(13)C值明显增加,动态变化较大,表明外源新碳周转速率较快。外源新碳主要分配在>250~53、<53μm粒级微团聚体中,分配比例分别为38%、28%,外源新碳的分解速率明显快于原有机碳。研究得出添加水稻秸秆有利于增加砂姜黑土的团聚体稳定性,提高土壤及不同粒级团聚体的有机碳含量,提升土壤碳水平,改善了土壤结构,这为淮北地区土壤质量提升及有机碳循环提供了理论依据。

生物炭与秸秆添加对砂姜黑土团聚体组成和有机碳分布的影响

【目的】研究生物炭与秸秆添加对砂姜黑土团聚体组成、稳定性以及不同粒级团聚体有机碳分布的影响,为砂姜黑土黏板障碍因子改良和合理培肥制度建立提供科学依据。【方法】在光照培养室内用砂姜黑土进行的培养试验,试验设置4个处理:对照(不施有机物料,CK)、单施生物炭(5%生物炭,B)、单施秸秆(1.5%玉米秸秆,S)和生物炭与秸秆配施(5%生物炭+1.5%的玉米秸秆,BS)。培养6个月后采集土壤样品,利用湿筛法得到不同粒级的土壤水稳性团聚体,测定各粒级土壤团聚体有机碳含量。【结果】不同有机物料处理对>2 mm团聚体含量影响较大,其中施用秸秆显著提高了该粒级团聚体含量。单施生物炭有利于0.053—0.25 mm粒级团聚体含量的增加;施用秸秆有利于0.5—2 mm团聚体含量的增加,较对照显著增加14%—68%。单施生物炭对平均重量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)和大于0.25 mm团聚体含量(R0.25)无显著影响,单施秸秆和生物炭与秸秆配施则显著提高了MWD、GMD和R0.25。同时,各有机物料施用都显著降低了团聚体分形维数(D)。与对照相比,各有机物料处理土壤有机碳含量都显著提高,其中生物炭与秸秆配施处理含量最高,较对照提高了160%。各有机物料处理不同粒级团聚体中有机碳含量也显著提高,与对照相比,各粒级有机碳含量提高了54%—353%。随土壤粒径的增大,添加生物炭处理不同粒级团聚体有机碳含量分布呈现"V"型趋势,单施秸秆处理呈逐渐增加趋势。大团聚体有机碳的贡献率为S处理>BS处理>CK处理>B处理,微团聚体则表现出相反的规律。0.5—1 mm粒级团聚体对土壤有机碳的贡献率最大,为6%—33%。【结论】单施生物炭对土壤水稳性大团聚体含量和团聚体稳定性的影响不显著,而生物炭与秸秆配施不仅能提高土壤大团聚体含量,增加土壤团聚体的稳定性,而且提高土壤及不同粒级团聚体的有机碳含量,改善了土壤性状。相比之下,生物炭与秸秆配施是改善砂姜黑土结构和提升碳水平的最佳培肥措施。

菌剂降解秸秆直接还田对黑土土壤碳素和氮素的影响

[目的]通过3年菌剂降解秸秆直接还田试验,研究了东北黑土土壤碳素和氮素的变化。[方法]采用TOC仪和凯式定氮仪,测定土壤有机质、全氮、微生物量碳和微生物量氮。[结果]与初始的基础肥力相比,各处理土壤有机质含量均有所增加,分别提高了23.39%、18.23%和15.96%。各处理土壤微生物量碳含量在灌浆期达到最高,复合菌处理和纤维素分解菌处理明显高于对照,分别是对照的1.24倍和1.17倍。除2011年施菌剂处理土壤全氮含量显著低于对照外,2010年和2014年施菌剂处理土壤全氮含量均高于对照。土壤微生物量氮含量由大到小依次为复合菌>纤维素分解菌>对照。随着菌剂降解秸秆直接还田年份的增加,各处理土壤的C/N均有所提高,且2014年各处理土壤的C/N显著高于2010年和2011年,接近于微生物降解的最佳C/N(25∶1)。[结论]菌剂降解秸秆直接还田增加了土壤有机质、微生物量碳、全氮、微生物量氮含量和C/N,且2014年各处理土壤的C/N接近于25∶1。

麦草浆蒸煮黑液木素制备活性炭

以麦草浆蒸煮黑液中木素为原料,采用正交实验方法,探讨了活化时间、活化温度、磷料比对制备活性炭性能的影响和最佳工艺条件。结果表明,麦草浆蒸煮黑液中木素可以作为制备活性炭的优良原料,最佳制备工艺条件为温度600℃、磷料比3·5∶1、活化时间70min;制备的活性炭亚甲基蓝吸附值可达16·3mL/0·1g,为活性炭国家一级品标准(LY216-79)的1·36倍。三因素对活性炭亚甲基蓝吸附能力影响顺序为活化温度>磷料比>活化时间。

秸秆还田对连作玉米黑土团聚体稳定性及有机碳含量的影响

研究玉米连作后秸秆还田对黑土团聚体含量变化和团粒结构中有机碳的影响,为黑土碳固定和可持续利用提供理论依据。以玉米连作5年的典型黑土为研究对象,通过对秸秆还田配施氮肥处理的土壤团聚体、有机碳、容重及田间持水量等指标的测定,分析秸秆连续还田对土壤理化特性的影响。不同处理下土壤团聚体机械稳定性均以≥10 mm粒径的土粒含量最多,平均含量达到30. 2%,其中0～20 cm土层含量最高;土壤团聚体水稳性随土层深度的增加逐渐降低。在稳定性上,施用氮肥处理大于不施用氮肥处理,秸秆还田处理大于秸秆不还田处理,≥0. 25 mm土壤团粒结构体大小顺序为:ST-OPT (秸秆还田优化施肥)> ST-NO (秸秆还田不施氮肥)> OPT (优化施肥)> CK-NO (无秸秆无氮肥);土壤容重与田间持水量成线性显著负相关关系(r=0. 884); 0～20 cm土层有机碳含量最高,30～50 cm土层有机碳含量不同粒级变化不显著; 2～1 mm粒级团聚体有机碳含量最高35. 1 g·kg^(-1),比其它粒级平均高出14. 5%;秸秆还田后的OPT、STOPT和ST-NO处理比CK-NO处理有机碳含量分别提高10. 5%、2. 01%和5. 50%。秸秆还田配施氮肥更有利于土壤大团聚体的形成,各粒级团聚体内的有机碳含量提高,且明显提高了大团聚体中有机碳对土壤有机碳的贡献。

玉米秸秆对不同有机碳含量的黑土有机碳库的影响

【目的】研究玉米秸秆不同添加量对不同有机碳含量的黑土土壤有机碳库的影响,为提高退化的黑土质量以及利用秸秆修复退化黑土提供重要参考。【方法】通过室外培养法,在2种不同有机碳含量的黑土中添加不同量(w)的玉米秸秆(0.5%、1.5%和2.5%),研究黑土有机碳库中总有机碳(TOC)、易氧化有机碳(ROC)、微生物量碳(MBC)、溶解性有机碳(DOC)、颗粒有机碳(POC)、轻组有机碳(LFOC)、矿物结合态有机碳(MOC)、重组有机碳(HFOC)和惰性碳(IOC)的含量变化及各组分之间的相关关系。【结果】不同添加量的玉米秸秆均可增加2种有机碳含量黑土的TOC、ROC、MBC、DOC、POC、LFOC、MOC和IOC含量,且对低有机碳含量的黑土提高效果更明显,但却降低了2种黑土的HFOC含量。土壤有机碳库各组分除LFOC和HFOC之外均与TOC具有极显著正相关关系,ROC、MBC、DOC和POC含量之间具有极显著相关性。【结论】添加不同量玉米秸秆对2种有机碳含量的黑土均有一定的影响,高添加量秸秆施入可以有效提升高、低有机碳含量黑土的有机碳库组分,对低有机碳含量的黑土效果更好。在本试验玉米秸秆添加范围内,最佳添加质量分数为2.5%。

砂姜黑土玉米秸秆有机碳的矿化特征

【目的】探讨不同温度(10℃、20℃、30℃)、不同秸秆加入量(秸秆全量和过量)条件下,玉米秸秆还田对土壤有机碳矿化特征及其环境因子的响应机制。【方法】采用室内恒温控湿好气培养试验,对安徽淮北砂姜黑土在不同温度(10℃、20℃、30℃)条件下,设置50 g土样中加秸秆0.3 g(处理Ⅰ)、1.5 g(处理Ⅱ)、3.0 g(处理Ⅲ)及不加秸秆(CK)的处理,进行240 d的矿化培养。【结果】温度对有机碳矿化影响显著,在对照(CK)和秸秆加入量相同的处理中,有机碳的矿化累积量均随温度(10—30℃)升高而增加;温度较低(<20℃)时,CK、Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ各处理的有机碳矿化温度系数(Q10)平均值约为1.229、1.251、1.572、1.399,温度较高(>20℃)时,CK、Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的Q10平均值约1.006、1.249、1.401、1.374,Q10值在温度较低时大于温度较高时,说明低温条件下,有机碳矿化速率对升温更敏感。同一温度条件下,不同处理秸秆加入量越大,有机碳矿化累积量越高,有机碳矿化的日变化量也越大。本试验中,一级动力学方程能较好地描述了不同处理土壤有机碳的矿化累积动态。土壤有机碳的潜在矿化量(C0)随温度变化不明显,在同一温度条件下,秸秆加入量越大,C0值越大。【结论】一级动力学方程能较好地描述不同处理土壤有机碳的矿化累积动态。不同温度、不同秸秆还田量及温度和秸秆还田量的交互作用,对玉米秸秆矿化过程中土壤有机碳含量的影响均达到显著水平。

秸秆还田量对黑土区土壤及团聚体有机碳变化特征和固碳效率的影响

【目的】探讨不同秸秆还田量下土壤及团聚体有机碳的变化特征,阐明土壤及团聚体有机碳储量变化对外源有机碳累积投入的响应关系,揭示黑钙土土壤及团聚体固碳效应和土壤有机碳定量提升机理。【方法】于2012年4月在吉林省农安县玉米主产区设置了玉米秸秆还田量田间定位试验,共设计4个处理:秸秆还田量0(SA0)、秸秆还田量4 500 kg·hm-2(SA300)、秸秆还田量9 000 kg·hm-2(SA600)、秸秆还田量13 500 kg·hm-2(SA900)。利用多年试验土壤有机碳储量与外源有机碳投入的数据分析其量化关系和固碳效率。通过湿筛法筛分>2 mm、2—0.25 mm、0.25—0.053 mm和<0.053 mm粒级团聚体,分析不同粒级团聚体有机碳储量变化特征及固碳效应。【结果】长期秸秆还田能显著提高土壤有机碳含量,秸秆还田SA600和SA900两处理土壤有机碳含量均显著高于秸秆不还田(SAO)、低量秸秆还田(SA300)(P<0.05),并且后3年SA900和SA600两处理土壤有机碳含量差异达显著水平。2015—2018年间,SA900处理土壤有机碳较SA0处理分别依次提高了11.0%、15.8%、17.2%、23.1%。土壤总有机碳储量与外源有机碳输入呈极显著正线性相关关系(P<0.01),其中土壤总固碳效率为12.9%。与秸秆不还田(SA0)相比,秸秆还田SA600和SA900两处理均显著提高了各粒级团聚体有机碳含量(P<0.05),尤其是对大团聚体(>0.25mm)有机碳含量增加贡献更大。高量秸秆还田(SA900)处理的>2 mm和2—0.25 mm粒级团聚体有机碳储量较秸秆不还田(SA0)处理分别提高了45.5%和47.7%。除<0.053 mm团聚体外,其他粒级土壤团聚体有机碳储量增加量与累积碳投入量增加量呈显著正线性相关关系(P<0.05);大粒级团聚体固碳效率显著高于小粒级团聚体,>2 mm和2—0.25 mm粒级团聚体固碳效率分别为4.9%和13.6%。依据秸秆还田下土壤固碳效率,预测未来10年内土壤有机碳储量要提升10%、20%、30%,每年需额外分别投入风干玉米秸秆约5.99、11.98、17.97 t·hm-2。【结论】玉米秸秆还田能显著促进黑钙土土壤及团聚体有机碳累积,并且土壤有机碳含量均随秸秆还田量和试验年限的延长而增加,有机碳主要集中固持在大团聚体中。表明秸秆还田是黑土区土壤肥力提升的重要培育措施,大团聚体有机碳可作为评价土壤有机碳变化对不同土壤培肥措施快速响应的重要指标之一。

南京春夏秸秆焚烧期间大气黑碳气溶胶来源解析

黑碳气溶胶(black carbon,BC)严重影响大气空气质量和气候效应。在中国,每逢农作物收获期间在因秸秆焚烧产生的烟羽中会观测到高浓度的BC。然而,定量解析BC的来源仍是一大难题。该研究运用七波段黑碳仪(Aethalometer)实时在线观测,结合Aethalometer模型,对春夏秸秆焚烧期间南京地区3个观测点(城市、郊区、乡村地区)的BC进行来源解析,分析化石燃料和生物质燃烧分别对BC的贡献。结果表明,BC在南京城区、郊区和乡村整个观测期间的平均质量浓度分别为4.28、5.10、4.56μg/m^3;其中,化石燃料和生物质燃烧排放的BC其平均占比分别是是82.5%和17.5%、82.9%和17.1%、85.5%和15.5%。可见观测期间化石燃料燃烧排放源是南京地区大气中BC的主要来源。而在高浓度BC时期(~19.46μg/m^3),化石燃料和生物质燃烧排放源对BC的贡献分别为69.0%~75.6%和24.4%~31.0%;同时结合潜在源贡献函数分析发现与生物质燃烧有关的潜在源主要分布在安徽南部地区并会对南京地区大气中高浓度的BC产生很大的贡献。