生物炭在鹽漬化農(nóng)田土壤的應(yīng)用研究

生物炭在鹽漬化農(nóng)田土壤的應(yīng)用研究

在高溫或低氧條件下，生物資源材料通過分解產(chǎn)生的強穩(wěn)定性和高含量的固體顆粒稱為生物碳。其主要成分中包括C、H、O等元素,另外灰分含量也較高,主要因生物質(zhì)材料的種類(作物秸稈、林木等)和裂解溫度的不同存在差異。生物炭大多由芳香烴和多環(huán)結(jié)構(gòu)的碳組成,羥基、苯環(huán)等多種特殊的官能團結(jié)構(gòu)使其具有強吸附性和多離子交換量的作用長期以來,關(guān)于如何降低鹽漬化土壤鹽分,提高土壤肥力,利用有效的培肥條件來創(chuàng)造良好的土壤生態(tài)環(huán)境是眾多學者關(guān)注的焦點,嘗試了不同種類的改良制劑,并得到了較多試驗成果1鹽堿地的改良措施應(yīng)遵循“因地制宜,綜合治理”的指導(dǎo)思想目前,土壤鹽漬化已成為保證糧食安全和改善生態(tài)環(huán)境過程中面臨的主要制約因素。據(jù)統(tǒng)計,全國鹽漬化耕地面積達到7.60×10目前,治理鹽堿土壤的措施較多,由于鹽堿化的成因復(fù)雜或程度不同,改良措施具有的效果有限或存在不足之處。因此,在實際生產(chǎn)中遵循“因地制宜,綜合治理”是鹽堿地改良利用的指導(dǎo)思想。應(yīng)有效把握不同治理方法的優(yōu)勢和缺陷,全面高效地解決問題,取得最佳的效果。具體采用的措施主要根據(jù)實地的氣候和土壤等條件、鹽堿類型及嚴重程度,多重改良措施結(jié)合解決單一措施帶來的不足或不全面問題。2生物碳在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用2.1改善土壤條件生物炭施用于土壤中,可以影響土壤的水鹽運移和微生物活動等,進而改善土壤的水土環(huán)境。生物炭能顯著改善土壤的容重及孔隙度,改變土壤的結(jié)構(gòu),因生物炭原材料、土質(zhì)不同,容重的變化規(guī)律也存在差異。李昌見等2.2生物炭對提高土壤肥力的作用生物炭作為重要的具有吸附性的外源物,在保水保肥方面表現(xiàn)出顯著的效果,對作物的生長具有促進作用。生物炭的保水保肥特性主要表現(xiàn)為改善土壤的水力特性,通過吸附性等作用減少土壤養(yǎng)分的淋失,提高水肥利用效率。研究表明,添加生物炭可減輕土壤氮素淋洗,提高土壤水分和養(yǎng)分利用率。生物炭可以吸附土壤中有機分子,通過表面催化活性促進土壤有機質(zhì)的形成,延長有機質(zhì)的分解時間,進而形成腐殖質(zhì)來改善土壤肥力。土壤中有機碳含量的增加,會使土壤中的C/N比例相應(yīng)提高,土壤對氮素和其他養(yǎng)分吸持能力隨之提高。劉露等3鹽漬化農(nóng)田生物處理技術(shù)我國鹽漬化土地資源分布面積廣且嚴重程度不一,組成類型復(fù)雜,嚴重阻礙了鹽堿地的高效治理。近年來,隨著改善生態(tài)環(huán)境的力度加大,鹽堿地治理的綜合措施也相繼實施,這將對保障我國糧食安全和提高農(nóng)田高效產(chǎn)生重要意義。但是,由于鹽漬化土壤的組成類型復(fù)雜、對作物生長有鹽分脅迫作用,嚴重制約改良措施的精準實施,阻礙了農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。目前,針對不同類型鹽漬化土壤的改良措施較多,主要劃分為工程措施、農(nóng)業(yè)措施、生物化學措施等,許多專家學者針對改良措施的影響也做了大量研究,同時一大批綠色新型材料投入使用,均產(chǎn)生一定的效果。由于鹽漬化土壤中缺少改善土壤性質(zhì)的成分,可以通過施加一定的改良劑進行改善,尤其具有保水保肥特性、改善土壤結(jié)構(gòu)的改良材料備受關(guān)注。生物炭作為大量農(nóng)林廢棄資源材料的再生產(chǎn)物,在改善土壤水力、肥力等方面已經(jīng)取得較好成果,但在結(jié)構(gòu)性差、堿化度較高的鹽漬化土壤方面的研究較少。3.1生物炭對鹽堿土壤理化性質(zhì)的影響由于鹽堿土鹽分含量高、養(yǎng)分含量低、結(jié)構(gòu)性差的特點,在土壤中施加一定量的具有改善土壤肥力和結(jié)構(gòu)的外源物對于改善鹽堿土壤環(huán)境具有重要的意義。研究發(fā)現(xiàn),在結(jié)構(gòu)性差、持水能力差的鹽堿土壤中施用具有吸附性的生物炭能顯著降低黑土區(qū)土壤的殘余含水率和水分擴散率,增加土壤飽和含水率和田間持水量,進而提高大豆產(chǎn)量土壤鹽分作為衡量土壤鹽堿程度的主要指標,在施用改良劑后土壤的鹽分變化規(guī)律對于指導(dǎo)改良土壤具有重要意義。針對生物炭對土壤的改良效果已有較多研究,研究結(jié)果表明,生物炭的特殊性對鹽堿土壤具有重要的影響,隨著生物炭用量的增加,鹽堿土壤中有機碳含量明顯提高,是原土含量的1.35~1.51倍;礦質(zhì)態(tài)氮、有效磷及速效鉀含量變化較小;水溶性鹽含量降低明顯3.2生物炭的合理利用微生物受鹽堿土壤環(huán)境的影響,在土壤中的活動受到抑制,但其在改善土壤環(huán)境及促進作物生長等方面產(chǎn)生重要的影響。因此,對微生物的變化規(guī)律的研究對生物炭的合理利用具有指導(dǎo)意義。研究表明,施入生物炭后顯著提高了土壤微生物生物量3.3生物炭對作物生長特性的影響由于受鹽分脅迫的影響,許多作物在鹽堿土壤中不能正常生長,產(chǎn)量較低。研究表明,生物炭可以改善土壤的理化性質(zhì),提高土壤肥力,促進作物生長特性的改善。在不同土壤類型中,生物炭及生物炭復(fù)配物對作物均具有一定的影響。生物炭能夠促進玉米出苗和苗期的生長,對玉米株高、莖粗均有促進作用3.4生物炭與木醋液復(fù)配系統(tǒng)由于在堿性土壤中施用呈堿性的生物炭可能會引起土壤鹽漬化程度的加重,但將其與酸性改良物質(zhì)復(fù)配施用,可以緩解堿性引起的副作用或不良效果。在鹽堿土中將適宜量的生物炭與按適宜比例稀釋的木醋液復(fù)配施用,在改善土壤酸堿度的同時,可以起到降鹽抑鹽的效果,有效抑制表層土壤的板結(jié)。同時,結(jié)合非生育期合理的洗鹽灌溉模式,可以提高土壤的脫鹽效果,滿足作物對水分和鹽分的閾值要求,保證作物的正常生長。研究表明,施用生物炭、木醋液和牛糞等多種材料復(fù)配成的改良劑于土壤中,對蘇打鹽堿土的改良效果顯著,可將堿性較強(pH值>9)的鹽堿地改造成高質(zhì)量高產(chǎn)的農(nóng)田4生物炭對鹽堿土壤理化性質(zhì)的影響,可減少土總結(jié)研究成果,生物炭及其他復(fù)合物在改善土壤水土環(huán)境、固碳減排等方面表現(xiàn)為積極作用。但生物炭對土壤的影響機理及對生態(tài)環(huán)境的影響效果等仍存在許多的不足之處。同時,生物炭的堿性特征可能會引起次生鹽漬化的風險。因此,在改良中可考慮施用較低溫度下裂解的呈酸性的生物炭或?qū)⑸锾颗c其他酸性改良劑復(fù)配施用,但需進行深入研究,主要體現(xiàn)在以下幾個方面:(1)生物炭穩(wěn)定性較高,可長期貯存于土壤中,但部分生物炭中灰分及重金屬元素含量較高。因此,合理評估生物炭在農(nóng)業(yè)利用方面的有關(guān)風險具有重要意義。(2)生物炭對整個