生物炭和有机肥在黄河三角洲盐碱地的应用

土壤盐碱化是一个全球性问题,限制了农业生产力和可持续发展。生物炭和有机肥作为废弃物衍生的土壤改良剂,因其改善土壤理化性质的能力和对农业废弃物资源回收的贡献而备受关注。然而,缺乏关于生物炭和有机肥料对盐碱土壤理化财产影响的可比数据。因此,我们应用了生物炭(B1:5t 公顷-1年-1;B2:10吨 公顷-1年-1;和B3:20 吨 公顷−1年−1)和有机肥料(OF1:7.5吨 ha−1年−1和OF2:10吨 公顷−1年−1)到中国黄河三角洲盐碱地,连续3年 年。由于施用它们对土壤肥力和水盐状况的影响,生物炭和有机肥处理的土壤的玉米产量分别提高了55.01–62.51%和15.01–26.67%。生物炭和有机肥增加了土壤含水量、Ca2+、Mg2+、总磷、速效磷、总氮、,-N中,-N、 与对照相比,生物炭处理下Na+和土壤含盐量分别降低了3.83–8.16%和2.45–12.08%,有机肥处理下分别增加了2.19–5.34%和12.95–20.02%。主成分分析表明,生物炭在提高土壤水分、降低盐度和Na+方面比有机肥更有效。基于这项研究的证据,生物炭提出了一种生态友好的农业策略,用于改善盐碱地和提高长江三角洲玉米产量。

土壤盐渍化正在世界许多地方加速土地退化,限制农业生产(Cui等人,2021;Hou,2021)。在全球范围内,9.54亿公顷的土地受到盐度的影响,其中大部分位于澳大利亚(3.57亿公顷)、俄罗斯(1.71亿公顷)和中国(9900万公顷)(Chen等人,2020;Yu等人,2020)。例如,中国黄河三角洲地区是一个重要的粮食生产基地,拥有44.3万人口 公顷受盐碱化影响的土地,几乎占可用耕地面积的一半,对作物生产水平造成严重影响(Li,2020)。

 

盐碱化和人类活动加速了耕地退化,降低了土壤肥力,限制了作物生长,减少了粮食产量(Cui等人,2021)。鉴于全球粮食危机,有必要恢复YRD的盐碱地(Cui等人,2021;Zhao等人,2020)。然而,现有的盐碱化修复技术,包括埋地管道排水、种植的耐盐作物或进口土壤,受到成本、实施时间长和二次污染问题的限制(Yu et al.,2020)。需要一种更环保、更具成本效益和效率的方法。

 

生物炭是在缺氧条件下,即热解条件下,在300–700°C的温度下燃烧生物质的产物(Wang et al.,2020)。当应用于土壤时,生物炭的高稳定性、多孔结构和大比表面积可以有效降低土壤容重,同时改善农业土壤环境(Luo et al.,2017;Schulz et al.,2013)。此外,生物炭可以通过吸附土壤Na+来限制作物对Na+的吸收(Mahmoud等人,2019年;Xiao&Meng,2020年;Zhou等人,2021),还可以降低土壤渗透压并加速矿物质养分的富集(例如Ca2+、Mg2+和P)(Mahmood等人,199年;Zhao等人,2020年)。最近的研究表明,生物炭不仅降低了土壤盐碱度和Na+含量,而且通过增加土壤微生物种类(Zhu et al.,2017)、保持土壤养分(Shi et al.,2019)以及提高土壤水肥利用效率,促进了土壤肥力的提高(Zhang et al.,2014)。总之,当应用于盐碱退化土壤时,生物炭可以降低盐碱度,增加土壤有机质、养分(例如Ca2+、Mg2+、N、P和K)和微生物生物量(Hou,2021;Zhang等人,2014;Zhao等人,2020;Zhou等人,2021;Zhug等人,2017)。因此,它被认为是一种环保的土壤改良剂。

长江三角洲是中国主要的粮食和棉花生产基地,收获后会生产大量的农作物秸秆。然而,由于空气污染,农作物秸秆的利用/处置受到耕地占用和燃烧限制等问题的限制(Zhou等人,2021)。同样,长江三角洲快速发展的畜牧业产生的大量牲畜粪便对自然环境构成了严重威胁(Wang et al.,2019)。因此,有必要研究长江三角洲以可持续的方式利用作物秸秆和牲畜粪便的潜力。利用农作物秸秆生产的生物炭和肥料生产的有机肥不仅解决了其利用率有限的问题,而且还可以减少土壤盐分,提高肥力、产量和微生物生物量(Kandel等人,2021;Wang等人,2020年)。

然而,大多数关于生物炭和有机肥对土壤理化财产影响的已发表研究都是在实验室或温室规模下进行的,对生物炭和无机肥对田间盐碱地改良的影响进行了有限的比较分析。因此,在长江三角洲盐碱地上进行了生物炭和有机肥对盐碱地改良效果的田间试验。本研究的目的是比较生物炭和有机肥料对土壤含水量(SWC)、土壤含盐量(SSC)、Na+、Ca2+、Mg2+、钠吸附率(SAR)、pH、土壤养分含量、微生物生物量碳(MBC)和微生物生物量氮(MBN)以及玉米产量的影响。这些发现为支持农业和畜牧业的废物处理、盐碱地修复和提高玉米产量提供了数据。

长期施用化肥会恶化农业土壤环境,降低土壤质量,降低土壤肥力,增加次生盐渍化风险(Chen等人,2021;Xu等人,2014)。因此,一些研究人员主张农民用有机肥料代替化肥。施用有机肥有利于降低土壤盐度,提高土壤保水能力(Xu et al.,2014)、矿物养分含量以及水肥利用效率(Nasef et al.,2009)。在当前可持续农业的背景下,它也具有成本效益(Lakhdar等人,2009年;Xu等人,2014年)。Lakhdar等人(2009年)和Yu等人(2015年)报告称,有机肥改善了土壤结构、渗透性和保水能力,有利于盐的浸出,降低了土壤渗透压。此外,Chen等人(2021)、Yu等人(2015)和Zhang等人(2021)报告称,有机肥增加了土壤有机质、总氮、总磷、土壤微生物生物量和其他养分。这些效应有利于改善盐碱地和提高作物产量。因此,施用有机肥料改良盐碱地是实现可持续农业的另一种潜在途径。

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