生物炭對植被混凝土飽和持水量的影響

許亞坤 張保華 程虎 高賢 鄧瑋瑋

摘要 通過盆栽試驗研究植被混凝土摻入不同添加量的生物炭后飽和持水量的變化，以期為生物炭在植被混凝土中的應用提供參考。結果表明，隨著生物炭添加量的增加，植被混凝土飽和持水量明顯增大，是原植被混凝土的1.09～1.36倍。隨著時間推移，飽和持水量逐漸增大，添加生物炭的植被混凝土飽和持水量增大效果更明顯，最大增大幅度為35.91%。

關鍵詞 植被混凝土；生物炭；飽和持水量

中圖分類號 S157 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2018）21-0172-02

Effect of Biochar on Saturated Moisture of Vegetation-Concrete

XU Ya-kun 1 ZHANG Bao-hua 1 CHENG Hu 2 GAO Xian 1 DENG Wei-wei 3

（1 Civil & Construction Engineering Institute，China Three Gorges University，Yichang Hubei 443002； 2 College of Biological and Pharmaceutical Sciences，China Three Gorges University； 3 College of Hydraulic & Environmental Engineering，China Three Gorges University）

Abstract In order to provide references for the application of biochar in the vegetation-concrete， the pot experiment was carried out to study the changes in the saturated moisture of the biochar added to the vegetation-concrete.The results showed that with the increase of biochar addition，the saturated moisture of vegetation concrete increased significantly，which was 1.09-1.36 times as much as that of original vegetation concrete.With the passage of time，the saturated moisture increased gradually，and the saturated moisture of vegetation-concrete added with biochar increased significantly，and the maximum increase was 35.91%.

Key words vegetation-concrete；biochar；saturated moisture

植被混凝土是將種植土、水泥、有機物料、綠化添加劑（專利產品）按特定的組成比例，并添加一定量的水充分攪拌后形成的混合物，用于邊坡生態(tài)防護工程[1]。在實際工程中發(fā)現(xiàn)，植物發(fā)芽時間較長，植物幼苗生長緩慢，究其原因主要是植被混凝土孔隙度較低，蓄水能力欠佳。為改善此狀況，可在植被混凝土中摻入生物炭。

生物炭是在厭氧或者無氧的條件下對生物質熱解生成的含有豐富孔隙、結構穩(wěn)定及無污染的富碳產物[2]。在最近幾年內，生物炭被公認為是有價值的土壤改良劑。研究表明，生物炭影響土壤物理性質、化學性質和生物性質[3-5]，這主要是由于生物炭具有多孔性質的大表面積特性。顏永毫等[6]研究表明，施加生物炭可以增加塿土、黃綿土和風沙土的田間持水量，添加量越大，土壤田間持水量增加程度越高。田 丹等[7]研究表明，秸稈木炭和花生殼炭均對砂性土壤的水分擴散有抑制作用，并能提高土壤持水能力。Karhu等[8]研究發(fā)現(xiàn)，生物炭能明顯提高土壤保水性。相反，Hardie等[9]研究發(fā)現(xiàn)生物炭在土壤保水特性方面沒有改進。可見，不同生物炭及其添加量對不同質地土壤水分常數(shù)的影響差異顯著。

目前，生物炭對植被混凝土水分常數(shù)的影響還未見報道。因此，本試驗通過添加不同用量的生物炭，探究其對植被混凝土飽和持水量的影響，以期提出合理的生物炭添加量，旨在為生物炭在植被混凝土生態(tài)防護技術中的應用提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

土壤類型為黃棕壤土，采自宜昌市三峽大學校內，將種植土除去石子及枯枝雜物風干后過1 mm篩備用。水泥為三峽牌P.O.32.5普通硅酸鹽水泥。綠化添加劑由三峽大學邊坡防護與生態(tài)恢復研究中心提供。有機物料為三峽酒廠提供的玉米酒糟。由以上材料組成的植被混凝土容重為1.34 g/cm3。狗牙根種子為藍天種業(yè)有限公司提供的包衣狗牙根種子。生物炭為潤澤工貿有限公司提供的蘋果樹枝生物炭，粉碎后過1 mm篩備用，其堆積密度為0.47 g/cm3。

1.2 試驗設計

試驗設5個生物炭添加量變化梯度，分別為干土質量的0（CK）、2%、4%、6%和8%，3次重復。將各個梯度的生物炭與16 kg植被混凝土和5.84 kg水混合均勻后，裝入60 cm×20 cm×20 cm的長方形花盆中，并播種10 g狗牙根種子，植被混凝土各材料添加比例如表1所示。

1.3 研究方法

試驗于2017年7—11月在三峽大學進行，分別在0、30、60、90、120 d取樣，每次用環(huán)刀（體積為120 cm3，高度為4 cm）在花盆一端20 cm×10 cm的區(qū)域取樣，測定植被混凝土飽和持水量。飽和持水量測定采用威爾科克斯法進行，表達式為：

式中：W為試樣飽和持水量；M1為試樣飽和后的質量；M2為試樣烘干至恒重后的質量，M3為環(huán)刀質量。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

使用Excel 2016軟件進行數(shù)據(jù)處理及圖表繪制，采用SPSS 24.0統(tǒng)計軟件，利用LSD法進行顯著性分析，顯著水平為0.05。

2 結果與分析

2.1 生物炭添加量對植被混凝土飽和持水量的影響

添加不同用量生物炭后植被混凝土的飽和持水量如圖1所示，隨著生物炭添加量的增加，飽和持水量與未經處理的植被混凝土相比呈上升趨勢。生物炭添加量為4%、6%、8%時，對植被混凝土飽和持水量的提高程度均達顯著水平，其飽和持水量分別平均為44.88%、49.32%、49.92%，較對照（36.54%）分別提高了22.82%、34.98%、36.62%；但2%添加比例與CK之間差異未達顯著水平，增加幅度為9.49%。說明飽和持水量增加幅度與生物炭添加量成正比。其中6%和8% 2種添加比例處理之間沒有顯著差異性。這主要是生物炭添加量為6%、8%處理逐漸接近于增加飽和持水量的閾值。

2.2 不同時間生物炭對植被混凝土飽和持水量的影響

由圖1可知，生物炭對植被混凝土飽和持水量的影響與時間變化有密切關系。從整個培養(yǎng)周期來看，各個處理的植被混凝土飽和持水量隨時間變化呈上升趨勢。生物炭添加量為0、2%、4%、6%和8%時，隨著時間變化，飽和持水量平均增加了10.08%、15.83%、25.63%、38.73%和35.91%。這表明生物炭處理的植被混凝土隨時間變化，飽和持水量增加幅度增大，且生物炭添加量越大增加幅度越大。在30 d時，4%、6%和8%生物炭處理與對照0 d相比飽和持水量提高均達到顯著水平，但0、2%生物炭處理未達到顯著差異。這表明在植被混凝土水泥水化完成時，高添加量的生物炭對飽和持水量的提高效果更明顯。

3 結論與討論

飽和持水量是指土壤中孔隙完全充滿水時所持水的質量，反映了降雨時土壤的最大持水量。生物炭對植被混凝土飽和持水量的提高作用主要有2個方面。一方面，生物炭具有豐富孔隙的特點，其密度遠小于植被混凝土，使植被混凝土容重降低、總空隙度提高和保水性能增強，從而提高了植被混凝土的飽和持水量；另一方面，生物炭屬于有機質，隨著添加量的增多，植被混凝土中有機質含量提高，有機質具有一定的持水性能，可以提高植被混凝土的飽和持水量。

隨著時間推移，生物炭處理的植被混凝土飽和持水量提高更加明顯，這主要是因為生物炭被氧化后具有親水性，且氧化程度越大親水性愈強[10]。試驗表明，生物炭添加量對植被混凝土飽和持水量的提高有重要影響，且隨生物炭添加量增加而增大，但這種增加效應是有限的。研究表明，隨著生物炭添加量的增加，土壤持水量會逐漸提高，當提高到一定程度時，持水量會呈現(xiàn)下降趨勢。高海英等[11]研究發(fā)現(xiàn)，土壤持水性能隨生物炭添加量增加而增強，但80 t/hm2添加量會降低土壤持水性能。由于生物炭表面具有斥水性，添加量越大水分排斥效應越明顯[12]。本試驗未發(fā)現(xiàn)植被混凝土飽和持水量有下降現(xiàn)象，這可能與生物炭添加量還未達到增加飽和持水量的閾值有關。

生物炭的添加能夠提高植被混凝土的飽和持水量，且生物炭添加量越多，飽和持水量越大，加入生物炭后飽和持水量是原植被混凝土的1.09～1.36倍。生物炭處理的植被混凝土隨時間推移，飽和持水量增加幅度增大，最大增加幅度為35.91%。

4 參考文獻

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