生物炭對吉林省西部沙化土壤的影響

路倩倩，林 媛，王憲岐，徐天歌，王桂君

(長春師范大學城市與環境科學學院，吉林長春 130032)

生物炭對吉林省西部沙化土壤的影響

路倩倩，林 媛，王憲岐，徐天歌，王桂君

(長春師范大學城市與環境科學學院，吉林長春 130032)

為了明確生物炭對吉林省西部沙化土壤的影響，通過施加不同比例的生物炭進行土柱實驗，探討生物炭對沙化土壤的蒸發量、保水量、養分元素含量的影響。結果表明：隨著生物炭濃度的增加，土壤蒸發量呈現減小趨勢，保水量有所增加，土壤pH、總氮含量增加。生物炭的施加在一定程度上可以提高吉林省西部沙化土壤保水和保肥能力。

生物炭；沙化土壤；吉林省西部地區

生物炭是在低溫缺氧條件下將農作物秸稈、木質物質、禽畜糞便或其它生物質材料高溫熱解而形成的產物，具有復雜的孔隙結構和極強的吸附性能。其多孔特性和巨大的比表面積有利于土壤聚集水分，提高土壤孔隙度、降低土壤容重，從而為植物生長提供良好的環境。本研究將生物炭作為土壤改良劑，研究其對吉林省西部沙化土壤的影響，為生物炭在沙化生態環境修復中的運用提供理論和實驗基礎。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

供試土壤取自吉林省西部地區沙化土壤，所用生物炭從沈陽農業大學生物炭研究所獲得，分別過1mm篩備用。

1.2 實驗方法

1.2.1 實驗設計

根據生物炭含量(質量百分比)的不同，設置5個處理，各處理的生物炭含量分別為：0、2%、4%、6%、8%，每個處理4次重復。將過篩后的供試土壤與生物炭按相應比例混合均勻、裝入土柱(土柱高17cm,內徑10.5cm，最下層固定尼龍網)，靜置兩周后進行淋溶實驗，收集土壤滲濾液，測其體積、養分元素含量及pH。同時每天澆水稱重，測定土柱蒸發量(每一土柱日均水分減少量)和土壤保水量。

1.2.2 實驗指標的測試

采用TFC-203智能土肥養分測試儀測定土壤滲濾液氮含量(TN)；土壤蒸發量采用重量法測定；用pH-3C酸度計測定pH。

1.2.3 實驗數據的處理

采用Excel數據分析軟件進行數據分析與作圖。

2 結果與分析

2.1 生物炭對土壤保水量的影響

土壤保水性主要指土壤保蓄毛管水的能力，保水性的大小取決于土壤孔隙的分布和連通性[1]。由圖1可以看出，隨著生物炭濃度的增加，土壤的保水量整體呈上升趨勢。當生物炭濃度為2%時，土壤保水量(體積比)由24.9%(對照)上升到26.2%；而當生物炭濃度為4%時，土壤保水量略有下降；生物炭濃度為8%時，土壤保水量達到28.9%。可能由于生物炭具有較大的比表面積，孔隙度高，提高了土壤的保水能力。

圖1 不同處理土壤的保水量

圖2 不同處理土柱蒸發量

2.2 生物炭對土壤蒸發量的影響

土壤蒸發是地氣能量交換的主要過程之一,是沙地水分循環中的重要環節，對沙地水熱傳輸及水分利用和沙地植被的穩定有重要意義[2-3]。由圖2可以看出，除生物炭含量為2%時，土柱水分蒸發量略高于對照外，其它處理隨著生物炭濃度的增加，土柱蒸發量總體呈遞減趨勢。生物炭濃度為8%時，土柱水分蒸發量下降至15.35g。已有研究表明，木炭為管狀孔隙結構，不同孔隙結構的斥水性和導水性不同，不同比例的生物炭施加到土壤中，土壤形成的孔隙不同，土壤的蒸發量也不同。另知，土壤持水力越弱，蒸發量越大。由此可見，生物炭的施加可在一定程度上降低土壤蒸發量，減少沙土水分的散失。

2.3 生物炭對土壤滲濾液的影響

不同生物炭施加比例對土壤淋溶液體積的影響見圖3。隨著生物炭濃度的增加，土壤淋溶液體積減少，表明土壤的持水力增加。

不同生物炭施加比例對土壤滲濾液氮元素的影響見圖4，生物炭的施加顯著降低了土壤滲濾液中總氮的含量，總體上看，隨著生物炭濃度的增加，土壤滲濾液中的N含量呈下降趨勢。生物炭的多孔特性和巨大的比表面積增加了對氮元素的吸持作用[4]，因此隨著生物炭濃度的增高，土壤滲濾液中氮元素含量減少，從側面反映出生物炭可以提高土壤的保肥能力，減少養分淋溶損失，使沙化土壤中養分元素存留時間延長。

圖3 不同處理土壤淋溶液體積

圖4 不同處理土壤滲濾液氮含量

2.4 生物炭對土壤pH的影響分析

土壤pH即酸堿度。土壤pH對作物的生長非常重要，健康的土壤會維持一定的酸堿平衡。不同生物炭施加比例對沙化土壤pH的影響見圖5。隨著生物炭含量的增加，pH呈顯著上升趨勢，當生物炭含量在2%～4%時，pH上升趨勢更明顯,pH由8.15上升至8.21。其原因可能是：生物炭本身呈堿性，施入土壤中使土壤pH升高，這與相關研究的結果相同。

圖5 不同處理土壤pH

3 結論

生物炭富含微孔，可以補充土壤的有機碳，有效地保存水分和養料、提高農業生產率，減少對碳密集肥料的需求。本實驗結果表明，生物炭作為改良劑施加到吉林省西部沙化土壤中，可以在一定程度上提高沙化土壤的保水性，減少蒸發量和養分流失，提高沙化土壤的農業利用率和生產力。限于本研究僅為控制實驗，對于生物體在沙化生態系統修復中的實際應用還需要通過進一步的大田實驗加以驗證和完善。

[1]李得勤,段云霞,張述文.土壤濕度觀測、模擬和估算研究[J].地球科學進展,2012,27(4):424-434.

[2]孟春雷.土壤蒸發及水熱傳輸研究綜述[J].土壤通報,2007,38(2):374-378.

[3]劉新平,張銅會,趙哈林.流動沙丘干沙層厚度對土壤水分蒸發的影響[J].干旱區地理,2006,29(4):523-526.

[4]Spokas K A,Novak J M,Venterea R T,et al.Biochar’s role as an alternative N-fertilizer:Ammonia capture[J].Plant and Soil,2012,350(1):35-42.

Effect of Biochar on the Desertified Soil in Western Jilin Province

LU Qian-qian, LIN Yuan,WANG Xian-qi,XU Tian-ge,WANG Gui-jun

(College of Urban and Environmental Sciences,Changchun Normal University, Changchun Jilin 130032, China)

In order to clarify the influence of biochar on desertified soil in western Jilin Province, soil evaporation, water-holding capacity, soil leachate volume and total nitrogen content were measured by applying different proportions of biochar to the sandy soil with column experiment. The result showed that with the increase of biochar, soil evaporation decreased, water retention increased, and soil pH and total nitrogen increased. The application of biochar can improve the properties of sandy soil in western Jilin Province and promote plant growth to a certain extent.

biochar; sandy soil; Western Jilin Province

2016-09-20

國家自然科學基金項目“AM真菌、土壤改良劑對松嫩平原沙化土壤的修復過程研究”(31200419)；吉林省教育廳“十二五”科學技術研究項目“生物炭對吉林西部退化土壤改良及作物生長的影響研究”(2015-366)；國家級大學生創新創業訓練計劃項目“生物炭對吉林省西部沙化土壤保水保肥能力的影響”(201610205036)。

路倩倩(1995- )，女，長春師范大學城市與環境科學學院學生，從事土壤生態學實驗與研究。

王桂君(1979- )，女，副教授，碩士，從事環境生態學與土壤修復相關研究。

注：本研究為國家級大學生創新創業訓練計劃項目。項目組成員：路倩倩，林媛，王憲岐，徐天歌；指導教師：王桂君。

S153

A

2095-7602(2017)02-0181-03