不同材料生物质炭施用对果园土壤性状及活性有机碳的影响

来源:用户上传      作者:

　　摘 要：为了解不同材料生物质炭施用对果园土壤质量的改良效果，采用田间试验，研究了不同生物质炭施用对果园土壤性状及活性有机碳的影响。结果表明：施用生物质炭提高了果园土壤含水量及pH值，降低了土壤容重，提高了土壤微生物生物量碳含量。相比对照，生物质炭处理的土壤含水量提高1.05%～55.77%，pH值提高0.03～1.68个单位，土壤容重降低5.00%～32.50%，土壤微生物生物量碳含量提高10.24%～90.94%。不同材料生物质炭对土壤含水量、容重、pH值及微生物生物量碳含量的影响幅度不同。
　　关键词：生物质炭;土壤理化性质;微生物生物量碳;果园
　　DOI：10.13651/j.cnki.fjnykj.2019.03.016
　　Abstract：In order to understand the improvement effect of different biochars on soil quality in orchard， a field experiment was conducted to study the effects of different biochars on soil properties and labile organic carbon. The results showed that the application of biochars to the orchard soil not only enhanced field moisture holding capacity， pH value， but also increased the content of microbial biomass carbon （MBC） ， while decreasing soil bulk density. Compared with the control， the moisture content， pH value and MBC content of the biochar treated soil increased by 1.05%-55.77%， 0.03-1.68 unit and 10.24%-90.94%， respectively， while soil bulk density decreased by 5.00%-32.50%. Altogether， the effects of different biochars on soil water content， bulk density， pH value and MBC content were different.
　　Key words：Biochar; Soil property; Microbial biomass carbon; Orchard
　　我国东南红壤丘陵区土地面积113万km2，占全国土地总面积的11.8%，是热带、亚热带经济林果、茶叶的重要生产基地。福建省果园面积54.21万hm2，年产水果495.40万t，位居全国前列。但是，生物质炭用于果园土壤质量改良及固碳增汇的研究还很薄弱，因此，本研究从农业废弃物（作物秸秆、果茶枝等）生物质炭生产及转化还田出发，以我国东南丘陵区桔柚为研究对象，对比研究不同材料生物质炭施用对果园土壤性质及微生物生物量碳的影响，为改善果园土壤质量、促进果树种植业健康发展提供技术支撑。
　　1 材料与方法
　　1.1 试验地概况
　　试验地位于福建省南平市建阳区溪口山（东经118°07′，北纬27°20′），占地0.8 hm2。2011年2月种植桔柚，并布置生物质炭还田长期试验。试验地土壤为山地黄壤，有机质30.22 g·kg-1，全氮1.35 g·kg-1，碱解氮135.78 mg·kg-1，速效磷118.06 mg·kg-1，速效钾169.01 mg·kg-1，pH值5.20。该地海拔高度150 m，属中亚热带季风性气候，光热资源丰富。年均气温18℃，无霜期282 d，年均降雨量1700～2400 mm，年均日照1802 h。
　　1.2 試验材料
　　生物质炭由牧草秸秆、茶树枝条、果树枝条、小麦秸秆炭化而成（分别以GB、TB、FB、WB表示），炭化温度为450℃左右，生产厂家为河南商丘三利新能源有限公司。
　　1.3 试验设计
　　试验设生物质炭施用水平0、10、20、40、80 t·hm-2（记为T0、T1、T2、T3、T4）5个处理。将生物质炭沿株距方向条状翻耕到土壤里混匀（40 cm深，离果树水平距离20 cm，果树周围及株间空地均施生物质炭），各处理基肥及氮磷钾肥均一致。果园所用化肥均为市售商品，氮肥为尿素，磷肥为过磷酸钙，钾肥为硫酸钾，基肥为猪粪。磷肥配猪粪作为基肥施入，氮、钾肥分2～3次施入，其用量和当地农户用量一致。果树为桔柚，行距4 m，株距3 m。按随机区组设计，每个处理3次重复。小区面积108 m2，每个小区种植9株果树。采集0～20 cm土壤样品测定土壤理化指标。各处理田间管理方式一致。
　　1.4 测定项目及方法
　　1.4.1 土壤理化性状 土壤容重、水分含量及pH等测定参照鲁如坤[1]的方法进行。
　　1.4.2 土壤微生物生物量碳（MBC） 参照Wu等[2]的方法：称取过1 mm筛的新鲜土样（相当于干土25.0 g）3份分别放入3个100 mL烧杯中，用无醇氯仿熏蒸24 h。熏蒸结束后，将土壤全部转移到250 mL三角瓶中，加入100 mL 0.5 mol·L-1 K2SO4溶液，在振荡机上振荡浸提30 min（25℃），过滤。熏蒸开始时，称取等量土样3份，同上用硫酸钾溶液浸提。浸提液立即测定。同时做不加土壤的空白对照。浸出液用TOC仪（岛津TOCV CPH）测定。 　　微生物生物量碳（ωC）的计算：
　　式中：ω（C）-微生物生物量碳质量分数，mg·kg-1;EC-熏蒸土样有机碳量与未熏蒸土样有机碳之差，mg·kg-1;KEC-微生物体中碳（C）被浸提出来的比例，一般取0.38（上机测取0.45）[3]。
　　1.5 数据处理
　　数据采用Microsoft Excel 2007进行统计，利用t检验进行差异显著性分析。
　　2 结果与分析
　　2.1 不同材料生物质炭对土壤理化性质的影响
　　由图1可知，随着生物质炭施用量的增加，果园土壤容重呈降低趋势，相对于对照T0（1.20 g·cm-3）降低幅度为5.00%～32.50%。不同材料生物质炭对土壤容重的影响幅度不同，施用小麦秸秆炭土壤容重降幅最大（平均降幅20.00%），果树枝条炭降幅最小（平均降幅11.25%）。
　　由图2可知，随着生物质炭施用量的增加，果园土壤含水量呈升高趋势，相对于对照T0（16.19%）提高幅度为1.05%～55.77%。不同材料生物质炭的保水能力不同，施用小麦秸秆炭土壤含水量增幅最大（平均增幅28.74%），茶树枝条炭增幅最小（平均增幅7.16%），说明施用小麦秸秆炭更有利于土壤保水，这与小麦秸秆炭特性有关。
　　由图3可知，施用生物质炭均增加了土壤pH值，相对于对照T0（5.20）增幅为0.03～1.68个单位，且随其用量的增加，pH值呈增加趋势。不同材料生物质炭对土壤pH值的影响幅度不同，施用茶树枝条炭土壤pH值增幅最大（平均增幅1.21个单位），小麦秸秆炭增幅最小（平均增幅0.41个单位）。
　　2.2 不同材料生物质炭对土壤活性有机碳的影响
　　土壤微生物生物量碳（MBC）和潜在的土壤可利用态氮之间存在显著正相关，它与土壤肥力和土壤健康有十分紧密的关系。土壤微生物量碳具有极高的灵敏性，可以在土壤全碳变化之前反映出土壤微小的变化，同时也可以反映土壤能量循环和养分转移与运输。
　　由图4可知，施用生物质炭均增加了土壤MBC含量，各处理土壤MBC含量为123.47～213.85 mg·kg-1，相对于对照T0（112.00 mg·kg-1）增幅为10.24%～90.94%，且随着生物质炭施用量的增加，土壤MBC含量总体呈增加趋势。不同材料生物质炭对土壤MBC含量的影响幅度不同，在T2、T3、T4水平下，施用小麦秸秆炭的果园土壤MBC含量显著低于另外3种生物质炭（P<0.05）。
　　3 结论与讨论
　　本研究结果表明，施用生物质炭可以改善果园土壤理化性状，提升果园土壤质量，这与生物质炭的特性有关。本研究中制备的生物质炭具有较高的pH值，呈碱性，可中和果园土壤中的酸性物质，降低土壤交换性酸的数量，提高土壤pH值。生物质炭含有的灰分元素（如K、Ca、Mg）多呈可溶态，施入土壤后能提高酸性土壤的盐基饱和度。施用生物质炭提高土壤pH值已为不少研究所证实。张瑞清等[4]研究表明，添加果树枝条炭和稻壳炭均降低了果园土壤交换性酸（氢、铝）总量，土壤pH值分别提高0.10～0.76个单位和0.15～0.64个单位。Hoshi[5]在土壤pH值为4.3的茶园土壤中施0.5 kg·m-2竹炭，连续施用2年后土壤pH值提高了0.5～1.0个单位;Glaser等[6]研究表明，加入竹炭后可明显增加土壤可交换性盐基离子。刘会等[7]研究表明，施用生物质炭促进了苹果根系和地上部的生长，增加了土壤对氮的固定，提高了氮肥利用率。
　　生物质材料转变为生物质炭后，产生了较多的可溶性矿物养分（如 N、P、K、Ca等），因此，生物质炭不仅是土壤的调节剂，而且还起着肥料的作用，施入土壤后可提高土壤中的养分水平。傅秋华等[8]研究表明，施用竹炭颗粒改善了土壤理化性状，水解氮、有效磷、速效钾、交换性钙和镁等元素含量均明显提高。生物质炭中含有丰富的有机大分子和空隙结构，施入土壤后又较易形成大团聚体，改善了土壤的物理性状[9]，提高了土壤的保水性，促进了土壤团聚体的形成[10]。Glaser等[11]研究表明，含黑色炭丰富的土壤，其表面积是周围无炭土壤的3倍，可使田间持水量增加18%，這有力地支持了本研究的结果。生物质炭提高土壤肥力是因为：（1）生物质炭本身具有较高的速效养分，在施用生物质炭的同时，也把养分引入到了土壤;（2）生物质炭通过孔隙结构为微生物提供住所，提高了土壤的保肥性能，有利于将速效养分保持在土壤中。
　　本研究结果还表明，生物质炭施入有助于提高土壤微生物生物量碳的含量，其原因在于：（1）生物质炭的加入提高了微生物可利用的养分，促进了微生物的生长;（2）生物质炭能够吸附土壤中一些不利于微生物生长的物质。但黄超等研究结果则表明，过量施用生物质炭可降低土壤中低分子有机物质和土壤微生物生物量碳含量[12]。因此，合理利用生物质炭为改善果园土壤质量的重要途径。
　　参考文献：
　　[1]鲁如坤.土壤农业化学分析方法[M].北京：中国农业科技出版社，2000.
　　[2]WU J，JOERGENSEN R G，POMMERENING B，et al.Measurement of soil microbial biomass carbon by fumigationextractionan automated procedure[J].Soil Biology and Biochemistry，1990，22（8）：1167-1169.
　　[3]OCIO J A，BROOKES P C.An evaluation of methods for measuring the microbial biomass in soils following recent additions of wheat straw and the characterization of the biomass that develops[J].Soil Biology and Biochemistry，1990，22（5）：685-694. 　　[4]张瑞清，杨剑超，孙晓，等.两种生物质炭对果园酸化土壤改良效果的研究[J].山东农业科学，2016，48（2）：74-79.
　　[5]HOSHI T.A Practical Study on Bamboo Charcoal Use to Tea Trees[R].Japan：Tokyo University，2001.
　　[6]GLASER B，HAUMAIER L，GUGGEN BERGER G，et al.Black carbon in soils：the use of benzene carboxylic acids as specific markers[J].Organic Geochemistry，1998，29（4）：811-819.
　　[7]刘会，朱占玲，彭玲，等.生物質炭改善果园土壤理化性状并促进苹果植株氮素吸收[J].植物营养与肥料学报，2018，24（2）：454-460.
　　[8]傅秋华，张文标，钟泰林，等.竹炭对土壤性质及草坪型高羊茅生长的影响[J].浙江林学院学报，2004，21（2）：159-163.
　　[9]王成己，王义祥，林宇航，等.生物黑炭输入对果园土壤性状及活性有机碳的影响[J].福建农业学报，2012，27（2）：196-199.
　　[10]PICCOLO A，PIETRAMELLARA G，MBAGWU J S C.Effects of coal derived humic substances on water retention and structural stability of Mediterranean soils[J].Soil Use and Management，1996，12（4）：209-213.
　　[11]GLASER B，LEHMANN J，ZECH W.Ameliorating physical and chemical properties of highly weathered soils in the tropics with charcoala review[J].Biology and Fertility of Soils，2002，35（4）：219-230.
　　[12]黄超，刘丽君，章明奎.生物质炭对红壤性质和黑麦草生长的影响[J].浙江大学学报（农业与生命科学版），2011，37（4）：439-445.
　　（责任编辑：柯文辉）
转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-14829386.htm