生物質(zhì)炭對果園土壤團聚體分布及保水性影響

毛明翠劉 暢曹 靜劉寶康

（1山東麗澤環(huán)境技術服務有限公司 山東臨沂 276000 2山東瑞蒙環(huán)保科技有限公司 山東臨沂 276000）

引言

秸稈、樹干、枝條以等有機物料，在缺氧的環(huán)境下進行熱解碳化而出現(xiàn)的高度芳香化難溶性固體物質(zhì)，被稱之為生物質(zhì)炭。添加土壤之后，生物質(zhì)炭的穩(wěn)定性能夠保存非常長久。所以，土壤中應用生物質(zhì)炭，是一種非常有效的固碳方式。并且，生物質(zhì)炭因為比表面積大，與較多的官能團共同作用，讓土壤的物化性質(zhì)都能夠出現(xiàn)改變，所以對土壤的生物化學性質(zhì)也有較大的影響。當前，生物質(zhì)炭在進入土壤之后，對土壤的物理性質(zhì)等方面的影響也有了較深入的研究。但研究孔隙度較多，對團聚體分布的研究則有所降低。研究人員通過研究可以發(fā)現(xiàn)，應用生物質(zhì)炭能夠讓水溫性大團聚體含量增加，而且生物炭是惰性的固體材料，對團聚大小以及團聚的數(shù)量都沒有明顯的影響。也有研究人員認為，土壤類型和生物質(zhì)炭應用的水平是有一定關聯(lián)性的。我們在本文中就對黃土高原的土壤有機質(zhì)進行分析，研究生物質(zhì)炭在該地區(qū)的應用及效果，為該地區(qū)種植的蘋果枝條的農(nóng)業(yè)循環(huán)利用提出理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實驗地的自然條件

選擇山西中部和陜北黃土高原過度地帶的蘋果園，氣候為溫帶大路性半濕潤易干旱地區(qū)，溫度保持在10.6℃，1月平均氣溫為-3.0℃，7月平均氣溫為23.0℃，平均氣溫年差為26.0℃，年平均降水量為582.5mm，降水量較多月份為7、8、9月。

表1 土層土壤基本理化性質(zhì)

1.2 生物質(zhì)炭

以蘋果枝條為原料的生物質(zhì)炭，通過干燥除水、擠壓成型、充氮氣、加熱到一定溫度、停火冷卻等過程，再將生物質(zhì)炭進行研磨，然后通過2mm的篩選。因為生物質(zhì)炭的pH較高，而且石灰性土壤會有諸多不利因素，所以實驗過程中選擇的生物質(zhì)炭為蘋果枝條直接制成的生物質(zhì)炭，以及稀硫酸配備而成的堿性生物質(zhì)炭兩種。

1.3 實驗處理

在2016年4月中旬開始進行實驗，并在試驗地布置0.7hm2的蘋果園。果園內(nèi)的土壤質(zhì)地和肥力相對均勻，常年以化肥為主要施用廢料，樹體長勢基本一致。在實驗過程中增設7個處理，兩種性質(zhì)的生物質(zhì)炭添加的比例為10/20/30,t·hm-2，并且不添加生物質(zhì)炭的CK,每個處理則選擇30個蘋果樹，并以樹干為中心，讓生物質(zhì)炭在樹冠投影下均勻的添加，利用工具讓生物質(zhì)炭和耕層10cm土壤進行均勻混合。

1.4 土壤采集

按照四個正方向，在與試驗果樹相距100cm的地方，利用工具將兩個土層原狀土進行采集，深度分別為0-10cm和10-20cm。并將采集的原狀土放在塑料盒中進行帶回，并放在室內(nèi)風干，沿著土塊自然裂縫進行掰開后過篩，留存?zhèn)溆谩?/p>

1.5 分析方法

應用電動震動篩機對各級別土壤進行稱重，再利用元素分析儀對生物質(zhì)炭樣品的元素含量進行分析測定，利用Bpehm測定法對表面官能團進行測定。用10%硫酸法對土壤團聚體最大吸濕系數(shù)進行測定，再利用平衡吸附水汽的方式，對分級的團聚體進行稱重，利用前后的質(zhì)量差對比來計算出最大吸濕系數(shù)。

1.6 數(shù)據(jù)采集

利用EXCEl2007表格軟件對所得數(shù)據(jù)進行基本的處理以及圖表的繪制，對所得數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，再利用SAS9.1統(tǒng)計分析軟件對所得數(shù)據(jù)進行方差的分析，并執(zhí)行差異顯著性檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 增加生物質(zhì)炭對土壤團聚體分布的影響進行分析

在同一土層中，利用生物質(zhì)炭對土壤團聚體的分局趨勢進行規(guī)律的表現(xiàn)，各級別團聚體含量差異顯著。對處理CK團聚體分布趨勢和生物質(zhì)炭的處理方式有所不同，通過結(jié)果分析我們可以發(fā)現(xiàn)，生物質(zhì)炭增加，土壤團聚體的含量也會增加，而對照CK處理，土壤結(jié)構(gòu)有較大的差異，大團聚體與微團聚體的較多，應用生物質(zhì)炭對其他級別的團聚體含量沒有影響。

2.2 添加生物質(zhì)炭對團聚體中有機碳含量的影響

不同級別的土壤團聚體，其有機碳含量會是土壤有機質(zhì)礦化和平衡的微觀表現(xiàn)特征。通過結(jié)果我們可以了解到，團聚體級別越小，有機碳含量則會有所增加。在0.25-0.5mm的團聚體中，其有機碳含量達到62.82g·kg，也就是含量到達最高點。和CK對比，添加生物質(zhì)炭能夠讓團聚體中有機碳含量有所增加，并且使用量越大，有機碳含量也就越大。在使用量達到30t·hm-2的時候，兩個土層都會以1-2mm的團聚體有機碳含量而提高，并且0-10cm土層，會提高75%戶71.65%。10-20cm土層，增加幅度也高達93%和95%。

2.3 各級別團聚體中有機碳對土壤有機碳的貢獻率

在0-10cm的土層中，增加生物質(zhì)炭的處理2-5mm團聚體，其有機碳對土壤有機碳多達40%，貢獻率最高。1-2mm次之，貢獻率29.25%。5-8mm再次，22.91%貢獻率。

2.4 使用生物質(zhì)炭對團聚體水分常數(shù)和土壤孔隙度影響

最大吸濕系數(shù)是土壤在大氣濕度飽和的環(huán)境下，土壤對氣態(tài)水的最大吸附量。分析結(jié)果表明，團聚體級別越小，土壤最大吸濕水則會越大。和CK對比，增加生物質(zhì)炭能夠增加小于1mm團聚體的最大吸濕水含量，而對于大于1mm的團聚體沒有明顯影響。也就意味著生物質(zhì)炭對pH和團聚體最大吸濕系數(shù)的影響無調(diào)節(jié)作用。

3 討論

因為該地區(qū)的土壤有機質(zhì)含量較低，土壤團聚體分布常會出現(xiàn)分異的情況，特別是在土壤的表層，一方面黏粒之間相互團聚會出現(xiàn)大團聚體，而另一方面，團聚體穩(wěn)定性能較差，非常容易被破壞而出現(xiàn)微團聚體。土壤結(jié)構(gòu)則對土壤耕性會有影響，對水分入滲也會有影響。

應用生物質(zhì)炭能夠讓耕層土壤的各級別團聚體中的有機碳含量提升。有機碳含量會因為施用量的增加而增加。通過研究結(jié)果表明，兩個土層的團聚體，因為生物質(zhì)炭是該級別團聚體形成的最主要的膠結(jié)物質(zhì)，能夠在生物質(zhì)炭的作用下，讓土壤顆粒、小級別的團聚體膠結(jié)形成1-2mm的團聚體，所以其有機碳含量在1-2mm提高耕度最大。

不同大小結(jié)構(gòu)體因為膠結(jié)的方式各不相同，所以其內(nèi)部的孔隙狀況也有所不同。研究結(jié)果中我們可以發(fā)現(xiàn)，利用生物質(zhì)炭讓1-2mm團聚體的最大吸濕系數(shù)有所增加，并且土壤的孔隙度和土壤田間持水量也有所增加。

結(jié)語

蘋果枝條制備的生物質(zhì)炭，1-2mm的團聚體含量會隨著生物質(zhì)炭的增加而增加，生物質(zhì)炭對pH調(diào)節(jié)的效果不明顯。和不施用生物質(zhì)炭進行對比，添加生物質(zhì)炭讓土壤的團聚體有機碳含量有所增加。在0-10cm土層中增加生物質(zhì)炭，能偶讓土壤孔隙度和田間持水量增加。