生物炭控制高施氮竹林土壤氨揮發(fā)效果研究

周一諾，陳 曦，楊麒麟，劉星辰，吳金林，孫海軍,2*

(1. 南京林業(yè)大學林學院， 江蘇 南京 210037； 2.佛山科學技術學院食品科學與工程學院，廣東 佛山 528000)

本研究擬通過室內(nèi)土柱模擬試驗，將水稻秸稈和竹材生物炭以不同添加量(炭、土質量比為1∶100或1∶20)施用于高施氮竹林土壤(每千克土壤施N 46 mg)，采用通氣(海綿吸收)法[19]測定NH3速率和累積NH3揮發(fā)損失量，并通過測定模擬試驗，明確生物炭添加對高施氮竹林土壤NH3揮發(fā)的控制效果及初步機制。

1 材料與方法

1.1 試驗處理

供試生物炭為由水稻秸稈和竹屑在500 ℃下熱解制備,分別命名為SBC(straw biochar)和BBC(bamboo boichar)，經(jīng)過水洗、烘干、研磨過2 mm篩后備用。采集南京林業(yè)大學校園內(nèi)竹林土壤，經(jīng)風干、粉碎過2 mm篩作為供試土壤。

PVC土柱(高25 cm，內(nèi)徑8 cm)內(nèi)添加土壤500 g，并與當量(炭、土質量比為1∶100或1∶20)生物炭混勻，裝入土柱內(nèi)。本研究設計施氮量為每千克土壤施N 46 mg，即每柱尿素50 mg)。試驗處理施用生物炭及氮肥情況見表1，每處理重復3次。

表1 500 g土壤的PVC土柱試驗處理

1.2 測試方法

試驗中為排除空氣中NH3氣和土壤本身產(chǎn)生的NH3揮發(fā)對試驗結果造成影響，設置空白對照組(CK)，以CK組結果為相對0值，消除誤差，使試驗結果更加可靠。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2007軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，對各處理之間差異性進行方差分析和Duncan多重比較(P< 0.05)。

2 結果與分析

2.1 土壤NH3揮發(fā)量

根據(jù)圖1可知，林地土壤在施加尿素氮后，每土柱中，NH3揮發(fā)量為3.83 mg，占施氮量的8.33%。加入1∶100的SBC后，NH3揮發(fā)得到明顯的抑制，NH3揮發(fā)量顯著(P<0.05)下降75.4%。添加1∶20的SBC，NH3揮發(fā)量顯著(P<0.05)下降98.6%。說明SBC對土壤NH3揮發(fā)有良好的抑制效果，且不同比例的生物炭添加對NH3揮發(fā)的抑制效果不同，即1∶20處理的抑制效果要好于1∶100處理的抑制效果。同時結果表明，加入1∶100 BBC，NH3揮發(fā)量顯著(P<0.05)下降85.2%，且將添加量增加到1∶20 BBC后，對NH3揮發(fā)的抑制性更加明顯，NH3揮發(fā)量(顯著P<0.05)下降91.8%。與秸稈炭相同，竹炭對NH3揮發(fā)有著明顯的控制作用，且高施炭量處理效果更佳。

圖1 不同處理30 d累積氨揮發(fā)量

2.2 土壤含量

圖2 不同處理下土壤的含量

2.3 土壤含水量

圖3 不同處理土壤含水量

供試土樣在試驗后含水量如圖3所示。常規(guī)處理(Urea)土壤含水率為36.1%，添加SBC含水量顯著增加，添加1∶100和1∶20的 SBC處理土壤含水量分別增加6.18%和12.45%。BBC處理與Urea處理含水量比較，在統(tǒng)計學上變化不顯著(P<0.05)，其中添加1∶100 BBC處理土壤含水量減少0.58%，而添加1∶20 BBC土壤含水量增加1.39%?？梢?，秸稈炭對土壤含水量有顯著(P<0.05)提高，且隨生物炭添加量的增加而升高，而添加竹炭對土壤含水量沒有顯著(P<0.05)影響。

3 結論與討論

(1)2種生物炭施用，均能有效控制高施氮林地土壤NH3揮發(fā)損失，且高施炭量處理效果更佳。本研究中，高施氮林地土壤NH3揮發(fā)損失可占施氮量的8.33%，是不容忽視的氮素損失途徑。前人研究報道，生物炭施用于菜地、茶園等可有效減少NH3揮發(fā)[17-19]。本研究對林地土壤驗證了生物炭的這一優(yōu)異效果。因此在林地集約化經(jīng)營過程之初，即可配施生物炭，以避免高量氮肥投入導致土壤氮素的NH3揮發(fā)損失，提高氮肥利用效率及保護生態(tài)環(huán)境。本研究結果表明，1∶20生物炭處理的NH3控制效果顯著優(yōu)于1∶100生物炭處理。那么如何選擇一個合適的生物炭施用量以達到環(huán)?！?jīng)濟——高效的三贏，需要進一步研究探索。

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