生物炭對酸化土壤的改良效應(yīng)與生物化學(xué)機(jī)理研究

宋淑艷

【摘要】生物炭是有機(jī)物質(zhì)在缺氧環(huán)境下熱降解的固體產(chǎn)物，具有較大的孔隙度和比表面積，吸附能力強(qiáng)，具有減緩?fù)寥浪峄?、減少土壤無機(jī)態(tài)氮的淋溶及為土壤微生物提供營養(yǎng)元素和棲息場所的潛能，被廣泛應(yīng)用于土壤改良方面。許多研究表明生物炭在改善土壤理化性狀、提高肥料利用率及作物產(chǎn)量方面表現(xiàn)出較好的效果。目前許多研究主要集中在大田土壤改良上，但針對生物炭對設(shè)施蔬菜連作土壤改良的研究較少，而生物炭的用量是影響改良效果的重要因素。本文主要探討生物炭對酸化土壤的改良效應(yīng)與生物化學(xué)機(jī)理。

【關(guān)鍵詞】生物炭；土壤改良；生物化學(xué)機(jī)理

【中圖分類號】S156.6 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】B 【文章編號】2095-3089（2017）17-0022-01

土壤酸化是土壤退化的一個重要方面，土壤酸化會造成土壤質(zhì)量和肥力的下降，營養(yǎng)元素的流失，從而對生長的作物產(chǎn)生嚴(yán)重危害。當(dāng)前，我國酸化土壤分布廣泛，酸化程度日益加劇，嚴(yán)重影響我國農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。生物炭作為新興的酸性土壤改良劑，因其獨(dú)特的生物物理化學(xué)性質(zhì)在提高土壤肥力、降低土壤酸度、改良土壤微生物生長環(huán)境等方面具有重要的潛在應(yīng)用價

值。

一、土壤酸化的原因

1.用肥過量及不科學(xué)

眾所周知，2004～2015年，中國糧食生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)了“十二連增”，創(chuàng)造了中國乃至世界糧食史上的奇跡。肥料作為糧食的“糧食”，為保障糧食安全和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)作出了重大貢獻(xiàn)。但是，在長期集約化生產(chǎn)過程中，過量使用化肥及施肥方式不科學(xué)，對土壤結(jié)構(gòu)造成了嚴(yán)重破壞，導(dǎo)致土壤出現(xiàn)酸化、板結(jié)等現(xiàn)象。易造成土壤酸化。土壤酸化的根本原因在于：一方面是自然因素，例如，強(qiáng)降水會造成土壤中鉀、鈣、鎂等堿性鹽基大量流失，導(dǎo)致土壤酸化；另一方面是人為因素，最主要的是長期施用酸性肥料和氮肥，以及施肥方式不科學(xué)，導(dǎo)致土壤酸化。長期連年使用生理酸性肥料，作物吸收養(yǎng)分后，剩下的酸根離子與土壤中的氫離子結(jié)合生成酸，導(dǎo)致土壤板結(jié)，酸性增強(qiáng)，土壤結(jié)構(gòu)被破壞。以香蕉種植中常用的氯化鉀、硫酸鉀為例，當(dāng)土壤中施入氯化鉀，氯化鉀電離成K+和Cl-，香蕉吸收營養(yǎng)物質(zhì)K+，使得氯化鉀的離解向右進(jìn)行。土壤中富集大量的Cl-，而Cl-和H+結(jié)合生成HCl，導(dǎo)致土壤酸化程度越來越高。氮肥在土壤中轉(zhuǎn)化會產(chǎn)生質(zhì)子，轉(zhuǎn)化成硝酸鹽，硝酸鹽損失的時候，會帶走鈣、鎂這些堿性離子。大量使用氮肥也是造成土壤酸化加劇的重要原因之一。

2.酸沉降

酸沉降一直被認(rèn)為是中國嚴(yán)重的環(huán)境問題之一，是導(dǎo)致土壤酸化的主要因素。近年來，我國一些地區(qū)已經(jīng)成為酸雨多發(fā)區(qū)。在酸雨影響下，SO42-、NO3-、有機(jī)陰離子是加速土壤酸化和鹽基淋溶損失的主要陰離子，外源H+的進(jìn)入會加速鋁離子水解。酸雨主要是因大量燃燒含硫量高的煤而形成，此外，各種機(jī)動車排放的尾氣也是造成酸雨的重要原因之一。

二、生物炭對酸化土壤化學(xué)往質(zhì)的改良效應(yīng)與機(jī)理

生物炭的揮發(fā)化碳（VolatileC，通常為生物炭的脂肪族碳組分）采用快速升溫求質(zhì)量差的方法。即將裝有生物炭的坩堝放置在900℃的馬弗爐內(nèi)保持6分鐘，取出后冷卻，損失的質(zhì)量即為生物炭的揮發(fā)性碳。生物炭的固定態(tài)碳（Fixed。即生物炭的芳香族碳姐分）計(jì)算公式如下：固定態(tài)碳（%）=100-灰分（%）-揮發(fā)性碳（%）。本文主要對油萊生物炭、蘆葦生物炭、豬糞生物炭、菠蘿果皮生物炭進(jìn)行分析。

1.土壤鹽基離子和鋁離子的變化

生物炭提高了土壤的總交換態(tài)鹽基離子含量（EBC）、各類交換態(tài)鹽基離子（鉀、鈉、鈣和鎂）含量，并降低土壤了交換態(tài)鉛的含量。豬糞、果皮和油萊生物炭顯著增加了土壤的總交換態(tài)鹽基離子，増加了土壤交換態(tài)鉀、鈉、鈣和鎂的含量，且顯著降低了土壤有效態(tài)氮的含量，而蘆葦生物炭的效果最差。例如，對于紅砂土，在3%豬糞生物炭添加下，土壤鉀、鈉、鈣、鐵和EBC分別提高了1.35、0.89、2.97、2.04和7.04cmolkg-1，鋁降低了5.96cmolkg-1；而在蘆葦生物炭的添加下，土壤鉀、鈉、鈣和鎂和EBC分別提高了0.39、0.06、0.12、0.03和0.61cmolkg-1，鋁降低了0.08cmolkg-1。三種土壤之間，生物炭對紅砂土的改良效果要對于紅壤和黃斑田。3%豬糞生物炭添加下，紅砂土的鉀、鈉、鈣和鎂和EBC分別提高了1.35、0.89、2.97、2.04和7.04cmolkg-1，鋁降低了5.96cmolkg-1，而黃斑田的鉀、鈉、鈣和鎂和EBC只提高了1.06、1.00、0.08、1.04和3.18cmolkg-1，鋁降低了0.08cmolkg-1。

2.不同用量生物炭對土壤理化性狀的影響

由表2可知，不同用量生物炭施用對連作土壤理化性狀產(chǎn)生了不同的影響。施用生物炭降低了土壤容重，除T5處理外，隨著施用量的增加，容重呈逐漸下降趨勢，其中T3、T4處理與T0差異達(dá)顯著水平。5%～9%的高用量生物炭處理有利于提高土壤持水量，T5處理顯著高于T0。各處理對土壤堿解氮含量影響較小，除T5處理顯著低于其它處理外，各生物炭處理間無顯著差異。

生物炭處理相對降低了土壤速效磷含量，除T3處理顯著低于T0外，其它處理間無顯著差異。與T0相比，T2、T3和T4處理相對提高了土壤速效鉀含量，其中T4處理顯著高于T0。各生物炭處理顯著提高了土壤pH，降低了土壤EC值，使pH達(dá)到6.70～6.90，EC值下降到433.00～524.67μS·cm-1。

三、結(jié)束語

根區(qū)環(huán)境是作物生長賴以生存的根本，隨著蔬菜連作障礙的發(fā)生，導(dǎo)致根區(qū)土壤容重增加，土壤酸化、含鹽量增加，土壤營養(yǎng)條件及微生物種群結(jié)構(gòu)遭到破壞。防治作物連作障礙，改善作物根區(qū)環(huán)境至關(guān)重要。施用生物炭能夠促進(jìn)作物生長，提高產(chǎn)量。分析原因可能主要是適量的生物炭施用，改善了土壤理化性狀，凈化了根區(qū)微生物環(huán)境，使其更接近健康土壤的原因。

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