沙蒿生物炭對土壤有效養(yǎng)分含量的影響

侯建偉 邢存芳 覃朝關(guān)

摘 要：為了解施用沙蒿生物炭對沙土有效養(yǎng)分的影響，通過室外無植物盆栽試驗，研究施用沙蒿生物炭、有機物料（羊糞、沙蒿粉）及沙蒿生物炭與有機物料混合施用對土壤有效NPK含量的差異。結(jié)果表明：沙蒿生物炭、有機物料及沙蒿生物炭與有機物料混合施用，均能夠提高土壤的有效NPK含量，并達到差異顯著水平（P<0.05），隨著培養(yǎng)時間的延長，有效養(yǎng)分含量增加。其中，沙蒿生物炭與有機物料混合施用，土壤的有效養(yǎng)分的增幅相對較大，尤其是沙蒿生物炭與羊糞混合施用效果更佳，培養(yǎng)150d后，土壤有效N、P、K的增幅分別達280.62%、908.33%、831.44%。因此，無論是沙蒿生物炭、有機物料（羊糞、沙蒿粉），還是沙蒿生物炭與有機物料混合施用，均能提高土壤的有效NPK含量，且沙蒿生物炭與羊糞混合施用的效果最佳。

關(guān)鍵詞：沙蒿生物炭;羊糞;沙蒿粉;N;P;K

中圖分類號 S158文獻標識碼 A文章編號 1007-7731（2019）24-0126-03

Abstract：In order to understand the impact on available nutrients of sandy soil after applied Artemisia ordosica biochar， Artemisia ordosica biochar， organic matter （sheep droppings， Artemisia ordosica powder）and Artemisia ordosica biochar mixed with organic matters were applied to sandy soil to explore the impact on nutrient content changes of the incubation time and different matters to the sandy soil through outdoor no plants potted experiment. Results showed that， Artemisia ordosica biochar， organic matters （sheep droppings， Artemisia ordosica powder） and Artemisia ordosica biochar mixed with organic matters all can improve available N， P， K of the sandy soil， and it reached significant difference levels（P<0.05）. As the extension of incubation time， the content of available N， P， K increased. The growth of available N， P， K was bigger when applied Artemisia ordosica biochar mixed with organic matters （especially the Artemisia ordosica biochar mixed with sheep droppings） to the sandy soil. After 150 cultivation days， the increase amplitude of available N， P， K of the sandy soil were 280.62%，908.33% and 831.44%， respectively. Therefore， whether the Artemisia ordosica biochar， organic matters or Artemisia ordosica biochar mixed with organic matters application can improve nutrient content of available N， P， K in the sandy soil， and the effect of the mixture of Artemisia ordosica biochar and sheep droppings is much better.

Key words：Artemisia ordosica Biochar;Sheep droppings;Artemisia ordosica powder; Nitrogen;Phosphorum;Kalium

沙蒿是菊科蒿屬（Artemisia）的一個半灌木類群，是一種典型的沙生植物。平茬或刈割可明顯促進沙蒿的生長，增強其生活能力，平茬或刈割后的沙蒿可就地轉(zhuǎn)化為生物炭（biochar，無氧條件下炭化的產(chǎn)物[1-2]）進行沙地封存。這一方面，可利用生物炭的穩(wěn)定性實現(xiàn)碳匯的目的;另一方面，利用生物炭的多孔性、親水性、吸附性等特性，實現(xiàn)改善沙地生境效應(yīng)的作用[3-4]。

沙土瘠薄的炭含量較少，生物質(zhì)炭化后又會成為極其穩(wěn)定的焦炭，施入土壤后可能不利于微生物的長期生存，這一點常常被研究者忽視。在生物炭施入過程中添加有機物料，一方面可以肥沃土壤，另一方面為微生物提供了活躍的碳源，有利于微生物的生長繁殖、土壤酶活性的提高，從而促進土壤養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化。為此，本試驗以沙生植物沙蒿為材料，研究沙蒿生物炭、有機物料及沙蒿生物炭與有機物料混合施用對瘠薄沙土有效養(yǎng)分含量的影響，深度開發(fā)沙生植物及瘠薄土壤的資源化利用，為沙蒿生物炭的應(yīng)用和瘠薄土壤改良提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料 沙蒿：取自內(nèi)蒙古呼和浩特市托克托縣沙地。將其風(fēng)干、粉碎（d ≤ 2mm）、烘干（60℃約24h），以備制取生物炭。有機物料：腐熟的羊糞和沙蒿粉（d ≤ 2mm）。

1.2 生物炭的制備 炭化設(shè)備選用箱式電阻爐（SGM.VB8/10，洛陽市西格馬儀器制造有限公司）。稱取烘干的沙蒿25.0 g，放置于坩堝中，通過抽氣創(chuàng)造低氧環(huán)境，在600℃溫度下，炭化1h制取生物炭。

1.3 試驗設(shè)計 試驗共6個處理組，每個處理組3次重復(fù)。具體處理組為：（1）對照，自然沙（與沙蒿取于同一地點0～15cm的土層）;（2）施用生物炭，施入量設(shè)置為土壤干重2%;（3）施用羊糞，施入量設(shè)置為土壤干重2%;（4）施用沙蒿粉，施入量設(shè)置為土壤干重2%;（5）施用生物炭與羊糞（1∶1混合），總施入量設(shè)置為土壤干重4%;（6）施用生物炭與沙蒿粉（1∶1混合），總施入量設(shè)置為土壤干重4%。以上處理組在下文表中分別簡寫為自然沙、生物炭、羊糞、沙蒿粉、生物炭與沙蒿粉、生物炭與羊糞。按上述添加量與土壤均勻混合裝入塑料桶（高為15cm，直徑20cm）中，含水量控制在該土壤田間持水量的70%，記為初始質(zhì)量加蓋，放入網(wǎng)室內(nèi)模擬自然條件進行室外培養(yǎng)，每隔5d左右稱重1次，并補水到初始質(zhì)量，于培養(yǎng)60d和150d的時間點上用土鉆通底取樣，處理后測試各指標（3次重復(fù)）。

1.4 試驗方法 堿解N—堿解擴散法;有效P—0.5mol/L NaHCO3法;有效K—NH4OAC浸提，火焰光度法;全N—凱式定氮，半微量滴定法;全P—NaOH熔融，鉬銻抗比色法;全K—NaOH熔融，火焰光度法。

1.5 數(shù)據(jù)分析 利用 SAS9.0 進行方差分析（ANOVA），Excel計算數(shù)據(jù)置信區(qū)間及制表。

2 結(jié)果與分析

2.1 生物炭對土壤有效養(yǎng)分的影響 由表1可知，土壤的堿解N、有效P和有效K含量表現(xiàn)為：沙蒿生物炭處理組>自然沙，在培養(yǎng)時間上表現(xiàn)為：150d>60d。多重均值檢驗結(jié)果表明，隨著培養(yǎng)時間的延長，自然沙本身的堿解N、有效P和有效K含量均未達到顯著差異水平（P>0.05），施入生物炭的土壤堿解N、有效P和有效K含量升高且均達到顯著差異水平（P<0.05）;在同一培養(yǎng)時間的條件下，施入生物炭的土壤堿解N、有效P和有效K含量均高于自然沙且均達顯著差異水平（P<0.05），說明沙蒿生物炭顯著增加了土壤的有效養(yǎng)分含量且隨著時間的推移而增加。沙蒿生物炭施入土壤60d和150d后，堿解N、有效P和有效K含量較自然沙分別提高0.71%、27.07%、458.89%和50.00%、315.15%、507.02%。說明隨著培養(yǎng)時間的延長，施入沙蒿生物炭的土壤中有效K的增幅相對較大，施入前期（60d）堿解N的增幅相對較小，而施入150d后堿解N和有效P的增幅迅速提高。

2.2 有機物料對土壤有效養(yǎng)分的影響 由表2可知，有機物料對土壤有效養(yǎng)分均產(chǎn)生了一定程度的影響，各處理組表現(xiàn)為：羊糞>沙蒿粉>自然沙，且隨著培養(yǎng)時間的延長這種規(guī)律不會改變。多重均值檢驗結(jié)果表明，隨著培養(yǎng)時間的延長，自然沙本身的有效養(yǎng)分含量無明顯變化，施入羊糞和沙蒿粉的土壤有效養(yǎng)分含量均升高并達到顯著差異水平（P<0.05）;在同一培養(yǎng)時間的條件下，施入羊糞或沙蒿粉的土壤有效養(yǎng)分含量均高于自然沙且均達顯著差異水平（P<0.05），說明有機物料的施入能顯著提高土壤的有效養(yǎng)分含量，且隨著培養(yǎng)時間的推移而增加。羊糞施入土壤60d和150d后，堿解N、有效P和有效K的含量較自然沙分別提高66.01%、451.88%、201.23%和149.32%、470.45%、214.02%;沙蒿粉施入土壤60d和150d后，堿解N、有效P和有效K含量較自然沙分別提高44.80%、9.02%、130.35%和59.79%、18.94%、131.34%。說明有機物料的施入能夠增加土壤的有效養(yǎng)分含量，但羊糞的增幅相對較大，改沙效果更佳。

2.3 生物炭與有機物料混合對土壤有效養(yǎng)分的影響 由表3可知，土壤的堿解N、速效P和有效K含量表現(xiàn)為：生物炭與羊糞混合處理組>生物炭與沙蒿粉混合處理組>自然沙;在培養(yǎng)時間上表現(xiàn)為：150d>60d;生物炭與羊糞混合施入更有利于提高土壤的堿解N、有效P和有效K含量，培養(yǎng)150d后，較生物炭與沙蒿粉混合施入土壤，其增幅分別高出71.37、461.63和89.16個百分點。多重均值檢驗結(jié)果表明，隨著培養(yǎng)時間的延長，自然沙本身的堿解N、有效P和有效K含量均未達到顯著差異水平（P>0.05）;施入生物炭與羊糞混合及生物炭與沙蒿粉混合的土壤堿解N、有效P和有效K含量隨著培養(yǎng)時間的延長而升高且均達到顯著差異水平（P<0.05）;在同一培養(yǎng)時間的條件下，施入生物炭與羊糞或沙蒿粉混合的土壤堿解N、有效P和有效K含量均高于自然沙且均達顯著差異水平（P<0.05）。說明生物炭與有機物料混合施入土壤能提高土壤的有效養(yǎng)分含量，且隨著時間的推移而增加。

3 討論

沙蒿生物炭和有機物料（羊糞、沙蒿粉）含有一定量的礦質(zhì)養(yǎng)分，可增加土壤中的礦質(zhì)養(yǎng)分含量[5]。試驗結(jié)果表明，生物炭和有機物料均能夠不同程度的增加土壤中的堿解N、有效P、速效K含量;從整個培養(yǎng)周期看，各個處理組土壤的堿解N、有效P和有效K含量隨時間變化整體上呈上升的趨勢，這與張祥等[6]的研究結(jié)果一致。研究表明，施加生物炭可增加土壤對NH3和NH4+的吸收[7]，減少N2O的排放和NO3-的流失[8-9]，促進土壤中磷的活化[10]。土壤有效K含量的增加，得益于其本身含有大量的鉀元素[6]。

本試驗采用室外模擬試驗研究了沙蒿生物炭和有機物料對土壤養(yǎng)分變化的影響，培養(yǎng)周期較短，而生物炭長期施用后引起的土壤環(huán)境變化以及土壤生物的響應(yīng)會隨著時間推移而發(fā)生怎樣的變化，今后還應(yīng)作進一步的研究。

4 結(jié)論

（1）無論是沙蒿生物炭、有機物料（羊糞、沙蒿粉）還是沙蒿生物炭與有機物料混合施入土壤，均能提高土壤的有效NPK含量，并且隨著培養(yǎng)時間的推移，有效養(yǎng)分含量增加。

（2）沙蒿生物炭與有機物料混合施用土壤的有效NPK含量的增幅相對較大，沙蒿生物炭與羊糞的混合施用效果最佳。

參考文獻

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（責(zé)編：張宏民）