施用生物炭對(duì)農(nóng)田土壤氨揮發(fā)的影響

王梓旭 梁文杰 王善婷 孫 悅

（江蘇農(nóng)林職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇句容 212400）

1 生物炭對(duì)土壤氨揮發(fā)的作用機(jī)理

土壤氨揮發(fā)是土壤氮素循環(huán)中主要的氮損失途徑之一，不僅會(huì)降低氮素的利用率，而且揮發(fā)釋放的氨氣會(huì)對(duì)大氣環(huán)境造成污染。釋放進(jìn)空氣中的氨還會(huì)被氧化為NxOy，從而破壞臭氧層，引起溫室效應(yīng)加劇和全球氣候變暖等問(wèn)題。在我國(guó)農(nóng)田氮肥損失中氨揮發(fā)約占11%，在特定的條件下，氮肥的氨揮發(fā)損失率高達(dá)50%[1]。所以，農(nóng)田土壤氨揮發(fā)的問(wèn)題急需解決。氨揮發(fā)的過(guò)程受到多種因素的影響，但根本都在于影響了土壤中銨態(tài)氮的變化和土壤對(duì)銨態(tài)氮和NH3的吸附能力。研究表明，生物炭具有發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)、比表面積大和陽(yáng)離子交換量大等特殊性質(zhì)，施入土壤后能夠吸附NH3，增強(qiáng)對(duì)銨離子的固持作用，對(duì)土壤中氮素的轉(zhuǎn)化和損失途徑具有顯著影響[2]。生物炭是一種將生物殘?bào)w放在缺氧和一定的高溫條件下，經(jīng)過(guò)熱裂解、干餾等過(guò)程形成的物質(zhì)。因其具有致密的孔隙結(jié)構(gòu)，表面含有豐富的官能團(tuán)和大量的電荷及其高度的芳香性結(jié)構(gòu)，有助于保持養(yǎng)分（NH4-N、NO3-N），吸收污染物（重金屬和有機(jī)污染物），改善土壤質(zhì)量和作物產(chǎn)量，對(duì)土壤氨揮發(fā)有著顯著影響。

施用生物炭減少農(nóng)田土壤氨揮發(fā)的機(jī)理主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面。土壤中含有大量微生物，使用生物炭能夠改變土壤微生物的狀態(tài)，使得含量減少，土壤氨揮發(fā)的速率與表層土壤含量成正比，降低有利于降低土壤氨揮發(fā)[3]。此外，生物炭表面含有很多電荷量，使得生物炭表面中的離子能夠和土壤中的陽(yáng)離子進(jìn)行交換，因此，生物炭對(duì)土壤中具有較強(qiáng)的吸附性，能夠降低土壤氨揮發(fā)的速率[4]。

2 施用生物炭對(duì)土壤氨揮發(fā)的研究進(jìn)展

近年來(lái)，由于生物炭具有穩(wěn)定的固碳能力，能夠減少溫室氣體排放量等優(yōu)點(diǎn)，生物炭成為當(dāng)下熱門(mén)的研究對(duì)象。生物炭施用對(duì)氨揮發(fā)影響的研究也越來(lái)越多。研究表明，施用生物炭能夠增加氨揮發(fā)累積量。段婧婧等[5]利用盆栽實(shí)驗(yàn)，研究添加生物炭的水芹濕地的氨揮發(fā)累積量，結(jié)果表明施用生物炭會(huì)導(dǎo)致pH值升高，最終促進(jìn)氨揮發(fā)。何飛飛等[6]通過(guò)分析土壤理化性質(zhì)、酶的活性等有關(guān)因素，研究水稻生物炭對(duì)紅壤氨揮發(fā)的影響，結(jié)果表明生物炭通過(guò)提高土壤pH值、EC值、CEC值和脲酶活性，促進(jìn)紅壤的氨揮發(fā)，若同期添加尿素，氨揮發(fā)累積量的增加更加顯著。董玉兵等[7]通過(guò)開(kāi)展田間實(shí)驗(yàn)，研究追施生物炭對(duì)稻麥輪作中麥季氨揮發(fā)的影響，結(jié)果表明高劑量施用生物炭能夠促進(jìn)氨揮發(fā)損失。

另外，也有研究發(fā)現(xiàn)，施用生物炭能夠降低氨揮發(fā)作用。Taghizadeh-Toosi等[8]采用15N-同位素標(biāo)記研究了生物炭對(duì)土壤NH3-N含量的影響，結(jié)果表明施用生物炭能夠吸附NH3-N，顯著抑制土壤中的氨揮發(fā)。王峰[9]通過(guò)小區(qū)試驗(yàn)，利用15N同位素追蹤技術(shù)研究了生物炭配合氮肥施用對(duì)酸性茶園土壤氨揮發(fā)的影響，結(jié)果表明施用生物炭能顯著降低茶園土壤氨揮發(fā)量，降幅為26.25%～28.21%。這是因?yàn)槭┯蒙锾吭黾恿送寥篮浚寥浪峙c氨揮發(fā)呈弱負(fù)相關(guān)，在一定程度上能夠減少氨揮發(fā)。李琦等[10]研究了棉花秸稈生物炭對(duì)滴灌棉田氨揮發(fā)的影響，結(jié)果表明添加棉花秸稈生物炭能顯著減少土壤氨揮發(fā)累積量。

不同條件下施用生物炭對(duì)氨揮發(fā)的影響不同。王江偉等[11]利用盆栽實(shí)驗(yàn)和空氣流通法監(jiān)測(cè)秸稈黑炭對(duì)氨揮發(fā)的定量影響，結(jié)果表明秸稈黑炭對(duì)氨揮發(fā)的影響在不同的施用量、不同種植季節(jié)、不同土壤類(lèi)型下存在差異，酸性紅壤氨揮發(fā)累積量較低，秸稈黑炭處理提高了小麥和稻米的氨揮發(fā)累積量。堿性潮土氨揮發(fā)累積量明顯高于紅壤，秸稈黑炭處理下小麥季氨揮發(fā)累積量能夠提高179%。根據(jù)前人研究總結(jié)何種條件下施用生物炭能夠有效減少氨揮發(fā)損失，對(duì)于生物炭的實(shí)際應(yīng)用具有指導(dǎo)意義。

3 生物炭施用下農(nóng)田氨揮發(fā)的影響因素

在施用生物炭的情況下，影響農(nóng)田氨揮發(fā)的因素有以下幾點(diǎn)。（1）生物炭應(yīng)用于酸性土壤增加氨揮發(fā)，這是因?yàn)樘砑拥膲A性生物炭會(huì)引起石灰效應(yīng)，導(dǎo)致土壤pH值升高，為氨揮發(fā)創(chuàng)造了良好的環(huán)境條件，而施用酸化生物炭并且生物炭pH＜4時(shí)，能減少氨揮發(fā)。（2）生物炭在施用于有機(jī)碳含量較高的土壤時(shí)，也能夠降低氨揮發(fā)。（3）生物炭在與氮肥和有機(jī)肥配合施用的情況下，同樣也能降低氨揮發(fā)。（4）增加生物炭表面積起初能夠減少氨揮發(fā)，但施用表面積大于80 m2/g的生物炭，氨揮發(fā)會(huì)增加。（5）碳含量高的生物炭（＞65%）能夠減少氨揮發(fā)，而較高碳含量（50%～60%）的生物炭卻能增加氨揮發(fā)。

4 結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)，人們對(duì)土壤氮肥利用率的關(guān)注度越來(lái)越高，同時(shí)對(duì)如何利用生物炭減少氨揮發(fā)的研究也越來(lái)越廣泛。研究表明，生物炭可以改變土壤理化性質(zhì)，進(jìn)而影響土壤氨揮發(fā)，從而提高土壤氮肥利用率，同時(shí)減少氨揮發(fā)，減輕大氣及水體污染，在緩解環(huán)境問(wèn)題方面具有廣闊的應(yīng)用前景。但是，不同條件下施用生物炭對(duì)氨揮發(fā)的影響不同。土壤的理化性質(zhì)、肥料的施用情況以及生物炭自身的性質(zhì)等都對(duì)氨揮發(fā)產(chǎn)生影響，因此，在實(shí)際應(yīng)用中需要根據(jù)具體條件選擇如何施用生物炭，才能起到降低氨揮發(fā)、提高肥料利用率、保護(hù)環(huán)境的作用。