生物質(zhì)炭對(duì)果園土壤團(tuán)聚體分布及保水性影響

毛明翠劉 暢曹 靜劉寶康

（1山東麗澤環(huán)境技術(shù)服務(wù)有限公司 山東臨沂 276000 2山東瑞蒙環(huán)保科技有限公司 山東臨沂 276000）

引言

秸稈、樹(shù)干、枝條以等有機(jī)物料，在缺氧的環(huán)境下進(jìn)行熱解碳化而出現(xiàn)的高度芳香化難溶性固體物質(zhì)，被稱之為生物質(zhì)炭。添加土壤之后，生物質(zhì)炭的穩(wěn)定性能夠保存非常長(zhǎng)久。所以，土壤中應(yīng)用生物質(zhì)炭，是一種非常有效的固碳方式。并且，生物質(zhì)炭因?yàn)楸缺砻娣e大，與較多的官能團(tuán)共同作用，讓土壤的物化性質(zhì)都能夠出現(xiàn)改變，所以對(duì)土壤的生物化學(xué)性質(zhì)也有較大的影響。當(dāng)前，生物質(zhì)炭在進(jìn)入土壤之后，對(duì)土壤的物理性質(zhì)等方面的影響也有了較深入的研究。但研究孔隙度較多，對(duì)團(tuán)聚體分布的研究則有所降低。研究人員通過(guò)研究可以發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用生物質(zhì)炭能夠讓水溫性大團(tuán)聚體含量增加，而且生物炭是惰性的固體材料，對(duì)團(tuán)聚大小以及團(tuán)聚的數(shù)量都沒(méi)有明顯的影響。也有研究人員認(rèn)為，土壤類型和生物質(zhì)炭應(yīng)用的水平是有一定關(guān)聯(lián)性的。我們?cè)诒疚闹芯蛯?duì)黃土高原的土壤有機(jī)質(zhì)進(jìn)行分析，研究生物質(zhì)炭在該地區(qū)的應(yīng)用及效果，為該地區(qū)種植的蘋(píng)果枝條的農(nóng)業(yè)循環(huán)利用提出理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)地的自然條件

選擇山西中部和陜北黃土高原過(guò)度地帶的蘋(píng)果園，氣候?yàn)闇貛Т舐沸园霛駶?rùn)易干旱地區(qū)，溫度保持在10.6℃，1月平均氣溫為-3.0℃，7月平均氣溫為23.0℃，平均氣溫年差為26.0℃，年平均降水量為582.5mm，降水量較多月份為7、8、9月。

表1 土層土壤基本理化性質(zhì)

1.2 生物質(zhì)炭

以蘋(píng)果枝條為原料的生物質(zhì)炭，通過(guò)干燥除水、擠壓成型、充氮?dú)狻⒓訜岬揭欢囟取⑼；鹄鋮s等過(guò)程，再將生物質(zhì)炭進(jìn)行研磨，然后通過(guò)2mm的篩選。因?yàn)樯镔|(zhì)炭的pH較高，而且石灰性土壤會(huì)有諸多不利因素，所以實(shí)驗(yàn)過(guò)程中選擇的生物質(zhì)炭為蘋(píng)果枝條直接制成的生物質(zhì)炭，以及稀硫酸配備而成的堿性生物質(zhì)炭?jī)煞N。

1.3 實(shí)驗(yàn)處理

在2016年4月中旬開(kāi)始進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并在試驗(yàn)地布置0.7hm2的蘋(píng)果園。果園內(nèi)的土壤質(zhì)地和肥力相對(duì)均勻，常年以化肥為主要施用廢料，樹(shù)體長(zhǎng)勢(shì)基本一致。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中增設(shè)7個(gè)處理，兩種性質(zhì)的生物質(zhì)炭添加的比例為10/20/30,t·hm-2，并且不添加生物質(zhì)炭的CK,每個(gè)處理則選擇30個(gè)蘋(píng)果樹(shù)，并以樹(shù)干為中心，讓生物質(zhì)炭在樹(shù)冠投影下均勻的添加，利用工具讓生物質(zhì)炭和耕層10cm土壤進(jìn)行均勻混合。

1.4 土壤采集

按照四個(gè)正方向，在與試驗(yàn)果樹(shù)相距100cm的地方，利用工具將兩個(gè)土層原狀土進(jìn)行采集，深度分別為0-10cm和10-20cm。并將采集的原狀土放在塑料盒中進(jìn)行帶回，并放在室內(nèi)風(fēng)干，沿著土塊自然裂縫進(jìn)行掰開(kāi)后過(guò)篩，留存?zhèn)溆谩?/p>

1.5 分析方法

應(yīng)用電動(dòng)震動(dòng)篩機(jī)對(duì)各級(jí)別土壤進(jìn)行稱重，再利用元素分析儀對(duì)生物質(zhì)炭樣品的元素含量進(jìn)行分析測(cè)定，利用Bpehm測(cè)定法對(duì)表面官能團(tuán)進(jìn)行測(cè)定。用10%硫酸法對(duì)土壤團(tuán)聚體最大吸濕系數(shù)進(jìn)行測(cè)定，再利用平衡吸附水汽的方式，對(duì)分級(jí)的團(tuán)聚體進(jìn)行稱重，利用前后的質(zhì)量差對(duì)比來(lái)計(jì)算出最大吸濕系數(shù)。

1.6 數(shù)據(jù)采集

利用EXCEl2007表格軟件對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行基本的處理以及圖表的繪制，對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，再利用SAS9.1統(tǒng)計(jì)分析軟件對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行方差的分析，并執(zhí)行差異顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 增加生物質(zhì)炭對(duì)土壤團(tuán)聚體分布的影響進(jìn)行分析

在同一土層中，利用生物質(zhì)炭對(duì)土壤團(tuán)聚體的分局趨勢(shì)進(jìn)行規(guī)律的表現(xiàn)，各級(jí)別團(tuán)聚體含量差異顯著。對(duì)處理CK團(tuán)聚體分布趨勢(shì)和生物質(zhì)炭的處理方式有所不同，通過(guò)結(jié)果分析我們可以發(fā)現(xiàn)，生物質(zhì)炭增加，土壤團(tuán)聚體的含量也會(huì)增加，而對(duì)照CK處理，土壤結(jié)構(gòu)有較大的差異，大團(tuán)聚體與微團(tuán)聚體的較多，應(yīng)用生物質(zhì)炭對(duì)其他級(jí)別的團(tuán)聚體含量沒(méi)有影響。

2.2 添加生物質(zhì)炭對(duì)團(tuán)聚體中有機(jī)碳含量的影響

不同級(jí)別的土壤團(tuán)聚體，其有機(jī)碳含量會(huì)是土壤有機(jī)質(zhì)礦化和平衡的微觀表現(xiàn)特征。通過(guò)結(jié)果我們可以了解到，團(tuán)聚體級(jí)別越小，有機(jī)碳含量則會(huì)有所增加。在0.25-0.5mm的團(tuán)聚體中，其有機(jī)碳含量達(dá)到62.82g·kg，也就是含量到達(dá)最高點(diǎn)。和CK對(duì)比，添加生物質(zhì)炭能夠讓團(tuán)聚體中有機(jī)碳含量有所增加，并且使用量越大，有機(jī)碳含量也就越大。在使用量達(dá)到30t·hm-2的時(shí)候，兩個(gè)土層都會(huì)以1-2mm的團(tuán)聚體有機(jī)碳含量而提高，并且0-10cm土層，會(huì)提高75%戶71.65%。10-20cm土層，增加幅度也高達(dá)93%和95%。

2.3 各級(jí)別團(tuán)聚體中有機(jī)碳對(duì)土壤有機(jī)碳的貢獻(xiàn)率

在0-10cm的土層中，增加生物質(zhì)炭的處理2-5mm團(tuán)聚體，其有機(jī)碳對(duì)土壤有機(jī)碳多達(dá)40%，貢獻(xiàn)率最高。1-2mm次之，貢獻(xiàn)率29.25%。5-8mm再次，22.91%貢獻(xiàn)率。

2.4 使用生物質(zhì)炭對(duì)團(tuán)聚體水分常數(shù)和土壤孔隙度影響

最大吸濕系數(shù)是土壤在大氣濕度飽和的環(huán)境下，土壤對(duì)氣態(tài)水的最大吸附量。分析結(jié)果表明，團(tuán)聚體級(jí)別越小，土壤最大吸濕水則會(huì)越大。和CK對(duì)比，增加生物質(zhì)炭能夠增加小于1mm團(tuán)聚體的最大吸濕水含量，而對(duì)于大于1mm的團(tuán)聚體沒(méi)有明顯影響。也就意味著生物質(zhì)炭對(duì)pH和團(tuán)聚體最大吸濕系數(shù)的影響無(wú)調(diào)節(jié)作用。

3 討論

因?yàn)樵摰貐^(qū)的土壤有機(jī)質(zhì)含量較低，土壤團(tuán)聚體分布常會(huì)出現(xiàn)分異的情況，特別是在土壤的表層，一方面黏粒之間相互團(tuán)聚會(huì)出現(xiàn)大團(tuán)聚體，而另一方面，團(tuán)聚體穩(wěn)定性能較差，非常容易被破壞而出現(xiàn)微團(tuán)聚體。土壤結(jié)構(gòu)則對(duì)土壤耕性會(huì)有影響，對(duì)水分入滲也會(huì)有影響。

應(yīng)用生物質(zhì)炭能夠讓耕層土壤的各級(jí)別團(tuán)聚體中的有機(jī)碳含量提升。有機(jī)碳含量會(huì)因?yàn)槭┯昧康脑黾佣黾印Ｍㄟ^(guò)研究結(jié)果表明，兩個(gè)土層的團(tuán)聚體，因?yàn)樯镔|(zhì)炭是該級(jí)別團(tuán)聚體形成的最主要的膠結(jié)物質(zhì)，能夠在生物質(zhì)炭的作用下，讓土壤顆粒、小級(jí)別的團(tuán)聚體膠結(jié)形成1-2mm的團(tuán)聚體，所以其有機(jī)碳含量在1-2mm提高耕度最大。

不同大小結(jié)構(gòu)體因?yàn)槟z結(jié)的方式各不相同，所以其內(nèi)部的孔隙狀況也有所不同。研究結(jié)果中我們可以發(fā)現(xiàn)，利用生物質(zhì)炭讓1-2mm團(tuán)聚體的最大吸濕系數(shù)有所增加，并且土壤的孔隙度和土壤田間持水量也有所增加。

結(jié)語(yǔ)

蘋(píng)果枝條制備的生物質(zhì)炭，1-2mm的團(tuán)聚體含量會(huì)隨著生物質(zhì)炭的增加而增加，生物質(zhì)炭對(duì)pH調(diào)節(jié)的效果不明顯。和不施用生物質(zhì)炭進(jìn)行對(duì)比，添加生物質(zhì)炭讓土壤的團(tuán)聚體有機(jī)碳含量有所增加。在0-10cm土層中增加生物質(zhì)炭，能偶讓土壤孔隙度和田間持水量增加。