生物炭對酸化土壤的改良效應與生物化學機理研究

宋淑艷

【摘要】生物炭是有機物質在缺氧環境下熱降解的固體產物，具有較大的孔隙度和比表面積，吸附能力強，具有減緩土壤酸化、減少土壤無機態氮的淋溶及為土壤微生物提供營養元素和棲息場所的潛能，被廣泛應用于土壤改良方面。許多研究表明生物炭在改善土壤理化性狀、提高肥料利用率及作物產量方面表現出較好的效果。目前許多研究主要集中在大田土壤改良上，但針對生物炭對設施蔬菜連作土壤改良的研究較少，而生物炭的用量是影響改良效果的重要因素。本文主要探討生物炭對酸化土壤的改良效應與生物化學機理。

【關鍵詞】生物炭；土壤改良；生物化學機理

【中圖分類號】S156.6 【文獻標識碼】B 【文章編號】2095-3089（2017）17-0022-01

土壤酸化是土壤退化的一個重要方面，土壤酸化會造成土壤質量和肥力的下降，營養元素的流失，從而對生長的作物產生嚴重危害。當前，我國酸化土壤分布廣泛，酸化程度日益加劇，嚴重影響我國農業的可持續發展。生物炭作為新興的酸性土壤改良劑，因其獨特的生物物理化學性質在提高土壤肥力、降低土壤酸度、改良土壤微生物生長環境等方面具有重要的潛在應用價

值。

一、土壤酸化的原因

1.用肥過量及不科學

眾所周知，2004～2015年，中國糧食生產實現了“十二連增”，創造了中國乃至世界糧食史上的奇跡。肥料作為糧食的“糧食”，為保障糧食安全和農業生產作出了重大貢獻。但是，在長期集約化生產過程中，過量使用化肥及施肥方式不科學，對土壤結構造成了嚴重破壞，導致土壤出現酸化、板結等現象。易造成土壤酸化。土壤酸化的根本原因在于：一方面是自然因素，例如，強降水會造成土壤中鉀、鈣、鎂等堿性鹽基大量流失，導致土壤酸化；另一方面是人為因素，最主要的是長期施用酸性肥料和氮肥，以及施肥方式不科學，導致土壤酸化。長期連年使用生理酸性肥料，作物吸收養分后，剩下的酸根離子與土壤中的氫離子結合生成酸，導致土壤板結，酸性增強，土壤結構被破壞。以香蕉種植中常用的氯化鉀、硫酸鉀為例，當土壤中施入氯化鉀，氯化鉀電離成K+和Cl-，香蕉吸收營養物質K+，使得氯化鉀的離解向右進行。土壤中富集大量的Cl-，而Cl-和H+結合生成HCl，導致土壤酸化程度越來越高。氮肥在土壤中轉化會產生質子，轉化成硝酸鹽，硝酸鹽損失的時候，會帶走鈣、鎂這些堿性離子。大量使用氮肥也是造成土壤酸化加劇的重要原因之一。

2.酸沉降

酸沉降一直被認為是中國嚴重的環境問題之一，是導致土壤酸化的主要因素。近年來，我國一些地區已經成為酸雨多發區。在酸雨影響下，SO42-、NO3-、有機陰離子是加速土壤酸化和鹽基淋溶損失的主要陰離子，外源H+的進入會加速鋁離子水解。酸雨主要是因大量燃燒含硫量高的煤而形成，此外，各種機動車排放的尾氣也是造成酸雨的重要原因之一。

二、生物炭對酸化土壤化學往質的改良效應與機理

生物炭的揮發化碳（VolatileC，通常為生物炭的脂肪族碳組分）采用快速升溫求質量差的方法。即將裝有生物炭的坩堝放置在900℃的馬弗爐內保持6分鐘，取出后冷卻，損失的質量即為生物炭的揮發性碳。生物炭的固定態碳（Fixed。即生物炭的芳香族碳姐分）計算公式如下：固定態碳（%）=100-灰分（%）-揮發性碳（%）。本文主要對油萊生物炭、蘆葦生物炭、豬糞生物炭、菠蘿果皮生物炭進行分析。

1.土壤鹽基離子和鋁離子的變化

生物炭提高了土壤的總交換態鹽基離子含量（EBC）、各類交換態鹽基離子（鉀、鈉、鈣和鎂）含量，并降低土壤了交換態鉛的含量。豬糞、果皮和油萊生物炭顯著增加了土壤的總交換態鹽基離子，増加了土壤交換態鉀、鈉、鈣和鎂的含量，且顯著降低了土壤有效態氮的含量，而蘆葦生物炭的效果最差。例如，對于紅砂土，在3%豬糞生物炭添加下，土壤鉀、鈉、鈣、鐵和EBC分別提高了1.35、0.89、2.97、2.04和7.04cmolkg-1，鋁降低了5.96cmolkg-1；而在蘆葦生物炭的添加下，土壤鉀、鈉、鈣和鎂和EBC分別提高了0.39、0.06、0.12、0.03和0.61cmolkg-1，鋁降低了0.08cmolkg-1。三種土壤之間，生物炭對紅砂土的改良效果要對于紅壤和黃斑田。3%豬糞生物炭添加下，紅砂土的鉀、鈉、鈣和鎂和EBC分別提高了1.35、0.89、2.97、2.04和7.04cmolkg-1，鋁降低了5.96cmolkg-1，而黃斑田的鉀、鈉、鈣和鎂和EBC只提高了1.06、1.00、0.08、1.04和3.18cmolkg-1，鋁降低了0.08cmolkg-1。

2.不同用量生物炭對土壤理化性狀的影響

由表2可知，不同用量生物炭施用對連作土壤理化性狀產生了不同的影響。施用生物炭降低了土壤容重，除T5處理外，隨著施用量的增加，容重呈逐漸下降趨勢，其中T3、T4處理與T0差異達顯著水平。5%～9%的高用量生物炭處理有利于提高土壤持水量，T5處理顯著高于T0。各處理對土壤堿解氮含量影響較小，除T5處理顯著低于其它處理外，各生物炭處理間無顯著差異。

生物炭處理相對降低了土壤速效磷含量，除T3處理顯著低于T0外，其它處理間無顯著差異。與T0相比，T2、T3和T4處理相對提高了土壤速效鉀含量，其中T4處理顯著高于T0。各生物炭處理顯著提高了土壤pH，降低了土壤EC值，使pH達到6.70～6.90，EC值下降到433.00～524.67μS·cm-1。

三、結束語

根區環境是作物生長賴以生存的根本，隨著蔬菜連作障礙的發生，導致根區土壤容重增加，土壤酸化、含鹽量增加，土壤營養條件及微生物種群結構遭到破壞。防治作物連作障礙，改善作物根區環境至關重要。施用生物炭能夠促進作物生長，提高產量。分析原因可能主要是適量的生物炭施用，改善了土壤理化性狀，凈化了根區微生物環境，使其更接近健康土壤的原因。

參考文獻

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