生物炭秸秆和粪肥对滨海盐碱土氮矿化和硝

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文章信息

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文献名：生物炭、秸秆和粪肥对滨海盐碱土氮矿化和硝化作用的影响

期刊：生态与农村环境学报

复合影响因子：2.

综合影响因子：2.22

发表时间：-12-27

通讯作者：张焕朝

E-mail:hczhang

第一作者单位：南京林业大学南方现代林业协同创新中心／林学院

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文章摘要

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通过室内培养试验，研究不同有机物料对滨海盐碱土氮转化的影响。共设置7个处理：对照（CK）、氮肥（N）、氮肥+生物炭（N+B）、氮肥+鸡粪（N+M）、氮肥+秸秆（N+S）、氮肥+生物炭+鸡粪（N+BM）、氮肥+秸秆＋鸡粪（N+SM）。结果表明，施用氮肥显著促进了土壤氮的硝化和矿化作用，增加了土壤硝态氮和净矿质态氮含量。与N处理相比，N+B处理能固持铵态氮，其铵态氮含量是N处理的1.85倍，同时也降低了土壤硝态氮和净矿质态氮含量，降幅分别为24.77％和55.86％，有效地抑制了土壤氮矿化和硝化作用。N+M处理则会促进土壤氮的硝化和矿化作用，其硝态氮和净矿质态氮含量较N处理分别增加了24.32％和73.19％，而铵态氮含量则下降了29.79％；N+SM与N+M处理的作用类似，其土壤硝态氮和净矿质态氮含量较N处理分别增加了10.33％和35.01％，而对铵态氮含量的影响不明显。N+S及N+BM处理对土壤氮硝化和矿化作用均无明显影响。由此可见，在滨海盐碱土综合改良利用中，添加鸡粪能提高矿质态氮含量，为作物生长提供更多的氮，但会促进土壤硝化作用，增加硝态氮含量，进而可能导致硝酸盐污染地下水的风险增加。而生物炭具有抑制土壤氮硝化和矿化的作用，能固持较多铵态氮，迟滞其硝化作用，减少有机态氮的损失，是滨海盐碱土改良的优良有机物料添加剂。

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研究背景

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有机物料添加会影响氮转化，从而对氮利用效率及其环境效应产生重要影响。一方面，有机物料会增加土壤微生物数量和活性，提高微生物利用矿质态氮的能力，使得更多的硝态氮和铵态氮被暂时性地固定下来，减少了硝化底物的浓度，从而抑制土壤硝化作用。同时，土壤盐分含量、pＨ值等的变化也会影响盐碱土无机氮转化。即有机物料在改良盐碱土盐分和pＨ值等的同时也会影响土壤氮的转化，但其影响效果因有机物料类型的不同而不同。

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研究目的

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为探究滨海盐碱土改良中适宜的有机物料及不同有机物料的生态环境效益，作者以江苏滨海盐碱土为对象，通过室内培养试验研究单施氮肥和氮肥配施不同有机物料对滨海盐碱土氮转化的影响，从土壤环境健康的角度评价不同有机物料对盐碱土改良的综合效益，以期为盐碱土改良利用的综合生态效应评估和可持续发展提供科学参考。

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研究方案

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试验共设置7个处理：不施氮肥的对照处理（CK），单施氮肥处理（N），氮肥配施生物炭处理（N+B），氮肥配施鸡粪处理（N+M），氮肥配施秸秆处理（N+S），氮肥配施生物碳和鸡粪处理（N+BM），氮肥配施秸秆和鸡粪处理（N+SM），每个处理18个重复。试验开始前，称取相当于烘干土质量g的风干土于ml广口瓶中，加入去离子水使水分含量达到70%田间持水量，25℃预培养7d以激活土壤微生物。预培养结束后，分别将生物炭、鸡粪、秸秆按照kg·hm-2（2.15g·kg-1，以C计）加入土壤中（添加量以秸秆全量还田计算），其中N+BM和N+SM处理中的有机物料为每种施用kg·hm-2（以C计），充分混匀后加入硫酸铵溶液，使土壤?（铵态氮）mg·kg-1，CK处理加入等量去离子水，同时调节水分含量为80%田间持水量，用保鲜膜封口，并扎3-4个小孔以利于通气，将广口瓶至于25℃下黑暗培养60d。每隔3d对样品补水，以补充因蒸发而引起的水分损失。于培养后1、2、10、20、40、60ｄ分别随机选取3瓶土样用于测定土壤无机氮含量，将瓶内土壤取出，充分混匀后称取10g相当于烘干土的土壤于浸提瓶内，加入50ml2mol·L-1KCL溶液，振荡（r·min-1）1h后离心（r·min-1）10min，离心半径15.6cm，过滤后滤液用于测定NH4+-N、NO3--N浓度。

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文章要点

6.1

6.1土壤中铵态氮含量的动态变化

培养结束时，除了N+M处理土壤铵态氮含量与CK处理无明差异之外，其余各施肥处理土壤铵态氮含量均显著高于CK处理。此外，就施肥处理而言，N+B处理土壤铵态氮含量显著高于N处理，而N+M处理则显著低于N处理，其余各处理间无显著差异。这是由于外加碳、氮的激发效应能促进土壤的矿化，特别是铵态氮肥的施用可以增加微生物异养硝化作用需要的铵态氮，减少微生物固持的铵态氮量，从而激发硝化微生物活性，增加其氮矿化量，提高矿化速率。

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6.2土壤中硝态氮含量的动态变化

土壤硝态氮的含量在前20天内均迅速上升，然后上升速度逐渐缓慢。在培养结束时各处理的土壤硝态氮含量与CK处理相比均极显著增加。培养结束时，CK处理的土壤?（硝态氮）为19.20mg·kg-1，而N、N+B、N+SM和N+M处理则分别高达89.87、67.61、99.15和.73mg·kg-1。这可能是因为施用氮肥和有机物料会改变土壤微生物的数量和活性，从而影响土壤硝化作用。施用氮肥尤其是铵态氮肥对土壤硝化作用具有促进效应，铵态氮肥的添加促进了土壤硝化作用，且添加不同有机物料对土壤硝化作用的影响存在着明显差异。

6.3

6.3不同处理土壤的硝化速率

不同的施肥处理对土壤硝化作用的影响非常显著。与CK处理相比，施用氮肥显著提高了土壤的硝化速率，在施用氮肥的基础上添加鸡粪会进一步促进硝化作用，与N处理相比，N+S和N+BM处理的土壤硝化速率均无明显差异；但N+B处理则会降低土壤的硝化速率。

6.4

6.4土壤净矿化氮量和NH4+?N／NO3--N比的动态变化

试验中的各处理的土壤净矿化氮量均随着时间逐渐增加，NH4+?N／NO3--N比在培养开始后迅速下降，随后缓慢下降并趋于稳定。与N处理相比，N+B处理显著降低土壤净矿化氮量，并提高NH4+?N／NO3--N比，表明生物炭能抑制土壤有机氮的矿化、延缓铵态氮的硝化，减少土壤有机氮的损失。N+M和N+SM处理净矿化氮量显著高于N处理，这是因为鸡粪、秸秆加鸡粪能促进土壤有机矿化氮和铵态氮硝化，增加土壤有机氮的损失。

6.5

6.5培养结束时不同处理的氮净矿化速率和NH4+?N／NO3--N比

与CK处理相比，N+B处理显著提高了NH4+?N／NO3--N比值，而其他施肥处理NH4+?N／NO3--N比值均显著降低。就施肥处理的NH4+?N／NO3--N比而言，N+B处理显著高于N处理，Ｎ＋Ｍ处理则显著低于N处理，其他处理与N处理相比无明显差异。另外，N+B与N+M处理的NH4+?N／NO3--N比差异极显著。这是因为生物炭的施用能够维持较高水平的铵态氮含量，抑制土壤硝化作用；而鸡粪的施用会促进土壤硝化作用，产生较多的硝态氮。

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心得体会

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1.添加不同有机物料对滨海盐碱土氮硝化作用和矿化作用均具有显著影响，生物炭则抑制了施氮后土壤氮的硝化作用和矿化作用。

2.添加生物炭能够固持较多的铵态氮，从而抑制土壤氮硝化作用，降低硝酸盐淋失的环境污染风险，减少土壤氮的损失，生物炭配合有机粪肥施用是滨海盐碱土改良的一种较为有效的改良措施。