茶渣生物質炭對茶園土壤團聚體及其有機碳分布的影響①

肖欣娟，夏建國*，于正義，馬黛玉，林婉嬪

茶渣生物質炭對茶園土壤團聚體及其有機碳分布的影響①

肖欣娟1，夏建國1*，于正義1，馬黛玉1，林婉嬪2

(1 四川農業大學資源學院，成都 611130；2 四川省遂寧生態環境監測中心站，四川遂寧 629000)

將茶生產過程中產生的茶渣在500 ℃下制成生物質炭，針對雅安名山區3種典型茶園土壤(紫色土、水稻土和黃壤)進行112 d的室內培養試驗，包括CK、0.5%、1%、2% 和4% 5種炭土比，共計15個處理，采用濕篩法分析不同生物質炭添加比例下3種茶園土壤水穩性團聚體組成、穩定性和有機碳分布的影響。研究表明：生物質炭輸入后3種土壤>0.25 mm粒徑水穩性大團聚體的數量有所增加，且生物質炭添加比例越高提升越大，其中紫色土中>2 mm粒徑含量增幅最大，最高提升了12.71%；水稻土和黃壤則是0.25 ～ 2 mm粒徑增幅最大，最高分別提升了8.25% 和8.19%。3種土壤的MWD、GMD和0.25值均有所增加，土壤水穩性團聚體穩定性增加，表現為高添加量下作用更顯著，且對黃壤的提升效果最佳。3種土壤各粒徑團聚體有機碳的含量大幅提升，且隨添加比例的增加而增加，各處理間差異顯著(<0.05)，紫色土中<0.053 mm粒徑的增幅高達96.35%，水稻土中0.053 ～ 0.25 mm粒徑有機碳含量增幅高達74.22%，黃壤中>2 mm粒徑有機碳含量增幅最高達到334.79%。3種土壤中均是0.25 ～ 2 mm粒徑有機碳相對貢獻率最高。總體上，茶渣生物質炭輸入后可增加3種茶園土壤的大團聚體數量，提升團聚體穩定性，對各粒徑水穩性團聚體有機碳的含量也有顯著提升作用(<0.05)。

生物質炭；茶園；土壤團聚體；土壤有機碳

土壤團聚體是土壤的基本結構單位，影響土壤養分轉移和循環，與土壤抗蝕能力、環境質量和固碳潛力等有直接關系[1]。土壤有機碳(SOC)作為膠結物質參與團聚體形成與周轉的整個過程，土壤團聚體則為土壤有機碳儲存提供場所，并影響其分解轉化過程[2]。近年來，生物質炭在農業資源與環境方面大受關注[3]，生物質炭富含碳，輸入土壤后可與土壤中的礦物形成有機無機復合體，即土壤團聚體[4]，同時，生物質炭將自身封閉于土壤團聚體內，減少與土壤微生物的接觸，實現自身的長期封存[5]。王富華等[6]將生物質炭與秸稈還田，發現單施生物質炭也可以增加紫色土中>0.25 mm粒徑大團聚體的數量，且土壤總有機碳和各粒徑團聚體含量均顯著提升。喬丹丹等[7]將生物質炭、秸稈和化肥配施，發現生物質炭配施化肥以及生物質炭和秸稈配施化肥均能促進黃褐土>0.25 mm粒徑團聚體的形成。孟祥天等[8]通過旱作紅壤長期定位試驗發現，生物質炭配施化肥處理相對單施化肥的處理顯著增加了各粒級團聚體有機碳含量，其中以>2 mm水穩性團聚體有機碳含量增勢最明顯。康熙龍[9]將一次性施用20 t/hm2和40 t/hm2生物質炭3 a后的旱地土壤與對照相比，證實生物質炭處理均顯著增加了2 000 ～ 200 μm團聚體粒組土壤有機碳的含量。Sun和Lu[10]將秸稈和木屑生物質炭加入土壤進行室內培養，證實生物質炭的輸入可以同時增加土壤大粒級團聚體數量及各粒級土壤團聚體有機碳的含量。

雅安名山茶區是我國重要的川茶產區之一，四川省委、省政府已將川茶納入農業“10+3”產業體系重點推進，茶園土壤是一種資源，也是一種生態，提高茶園土壤肥力并增強土壤固碳能力，保證茶園土壤質量，是雅安市乃至我國茶葉種植行業穩健發展的重要保障。因此，本試驗利用茶渣制成生物質炭，通過室內培養試驗分析不同施用量的茶渣生物質炭對不同茶園土壤團聚體組成、穩定性和有機碳含量與分布的影響，揭示生物質炭對茶園團粒土壤結構形成與有機碳轉化的影響，以期為明確生物質炭在茶園土壤結構改良中的作用提供一定的理論參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試土壤為雅安名山茶區典型茶園土，包括第三系名山群坡積物發育而來的紫色土、第四紀老沖積黃壤和第四紀老沖積黃壤發育而來的水稻土3種，均采自地理標志產品蒙山茶保護范圍內。該區域位于四川省雅安市名山區(30°00′ ～ 30°15′N，103°03′ ～ 103°22′E)。該區域屬中緯度亞熱帶濕潤氣候，年均溫度15.8 ℃，無霜期約298 d，年平均相對濕度82%，為低光輻射區，氣候溫和，雨量充沛。3種土壤分開采集，取0 ～ 20 cm耕作層，自然風干后剔除石塊和可見植物殘體，過2 mm篩，按網格法取樣一份測定土壤基本理化性質(表1)，剩余樣品用于室內培養試驗。生物質原料取自四川雅安蒙山茶保護范圍內茶廠制茶過程中產生的廢棄茶渣。茶渣自然風干后，剔除明顯雜質，過2 mm篩，在馬弗爐中以500 ℃限氧裂解2.5 h，冷卻后過0.15 mm篩備用。

表1 土壤基本理化性質

注：砂粒、黏粒、粉粒為質量分數。

1.2 試驗設計

取500 ml的塑料瓶，裝相當于烘干土重400 g的紫色土、水稻土和黃壤，設單一土壤處理(CK)和生物質炭土壤處理(生物質炭/土壤質量比分別為0.5%、1%、2%、4%)，共15個處理，每個處理設3個重復。在 25 ℃下預培養1周后，將土壤與生物質炭充分混勻，25 ℃下進行室內培養112 d，調節水分使土壤含水率達到田間持水率的 60%，培養過程中，每隔7 d用稱重法補充礦化損失水分。

1.3 樣品采集

于2019年3月14日開始培養試驗，培養112 d 后進行采樣，在風干過程中沿自然斷裂面掰開，過10 mm篩，風干后測定土壤水穩性團聚體各粒徑含量，粒徑分為>2、0.25 ～ 2、0.053 ～ 0.25 mm和<0.053 mm，并用重鉻酸鉀–濃硫酸外加熱法測定各粒徑團聚體有機碳含量。

1.4 測定項目與方法

1.4.1 土壤水穩性團聚體測定 采用濕篩法，將50 g風干土樣置于套篩頂部(孔徑依次為2 mm、0.25 mm和0.053 mm)，于蒸餾水中浸泡5 min，開啟團粒分析儀(浙江托普儀器有限公司生產，型號TPF-100)，然后以3 cm振幅、25 r/min的頻率振蕩2 min。振蕩結束后將各級篩中團聚體洗入已烘干稱重的鋁盒中，同時將懸液移入干凈小桶中，靜置24 h倒去上清液移入鋁盒中，將鋁盒置于55 ℃烘箱中烘干稱重。

1.4.2 土壤有機碳含量測定 采用重鉻酸鉀外加熱法進行測定，其中 >2 mm和0.25 ～ 2 mm粒徑團聚體需要先磨碎后過0.15 mm篩，0.053 ～ 0.25 mm和<0.053 mm粒徑烘干后可直接進行測定。

1.5 數據處理

利用濕篩法獲得的各粒徑團聚體質量計算出各粒徑團聚體的占比，然后分別按式(1) ～ (3)計算>0.25 mm 水穩定性大團聚體含量占比(0.25)、平均質量直徑(MWD)和幾何平均直徑(GMD)：

各粒徑團聚體有機碳對土壤總有機碳的相對貢獻率按式(4)計算：

式中：SOC為各粒級有機碳含量(g/kg)。

試驗數據采用Microsoft Excel 2016和 SPSS 24 軟件進行分析；應用單因素方差分析(ANOVA) 比較不同處理之間的差異性(Duncan法)。

2 結果與分析

2.1 茶渣生物質炭輸入對茶園土壤水穩性團聚體組成的影響

茶渣生物質炭加入后，3種茶園土壤的水穩性團聚體組成均發生改變(表2)。3種土壤的最優粒徑均為0.25 ～ 2 mm。所有生物質炭處理均能顯著增加紫色土>2 mm粒級團聚體數量 (<0.05)，增幅與生物質炭添加比例正相關，紫色土4% 生物質炭處理下增加了12.71%；水稻土和黃壤中>2 mm粒級團聚體數量在生物質炭添加比例為0.5% 條件下變化不顯著，在其余處理下得到顯著提升(<0.05)，增幅與生物質炭添加比例正相關。除0.5% 添加比外，其余生物質炭處理均減少了3種土壤0.053 ～ 0.25 mm粒級團聚體的含量，降幅與生物質炭添加比例正相關，3種土壤4% 生物質炭處理下分別減少了9.34%、4.06% 和8.55%。生物質炭處理對紫色土<0.053 mm粒級團聚體均無顯著影響，但減少了黃壤和水稻土<0.053 mm粒級團聚體數量。

2.2 茶渣生物質炭對茶園土壤水穩性團聚體穩定性的影響

平均質量直徑(MWD)、幾何平均直徑(GMD)和>0.25 mm團聚體含量(0.25)是反映土壤團聚體穩定性的指標，值越大團聚體穩定性越好。茶渣生物質炭對這3個指標的影響如表3所示。生物質炭的輸入提高了MWD、GMD和0.25值，增幅與生物質炭添加比例正相關。0.5% 添加比下紫色土和水稻土的MWD、GMD和0.25變化不顯著，但黃壤MWD和0.25顯著提升(<0.05)。4% 添加比下紫色土MWD、GMD和0.25比CK處理增加了8.82%、12.00% 和9.85%，水稻土增加了7.06%、18.92% 和8.10%，黃壤增加了6.12%、16.33% 和7.52%。3種茶園土壤水穩性團聚體穩定性表現為黃壤>水稻土>紫色土，生物質炭的添加增加了3種茶園土壤水穩性團聚體的穩定性，相同生物質炭添加比例下對0.25的提升作用表現為紫色土>水稻土>黃壤，而對生物質炭響應最大的指標為GMD。

2.3 茶渣生物質炭對茶園土壤各級水穩性團聚體有機碳的影響

茶渣生物質炭輸入對3種茶園土壤各級團聚體有機碳含量的影響如表4所示。3種土壤各粒級團聚體有機碳含量均隨生物質炭添加比例的增加而增加，且均隨團聚體粒徑的增大而增大。生物質炭輸入后，紫色土<0.053 mm粒級團聚體有機碳含量增幅最大，為10.90% ～ 96.35%；在紫色土4% 生物質炭處理下，各粒徑由大到小有機碳含量依次增加了68.07%、63.15%、83.79% 和96.32%。水稻土中0.053 ～ 0.25 mm粒級團聚體有機碳含量增幅最大，為10.47% ～ 74.21%，在水稻土4% 生物質炭處理下，各粒徑由大到小有機碳含量分別增加了46.13%、68.51%、74.21% 和69.79%。黃壤中 >0.25 mm粒級團聚體有機碳含量增幅整體大于<0.25 mm粒級，其中<0.053 mm粒級增幅最小，增幅范圍為39.47% ～ 273.51%，仍顯著高于相同生物質炭添加比例下的紫色土和水稻土；黃壤4% 生物質炭處理下，各粒徑由大到小有機碳含量依次增加了334.82%、333.17%、293.02% 和273.51%。總體看，所有處理下<0.25 mm粒級團聚體的有機碳含量都低于全土有機碳含量。

表2 不同生物質炭處理下土壤水穩性團聚體組成(g/kg)

注：表中同列小寫字母不同表示同種土壤不同生物質炭處理間差異顯著(<0.05)，下表同。

表3 不同生物質炭處理下土壤團聚體穩定性

3種土壤各粒級團聚體有機碳相對貢獻率如表5所示。紫色土中0.25 ～ 2 mm粒徑團聚體有機碳相對貢獻率最大，其后依次為0.053 ～ 0.25 mm，<0.053 mm和>2 mm粒徑；生物質炭添加比例為2% 和4% 時可顯著增加紫色土>2 mm粒級團聚體有機碳含量相對貢獻率(<0.05)，其他條件下均無顯著變化。水稻土中各粒級有機碳相對貢獻率表現為0.25 ～ 2 mm> (>2 mm)>0.053 ～ 0.25 mm>(<0.053 mm)，其中>2 mm和<0.053 mm粒級隨生物質炭添加比例增加而減小，0.25 ～ 2 mm粒級則隨生物質炭增加而增加，0.053 ～ 0.25 mm粒級團聚體有機碳貢獻率則未受到生物質炭顯著影響；以水稻土4% 生物質炭處理為例，各粒級由大到小其有機碳貢獻率依次比CK處理減少了1.25%、7.68%、13.08% 和4.17%。黃壤中各粒級團聚體有機碳相對貢獻率的排序與水稻土一致，生物質炭的輸入顯著提升了>2 mm和0.25 ～ 2 mm兩個粒級的有機碳貢獻率，同時顯著降低了0.053 ～ 0.25 mm和<0.053 mm兩個粒級的相對貢獻率(<0.05)；以黃壤4% 生物質炭處理為例，與CK處理相比，>2 mm和0.25 ～ 2 mm兩個粒級有機碳貢獻率增加了26.27%、27.69%，而0.053 ～ 0.25 mm和<0.053 mm兩個粒級有機碳貢獻率減少了18.51% 和19.02%。紫色土、水稻土和黃壤不同處理各粒級團聚體分離的有機碳回收率分別為88.30% ～ 95.21%、90.57% ～ 93.76% 和84.57% ～ 93.59%，說明在團聚體分離過程中土壤有機碳未造成明顯損失，獲得的結果相對可靠。

表4 土壤各粒徑團聚體中有機碳含量

表5 土壤各粒徑團聚體中有機碳相對貢獻率

2.4 茶園土壤水穩性團聚體穩定性與土壤基本性質的相關性

將土壤團聚體各穩定性參數、各粒徑團聚體含量與土壤基本性質進行皮爾遜相關性分析(表6)，結果顯示除全氮外，土壤其他基本性質都與土壤團聚體組成和穩定性存在不同程度的相關關系。0.25與土壤全磷呈極顯著正相關(<0.01)，與黏粒含量呈顯著正相關(<0.05)；MWD和GMD與全磷和黏粒含量均呈極顯著相關(<0.01)，與砂粒含量顯著負相關(<0.05)；>2 mm粒級團聚體含量與土壤有機質和砂粒含量極顯著負相關(<0.01)，與全磷、黏粒和粉粒含量均呈極顯著正相關(<0.01)；0.25 ～ 2 mm粒級團聚體含量與pH和全磷含量顯著正相關(<0.05)，與全鉀含量極顯著正相關(<0.01)；0.053 ～ 0.25 mm粒級團聚體含量與全磷含量呈極顯著負相關(<0.01)，與pH和全鉀含量顯著負相關(<0.05)；<0.053 mm粒級團聚體含量與全磷和黏粒含量極顯著負相關(<0.01)，與砂粒含量顯著正相關(<0.05)。整體看來，全磷含量和土壤顆粒組成是與土壤團聚體組成及穩定性密切相關的因素。

表6 R0.25、MWD、GMD、各粒徑團聚體含量與土壤基本性質相關性

注：*、** 分別表示相關性達<0.05和<0.01 顯著水平(雙側)。

3 討論

3.1 茶渣生物質炭對茶園土壤水穩性團聚體組成及穩定性的影響

穩定的團聚體相當于土壤的“細胞”，其分布和穩定性與土壤健康質量密切相關。通常認為>0.25 mm的團聚體為土壤中最好的結構體，其含量與土壤結構和土壤肥力狀況正相關[6]。本研究中，生物質炭的添加整體上可提升3種土壤>2 mm和0.25 ～ 2 mm粒徑團聚體的含量，特別是高添加量下，提升效果更顯著(<0.05)；同時生物質炭的添加降低了0.053 ～ 0.25 mm粒級的含量；對紫色土<0.053 mm粒級團聚體數量無顯著影響，但可以降低水稻土和黃壤<0.053 mm粒徑團聚體的數量，且在一定添加比例下差異顯著(<0.05)。這與孫泰朋[11]的研究結果類似，他認為這可能是因為生物質炭含有巨大的表面積和豐富的孔徑結構，且內含大量有機分子，為土壤微生物提供活動場所，增強其活性，同時微生物代謝產生的膠結物質可與土壤小顆粒結合，從而促進大團聚體的形成。其他學者在觀察秸稈炭還田對黃褐土團聚體的影響時也發現秸稈炭可以顯著增加大團聚體(>0.25 mm)的含量[7]。本試驗中，生物質炭添加比例越高，對土壤大團聚體的促進作用越明顯。生物質炭能夠增加土壤大團聚體含量的原因可以分為直接作用和間接作用。直接作用主要與土壤有機碳的增加和生物質炭表面存在的大量官能團有關。土壤惰性碳的含量越高，土壤團聚體穩定性越好，生物質炭表面攜帶有大量的正負電荷，可通過靜電吸引或多價離子的鍵橋作用來與土壤礦物質顆粒結合，形成相對穩定的水穩性團聚體[12-13]。間接作用則與生物質炭對土壤微生物和種植作物的影響有關。生物質炭本身攜帶的易分解態有機分子可以增加土壤微生物的活性，影響其代謝，刺激其分泌更多的土壤膠結物直接促進土壤大團聚體的形成[14]，同時其活動會加深對植株根系生長的影響，刺激根系分泌物的分泌，增加土壤中的有機膠結物質，最終促進土壤大團聚體的形成[15]。也有學者認為土壤中pH的適度增加有效促進土壤團聚體的形成[16]，另外，生物質炭通過其表面的親疏水作用與黏土礦物發生反應也可能是土壤團聚體形成的原因之一[17]。

土壤團聚體的MWD、GMD和0.25都是反映土壤團聚體穩定性的重要指標。MWD、GMD和0.25越大，表示土壤團聚體越穩定。本研究中，生物質炭的添加可以增加3種土壤水穩性團聚體的MWD、GMD和0.25，但與生物質炭添加量有關。當施用量較小時影響并不顯著，如紫色土中添加0.5% 的生物質炭時，與CK處理相比，MWD、GMD和0.25均無顯著變化；當添加量為1% 時，MWD和0.25才顯著高于對照，而GMD仍無顯著變化，這與其他學者的研究結果相似。Liu等[18]將不同量的木屑生物質炭輸入黑壚土中，發現土壤0.25值隨生物質炭添加量增大而增大。安艷等[19]發現不同熱解溫度的生物質炭均可提高塿土土壤團聚體的MWD值，且以500 ℃條件下的提升效果最有利。李江舟等[20]向紅壤連續施用生物質炭3 a后，顯著增加了紅壤團聚體的穩定性，且以高碳量的提升效果最好。土壤中的生物質炭可以充當團聚體間的粘合劑，增加土壤團聚體的穩定性[21]，生物質炭自身所帶的高濃縮芳香結構也可與土壤原有有機質結合，從而促進土壤團聚體的形成，提高團聚體的穩定性，提高團聚體抵抗外界物理干擾的能力[22]。本研究的3種供試土壤由于成土母質、發育條件等的不同，土壤性質存在差異，對茶渣生物質炭的響應也不盡相同。供試黃壤以第四紀老沖積物為母質，風化程度較深，脫硅富鋁化作用強，且土壤養分含量較低，黏重板結；而以此發育而來的水稻土的鐵、錳還原淋溶和淋溶淀積明顯；第三系名山群坡積物發育而來的紫色土的微量元素較另外兩種土壤豐富。王道源[23]推測這主要與土壤機械組成有關，黏性土壤相對砂質土壤具有更大比表面積，可以提供更多的吸附點位來促進生物質炭與黏土發生反應，從而促進土壤團聚體的形成，增加穩定性；Soinne等[24]也指出，將生物質炭添加到高黏粒土壤和相對砂質土壤中后，對黏質土壤團聚體的促進作用更明顯，本研究中對土壤團聚體組成、穩定性與土壤基本性質進行的相關性分析也說明了這一點。同時，土壤本身的全磷、全鉀等養分元素的不同，也是造成3種土壤對相同生物質炭添加響應不同的原因。

3.2 茶渣生物質炭對茶園土壤各粒級團聚體有機碳的影響

生物質炭本身含碳量極高，通常為40% ～ 75%，且結構穩定，高溫制備下的生物化學穩定性更高[25]。本研究中所使用的茶渣生物質炭由500 ℃高溫制備，含碳量為67.95%，施入土壤后顯著提升了3種茶園土壤全土的總有機碳和水穩性團聚體各粒徑粒級總有機碳含量，且隨生物質炭添加比例的增加而增加。Six等[26]認為新加入的有機碳能促進大團聚體的形成，其內部的有機碳也將受到團聚體的保護而不斷累積。孟祥天等[8]發現，與單施氮肥處理相比，氮肥和生物質炭配施顯著增加了各粒徑團聚體有機碳的含量，且>2 mm粒徑團聚體的有機碳含量增加最明顯。本研究中，3種土壤各粒徑團聚體有機碳含量均隨粒徑增大而增大，但生物質炭加入對各粒徑有機碳的提升作用大小在3種土壤中是有差異的。紫色土和水稻土中有機碳的增加更多體現在0.053 ～ 0.25 mm和<0.053 mm兩種粒徑上，而黃壤的研究結果與孟祥天等[8]研究結果類似，這可能是因為紫色土和水稻土原本有機碳含量遠高于黃壤，且有機碳多集中在大團聚體中，所以生物質炭的加入對此兩種土壤大團聚體有機碳的含量影響相對較小；也可能是生物質炭作為外源新碳進入土壤團聚體中時是隨機分配的[27]。本研究中所使用生物質炭是過0.15 mm篩后輸入供試土壤中的，因此導致偏砂質的紫色土和水稻土小粒徑團聚體中還存在部分離散的生物質炭，使這部分粒徑團聚體有機碳增加更多，而紫色土團聚體的穩定性要低于水稻土，因此更多的有機碳進入到了<0.053 mm的黏粉粒組分中，這也可能是導致3種土壤各級團聚體有機碳含量差異的原因。3種土壤大粒徑(>0.25 mm)團聚體中的有機碳含量均高于小粒徑(<0.25 mm)團聚體，這與黃褐土[7]和紅壤[28]條件下的研究結果一致。培養期內，不同生物質炭添加處理不同土壤下的團聚體粒徑分布和團聚體有機碳含量的變化規律存在一定相似性，推測團聚體粒徑分布和團聚體穩定性間存在顯著相關關系。土壤各粒徑團聚體的有機碳貢獻率受土壤團聚體分布和各粒徑有機碳含量的綜合影響，本研究中，3種茶園土壤均屬0.25 ～ 2 mm粒徑土壤有機碳相對貢獻率最高，第二貢獻率粒徑雖有所差異，但整體都體現為大粒徑(>0.25 mm)的有機碳相對貢獻率高于小粒徑(<0.25 mm)，這與黃褐土[7]中結果一致。

本研究是采用200 g土壤樣品在室內恒溫恒濕條件下培養進行的，共計112 d，培養周期短。田間條件下影響土壤團聚體的因子復雜許多，比如耕作措施、地下水位、施肥情況和茶樹生長等，對于茶渣生物質炭添加對茶園土壤團聚體的影響還待深入研究。本室內模擬研究結果與田間試驗可能存在差異，今后還需進行長期的田間原位試驗，這樣才能更好地探究茶渣生物質炭輸入對茶園土壤水穩性團聚體及其有機碳的作用，為茶渣生物質炭在茶園土壤改良中的應用提供更多更有力的依據。

4 結論

向雅安名山區3種典型茶園土壤(紫色土、水稻土和黃壤)中添加4種不同比例的茶渣生物質炭后進行培養112 d后，3種茶園土壤水穩性大中團聚體(>2 mm和 0.25 ～ 2 mm粒徑)的含量、土壤MWD、GMD和0.25值均顯著提升，土壤團聚體穩定性增加；各粒級團聚體有機碳含量也顯著增加，且隨生物質炭添加比例增大而增大，紫色土和黃壤>2 mm粒級水穩性團聚體有機碳貢獻率均有所增加。其中，茶渣生物質炭對黃壤水穩性團聚體的影響高于其余兩種土壤，在4% 添加量下土壤團粒結構改良效果最明顯。

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Effects of Biochar of Tea Residue on Soil Aggregates and Their Organic Carbon Distribution in Tea Gardens

XIAO Xinjuan1, XIA Jianguo1*, YU Zhengyi1, MA Daiyu1, LIN Wanpin2

(1 College of Resources, Sichuan Agricultural University, Chengdu 611130, China; 2 Sichuan Suining Ecological Environment Monitoring Center Station, Suining, Sichuan 629000, China)

In this study, biochar was made at 500 ℃from tea residues produced during tea production process and used in a 112 d incubation experiment to study its impacts on the distributions, stabilities and organic carbon contents of soil aggregates in three typical tea garden soils (purple soil, paddy soil and yellow soil) of Ya’an, Sichuan Province. In total fifteen treatments were designed with five applying rates of biochar (0, 0.5%, 1%, 2% and 4%). Soil aggregate size distribution and their organic carbon contents were determined. The results showed >0.25 mm aggregates were increased in the three soils with the increase of biochar applied. >2 mm aggregates increased most in purple soil (increased by 12.71%), 0.25–2 mm aggregates were increased most in paddy soil and yellow soil (increased by 8.25% and 8.19%, respectively). Biochar increased mean weight diameters (MWD), geometric mean diameter (GMD) and macro-aggregate content (0.25) significantly, indicating biochar can improve the stability of soil water-stable aggregates, and the effect is intensified with increasing biochar input. Biochar increased organic carbon contents in all size aggregates in the three soils significantly, and the effect is intensified with increasing biochar input. The differences were significant (<0.05) between different treatments. Organic carbon content increased most in <0.053 mm aggregates in purple soil (increased by 96.35%), in 0.053–0.25 mm aggregates in paddy soil (increased by 74.22%), and in >2 mm aggregates in yellow soil (increased by 334.79%). The relative contribution rate of SOC was the highest in 0.25–2 mm aggregates in the three soils. In general, biochar of tea residues can increase large soil aggregates in tea gardens, improve the stability of soil aggregates, and significantly promote organic carbon contents in all size soil aggregates.

Biochar; Tea garden; Soil aggregates; Soil organic carbon

S152.4；S156.2

A

10.13758/j.cnki.tr.2021.03.020

肖欣娟, 夏建國, 于正義, 等. 茶渣生物質炭對茶園土壤團聚體及其有機碳分布的影響. 土壤, 2021, 53(3): 594–601.

四川省科技廳重點研發項目(2021YFS0279)和四川省自然資源廳科研項目(Kj-2021-7)資助。

(xiajianguo@126.com)

肖欣娟(1994—)，女，四川成都人，碩士研究生，主要從事土壤資源利用研究。E-mail: 1057006243@qq.com