生物炭對(duì)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(xué)城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，吉林長春 130032)

生物炭對(duì)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(xué)城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，吉林長春 130032)

為了明確生物炭對(duì)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(jìn)行土柱實(shí)驗(yàn)，探討生物炭對(duì)沙化土壤的蒸發(fā)量、保水量、養(yǎng)分元素含量的影響。結(jié)果表明：隨著生物炭濃度的增加，土壤蒸發(fā)量呈現(xiàn)減小趨勢(shì)，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(qū)

生物炭是在低溫缺氧條件下將農(nóng)作物秸稈、木質(zhì)物質(zhì)、禽畜糞便或其它生物質(zhì)材料高溫?zé)峤舛纬傻漠a(chǎn)物，具有復(fù)雜的孔隙結(jié)構(gòu)和極強(qiáng)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(huán)境。本研究將生物炭作為土壤改良劑，研究其對(duì)吉林省西部沙化土壤的影響，為生物炭在沙化生態(tài)環(huán)境修復(fù)中的運(yùn)用提供理論和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

供試土壤取自吉林省西部地區(qū)沙化土壤，所用生物炭從沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)生物炭研究所獲得，分別過1mm篩備用。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)生物炭含量(質(zhì)量百分比)的不同，設(shè)置5個(gè)處理，各處理的生物炭含量分別為：0、2%、4%、6%、8%，每個(gè)處理4次重復(fù)。將過篩后的供試土壤與生物炭按相應(yīng)比例混合均勻、裝入土柱(土柱高17cm,內(nèi)徑10.5cm，最下層固定尼龍網(wǎng))，靜置兩周后進(jìn)行淋溶實(shí)驗(yàn)，收集土壤滲濾液，測(cè)其體積、養(yǎng)分元素含量及pH。同時(shí)每天澆水稱重，測(cè)定土柱蒸發(fā)量(每一土柱日均水分減少量)和土壤保水量。

1.2.2 實(shí)驗(yàn)指標(biāo)的測(cè)試

采用TFC-203智能土肥養(yǎng)分測(cè)試儀測(cè)定土壤滲濾液氮含量(TN)；土壤蒸發(fā)量采用重量法測(cè)定；用pH-3C酸度計(jì)測(cè)定pH。

1.2.3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理

采用Excel數(shù)據(jù)分析軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 生物炭對(duì)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(shì)。當(dāng)生物炭濃度為2%時(shí)，土壤保水量(體積比)由24.9%(對(duì)照)上升到26.2%；而當(dāng)生物炭濃度為4%時(shí)，土壤保水量略有下降；生物炭濃度為8%時(shí)，土壤保水量達(dá)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(fā)量

2.2 生物炭對(duì)土壤蒸發(fā)量的影響

土壤蒸發(fā)是地氣能量交換的主要過程之一,是沙地水分循環(huán)中的重要環(huán)節(jié)，對(duì)沙地水熱傳輸及水分利用和沙地植被的穩(wěn)定有重要意義[2-3]。由圖2可以看出，除生物炭含量為2%時(shí)，土柱水分蒸發(fā)量略高于對(duì)照外，其它處理隨著生物炭濃度的增加，土柱蒸發(fā)量總體呈遞減趨勢(shì)。生物炭濃度為8%時(shí)，土柱水分蒸發(fā)量下降至15.35g。已有研究表明，木炭為管狀孔隙結(jié)構(gòu)，不同孔隙結(jié)構(gòu)的斥水性和導(dǎo)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(fā)量也不同。另知，土壤持水力越弱，蒸發(fā)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(fā)量，減少沙土水分的散失。

2.3 生物炭對(duì)土壤滲濾液的影響

不同生物炭施加比例對(duì)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(duì)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(shì)。生物炭的多孔特性和巨大的比表面積增加了對(duì)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(cè)面反映出生物炭可以提高土壤的保肥能力，減少養(yǎng)分淋溶損失，使沙化土壤中養(yǎng)分元素存留時(shí)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(duì)土壤pH的影響分析

土壤pH即酸堿度。土壤pH對(duì)作物的生長非常重要，健康的土壤會(huì)維持一定的酸堿平衡。不同生物炭施加比例對(duì)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(shì)，當(dāng)生物炭含量在2%～4%時(shí)，pH上升趨勢(shì)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(guān)研究的結(jié)果相同。

圖5 不同處理土壤pH

3 結(jié)論

生物炭富含微孔，可以補(bǔ)充土壤的有機(jī)碳，有效地保存水分和養(yǎng)料、提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)率，減少對(duì)碳密集肥料的需求。本實(shí)驗(yàn)結(jié)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(fā)量和養(yǎng)分流失，提高沙化土壤的農(nóng)業(yè)利用率和生產(chǎn)力。限于本研究僅為控制實(shí)驗(yàn)，對(duì)于生物體在沙化生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)中的實(shí)際應(yīng)用還需要通過進(jìn)一步的大田實(shí)驗(yàn)加以驗(yàn)證和完善。

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

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

[3]劉新平,張銅會(huì),趙哈林.流動(dòng)沙丘干沙層厚度對(duì)土壤水分蒸發(fā)的影響[J].干旱區(qū)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(xué)基金項(xiàng)目“AM真菌、土壤改良劑對(duì)松嫩平原沙化土壤的修復(fù)過程研究”(31200419)；吉林省教育廳“十二五”科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目“生物炭對(duì)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(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目“生物炭對(duì)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(xué)城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院學(xué)生，從事土壤生態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)與研究。

王桂君(1979- )，女，副教授，碩士，從事環(huán)境生態(tài)學(xué)與土壤修復(fù)相關(guān)研究。

注：本研究為國家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目。項(xiàng)目組成員：路倩倩，林媛，王憲岐，徐天歌；指導(dǎo)教師：王桂君。

S153

A

2095-7602(2017)02-0181-03