炭基土壤調(diào)理劑對橡膠園土壤pH和陽離子交換量的影響

林清火 劉海林 王莉 華元剛 茶正早 羅微

摘要 為探明生物質(zhì)炭基土壤調(diào)理劑對橡膠同土壤改良效果。通過室內(nèi)培養(yǎng)試驗(yàn)，研究添加0%、10%、20%、30%生物質(zhì)炭的土壤調(diào)理劑對橡膠同土壤pH和CEC（陽離子交換量）的影響。結(jié)果表明，施用炭基調(diào)理劑后，土壤pH均顯著高于CK處理，且隨著生物質(zhì)炭用量增加而增大。其中添加30%生物質(zhì)炭處理橡膠同土壤的pH比試驗(yàn)前提高了1.96個(gè)單位。添加炭基調(diào)理劑能夠顯著增加橡膠同土壤CEC，且隨生物質(zhì)炭用量的增加而增大.其中添加30%生物質(zhì)碳處理CEC比試驗(yàn)前提高了約90%。生物質(zhì)炭基土壤調(diào)理劑具有同步提高酸性土壤pH和CEC的能力，且二者之間達(dá)到極顯著相關(guān)。

關(guān)鍵詞 炭基土壤調(diào)理劑;土壤pH：CEC;橡膠園：相關(guān)關(guān)系

我國酸化土壤的總面積高達(dá)2.04×10⁸h㎡，土壤酸化呈面積大、分布廣、酸化程度高等特點(diǎn)。海南地處我國熱帶地區(qū)，熱量充足，降水豐沛，土壤的風(fēng)化和淋溶作用比較強(qiáng)烈，致使土壤酸度高，CEC（陽離子交換量）交換量低，土壤肥力水平低下。農(nóng)田土壤酸化不但會使土壤板結(jié)，降低肥料利用率，還會對作物產(chǎn)生毒害作用，增加作物病蟲害的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)，降低作物品質(zhì)。目前，有效改良土壤酸化已成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)，酸化土壤的改良對減少肥料損失，提高肥料利用率及提高作物品質(zhì)具有重要意義。

生物質(zhì)炭是生物質(zhì)在缺氧或絕氧環(huán)境中.經(jīng)高溫?zé)崃呀夂笊傻墓虘B(tài)產(chǎn)物。生物質(zhì)炭含有豐富的土壤養(yǎng)分元素，含炭量一般達(dá)70%以上，且具有較大的孔隙度和比表面積，是一種多功能吸附材料。研究表明，生物質(zhì)炭在土壤改良、環(huán)境污染治理中具有良好的應(yīng)用前景。本研究通過室內(nèi)培養(yǎng)試驗(yàn).研究添加不同含量的生物質(zhì)碳粉土壤調(diào)理劑對橡膠園土壤改良效果的影響，為生物質(zhì)炭基調(diào)理劑改良橡膠園土壤提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

供試生物質(zhì)炭是以小麥秸稈在350～550℃制成.購于河南商丘市三利新能源有限公司，其基本理化性質(zhì)見表。試制的土壤調(diào)理劑是以生物質(zhì)炭粉、鈣鎂磷肥（P₂O₅ 16%，MgO 12%）、腐植酸銨（腐殖酸40%）和填充料（膨潤土）為原料，其中鈣鎂磷肥、腐植酸銨用量均設(shè)為肥料總重量的30%，生物質(zhì)炭粉用量設(shè)為肥料總重量的0、10%、20%、30%，分別用T0、T1、T2、T3表示。原料混勻后，加入網(wǎng)盤造粒機(jī)中，圓盤造粒機(jī)的轉(zhuǎn)速設(shè)置為60 r/min，溫度設(shè)置為50℃，然后勻速噴入0.4%的粘結(jié)劑溶液，待顆粒直徑達(dá)到1～2mm且較均勻后取出，60℃烘干（圖1）。

1.2 方法

1.2.1 土壤調(diào)理劑室內(nèi)培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)

供試土壤為花崗片麻巖發(fā)育的磚紅壤，采自中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院橡膠研究所五隊(duì)基地，其基本理化性質(zhì)見表2。采用恒溫培養(yǎng)法，稱取8g土壤調(diào)理劑與100 g過1mm篩橡膠園風(fēng)干土混勻，置于200mL塑料杯中，加超純水50mL（田間持水量的60%），用封口膜密封，置于25℃恒溫培養(yǎng)箱中，并于第1、3、7、14、21、35、49、63、84、105 d取樣，測定橡膠園土壤pH和CEC。每個(gè)處理設(shè)置3次重復(fù)，同時(shí)設(shè)空白處理CK。

1.2.2 土壤理化性質(zhì)測定

土壤全氮采用濃硫酸-凱氏定氮儀，速效磷采用鹽酸氟化銨鉬銻抗比色法，速效鉀采用醋酸銨浸提-火焰光度計(jì)發(fā)，有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀氧化容量法，pH值（1：2.5土水比）采用滴定法，CEC采用氯化鋇硫酸強(qiáng)迫交換法。

1.2.3 數(shù)據(jù)分析與處理

數(shù)據(jù)采用Excel 2007軟件對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行整理計(jì)算、繪制圖表，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析采用SPSS軟件，處理間差異采用Duncan多重比較方法，差異性水平為0. 05。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同土壤調(diào)理劑基本理化性質(zhì)

不同土壤調(diào)理劑基本理化性質(zhì)如表3所示。在添加等量鈣鎂磷肥、腐植酸銨條件下，由于生物質(zhì)炭自身帶有一定養(yǎng)分含量，與不加炭粉的T0組相比，添加生物質(zhì)炭粉能夠提高炭基調(diào)理劑中的全氮、總有效磷、全磷、有效鉀、全鉀及有機(jī)質(zhì)含量，而對白身pH影響不大。

2.2 不同調(diào)理劑對橡膠園土壤pH的影響

與對照CK處理相比，恒溫培養(yǎng)的第1天，加入不同用量生物質(zhì)炭粉土壤調(diào)理劑均能夠不同程度地提高橡膠園土壤的pH，其中T2和T3處理增加較為明顯，分別較對照處理增加了0.72個(gè)和1.09個(gè)單位。而不加生物質(zhì)炭粉的T0處理及添加10%生物質(zhì)炭粉的T1處理.pH值變化較小。恒溫培養(yǎng)至第21天，T0、T1、T2、T3處理pH均達(dá)到較高值，而后趨于穩(wěn)定（圖2-A）。恒溫培養(yǎng)至105 d后，各處理之間土壤pH差異顯著（圖2-B），均顯著高于CK處理，且隨著生物質(zhì)炭用量增加而增大，其中T3處理膠園土壤的pH達(dá)到7.09，比試驗(yàn)前提高了1.96個(gè)單位。

2.3 不同土壤調(diào)理劑對橡膠園土壤CEC的影響

使用不同土壤調(diào)理劑對橡膠園土壤陽離子交換量（CEC）影響如圖3所示。從圖3-A可見，CK處理隨著時(shí)間推移，土壤陽離子交換量相對比較平穩(wěn)，而添加不同生物質(zhì)炭用量的T0、T1、T2、T3處理較CK均有顯著增加。其中添加土壤調(diào)理劑的處理T0、T1、T2和T3在培養(yǎng)的第1天分別為4.33、4.95、5.57和6.48，明顯高于對照處理的3.86。當(dāng)培養(yǎng)至第14天時(shí)（第4次取樣），各處理的土壤CEC均達(dá)到穩(wěn)定值，而后隨著時(shí)間的推移上下波動。從圖2-B可見，在室內(nèi)培養(yǎng)105天后，與對照相比，添加土壤調(diào)理劑的處理土壤CEC均顯著高于對照，且隨著生物質(zhì)炭用量增加，土壤CEC也顯著提高，各處理間均達(dá)到顯著差異。其中T3處理經(jīng)過培養(yǎng)后，CEC達(dá)到7.33 cmol/kg，比試驗(yàn)前提高了約90%。

2.4 炭基土壤調(diào)理劑對pH和CEC之間的相關(guān)關(guān)系

表4為不同土壤調(diào)理劑添加后土壤pH與CEC的相關(guān)關(guān)系。從表中可以看出，不同調(diào)理劑添加后土壤pH與CEC之間可用二項(xiàng)式方程表示，其相關(guān)關(guān)系均達(dá)到顯著相關(guān)，其中T0處理pH與CEC二者相關(guān)關(guān)系達(dá)到0.79，而T1、T2和T3處理中二者相關(guān)關(guān)系均超過0.90?？梢娞砑由镔|(zhì)炭后，具有同步提高酸性土壤pH值和CEC。

3 討論與結(jié)論

土壤pH是土壤化學(xué)性質(zhì)的重要參數(shù)，土壤酸化會活化土壤中有毒離子，促進(jìn)鹽基離子流失，導(dǎo)致土壤肥力下降，作物無法正常生長，從而帶來了糧食安全、農(nóng)田無法可持續(xù)利用及一系列的環(huán)境生態(tài)問題。本研究通過在土壤調(diào)理劑中添加0、10%、20%、3096生物質(zhì)炭粉，研究生物質(zhì)炭基調(diào)理劑對膠園土壤改良效果。研究結(jié)果表明.施用炭基調(diào)理劑后土壤pH較對照組有不同程度的增加，且以添加30%生物質(zhì)炭粉的處理最為顯著.這與楊瑞清等的研究結(jié)果一致。生物質(zhì)炭對橡膠園土壤的酸度具有改良作用，這可能與生物質(zhì)炭中堿性物質(zhì)的存在形態(tài)有關(guān)，生物質(zhì)炭中的堿主要以有機(jī)官能團(tuán)和碳酸鹽形態(tài)存在;生物質(zhì)炭表面具有豐富的含氧官能團(tuán)，在pH較高的情況下這些官能團(tuán)會以陰離子的形態(tài)存在，能與酸性土壤中的H⁺發(fā)生締合反應(yīng)，從而中和土壤酸度。

土壤陽離子交換量是指土壤膠體所能吸附各種陽離子的總量，是評價(jià)土壤保肥能力、改良土壤和合理施肥的重要依據(jù)。生物質(zhì)炭比表面積大且具有較多的孔隙結(jié)構(gòu)，帶有大量的負(fù)電荷，吸附能力強(qiáng)，可以提高土壤的肥力。索龍等通過玉米秸稈及其制備的生物質(zhì)炭對磚紅壤酸度及交換性能的影響的試驗(yàn)結(jié)果表明，土壤添加1%的生物質(zhì)炭后，土壤CEC提高了3.9%～17.3%。本試驗(yàn)研究表明，添加炭基調(diào)理劑的處理能夠顯著增加橡膠園土壤CEC，且CEC隨生物質(zhì)炭粉用量的增加而顯著提高，其中添加30%生物質(zhì)碳的T3處理比處理前提高了約90%。

土壤pH值和CEC是橡膠園土壤可持續(xù)發(fā)展的2個(gè)重要指標(biāo)。研究結(jié)果表明，添加生物質(zhì)炭土壤調(diào)理劑，具有同步提高酸性土壤pH值和CEC的能力，且其二者之間達(dá)到極顯著相關(guān)?？梢?，橡膠園土壤添加炭基調(diào)理劑后，不僅可有效提高橡膠園土壤酸度，降低土壤酸害風(fēng)險(xiǎn);而且大大提高土壤的離子吸附和交換能力，減少肥料損失，這與吳敏等的研究結(jié)果相似。