不同物料和時間對沙土全量氮磷鉀含量的影響

侯建偉 邢存芳 嚴學佳 譚杰斌

摘 要 通過室外無植物盆栽試驗，探究不同物料和培養時間對沙土養分含量變化的影響。結果表明：沙蒿生物炭、有機物料（羊糞、沙蒿粉）及沙蒿生物炭與有機物料混合施用均能夠提高沙土的全量氮磷鉀含量，并達差異顯著水平（P<0.05），但隨著培養時間的延長，全量氮磷鉀含量未發生明顯變化;沙蒿生物炭與有機物料混合施用，沙土的全量氮磷鉀含量增幅相對較大，尤其是沙蒿生物炭與羊糞混合施用效果更佳，培養150 d后，沙土全氮、全磷、全鉀的增幅分別為195.24%、27.45%、29.55%。

關鍵詞 沙蒿生物炭;羊糞;沙蒿粉;氮磷鉀含量

中圖分類號：S152.4 文獻標志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2020.14.069

沙蒿生物炭是沙蒿在無氧或限氧環境下，經過高溫炭化后的富炭產物。目前研究中，生物質炭來源于闊葉樹、牧草、樹皮、作物殘余物等生物質[1]，而對用沙地特殊生境下的沙蒿制取生物炭材料的研究很少。沙蒿生物炭具有含碳率高、孔隙結構豐富、比表面積大、能夠為土壤有益微生物提供溫床和理化性質穩定等固有特點。生物炭還田改土，可以提高農作物產量，具有緩釋肥效的優點，是實現碳封存的重要結構基礎[2-3]。但是生物質炭化后會成為極其穩定的焦炭，施入土壤后可能不利于微生物的長期生存和養分轉化，這一點常常被研究者忽視。土壤全量氮磷鉀含量能夠反應土壤養分的供應潛力，一定程度上反應土壤有效養分的供應能力。因此，在生物炭施用過程中添加有機物料，研究沙蒿生物炭、有機物料及沙蒿生物炭與有機物料混合施用對瘠薄沙土全量氮磷鉀含量含量的影響，為沙蒿生物炭的應用和有機物料改良沙土提供基本依據。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試材料為沙蒿生物炭、羊糞和沙蒿粉，沙蒿取自內蒙古呼和浩特市托克托縣沙地，該沙地是庫布齊沙地的東緣，分布在托克托縣的西南。將取回的沙蒿平鋪于室外干燥后粉碎混勻，在干燥箱中60 ℃烘至恒重（約

24 h）后制取生物炭;有機物料選擇腐熟的羊糞和粉碎并過2 mm篩的沙蒿粉。

1.2 生物炭的制備

炭化設備選用人工智能箱式電阻爐（SGM.VB8/10，洛陽市西格馬儀器制造有限公司），該設備可進行炭化溫度的調控。稱取烘干的沙蒿25.0 g，放置于坩堝中，通過抽氣創造低氧環境，在炭化溫度600 ℃、升溫速率

150 ℃·h-1、恒溫1 h條件下制取生物炭，炭化結束后放入干燥器冷卻，并留樣備用。

1.3 試驗設計

試驗共6個處理組，每個處理組3次重復。具體處理組條件為：1）對照，自然沙（與沙蒿取于同一地點0～

15 cm的土層）;2）施用生物炭，施入量設置為沙土干重的2%;3）施用羊糞，施入量設置為沙土干重的2%;4）施用沙蒿粉，施入量設置為沙土干重的2%;5）施用生物炭與羊糞（1∶1混合），總施入量設置為沙土干重的4%;6）施用生物炭與沙蒿粉（1∶1混合），總施入量設置為沙土干重的4%。按上述添加量與沙土均勻混合后裝入塑料桶（高為15 cm，直徑20 cm）中，含水量控制在該沙土田間持水量的70%，記為初始質量加蓋，放入網室內模擬自然條件進行室外培養，每隔5 d左右稱重1次，并補水到初始質量，于培養至60 d和150 d的時間點上取樣測試（3次重復）。

1.4 試驗方法

全氮：凱式定氮，半微量滴定法。全磷：NaOH熔融，鉬銻抗比色法。全鉀：NaOH熔融，火焰光度法。

1.5 數據分析

利用SAS 9.0進行方差分析（ANOVA），Excel計算數據置信區間及繪制圖表。

2 結果與分析

2.1 生物炭對沙土全量氮磷鉀含量的影響

由表1可知，沙土中的全氮、全磷和全鉀含量均表現為沙蒿生物炭處理組>自然沙，自然沙本身及施入沙蒿生物炭的沙土中全量氮磷鉀含量含量隨著時間的增加并沒有顯著差異（P>0.05），但施入沙蒿生物炭的沙土與自然沙之間的全量氮磷鉀含量含量存在顯著差異

（P<0.05），說明沙蒿生物炭顯著增加了沙土的全量氮磷鉀含量含量，但隨著培養時間的延長，全量氮磷鉀含量含量未發生明顯變化。

2.2 有機物料對沙土全量氮磷鉀含量的影響

由表2可知，沙土中的全量氮磷鉀含量含量各處理組均表現為：羊糞>沙蒿粉>自然沙，且隨著培養時間延長，這種規律不會改變。

多重均值檢驗結果表明，不同培養時間，自然沙本身及施入羊糞或沙蒿粉的沙土中全量氮磷鉀含量含量并沒有顯著差異（P>0.05），但施入羊糞或沙蒿粉的沙土全量氮磷鉀含量含量均高于自然沙，達差異顯著水平（P<0.05），說明有機物料的施入明顯增加了沙土的全量氮磷鉀含量含量，但隨著培養時間的延長，全量氮磷鉀含量含量不會有明顯變化。

有機物料施入沙土150 d后，沙土中的全氮、全磷和全鉀含量的增幅表現為羊糞>沙蒿粉，說明有機物料的施入能夠增加沙土的全量氮磷鉀含量含量，羊糞的改沙效果優于沙蒿粉。

2.3 生物炭與有機物料混合對沙土全量氮磷鉀含量的影響

由表3可知，沙土中的全量氮磷鉀含量含量均表現為生物炭與羊糞混合處理組>生物炭與沙蒿粉混合處理組>自然沙，且隨著培養時間延長，這種規律不會改變。

多重均值檢驗結果表明，隨著時間的推移，自然沙本身及施入生物炭與有機物料混合處理組沙土各自的全氮、全磷和全鉀含量并沒有顯著差異（P>0.05）;但相同培養時間下，生物炭與羊糞混合處理組、生物炭與沙蒿粉處理組及自然沙之間的全量氮磷鉀含量含量存在顯著差異（P<0.05），說明生物炭與有機物料混合施入能夠提高沙土的全量氮磷鉀含量含量，但隨著培養時間的推移不會發生明顯變化。

150 d后，各處理組沙土中的全氮、全磷和全鉀含量的增幅表現為生物炭與羊糞處理組>生物炭與沙蒿粉處理組，分別高出9.52%、3.92%和7.25%，說明生物炭與有機物料混合施入能夠增加沙土的全量氮磷鉀含量含量，但生物炭與羊糞混合施入效果更佳。

3 結論

無論是沙蒿生物炭、有機物料（羊糞、沙蒿粉）還是沙蒿生物炭與有機物料混合施入沙土，均能提高沙土的全量氮磷鉀含量含量;隨著培養時間的推移，全量氮磷鉀含量未發生顯著變化;沙蒿生物炭與有機物料混合施用，沙土全量氮磷鉀含量含量的增幅相對較大，尤其是沙蒿生物炭與羊糞混合施用的提升效果更佳。

4 討論

沙蒿生物炭和有機物料（羊糞、沙蒿粉）含有一定量的礦質養分，可增加土壤中礦質養分含量[4]。試驗結果表明，生物炭和有機物料均能夠不同程度增加沙土的全量氮磷鉀含量含量;這與張祥等[5]的研究結果一致。有研究表明，施加生物炭可以增加土壤對NH3和NH4+的吸收[6]，減少N2O的排放[7]以及NO3-的流失[8]，促進土壤中磷的活化[9]，增加土壤有機質和速效K的含量[10]。

此次試驗采用室外模擬試驗研究了沙蒿生物炭和有機物料對土壤養分變化的影響，培養周期較短，而生物炭長期施用后引起的沙土環境變化以及沙土生物的響應會隨著時間推移而發生怎樣的變化還在進一步的研究中。

參考文獻：

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[6] Doydora S A，Cabrera M L，Das K C，et al.Release of nitrogen and phosphorus from poultry litter amended with acidified biochar[J].Int J Environ Res Public Health，2011，8（5）：1491-1502.

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[10] 趙曉齊，魯如坤.有機肥對土壤磷素吸附的影響[J].土壤學報，1991，28（1）：7-13.

（責任編輯：趙中正）