秸秆和生物炭对黄绵土稳定性能影响的研究

为研究不同有机物料对黄绵土土壤团聚体和稳定性的影响,以陕西富平黄绵土为研究对象,通过添加两种有机物料(生物炭和秸秆),分析团聚体组成、水稳性团聚体稳定性、平均质量直径、几何平均直径和分形维数等指标,旨在为改良黄绵土障碍因子及合理提升肥力提供科学依据。利用光照恒温培养箱,设置4个试验处理,分别为对照(无添加,CK);玉米秸秆(5%秸秆,S1);生物炭(5%生物炭,S2);生物炭和秸秆混施(5%生物炭+5%秸秆,S3),培养90 d后采集土壤样品,选择干筛法和湿筛法测定团聚体,分析不同处理下黄绵土的稳定性能。结果表明:(1)添加有机物料的处理需水量均高于对照处理,增加量分别为0.42、1.10和1.76g。(2)不同处理下的0.25 mm的团聚体数量大小依次为CK S1S2S3。(3)不同有机物料添加下的黄绵土土壤水稳性团聚体稳定率、平均质量直径、几何平均直径和分形维数均优于对照,水稳性团聚体稳定率较对照CK处理提高幅度为3.35%～17.21%,平均质量直径提高幅度为9.81%～83.01%,几何平均直径提高幅度为3.11%～21.25%;且生物炭对土壤团聚体作用改善效果优于玉米秸秆,两者混合施用效果较单一施用效果提升显著,黄绵土分形维数与0.25 mm的团聚体数量存在显著的负相关关系,且R~2=0.957。综合分析,添加有机物料可有效增加黄绵土大团聚体含量,从而提升土壤稳定性和抗蚀性,并且以生物炭和秸秆混合施用效果最优。     

秸秆和生物炭对砒砂岩与沙“复配土”稳定性的影响

本研究将不同有机物料添加到砒砂岩与沙体积比为1∶2的复配土中,试验设置4个处理,对照(不添加有机物料,CK)、单施秸秆(秸秆5%,T1)、单施生物炭(生物炭5%,T2)、配施生物炭和秸秆(生物炭5%+秸秆5%,T3),分别培养30 d后采集土壤样品,分析各处理的土壤需水量、团聚体粒径分布、水稳性团聚体稳定效率、平均重量直径、平均几何直径和分形维数等。研究结果表明:培养周期,四种处理的平均需水量以对照最高,且处理间差异显著(P0.05)。各处理的团聚体百分含量(0.25 mm)以CK最低,T3最高,趋势呈现为CK T1T2T3,添加有机物料后的复配土稳定性指标均比对照高,且混施物料对团聚体稳定指标改善效果优于单一物料。在干筛法和湿筛法处理下,不同团聚体分形维数的范围为2.79～2.89,表现趋势为T3 T2 T1 CK;湿筛法,复配土分形维数(y)与WR_(0.25)(x)之间存在良好的线性方程关系,即为y=-0.002 8x-2.989 2,且R~2=0.93。研究综合分析,通过增加有机物料的施入可有效增加复配土稳定性,并且可改善结构,而且有机物料的混施后的改善效果更好。     

不同轮耕方式对新增耕地土壤团聚体分布及稳定性的影响

为了探明不同轮耕方式对以生土为构建材料的新增耕地的土壤团聚体粒径分布及稳定性的影响,于2018年10月对免耕—深松—免耕、免耕—深松—翻耕、深松—深松—深松、深松—深松—翻耕四种不同的轮耕方式下0～20cm土层土壤进行采集,分析轮耕方式对土壤团聚体粒径、数量及其结构稳定性的影响。研究结果表明:在新增的可耕作土地中采取不同的轮耕方式,其中深松耕作的次数越多,0.25mm风干团聚体含量越高,土壤团聚度越高;免耕次数越多,0.25mm的水稳性团聚体含量越高,水稳性团聚度越高,团聚体破坏率越小;翻耕则会降低土壤团聚体含量。相关分析表明,影响土壤团聚体平均质量直径(MWD)的主要限制因素为大团聚体含量,容重、孔隙度、团聚体破坏率等因素对其影响不显著。综上,免耕—深松—免耕模式下,土壤水稳性团聚体含量较高,团聚体稳定,形成的土壤结构良好,为新增耕地可采用的优化轮耕方式。     

生物炭和秸秆施用对复配土壤物理性状及团粒结构的影响

为了探明生物炭和秸秆施用对砒砂岩与沙复配土壤物理性状和团粒结构的影响,进而为复配土壤的结构改良提供理论依据。通过盆栽试验,选取砒砂岩与沙(1∶2)复配土壤作为研究材料,设置4个处理(CK:复配土;T1:复配土添加5%的生物炭;T2:复配土添加5%的秸秆;T3:复配土添加2.5%生物炭+2.5%秸秆),3个重复进行试验,对复配土壤的容重、田间持水量和团粒结构进行研究。结果表明:(1)各处理和空白对照CK相比,均显著降低了复配土壤容重,提高了复配土壤的田间持水量,其中T3对复配土壤容重和田间持水量的影响程度明显强于T1和T2;(2)各处理表层土壤R_(0.25)含量均优于空白对照CK,其中T3对复配土壤DR_(0.25)和WR_(0.25)含量影响显著,T1和T2仅对复配土壤WR_(0.25)含量影响显著;(3)干筛和湿筛下,各处理复配土壤平均重量直径(MWD)和平均几何直径(GMD)的大小顺序为:T3T2T1,T3处理对两者的影响程度均达到了显著水平。生物炭和秸秆还田混合施用更加有利于促进复配土壤结构的改善和团粒结构的增加。     

不同改良措施下土壤团聚体组成与稳定性分析

黄泛区土壤团聚体稳定性较差,流水对土壤的侵蚀作用较强。本文以兰考县为研究区,将沙化耕地作为研究对象,设计4个试验组,采取4种改良措施（分别施用复合肥、污泥生物质炭、鸡粪和粉碎秸秆）,同时设置1个空白对照组,14个月后采集土壤样品,计算土壤团聚体组分比例,判断不同改良措施对土壤团聚体稳定性的提升效果。结果显示,施用污泥生物质炭时,土壤团聚体稳定性最好。     

基于蓄排水模式下盐碱地土壤稳定性空间变异效应研究

针对陕西卤泊滩盐碱地在蓄排水模式下对土壤物理特征、稳定性及有机碳储量的影响展开研究,力求为提高治理盐碱地的土壤物理性质、稳定性及有机碳储量提供科学依据。在陕西富平设置盐碱地模型试验,分别设置排水和蓄水2种处理,测定分析0~30cm土层土壤容重、孔隙度、田间持水量及平均质量直径(WMD)、几何平均直径(GMD)、水稳性团聚体稳定率(WASR)、团聚体破坏率(PAD)、分形维数(D)和有机碳储量,并分析各指标间关系。结果表明:蓄水处理较传统排水处理可有效降低0~30cm土层土壤容重幅度为1.3%~4.2%,同时提高土壤孔隙度和田间持水量。干筛和湿筛处理下0~30cm土层土壤稳定性均呈现蓄水处理高于排水处理,土壤WMD和GMD表现趋势相似且均随着土壤深度的增加而增加;土壤水稳性团聚体稳定率提高幅度为14.5%~53.4%;平均团聚体破坏率较排水处理低3.2%,差异显著(P0.05)。蓄水处理可有效提高0~30cm土层土壤有机碳含量和有机碳储量,两者分别较排水处理高13.4%~27.9%和9.9%~18.8%。0~30cm土层土壤平均团聚体破坏率、分形维数与土壤有机碳储量(Y)均存在负相关关系,且相关系数分别为r=0.927 0和r=0.969 3,差异性显著(P0.05)。综上所述,蓄水处理较排水处理可有效改善土壤质量,提高土壤稳定性及土壤有机碳储量,可良好的实现盐碱地治理。     

施用有机肥对土壤团聚体的影响研究

为研究施用不同有机肥对土壤团聚体的影响,在马龙县旧县镇花龙潭进行了有机肥田间试验。以不施肥作为空白对照,研究不同施肥处理对机械稳定性团聚体和水稳性团聚体的影响以及有机质含量和土壤团聚体的关系。结果表明,与空白对照相比,其他处理均能不同程度提高土壤中0.25mm团聚体的含量,其中WP有机肥+有机碳配施对团聚体的影响已经达到了显著水平。与空白对照相比,各处理土壤中有机质的含量均有升高。因此,施用不同有机肥可以增加土壤团聚体水稳性和机械稳定性,提高土壤有机质含量,改善土壤结构。     

炭化温度对秸秆制备生物质炭基本理化性质和养分影响研究

为了研究制备条件对制成的生物质炭产率和养分特性的影响,本文选用小麦、玉米、水稻三种不同作物的秸秆作为制备生物质炭的原材料,在马弗炉内经不同温度(300℃-C1、400℃-C2、500℃-C3、600℃-C4、700℃-C5)高温炭化形成生物质炭,分析在不同温度下形成生物质炭的pH、电导率、生物质炭产率和养分特性,包括水溶性钾、全氮、有机质等。结果表明,5种不同处理下,三种作物秸秆生物质炭的pH均为碱性,pH、电导率随着炭化温度的升高呈现先增大后减少的趋势。三种作物秸秆生物质炭产率均随炭化温度的升高逐渐减小,且小麦秸秆生物质炭产率受炭化温度影响较大;炭化温度较高时,玉米秸秆的生物质炭产率显著高于另外两种作物。三种作物秸秆生物质炭的水溶性钾含量随着炭化温度的升高呈现先增大后减少的趋势,在500℃～600℃之间水溶性钾含量最高;有机质含量随炭化温度的升高显著增加,而全氮含量随炭化温度的升高逐渐减小。     

连续秸秆还田对东北黑土区耕层土壤肥力的影响

为了研究长期秸秆覆盖还田对黑土区玉米—大豆轮作下土壤肥力的影响,本试验于2007~2013年在中国科学院东北地理研究所海伦生态实验站开展田间定点试验,选择该地区典型性的土壤类型—黑土为研究对象,以大豆和玉米轮作为主要种植模式,研究了无肥(CK)、单施化肥(NPK)和秸秆还田配施化肥(NPK+S)3种处理对土壤耕层(0~20cm)有机质含量及土壤养分的影响,并与2007年初期土壤进行比较。结果表明,与CK处理、NPK处理和初始土壤相比,NPK+S处理增加了土壤有机质和总磷含量,同时,秸秆还田配施化肥与单施化肥处理相比,碱解氮、速效磷和速效钾含量分别提高了8.44%、119.91%和10.03%,提升作用显著。通过试验可以得出,秸秆还田配施化肥不仅能提高黑土有机质含量,还能明显改善土壤的养分状况,对黑土肥力提升具有积极意义。     

不同秸秆还田方式对土壤有机质及速效养分的影响

为探明不同秸秆还田方式对大田表层(0~5cm)土壤有机质及速效养分的影响,设置4种不同秸秆还田方式:秸秆不还田(CK)、秸秆焚烧还田(SA)、秸秆粉碎还田(SC)、秸秆高留茬还田(SH)。结果表明:秸秆直接还田(SC、SH)显著提高了土壤有机质含量(P0.05),在玉米苗期、大喇叭口期、成熟期相比CK提高幅度分别为0.5%~5.3%、2.6%~9.5%、4.5%~18.9%;秸秆焚烧还田降低了土壤有机质含量,各时期分别比CK降低8.9%、14.7%、8.5%。对速效磷、速效钾的影响,各处理表现为SCSHSACK,经过玉米生育期,三种还田处理的速效磷、速效钾含量分别比CK提高了24.5%~53.9%、24.6%~70.9%。玉米生育期内,SA、SC、SH的速效氮(硝态氮、铵态氮)含量相比CK的增加幅度呈现先减小后增加的趋势。SC的硝态氮含量在玉米苗期和大喇叭口期高于其他处理,铵态氮含量在玉米成熟期高于其他处理;SA的硝态氮含量在玉米成熟期高于其他处理,铵态氮含量在玉米苗期和大喇叭口期高于其他处理;经过玉米生育期,三种还田处理的硝态氮、铵态氮分别比CK提高了9.4%~57.2%,10.5%~50.2%。综合各项指标,秸秆粉碎还田处理对土壤有机质和速效养分的积累有最明显的作用。     

生物质炭肥料对夏玉米生长的影响

生物质炭农业与环境应用已经成为国内外的研究热点,本研究将生物质炭与一定量的化学肥料混合,制造成生物质炭肥料,并施入农田,研究生物质炭肥料对夏玉米生长及土壤性质的影响。结果表明:所有施肥处理,土壤pH值、有机质、碱解氮及有效钾显著提高,施用生物质炭肥料,土壤有效钾明显高于其他处理。施用生物质炭肥料显著提高了玉米籽粒产量和地上部生物量,平均分别提高了19%和23%;茎干、叶片和籽粒的NPK含量也显著提高,尤其是叶片NPK含量,平均分别提高了25%、36%和118%,同时加入肥料添加剂的效果更好。研究结果说明生物质炭肥料不仅提高了玉米生物量和产量,而且对土壤具有一定的培肥作用,与肥料添加剂一起施用效果更好。     

生物炭对矿区重金属污染土壤养分影响及修复效果

通过生物炭—辣椒盆栽试验,研究果木炭与猪粪炭在0%(CK)、5%(G5和Z5)和10%(G10和Z10,以风干土计)添加量下,种植辣椒后对重金属污染土壤养分及修复效果的影响。结果表明:添加生物炭后(未种植作物),与CK组相比,土壤全氮、有效磷和速效钾含量明显增加,且添加猪粪炭对养分含量提升效果更显著。种植后,土壤有效磷和速效钾含量均有所下降,而仅添加猪粪炭使全氮含量有所下降。种植前后猪粪炭添加有利于土壤养分的提升与保持,且Z10组效果最佳。生物炭对Pb、Hg和Cd的修复效果依次减弱。其中,猪粪炭添加对三种重金属的修复效果整体较优,且修复效果随猪粪炭浓度增加显著增强;果木炭对Pb和Hg的修复效果较好,对Cd的修复效果较不稳定,后期治理中可优先选用猪粪炭进行修复。     

基于计算实验的砒砂岩与沙复配土团聚结构与质地变化的仿真研究

团聚体的形成主要靠粘粒的内聚力及铁铝氧化物的胶结作用,本文考虑单一因素粘粒对团聚体形成的影响,并定量化表达和探讨对有机质含量较小的砒砂岩和沙复配土中粘粒和水稳性团聚体的相关性,并通过计算机模拟仿真进行相关性验证,达到以土壤质地中粘粒的含量预测土壤团聚体的目的。本文将砒砂岩与风沙土分别按1∶1,1∶2,1∶5和0∶1质量比复配并在2010年建立小区,经过20102013年连续4年的试验连续取样观测,用激光粒度分析仪和湿筛法分别对其粒度组成及水稳性团聚体分析研究。根据混合后未种植以及20102013年5次实验数据表明(相关系数分别是0.742、0.794、0.887、0.714、0.755),不同年份的粘粒含量和团聚体具有正相关性,且相关性随年份变化相对稳定,时间变异不大。根据multi-agent(MAS)方法建立人工土壤团粒模型(Artificial Soil Aggregates Model,简称ASAM),以粘粒含量对团聚体含量的进行预测,预测结果与实测值基本吻合。研究结论:(1)针对有机质含量较少的砒沙岩与沙复配土,粘粒含量和团聚体含量具有较好的正相关性,且相关性随年份变化相对稳定;(2)仿真结果表明,利用ASAM模型仿真,计算仿真结果与实测数据趋势基本一致,首次将计算实验方法应用于复配土壤微结构变化过程研究,对不同复配土壤微结构变化定量描述提供了新的方法,并对土壤复杂性仿真提供了一条可行性途径,具有一定推广和应用前景。     

施用厨余有机肥对皖北小麦产量及土壤理化性质的影响

为探究厨余废弃物资源化利用对皖北小麦产量和土壤理化性质的影响，本文开展为期两年的有机肥替代化肥试验，设置4个处理，即厨余有机肥替代20%化肥（COF20）、商品有机肥替代20%化肥（SOF20）、纯施化肥（UF）和不施肥（CK），在成熟期对小麦产量及土壤养分进行测定分析。结果表明，COF20和SOF20处理的小麦产量和土壤养分含量均显著高于对照组CK，但产量相较于UF处理有所下降；COF20和SOF20处理下的土壤容重均显著低于UF和CK，同时两种有机肥替代处理下的1～2 mm、0.5～1.0 mm非水稳性团聚体所占比例显著高于UF和CK;COF20和SOF20处理显著提高土壤pH，缓解土壤酸化问题；此外，COF20处理下的土壤有机质、全氮和碱解氮显著高于其他处理。总体来看，厨余有机肥替代化肥能够提高土壤肥力，有助于皖北地区小麦稳产。     

不同修复材料对空心菜铅镉重金属富集特征的影响研究

采用Pb、Cd复合污染的土壤进行盆栽试验,以空心菜为试验对象,分别研究有机质、生物炭和铁渣对空心菜-土壤系统中空心菜生长状况以及重金属Pb和Cd累积与分布的影响,探寻不同修复材料对空心菜Pb、Cd富集的影响。结果表明:添加5g·kg~(-1)铁渣的处理能显著降低土壤中Cd含量,添加20g·kg~(-1)有机质的处理则能显著降低土壤中Pb含量。空心菜叶片对Cd的吸收效果显著高于空心菜茎对Cd的吸收效果,其中添加10g·kg~(-1)生物炭和铁渣的空心菜叶片吸收效果最佳。添加有机质和生物炭处理中的空心菜叶片对Pb的吸收效果优于空心菜茎,但是添加铁渣处理的空心菜中茎对Pb的吸收效果优于叶片。其中添加10g·kg~(-1)生物炭的空心菜叶片对Pb的吸收效果最佳。     

长期施肥对不同粒级组分土壤微生物量碳氮的影响

土壤微生物作为土壤肥力的重要组成部分,其生物体含量会受到不同施肥措施的影响而有所差异,从而影响土壤肥力。本研究以贵州黄壤长期定位施肥试验为依托,选取不施肥(CK)、单施化肥(NPK)、单施有机肥(M)和常量有机无机肥配施(MNPK)4个处理,运用氯仿熏蒸-K_2SO_4提取法对全土、粗颗粒、微团聚体和黏粉粒4个组分的土壤微生物生物量碳氮分布特征进行研究。结果表明:长期施用化肥(NPK)和有机肥(M和MNPK)均能增加各组分土壤微生物量碳(SMBC)和土壤微生物量氮(SMBN)含量,且基本随粒级的减小而降低。较CK处理,有机肥处理(M和MNPK)使所有组分SMBC含量显著增加,以粗颗粒组分增幅最大,SMBN含量仅在全土和粗颗粒组分中表现出显著差异。与CK处理相比,全土微生物熵(qMB)、微生物量氮占比(SMBN/TN)分别在MNPK处理和M处理下达显著差异,同时qMB随粒级的减小而减小,微生物量碳氮比(SMBC/SMBN)在各施肥处理中差异较大(NPKMCKMNPK)。团聚体组分qMB在有机肥处理下的效果好于化肥处理,而SMBN/TN在化肥处理下的效果好于有机肥。全土SMBC和SMBN分别与其qMB和SMBN/TN达显著正相关,粗颗粒和微团聚体组分的微生物量碳氮含量与全土微生物量碳氮含量有显著的相关性,说明长期施用有机肥可有效增加土壤微生物量碳氮含量,且随粒级的减小而减小,其中以粗颗粒组分变化最敏感。     

不同比例砒砂岩与沙复配对作物产量及土壤性质的影响

通过小区模拟试验,研究不同比例砒砂岩与沙复配对作物产量及成土理化性质的影响,寻找适宜作物生长的最佳混合比例。砒砂岩与沙混合比例共设3个处理:1:1(C1)、1:2(C2)和1:5(C3),每处理重复3次,种植作物为冬小麦。试验结果表明:小麦产量以C3处理增产效果最佳,比C2处理增产4.4%,比C1处理增产8.7%。新复配土壤容重C3C2C1,水稳性团聚体C1C2C3,有机质C3C2C1。种植一季作物后各处理土壤容重均有所下降,水稳性团聚体均有所升高,有机质C1、C2处理有所提高,C3处理稍有下降,土壤养分含量除有效磷外,全氮、速效钾及有机质均处于极低水平,在随后的推广应用中应不断加大氮肥和钾肥的投入,增施有机肥,提高复配土壤的养分水平,从而达到新增耕地的可持续利用。该研究可为毛乌素沙地的开发利用、沙化土壤的治理以及当地水土流失的防治提供理论依据和技术支撑。     

碳氮比对猪粪-玉米秸秆混合堆肥的影响

本文选用猪粪与玉米秸秆为原料,研究了碳氮比对猪粪-玉米秸秆混合堆肥的影响,比较堆肥过程中堆体各项指标的差异,根据T值和种子发芽指数进一步评价腐熟度,结果表明,C/N值为20时处理腐熟效果最好。堆肥结束后,猪粪-玉米秸秆混合物中的重金属含量显著增加,但均符合《有机肥料》(NY525-2012)标准限量要求,可以作为肥料施用。     

复配型土体有机重构技术初探——以砒砂岩与沙复配成土为例

为探明复配型土体有机重构技术对土体改良作用的机理,本文选择砒砂岩与沙复配成土技术作为典型实例,设置不同砒砂岩与沙的复配比例(1:1、1:2、1:5)田间试验小区与沙地进行对照,于2010-2015年连续监测不同处理土体的质地、有机质、水稳定性团聚体、矿质氮以及玉米产量变化。结果表明:砒砂岩的加入能将沙地土体中的粉粒和粘粒含量分别从3.21%和2.73%提升到20%和5%以上,满足作物生长的颗粒需求,因此适宜于作为一种沙地土体有机重构的材料;在6年的耕作管理中,0-30 cm表层的粉粒和粘粒缓慢向下层迁移,增加30 cm以下沙地土体的粉粒和粘粒含量,复配土土体0-30 cm内有机质含量从0.5%以下提升到3.7%以上,水稳定性团聚体含量则从18%-28%提升到20%以上,0-120 cm深度土体内矿质氮储量提升4.5倍以上,玉米产量随种植季数稳步提升至11000 kg·hm~(-2);其中,1:2复配比例上经6季种植后玉米产量达到14234.4 kg·hm~(-2),最适宜玉米生长。本文的研究结果不仅系统分析了砒砂岩与沙复配成土技术的机理,也为其它复配型土体有机重构技术的机制探讨和技术路线制订提供了参考。     

不同施肥处理对土壤性质及作物产量的影响

为对比探讨不同施肥方式对生土熟化过程中土壤性质及作物产量的影响,采用室内盆栽玉米试验,以多年未耕种的土壤为试验材料,通过设置生物有机肥处理(BF)、单施有机肥处理(OF)、无公害施肥处理(NP)、常规施肥处理(CF)4种施肥处理方式,分别测定了土壤pH值、电导率、有机质、有效磷、速效钾和玉米生物量等相关指标。研究结果表明:与常规施肥处理相比,生物有机肥和单施有机肥处理可以有效缓解当地土壤pH值的下降幅度,减缓表层土壤盐分累积的程度,不同程度提高了土壤有机质、速效钾和有效磷含量,其中,在0～10 cm土层, BF和OF处理下有机质含量分别提高了52.5%和27.7%,速效钾含量分别提高了54.6%和35.0%,有效磷含量分别提高了71.6%和40.5%;进一步研究不同施肥处理对玉米生物量的影响,得出生物有机肥和单施有机肥处理明显促进了玉米根系的生长发育和玉米产量的增加,表明生物有机肥和单施有机肥处理有助于改善土壤性质,提高土壤养分含量,促进玉米根系的生长和玉米产量的增加,这为生土熟化和减施化学肥料提供了理论借鉴。