生物炭對沙化土壤理化性質(zhì)及作物幼苗的影響

1、    生物炭對沙化土壤理化性質(zhì)及作物幼苗的影響    王桂君 許振文 路倩倩摘要：設置9個生物炭施加比例，通過盆栽試驗測定生物炭對吉林省西部沙化土壤性質(zhì)及2種作物幼苗生長的影響。結(jié)果表明，隨著生物炭施加量的增加，土壤的電導率、ph值、有機質(zhì)含量及營養(yǎng)元素含量均有所增加，對沙土壤性狀改良有一定效果。一定量的生物炭對作物幼苗生物量的積累以及組織含水量產(chǎn)生促進作用，但是生物炭施加比例過高時反而會對幼苗生長產(chǎn)生抑制。與播種前相比，作物收獲后土壤中的速效營養(yǎng)成分含量有所下降，而播種前后對土壤有機質(zhì)含量的影響效應不明顯。關鍵詞：生物炭；沙化土壤；理化性質(zhì)；生長指標

2、： s156.2文獻標志碼： a：1002-1302（2017）11-0246-03hs）ht9.ss土地沙化是人類面臨的世界性環(huán)境問題，制約了當?shù)亟?jīng)濟、農(nóng)業(yè)以及生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，土壤中如果施加相應的改良劑，可能會減少表土由于風蝕和水分蒸發(fā)引起的土壤破壞和侵蝕1。南美亞馬遜盆地“黑土”（terra preta）至今仍為全球最肥沃的土壤之一，這種土壤是南美洲土著人用木炭等作為改良劑對當?shù)馗唢L化淋溶土壤改良的結(jié)果。改良過程最初是通過生物炭與生物廢棄物（糞便和骨頭等食余）混合的產(chǎn)物，經(jīng)微生物轉(zhuǎn)化，形成類似生物炭-有機肥的基質(zhì)2-3。有研究者認為，“復制”這種黑土的改良技術可以作為提高農(nóng)業(yè)產(chǎn)量和土

3、壤修復的一個新途徑2。生物炭是由生物質(zhì)材料高溫裂解的含黑炭的產(chǎn)物4，施加到土壤中可以增加土壤的水分保持與供應能力，從而增加沙化和酸性土壤的持水量5-6。生物炭的比表面積是沙土的上千倍，這表明生物炭可以作為土壤改良劑施加到沙化土壤中，提高保水保肥能力。有研究表明，在干旱脅迫下，施加生物炭后可以通過增加作物水分吸收而提高作物產(chǎn)量1，7，一定比例的秸稈生物炭可以提高不同土壤（特別是沙化土壤）的持水量。同時，生物炭可以改善土壤理化性質(zhì)，提高土壤團聚體穩(wěn)定性，降低土壤強度以及容重等8-11。本研究通過設置不同生物炭施加比例進行盆栽試驗，探討生物炭作為改良劑施加到沙化土壤中，對其性質(zhì)以及作物幼苗生長的影響

4、，為沙化土壤的合理利用提供理論和實踐基礎。1材料與方法供試土壤取自吉林省西部大安地區(qū)，此區(qū)域為風沙土；供試作物種子為綠豆和谷子；所用生物炭從沈陽農(nóng)業(yè)大學生物炭研究所獲得。將風干后的土壤、生物炭分別過1 mm篩備用。設置9個生物炭施加比例，分別為0%、5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%，以不加生物炭的處理為對照，土壤與生物炭混合均勻，每個處理重復3次。每盆放置同等質(zhì)量的混合土，澆等量的蒸餾水，挑選籽粒飽滿的種子，用75%的乙醇表面消毒洗凈，催芽后播種，每盆（直徑15 cm）均勻播種10粒種子，每個處理重復3次。植物生長3周后收獲，測其鮮質(zhì)量、干質(zhì)量、組織含水量及葉片葉綠

5、素含量等指標。同時為了分析作物播種前后土壤理化性質(zhì)的變化，分別于播種前及收獲后取土壤樣品，風干后測定各營養(yǎng)成分含量。幼苗生物量用稱量法測定；土壤電導率用con 1000臺式電導儀測定；土壤有機質(zhì)用重鉻酸鉀法測定；ph值用ph-3c酸度計測定；土壤速效氮含量采用堿擴散法測定；速效磷含量采用鉬銻抗比色法測定；速效鉀含量采用火焰光度法測定；葉綠素含量用spad-502葉綠素儀測定。jz組織含水量=（fw-dw）/fw×100%。式中：fw（fresh weight，簡稱fw）表示幼苗鮮質(zhì)量；dw（dry weight，簡稱dw）表示幼苗干質(zhì)量。采用excel和sigmaplot 10.0軟

6、件進行數(shù)據(jù)分析和作圖。2結(jié)果與分析2.1生物炭的施加對吉林西部沙化土壤理化性質(zhì)的影響2.1.1生物炭對沙化土壤ph值和電導率的影響由于所選用土壤為吉林省西部沙化堿化土壤，本身偏堿性，ph值和電導率本底值均較高。由圖1、圖2可知，隨著生物炭施加量的增加，ph值呈波動上升趨勢，而土壤電導率呈現(xiàn)隨生物炭含量增加而逐漸增加的趨勢。當生物炭含量超過30%后，電導率和ph值上升趨勢更明顯。這可能是由于生物炭自身含有生物質(zhì)燃燒留下的無機鹽類離子，因此添加到土壤中會提高土壤電導率。而且生物炭本身呈堿性，從而使土壤ph值也隨之增加。當生物炭含量超過35%后，土壤ph值和電導率的增幅變緩。2.1.2生物炭對沙化土

7、壤養(yǎng)分元素含量的影響由圖3可以看出，生物炭的施加明顯促進了土壤氮含量的增加，除10%生物炭施加處理土壤速效氮含量有一定降低外，其他處理隨著生物炭施加量的增加，土壤速效氮含量均呈上升趨勢。從圖4、圖5可以看出，隨著生物炭施加量的增加，土壤速效磷含量和速效鉀含量均增加。綠豆收獲后各處理土壤中速效氮、速效磷以及速效鉀的含量均比播種前有一定程度的下降。其中，土壤速效氮含量的降幅在4.58%29.00%之間，整體來看，隨著生物炭施加量的增加，播種后生物炭的降幅降低，生物炭施加量為10%的處理降幅最明顯，達到29%。土壤速效磷含量的降幅最大，在64.20%82.70%之間，總體上也呈現(xiàn)隨生物炭含量增加降幅

8、增大的趨勢。土壤速效鉀含量的降幅在0.80%6.70%之間，降幅呈現(xiàn)先增后減的趨勢，最高降幅出現(xiàn)在生物炭含量10%、15%的處理中，為6.6%。從本試驗結(jié)果看，綠豆收獲后土壤速效磷含量比播種前有大幅度降低，可能由于作物的生長初期對速效磷的需求量較高，同時由于受試土壤速效磷含量很低，因此植物對磷的吸收率相對較高。fl）2.1.3生物炭對沙化土壤有機質(zhì)含量的影響由圖6可以看出，隨著生物炭施加量的增加，土壤有機質(zhì)含量總體呈增長趨勢。然而，隨著生物炭施加量的增加，綠豆對土壤中有機質(zhì)的吸收量未呈現(xiàn)明顯增加趨勢，可能是由于生物炭的主要成分是碳，因此隨著生物炭含量的增加，所測得的土壤樣品中有機炭的含量增高，

9、進而明顯影響到有機質(zhì)的含量；而生物炭中的碳元素以多環(huán)芳烴穩(wěn)定態(tài)的有機碳居多，穩(wěn)定性強，很難直接被植物吸收利用，因此用化學方法測定的土壤有機質(zhì)含量不能完全反映出生物炭施加后的土壤肥力水平。fl） 2.2生物炭的施加對作物幼苗生長的影響2.2.1生物炭對作物幼苗生物量及組織含水量的影響由圖7可以看出，與不加生物炭的對照相比，施加生物炭對2種作物生物量的積累均有促進作用，總體上呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢。其中，生物炭施加量為15%30%之間的處理作物幼苗的干質(zhì)量較高，當生物炭施加量過高時，生物量反而有所下降。其中，以谷子幼苗生物量的降幅最明顯。由此可見，一定量的生物炭會促進沙化土壤中植物生物量的積累，而

10、含量過高，可能對植株生長起到抑制作用。施加生物炭對作物幼苗組織含水量有明顯影響（圖8）。生物炭施加量在020%之間，隨著施加量的增加，作物幼苗組織含水量有所增加，而隨著生物炭施加量繼續(xù)增加，幼苗組織含水量又稍有所下降。這可能由于生物炭在含量較低的情況下，由于它的多孔性和吸附性，增加土壤特別是沙質(zhì)土壤的蓄水能力以及容水量，水分供給植物根吸收利用；而如果施加量過高，反而會增加土壤的疏水性，引起植物組織對水分保持能力降低。2.2.2生物炭對幼苗葉綠素含量的影響由圖9可以看出，隨著生物炭施加量的增加，作物葉片葉綠素含量呈現(xiàn)先增后減的趨勢。當生物炭施加量為5%時，綠豆和谷子幼苗葉片葉綠素含量為最高，而當

11、生物炭含量超過15%后，葉綠素含量開始有所下降，由此可以看出，生物炭在一定濃度會促進植物葉綠素的生成和積累，但含量過高反而會抑制作物對養(yǎng)分的吸收和利用。fl）3結(jié)論與討論施加生物炭到沙化土壤中可以增加土壤的ph值和電導率，同時增加了土壤有機質(zhì)和營養(yǎng)元素的含量。由于受試土壤偏堿性，施加過多的生物炭會使土壤的ph值過高，從而對植物生長產(chǎn)生抑制作用。從作物幼苗生長指標來看，并不是生物炭施加比例越高對作物生長越有利，當施加生物炭控制在中等濃度時對植物生長的促進最明顯，當濃度過高時生物炭對受試的2種作物生長的促進作用開始減弱，甚至濃度過高時會產(chǎn)生抑制作用。同時，綠豆收獲后各處理土壤中速效氮、速效磷以及有

12、效鉀的含量均比播種前有一定程度的下降。由于不同的原材料以及制備條件所制取的生物炭理化性質(zhì)以及作用有差別，單純施加生物炭由于營養(yǎng)元素的有限性而限制了推廣使用，如果作物肥料緩釋載體與其他改良劑（如有機肥、微生物菌劑等）混合施加，可能會有更顯著的效果，因此生物炭在農(nóng)業(yè)應用以及土壤修復中的研究也需要更深入、更大規(guī)模的試驗和探索。參考文獻：1blackwell p，krull e，butler g，et al. effect of banded biochar on dryland wheat production and fertiliser use in south-western australi

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