施用生物炭对土壤氮素及植物生长影响的Meta分析

来源 :沈阳农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:likeu111
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生物炭可以改善土壤理化性质,调节土壤氮素含量,保肥增产,但其作用受外界影响因素很多,如土壤质地、酸碱性、土壤初始养分状况,土壤施肥情况、作物类型、生物炭本身的理化性质等等,而其影响规律尚不明确。Meta分析是对具备特定条件的、同课题的诸多研究结果进行综合分析的一类统计方法,可判断不同影响因素会对实验对象产生正或负效应及效应大小,其分析结果更加全面。因此,本研究基于Meta分析方法的科学理论,收集了2000-2020近20年来发表于Web of science上的关于生物炭与土壤氮素、作物养分吸收以及作物产量相关的文章(共获得190篇文章,提取了18035组观测数据),定量分析了生物炭对土壤氮素、作物养分吸收以及产量的影响效应,明确了不同的作物类型、生物炭施用量、生物炭生产原料、土壤质地、土壤pH等对生物炭效应产生的影响规律,试验结果表明:(1)对土壤氮素来说,总体上,生物炭对土壤全氮含量的影响效应受试验类型、作物类型、生物炭施用量、热解温度、生产原料、生物炭C/N、碳含量、供试土壤pH、有机碳含量、全氮含量和施肥种类的影响显著;生物炭对土壤铵态氮含量的影响效应受试验类型、试验年限、生物炭施用量、热解温度、生物炭C/N、比表面积、供试土壤质地、有机碳含量、和全氮含量的影响显著;生物炭对土壤硝态氮含量的影响效应受作物类型、年均降雨量、生物炭pH、供试土壤pH和全氮含量的影响显著;生物炭对土壤微生物量氮含量的影响效应受作物类型、生物炭C/N、比表面积、生物炭碳含量、供试土壤质地、有机碳含量和全氮含量的影响显著。(2)在不同的作物类型上,施用生物炭在种植鹰嘴豆的土壤中对土壤中全氮含量的提升效应最大,在种植大麦的土壤中对硝态氮含量的提升效应最大,在种植水稻的土壤中对微生物量氮的提升效应最大;在不同的生物炭施用量中,生物炭施用量>40t/ha时,对土壤中全氮含量具有显著的正效应,提升率为39.6%,而对铵态氮却具有显著的负效应,使铵态氮含量降低了28.2%;在生物炭不同的热解温度中,>600℃生产的生物炭对全氮含量的增加效应最小,提升率为4.7%,也显著降低了土壤中铵态氮的含量,降低了28.8%,而热解温度≤400℃生产的生物炭对全氮含量的增加效应最大,也可显著提高土壤铵态氮含量,提升率为分别为32.8%、13.7%;在不同的供试土壤初始有机碳含量中,当有机碳含量≤5 g/kg时,生物炭对土壤中全氮、铵态氮和微生物量氮都具有显著的增加效应,且显著高于其它含量范围,增加率分别为61.2%、11.3%、44.5%;在不同的供试土壤初始全氮含量中,当全氮含量≤0.5 g/kg时,生物炭对土壤中全氮、铵态氮和微生物量氮都具有显著的增加效应,且显著高于其它含量范围,增加率分别为53.9%、10.7%、74.4%。(3)对作物养分吸收及产量来说,总体上,生物炭对作物氮素吸收量的影响效应受生物炭pH、供试土壤有机碳含量的影响显著;生物炭对作物产量的影响效应受试验类型、年均降雨量、生物炭生产原料、碳含量、供试土壤pH、有机碳含量和全氮含量的影响显著;生物炭对茎叶生物量的影响效应受试验类型、试验年限、作物类型、生物炭施用量、生物炭C/N和供试土壤pH的影响显著;生物炭对作物根生物量的影响效应受生物炭热解温度的影响显著。(4)在不同的生物炭pH和供试土壤有机碳含量中,pH≤7、机碳含量≤5 g/kg时生物炭对作物籽粒氮素吸收的增加效应最大,提升率分别为22.5%、22.4%;在不同的试验类型中,施用生物炭在培养试验中的增产效应最大,籽粒产量与茎叶生物量分别提升了19.0%、23.7%;在不同的土壤pH中,当pH≤5.5时,生物炭的增产效应最大,籽粒产量与茎叶生物量分别提升了30.2%、97.9%;热解温度≤400℃生产的生物炭对作物根系生物量的增加效应最大。
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