炭基土壤調理劑對橡膠園土壤pH和陽離子交換量的影響

林清火 劉海林 王莉 華元剛 茶正早 羅微

摘要 為探明生物質炭基土壤調理劑對橡膠同土壤改良效果。通過室內培養試驗，研究添加0%、10%、20%、30%生物質炭的土壤調理劑對橡膠同土壤pH和CEC（陽離子交換量）的影響。結果表明，施用炭基調理劑后，土壤pH均顯著高于CK處理，且隨著生物質炭用量增加而增大。其中添加30%生物質炭處理橡膠同土壤的pH比試驗前提高了1.96個單位。添加炭基調理劑能夠顯著增加橡膠同土壤CEC，且隨生物質炭用量的增加而增大.其中添加30%生物質碳處理CEC比試驗前提高了約90%。生物質炭基土壤調理劑具有同步提高酸性土壤pH和CEC的能力，且二者之間達到極顯著相關。

關鍵詞 炭基土壤調理劑;土壤pH：CEC;橡膠園：相關關系

我國酸化土壤的總面積高達2.04×10⁸h㎡，土壤酸化呈面積大、分布廣、酸化程度高等特點。海南地處我國熱帶地區，熱量充足，降水豐沛，土壤的風化和淋溶作用比較強烈，致使土壤酸度高，CEC（陽離子交換量）交換量低，土壤肥力水平低下。農田土壤酸化不但會使土壤板結，降低肥料利用率，還會對作物產生毒害作用，增加作物病蟲害的發生風險，降低作物品質。目前，有效改良土壤酸化已成為當前研究的熱點，酸化土壤的改良對減少肥料損失，提高肥料利用率及提高作物品質具有重要意義。

生物質炭是生物質在缺氧或絕氧環境中.經高溫熱裂解后生成的固態產物。生物質炭含有豐富的土壤養分元素，含炭量一般達70%以上，且具有較大的孔隙度和比表面積，是一種多功能吸附材料。研究表明，生物質炭在土壤改良、環境污染治理中具有良好的應用前景。本研究通過室內培養試驗.研究添加不同含量的生物質碳粉土壤調理劑對橡膠園土壤改良效果的影響，為生物質炭基調理劑改良橡膠園土壤提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料

供試生物質炭是以小麥秸稈在350～550℃制成.購于河南商丘市三利新能源有限公司，其基本理化性質見表。試制的土壤調理劑是以生物質炭粉、鈣鎂磷肥（P₂O₅ 16%，MgO 12%）、腐植酸銨（腐殖酸40%）和填充料（膨潤土）為原料，其中鈣鎂磷肥、腐植酸銨用量均設為肥料總重量的30%，生物質炭粉用量設為肥料總重量的0、10%、20%、30%，分別用T0、T1、T2、T3表示。原料混勻后，加入網盤造粒機中，圓盤造粒機的轉速設置為60 r/min，溫度設置為50℃，然后勻速噴入0.4%的粘結劑溶液，待顆粒直徑達到1～2mm且較均勻后取出，60℃烘干（圖1）。

1.2 方法

1.2.1 土壤調理劑室內培養實驗

供試土壤為花崗片麻巖發育的磚紅壤，采自中國熱帶農業科學院橡膠研究所五隊基地，其基本理化性質見表2。采用恒溫培養法，稱取8g土壤調理劑與100 g過1mm篩橡膠園風干土混勻，置于200mL塑料杯中，加超純水50mL（田間持水量的60%），用封口膜密封，置于25℃恒溫培養箱中，并于第1、3、7、14、21、35、49、63、84、105 d取樣，測定橡膠園土壤pH和CEC。每個處理設置3次重復，同時設空白處理CK。

1.2.2 土壤理化性質測定

土壤全氮采用濃硫酸-凱氏定氮儀，速效磷采用鹽酸氟化銨鉬銻抗比色法，速效鉀采用醋酸銨浸提-火焰光度計發，有機質采用重鉻酸鉀氧化容量法，pH值（1：2.5土水比）采用滴定法，CEC采用氯化鋇硫酸強迫交換法。

1.2.3 數據分析與處理

數據采用Excel 2007軟件對原始數據進行整理計算、繪制圖表，數據統計分析采用SPSS軟件，處理間差異采用Duncan多重比較方法，差異性水平為0. 05。

2 結果與分析

2.1 不同土壤調理劑基本理化性質

不同土壤調理劑基本理化性質如表3所示。在添加等量鈣鎂磷肥、腐植酸銨條件下，由于生物質炭自身帶有一定養分含量，與不加炭粉的T0組相比，添加生物質炭粉能夠提高炭基調理劑中的全氮、總有效磷、全磷、有效鉀、全鉀及有機質含量，而對白身pH影響不大。

2.2 不同調理劑對橡膠園土壤pH的影響

與對照CK處理相比，恒溫培養的第1天，加入不同用量生物質炭粉土壤調理劑均能夠不同程度地提高橡膠園土壤的pH，其中T2和T3處理增加較為明顯，分別較對照處理增加了0.72個和1.09個單位。而不加生物質炭粉的T0處理及添加10%生物質炭粉的T1處理.pH值變化較小。恒溫培養至第21天，T0、T1、T2、T3處理pH均達到較高值，而后趨于穩定（圖2-A）。恒溫培養至105 d后，各處理之間土壤pH差異顯著（圖2-B），均顯著高于CK處理，且隨著生物質炭用量增加而增大，其中T3處理膠園土壤的pH達到7.09，比試驗前提高了1.96個單位。

2.3 不同土壤調理劑對橡膠園土壤CEC的影響

使用不同土壤調理劑對橡膠園土壤陽離子交換量（CEC）影響如圖3所示。從圖3-A可見，CK處理隨著時間推移，土壤陽離子交換量相對比較平穩，而添加不同生物質炭用量的T0、T1、T2、T3處理較CK均有顯著增加。其中添加土壤調理劑的處理T0、T1、T2和T3在培養的第1天分別為4.33、4.95、5.57和6.48，明顯高于對照處理的3.86。當培養至第14天時（第4次取樣），各處理的土壤CEC均達到穩定值，而后隨著時間的推移上下波動。從圖2-B可見，在室內培養105天后，與對照相比，添加土壤調理劑的處理土壤CEC均顯著高于對照，且隨著生物質炭用量增加，土壤CEC也顯著提高，各處理間均達到顯著差異。其中T3處理經過培養后，CEC達到7.33 cmol/kg，比試驗前提高了約90%。

2.4 炭基土壤調理劑對pH和CEC之間的相關關系

表4為不同土壤調理劑添加后土壤pH與CEC的相關關系。從表中可以看出，不同調理劑添加后土壤pH與CEC之間可用二項式方程表示，其相關關系均達到顯著相關，其中T0處理pH與CEC二者相關關系達到0.79，而T1、T2和T3處理中二者相關關系均超過0.90?？梢娞砑由镔|炭后，具有同步提高酸性土壤pH值和CEC。

3 討論與結論

土壤pH是土壤化學性質的重要參數，土壤酸化會活化土壤中有毒離子，促進鹽基離子流失，導致土壤肥力下降，作物無法正常生長，從而帶來了糧食安全、農田無法可持續利用及一系列的環境生態問題。本研究通過在土壤調理劑中添加0、10%、20%、3096生物質炭粉，研究生物質炭基調理劑對膠園土壤改良效果。研究結果表明.施用炭基調理劑后土壤pH較對照組有不同程度的增加，且以添加30%生物質炭粉的處理最為顯著.這與楊瑞清等的研究結果一致。生物質炭對橡膠園土壤的酸度具有改良作用，這可能與生物質炭中堿性物質的存在形態有關，生物質炭中的堿主要以有機官能團和碳酸鹽形態存在;生物質炭表面具有豐富的含氧官能團，在pH較高的情況下這些官能團會以陰離子的形態存在，能與酸性土壤中的H⁺發生締合反應，從而中和土壤酸度。

土壤陽離子交換量是指土壤膠體所能吸附各種陽離子的總量，是評價土壤保肥能力、改良土壤和合理施肥的重要依據。生物質炭比表面積大且具有較多的孔隙結構，帶有大量的負電荷，吸附能力強，可以提高土壤的肥力。索龍等通過玉米秸稈及其制備的生物質炭對磚紅壤酸度及交換性能的影響的試驗結果表明，土壤添加1%的生物質炭后，土壤CEC提高了3.9%～17.3%。本試驗研究表明，添加炭基調理劑的處理能夠顯著增加橡膠園土壤CEC，且CEC隨生物質炭粉用量的增加而顯著提高，其中添加30%生物質碳的T3處理比處理前提高了約90%。

土壤pH值和CEC是橡膠園土壤可持續發展的2個重要指標。研究結果表明，添加生物質炭土壤調理劑，具有同步提高酸性土壤pH值和CEC的能力，且其二者之間達到極顯著相關?？梢姡鹉z園土壤添加炭基調理劑后，不僅可有效提高橡膠園土壤酸度，降低土壤酸害風險;而且大大提高土壤的離子吸附和交換能力，減少肥料損失，這與吳敏等的研究結果相似。