炭基肥和炭醋肥對土壤氮磷鉀的影響

彭銀，達布希拉圖

(云南農業大學 資源與環境學院，云南 昆明 650225)

生物炭是植物殘留物在高溫缺氧條件下，經裂解獲得的具有多空隙、較大表面積和較多官能團的產物[1]。同時，在高溫裂解過程中，經過干餾工藝還得到一種具赤褐色液體，這種液體就是木醋液[2]。研究表明，生物炭具有提高土壤pH、減少土壤銨態氮和硝態氮淋失[3-5]、增強酸性土壤中磷的有效性、提高土壤中磷含量等功能[6-7]，可有效提高土壤的保肥、保水能力。既有的關于木醋液的研究多集中在改良土壤、提高作物品質方面。胡春花等[8-9]研究發現，在鹽漬化土壤中施用木醋液，能夠有效降低設施土壤的鹽漬化程度，提高表層土壤的團粒結構和微生物種群結構；郭亞芬等[10]研究表明，木醋液能夠有效提高作物產量，提高蔬菜維生素C含量，降低蔬菜葉片硝態氮含量。將生物炭和木醋液的這些優點與傳統化學肥料相結合，制備成炭基肥和炭醋肥[8]，能夠有效提高肥料利用率，減少化學肥料淋失，不僅提高經濟收益，還能減少環境污染，是新型肥料的發展趨勢。本文利用室內模擬降雨試驗，探究炭基肥和炭醋肥對土壤保肥能力的影響，以期為炭基肥和炭醋肥的進一步研究提供理論借鑒。

1 材料與方法

1.1 材料

供試肥料包括煙草專用復合肥(N 15%，P2O55%，K2O 25%)、緩效炭基肥(N 10%，P2O510%，K2O 20%)、炭醋肥(N 10%，P2O510%，K2O 20%)。

供試土壤系采自云南農業大學后山農學院實驗基地的殘積坡積石灰巖紅壤土，前期作物為小麥和玉米，經1 a閑置后成為溫室改造的邊緣土壤。該類型紅壤是云南省具有代表性的作物土。供試土樣基本性質如下：pH值(土水質量體積比1∶5浸提)8.17，含黏土82.3%，有機質36.7 g·kg-1，速效磷25.95 mg·kg-1，速效鉀350 mg·kg-1。土壤樣品經自然風干、磨細，過1 mm篩備用。

1.2 處理設計

開展大棚盆栽試驗。試驗采用控制單因子變量(肥料種類)設計，共設置無肥區、施煙草專用肥(每盆用量90.93 g)、施炭基肥(每盆用量136.4 g)和施炭醋肥(每盆用量136.4 g)4個處理，分別記為處理A～D。每處理重復3次。

采用一次性施肥方法。在桶內先裝入土壤，土表面離桶口的距離為5 cm，再將稱好的肥料倒入桶中，并與土壤充分混合。給水采用噴壺噴灑的方式。先做預備試驗，以最底部滲漏液收集口能收集到50 mL滲漏液為準，計算澆水量。根據大棚內光熱狀況擬定每2周給水一次，每次每桶灑水2壺(噴壺容量約為4 L)，每周收集1次滲漏液。滲漏液取回試驗室冷藏或及時測定分析。

1.3 指標測定

主要測定土壤下滲液的水溶性鉀、磷和銨態氮的含量，以及pH值。鉀的測定采用火焰光度法，磷的測定采用鉬銻抗比色法，銨態氮的測定采用鈉氏比色法，pH值采用pH計測定。

1.4 數據分析

試驗數據采用SPSS 19.0和Excel 2010進行分析。

2 結果與分析

2.1 對土壤pH的影響

從表1可以看出，除了第1周和第3周各處理之間滲漏液的pH有顯著差異外，其余各周所測得pH在各處理間沒有表現出顯著差異。與對照(處理A)相比，處理B第1周和第3周所測得的pH值都顯著低于對照，處理C各周所測得的pH值與對照均無顯著差異，處理D第1周和第3周所測得的pH值都顯著高于對照。由此可見，處理B有降低土壤pH的作用，這可能是因為煙草專用肥中含有硝態氮的緣故。與處理B相比，處理C和處理D第1周和第3周所測得的pH值都顯著提高。說明相較施用煙草專用肥，施用炭基肥和炭醋肥有助于提高土壤pH值。

表1 不同處理對土壤pH值的影響

注：同列數據后無相同字母的表示差異顯著(P<0.05)。表2～4同。

2.2 對土壤滲漏液中養分含量的影響

統計各處理的累計銨態氮流失量(表2)，處理B～D與處理A相比分別增加398.5、154.5、376.0 μg。由此可見，炭基肥和炭醋肥較煙草專用肥對銨態氮的流失有減緩作用，但炭基肥的減緩作用更明顯，總的銨態氮流失量僅比對照高12%，而煙草專用肥和炭醋肥處理下總的銨態氮流失量分別比對照高31%和29%。從各周土壤滲漏液中的銨氮數據來看，煙草專用肥處理下銨態氮的流失表現為開始多，隨著時間延長逐漸降低；而炭基肥和炭醋肥處理下銨態氮的流失則是表現為開始少，隨著時間延長增加，但相比之下，炭基肥處理的銨態氮流失比炭醋肥處理下更均勻。土壤滲漏液中銨態氮的含量也反映了不同肥料的釋肥特性。總體來看，炭基肥和炭醋肥都適合用作緩釋肥。根據它們的釋肥規律，炭基肥適用于后期需肥量大的作物，炭醋肥適用于中期需肥量大的作物。

從表3可以看出，各處理土壤滲漏液中的水溶性磷含量除第一周外差異均不顯著。單從數據上看，炭醋肥和炭基肥活化土壤磷的時間主要集中在前3周，到第4周活化強度就降下來了，第4周后炭基肥和炭醋肥的活化強度基本相同。統計不同處理滲漏液中流失的總磷量，施用煙草專用肥、炭基肥和炭醋肥的處理比對照分別多238.5、369.5、412.5 μg。由此可見，炭基肥和炭醋肥都有活化土壤中的磷的作用，但炭醋肥活化強度比炭基肥更強。

表2 不同處理對土壤滲漏液中銨態氮含量的影響

表3 不同處理對土壤滲漏液水溶性磷含量的影響

從表4可以看出，炭基肥和炭醋肥對鉀都有一定的緩釋效果。從第2周開始，炭基肥緩釋的效果比較均勻，炭醋肥緩釋的效果有一定的波動。

表4 不同處理對土壤滲漏液鉀含量的影響

3 小結與討論

本研究表明，相較于煙草專用肥，炭基肥與炭醋肥都能提升土壤pH。炭基肥和炭醋肥對銨態氮都有一定的緩釋作用，且炭基肥的緩釋效果更均勻，在農業生產中更有利于提高氮素的利用率。炭基肥和炭醋肥都能提高土壤中的有效磷含量，但從提升效果來看，炭醋肥的提升效果更明顯。在對鉀元素的緩釋作用上，炭基肥和炭醋肥都有一定的緩釋效果，炭基肥的緩釋效果比較均勻，而炭醋肥的緩釋效果則有一定的波動變化。整體來看，炭基肥和炭醋肥相對于直接施用煙草專用肥更有利于提高氮磷的利用率，減少化學肥料對環境的污染。

炭基肥和炭醋肥均能夠提高土壤pH。這主要表現出了生物炭的性質。生物炭呈堿性[11]，但其堿性程度是隨制備溫度和制備原材料的不同而變化的[11-12]。炭基肥和炭醋肥在提高土壤pH的程度方面有所差別，這主要是因為木醋液的pH呈酸性[13]，降低了生物炭的堿性，導致炭醋肥對提升土壤pH的效果降低。

與常規肥相比，炭醋肥和炭基肥都對土壤的磷素具有一定的活化作用，提高了土壤磷的有效性。這主要是因為在制備生物炭時，原料中的有機磷全部轉化成礦物磷，并保存在生物炭空隙中[18]，使得生物炭本身有效磷含量較高[19]，制成炭基肥或炭醋肥施入土壤后，能夠增加土壤中有效磷，并緩慢釋放。同時生物炭對土壤中的過量磷又有一定的吸附功能[20]，使磷素不會被大量淋失，從而滿足作物的持續需要。

炭基肥和炭醋肥對鉀素同樣具有緩釋效果，說明生物炭的添加降低了鉀素的淋洗，有助于提高鉀素的利用效率，起到保肥的目的。這主要是因為生物炭具有較多的表面官能團[21]，能夠有效減緩鉀素的流失。

利用生物炭和有機肥或化肥制備炭基有機肥或炭醋有機肥，不僅能夠提高肥料的利用率，還能減少農業生產過程中對環境的污染，是新型環保肥料的發展方向。該領域有待于進一步研究、拓展。