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西南农业学报 2024年第6期37卷 1150-1158页

作者：梁元娜蒋金平陈永山徐墨馨叶丽丽桂林理工大学广西环境污染控制理论与技术重点实验室广西桂林541004 桂林理工大学广西岩溶地区水污染控制与用水安全保障协同创新中心广西桂林541004 泉州师范学院资源与环境科学学院福建泉州362000

【目的】研究添加外源秸秆炭对喀斯特地区石灰性农田土壤有机碳组分及水稻生长的影响,为探究喀斯特地区石灰性农田碳组分变化提供参考依据。【方法】于2023年3月在桂林理工大学雁山校区温室开展水稻盆栽试验,试验周期120 d。盆栽试验共... 详细信息

【目的】研究添加外源秸秆炭对喀斯特地区石灰性农田土壤有机碳组分及水稻生长的影响,为探究喀斯特地区石灰性农田碳组分变化提供参考依据。【方法】于2023年3月在桂林理工大学雁山校区温室开展水稻盆栽试验,试验周期120 d。盆栽试验共设置19个处理,在仅添加秸秆炭的处理中,分别添加0.5%、1.0%和3.0%(干土质量比)的破碎秸秆、秸秆沤肥和秸秆生物炭;在添加秸秆炭和碳酸钙的处理中,3种秸秆炭添加量均为1.0%,在此基础上分别添加0、10.0%和20.0%(干土质量比)碳酸钙;同时设置未添加任何外源物质的对照(CK)处理。分析各处理中水稻生长特征,以及土壤有机碳组分微生物生物量碳(MBC)、溶解性有机碳(DOC)、颗粒态有机碳(POC)含量的变化及其影响因子。【结果】秸秆炭种类、添加量均会对土壤中有机碳组分含量产生影响。添加0.5%秸秆沤肥土壤中MBC含量最高(235.73 mg/kg),添加1.0%秸秆沤肥土壤中DOC含量最大(221.50 mg/kg),而添加3.0%秸秆生物炭土壤中POC含量最高(36.20 mg/kg)。土壤中碳酸钙添加量也会影响土壤有机碳组分,碳酸钙添加量为20.0%时,添加3种秸秆炭的土壤MBC含量均为最高。10.0%碳酸钙+1.0%秸秆沤肥处理中土壤DOC含量最大(195.60 mg/kg)。添加3种秸秆炭对水稻生长的促进作用为秸秆生物炭>秸秆沤肥>破碎秸秆,其中添加0.5%秸秆生物炭的水稻长势最佳,平均株高102 cm,根长50 cm;添加3.0%破碎秸秆处理对水稻生长的抑制作用最强。随着碳酸钙添加量的增加,添加秸秆沤肥处理的水稻株高呈先升后降趋势,其中添加10.0%碳酸钙对水稻株高的促进作用较强。相关分析结果表明,秸秆生物炭用量与土壤DOC含量呈显著负相关(P土壤POC含量呈极显著正相关(P土壤DOC含量呈显著正相关。【结论】外源秸秆炭对石灰性水稻土中活性有机碳组分具有正激发效应,能明显提高土壤中MBC、DOC和POC含量,同时添加秸秆炭和碳酸钙对土壤活性碳组分的增加具有协同作用。添加低量秸秆炭能促进水稻生长,其中秸秆生物炭的促进作用最明显;在10.0%和20.0%碳酸钙添加量的土壤中添加秸秆沤肥及秸秆生物炭均能促进水稻生长。

关键词：石灰性农田土壤秸秆炭水稻生长土壤固碳喀斯特地区

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外源秸秆碳对喀斯特地区石灰性农田土壤有机碳组分及水稻生长的影响

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西南农业学报 2024年

作者：梁元娜蒋金平陈永山徐墨馨叶丽丽泉州师范学院资源与环境科学学院桂林理工大学广西环境污染控制理论与技术重点实验室桂林理工大学广西岩溶地区水污染控制与用水安全保障协同创新中心

【目的】研究外源秸秆碳添加对喀斯特地区石灰性农田土壤有机碳组分及水稻生长的影响，为探究喀斯特地区石灰性农田碳组分变化提供参考依据。【方法】于2023年3月在桂林理工大学雁山校区温室开展水稻盆栽试验，试验周期120 d。盆栽试验... 详细信息

【目的】研究外源秸秆碳添加对喀斯特地区石灰性农田土壤有机碳组分及水稻生长的影响，为探究喀斯特地区石灰性农田碳组分变化提供参考依据。【方法】于2023年3月在桂林理工大学雁山校区温室开展水稻盆栽试验，试验周期120 d。盆栽试验共设置19个处理，在仅添加秸秆碳的处理中，分别添加0.5%、1.0%和3.0%（干土质量比）的破碎秸秆、秸秆沤肥和秸秆生物炭；在添加秸秆碳和碳酸钙的处理中，3种秸秆碳添加量均为1.0%，在此基础上分别添加0、10.0%和20.0%（干土质量比）碳酸钙；同时设置未添加任何外源物质的对照（CK）处理。分析各处理中水稻生长特征，以及土壤有机碳组分微生物生物量碳(MBC)、溶解性有机碳(DOC)、颗粒态有机碳（POC）含量的变化及其影响因子。【结果】秸秆碳种类、添加量均会对土壤中有机碳组分含量产生影响。添加0.5%秸秆沤肥土壤中MBC含量最高（235.73 mg/kg），添加1.0%秸秆沤肥土壤中DOC含量最大（221.50 mg/kg），而添加3.0%秸秆生物炭土壤中POC含量最高（36.20 mg/kg）。土壤中碳酸钙添加量也会影响土壤有机碳组分，碳酸钙添加量为20.0%时，添加3种秸秆碳的土壤MBC含量均为最高。10.0%碳酸钙+1.0%秸秆沤肥处理中土壤DOC含量最大（195.60 mg/kg）。添加3种秸秆碳对水稻生长的促进作用为秸秆生物炭>秸秆沤肥>破碎秸秆，其中添加0.5%秸秆生物炭的水稻长势最佳，平均株高为102 cm，根长为50 cm；添加3.0%破碎秸秆处理对水稻生长的抑制作用最强。随着碳酸钙添加量的增加，添加秸秆沤肥处理的水稻株高呈先上升后下降的趋势，其中添加10.0%碳酸钙对水稻株高的促进作用较强。相关分析结果表明，秸秆生物炭用量与土壤DOC含量呈显著负相关（P 土壤POC含量呈极显著正相关（P 土壤DOC含量呈显著正相关。【结论】外源秸秆碳对石灰性水稻土中活性有机碳组分具有正激发效应，能明显提高土壤中MBC、DOC和POC含量，同时添加秸秆碳和碳酸钙对土壤活性碳组分的增加具有协同作用。添加低量秸秆碳能促进水稻生长，其中秸秆生物炭的促进作用最明显；在10.0%和20.0%碳酸钙添加量的土壤中添加秸秆沤肥及秸秆生物炭均能促进水稻生长。

关键词：石灰性农田土壤秸秆碳水稻生长土壤固碳喀斯特地区

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稻壳生物炭对石灰性农田土壤氨氧化过程N2O排放的影响

稻壳生物炭对石灰性农田土壤氨氧化过程N2O排放的影响

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作者：李小博太原理工大学

学位级别：硕士

氮素是植物生长不可缺少的必要元素。NO是一种强效温室气体,并可造成臭氧层破坏。农业活动是全球NO排放的重要来源,因此农田土壤成为NO排放的主要区域。生物炭是生物质材料在缺氧条件下高温热解的产物。生物炭对农田土壤NO排放的影响是... 详细信息

氮素是植物生长不可缺少的必要元素。NO是一种强效温室气体,并可造成臭氧层破坏。农业活动是全球NO排放的重要来源,因此农田土壤成为NO排放的主要区域。生物炭是生物质材料在缺氧条件下高温热解的产物。生物炭对农田土壤NO排放的影响是目前的研究热点。生物炭对农田土壤NO排放的影响,受土壤质地、生物炭类型、土壤微生物等因素制约。稻壳生物炭对黄土高原半干旱区石灰性农田土壤氨氧化过程中NO排放的影响与机理,尚不清楚。因此,本研究以稻壳生物炭为例,探究在土壤环境有利于硝化作用发生的条件下(土壤孔隙充水率WFPS为40%、50%、60%和70%,外加铵态氮肥),生物炭对黄土高原石灰性农田土壤NO排放的影响,以及培养过程中土壤pH值、电导率、无机氮和溶解性有机碳DOC含量的动态变化,并分析相关机理,以期为生物炭在黄土高原半干旱区的实际工程应用提供理论依据。本实验设置0%、2%和5%(质量比)三个生物炭添加量水平,开展室内静态土壤培养实验,结果表明:(1)稻壳生物炭对石灰性农田土壤NO排放的影响,与土壤WFPS有关。当WFPS为40%、50%、60%时,稻壳生物炭抑制石灰性农田土壤NO排放,且抑制作用随稻壳生物炭添加量增大而增强;WFPS为50%且生物炭添加量为5%时,抑制效果最佳,该处理NO累积排放量(430.93 ng NO-N/g干土)最低,与对照处理(1153.82 ng NO-N/g干土)相比,NO累积排放量减少了62.65%。当WFPS为40%、50%、60%时,由于稻壳生物炭促进了土壤的硝化作用,使NO-N更易转化为NO-N,从而减少NO-N积累和NO排放。(2)当WFPS为70%时,稻壳生物炭促进石灰性农田土壤NO排放,且2%生物炭添加量的促进作用更强。与对照处理相比,2%生物炭添加量处理的NO累积排放量(7287.13 ng NO-N/g干土)增加了41.16%。在此土壤含水量条件下,培养体系可能发生了反硝化作用,稻壳生物炭促进土壤NO排放。(3)当土壤WFPS由40%增至60%时,NO累积排放量出现激增,表明高含水量对氨氧化微生物的活性有刺激作用。(4)在各土壤含水量条件下,回归分析均表明,NO排放速率与NO-N含量显著正相关。

关键词：稻壳生物炭石灰性农田土壤氨氧化 N2O排放

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生物炭对石灰性农田土壤反硝化过程N2O排放的影响

生物炭对石灰性农田土壤反硝化过程N2O排放的影响

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作者：陈诗轩太原理工大学

学位级别：硕士

生物炭是生物质在缺氧条件下,高温热解得到的固态产物。生物炭具有土壤NO减排作用。因此,生物炭还田成为人类应对全球气候变化的一个重要途径。硝化和反硝化作用是土壤NO排放的两个主要过程。黄土高原半干旱区农田土壤,大部分时段处于... 详细信息

生物炭是生物质在缺氧条件下,高温热解得到的固态产物。生物炭具有土壤NO减排作用。因此,生物炭还田成为人类应对全球气候变化的一个重要途径。硝化和反硝化作用是土壤NO排放的两个主要过程。黄土高原半干旱区农田土壤,大部分时段处于相对干旱状态,然而在降雨、灌溉或春季土壤冻融条件下,其含水量较高,此时反硝化作用可能是土壤NO排放的主要来源。然而,在土壤含水量有利于反硝化作用发生的条件下,生物炭对黄土高原石灰性农田土壤NO排放的影响尚不清楚。另外,将生物炭添加至土壤后,其所含溶解性有机碳(DOC)在反硝化过程中的作用如何,也有待进一步研究。为探明生物炭对石灰性农田土壤反硝化过程NO排放的影响,选用400、600和800℃制备的玉米秸秆生物炭(BC400、BC600和BC800),分别以质量比0%、2%和5%与土壤充分混匀,进行为期15 d的室内静态厌氧土壤培养实验,测定培养过程中土壤NO排放速率的动态变化,并计算NO累积排放量。同时,测定了培养前后土壤的pH值、无机氮和DOC含量。结果表明,三种生物炭均显著促进了石灰性农田土壤的NO排放,其中BC400-5%处理的促进效果最显著。与对照处理相比,BC400-2%、BC600-2%和BC800-2%处理的NO累积排放量分别增加了123.08%、64.22%和24.28%,BC400-5%、BC600-5%和BC800-5%处理的NO累积排放量分别增加了566.98%、197.34%和161.51%。培养前后土壤pH值和NO-N含量变化均表明,玉米秸秆生物炭显著促进了石灰性农田土壤的反硝化作用,且随生物炭添加量增大促进作用增强。与BC800相比,BC400对土壤NO排放的促进作用更强,其原因为BC400的DOC含量较高,且其含有较丰富的酚羟基C-OH。在上述研究基础上,通过添加DOC含量差异较大的BC400及其碳骨架,进一步探究不同外源含碳物质对石灰性农田土壤反硝化过程NO排放的影响。同时,以葡萄糖为参照,识别生物炭中DOC结构对NO排放的影响。BC400及其碳骨架分别设置2%和5%(质量比)添加量;葡萄糖设置高、低两个添加量,使其分别与BC400-2%和BC400-5%处理中所添加生物炭的DOC含量相同。开展15 d的室内静态土壤培养实验,测定培养过程中土壤NO排放速率的动态变化,并计算NO累积排放量。同时,测定培养前后土壤的pH值、无机氮和DOC含量。结果表明,碳骨架与葡萄糖均促进石灰性农田土壤NO排放,且随外源材料添加量增加促进作用增强。与BC400相比,其碳骨架对石灰性农田土壤NO排放的促进作用较弱,主要由于碳骨架制备过程中流失了大量DOC。与添加葡萄糖处理相比,生物炭对土壤NO排放的促进作用更强,主要由于生物炭DOC中含有丰富的具有还原性的酚羟基C-OH。为探究生物炭中DOC在石灰性农田土壤NO排放中的作用,选用两种DOC含量显著低于玉米秸秆生物炭的稻壳生物炭BC1和BC2,分别以质量比0%、2%和5%与土壤充分混匀,进行为期15 d的室内静态土壤培养实验,测定培养过程中土壤NO排放速率的动态变化,并计算NO累积排放量。同时,测定了培养前后土壤的pH值、无机氮和DOC含量。结果表明:稻壳生物炭(BC1和BC2)的添加显著抑制了石灰性农田土壤反硝化过程NO排放,主要由于稻壳生物炭的添加使培养体系DOC含量降低。与BC1相比,BC2对石灰性农田土壤NO排放的抑制作用更强,主要由于其表面较低的酚羟基C-OH含量。通过本研究,以期探明生物炭影响黄土高原石灰性农田土壤反硝化过程NO排放的机理,为生物炭在该区域的农业工程应用提供理论依据。

关键词：生物炭石灰性农田土壤反硝化 N2O排放溶解性有机碳

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玉米秸秆生物炭对石灰性农田土壤反硝化过程N2O排放的影响

玉米秸秆生物炭对石灰性农田土壤反硝化过程N2O排放的影响

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中国环境科学学会2021年科学技术年会——环境工程技术...

作者：陈诗轩王朝旭太原理工大学环境科学与工程学院山西省市政工程研究生教育创新中心

为探明生物炭对石灰性农田土壤反硝化过程NO排放的影响及机理,选用400,600,800℃制备的玉米秸秆生物炭(BC400、BC600和BC800),分别以质量比0%、2%和5%与土壤充分混匀,进行为期15 d的室内静态厌氧土壤培养实验,研究土壤NO排放速率的动态... 详细信息

为探明生物炭对石灰性农田土壤反硝化过程NO排放的影响及机理,选用400,600,800℃制备的玉米秸秆生物炭(BC400、BC600和BC800),分别以质量比0%、2%和5%与土壤充分混匀,进行为期15 d的室内静态厌氧土壤培养实验,研究土壤NO排放速率的动态变化,并计算NO累积排放量。同时,测定培养前后土壤的p H值、无机氮和溶解性有机碳(DOC)含量。结果表明:3种生物炭均显著促进了石灰性农田土壤的NO排放,其中BC400-5%处理的促进效果最显著。与对照处理相比,BC400-2%、BC600-2%和BC800-2%处理的NO累积排放量分别增加了123.08%、64.22%和24.28%,BC400-5%、BC600-5%和BC800-5%处理的NO累积排放量分别增加了566.98%、197.34%和161.51%。培养前后土壤p H值和NO-N含量变化均表明,玉米秸秆生物炭显著促进了石灰性农田土壤的反硝化作用,且随生物炭添加量增大促进作用增强。与BC800相比,BC400对土壤NO排放的促进作用更强,其原因为低温生物炭含有较丰富的酚羟基C-OH。

关键词：玉米秸秆生物炭石灰性农田土壤反硝化 N2O排放

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稻壳生物炭对石灰性农田土壤氨氧化过程N2O排放的影响

稻壳生物炭对石灰性农田土壤氨氧化过程N2O排放的影响

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中国环境科学学会2021年科学技术年会——环境工程技术...

作者：李小博王朝旭太原理工大学环境科学与工程学院山西省市政工程研究生教育创新中心

为探明稻壳生物炭对石灰性农田土壤氨氧化过程NO排放的影响,将生物炭按质量比0、2%和5%添加至土壤(分别为0%-BC、2%-BC和5%-BC),在土壤孔隙充水率为0.5条件下,开展15 d室内静态土壤培养实验。结果表明:稻壳生物炭显著抑制石灰性农田土... 详细信息

为探明稻壳生物炭对石灰性农田土壤氨氧化过程NO排放的影响,将生物炭按质量比0、2%和5%添加至土壤(分别为0%-BC、2%-BC和5%-BC),在土壤孔隙充水率为0.5条件下,开展15 d室内静态土壤培养实验。结果表明:稻壳生物炭显著抑制石灰性农田土壤NO排放(P土壤p H值、NH-N和NO-N含量变化表明,稻壳生物炭促进土壤的硝化作用,使NO-N更易转化为NO-N,从而减少NO-N积累和NO排放。线性回归分析也表明,NO排放速率与NO-N含量显著正相关(R=0.851,P<0.01)。

关键词：稻壳生物炭石灰性农田土壤氨氧化 N2O

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田块尺度土壤镉砷分布特征及其对微生物群落的影响

田块尺度土壤镉砷分布特征及其对微生物群落的影响

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作者：谢文达河北农业大学

学位级别：硕士

近年来,我国土壤镉砷复合污染以及粮食作物可食部位镉砷超标等问题日益受到关注。本研究以镉砷复合污染石灰性农田土壤为研究对象,在田块尺度上分析了土壤中镉、砷分布特征并评价了其污染状况,对影响石灰性农田土壤中镉砷有效性的相关... 详细信息

近年来,我国土壤镉砷复合污染以及粮食作物可食部位镉砷超标等问题日益受到关注。本研究以镉砷复合污染石灰性农田土壤为研究对象,在田块尺度上分析了土壤中镉、砷分布特征并评价了其污染状况,对影响石灰性农田土壤中镉砷有效性的相关因素进行了探究,并对小麦可食部位镉砷的污染状况和人体健康风险进行了初步评价;在此基础上,选取该田块分别代表重、中、轻镉砷污染程度的土壤,通过Illumina MiSeq平台对其中细菌和真菌群落进行高通量测序,以探明该石灰性农田土壤中微生物群落的多样性和组成结构是否因镉砷的污染程度不同而发生改变,以期为农田土壤重金属污染的防控与修复提供数据支持。主要研究结果如下:(1)探明了田块尺度上农田石灰性土壤镉砷分布特征在田块尺度上,石灰性农田土壤表层镉砷平均含量分别为1.41 mg/kg和56.66 mg/kg,下层土壤镉砷平均含量分别为0.57mg/kg和19.54mg/kg;表层土壤中镉砷含量显著高于下层土壤,高低分布与污染源的距离密切相关,空间差异较大,呈现出表聚特征;镉在土壤中具有较高的有效性,有效镉与总镉的比值最高可达0.6,与镉相比,有效砷与总砷的比值最高为0.28,其中有效磷、有效硅及有机质是该石灰性土壤中镉有效性的主要影响因素,而有效磷和有机质是土壤中砷有效性的主要影响因素;内梅罗综合污染指数显示该区域各点位土壤分别达到轻度、中度和重度污染水平,具有高生态风险,主要作物小麦可食部位累积的砷具有显著的致癌风险,且对儿童的致癌风险显著大于成人。(2)明确了石灰性土壤镉砷污染程度对微生物群落特征的影响效应土壤中镉砷污染程度没有显著影响细菌群落的多样性,但显著降低了真菌群落的多样性;不同镉砷污染程度农田土壤中细菌的优势群落为变形菌门、酸杆菌门、放线菌门和绿弯菌门,占总群落丰度的70%以上,真菌的优势群落为子囊菌门、接合菌门和担子菌门,占总群落丰度的90%以上,镉砷污染显著降低了子囊菌门的丰度但增加了接合菌门的丰度;PCoA及Adonis分析表明不同镉砷污染水平土壤中的微生物群落结构具有显著性差异,且不同环境因子在两个土层对微生物群落结构的影响程度存在差异,有机质、有效镉及总镉显著影响了下层土壤细菌群落结构的变化,镉砷总量及有效态含量显著影响了表层土壤真菌群落结构的变化;细菌群落中的菌属Candidatusolibacter、norank Nitrosomonadaceae、norankanthomonadales、Haliangium 和真菌群落中的菌属 Rozellomycota、Stachybotrys、Chaetomium、Zygopleurage、Periconia等差异指示物种与镉砷污染土壤的环境因子显著相关,对该石灰性农田土壤的镉砷污染有着显著响应。综上所述,本研究在田块尺度上明确了石灰性农田土壤中镉砷的分布、有效性、污染程度及小麦可食部位镉砷的健康风险,探明了石灰性农田土壤中镉砷污染程度对细菌、真菌群落特征的影响效应。

关键词：镉砷复合污染石灰性农田土壤小麦健康风险分布特征微生物群落

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