生物炭對(duì)茶園酸性紅壤氮素養(yǎng)分淋溶的影響

劉岑薇, 葉菁, 李艷春, 林怡, 王義祥

(福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所, 福建省紅壤山地農(nóng)業(yè)生態(tài)過(guò)程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 福州 350003)

福建是我國(guó)茶葉生產(chǎn)的主要省份，全省共有茶園面積17.22萬(wàn)hm2，茶葉產(chǎn)量24.5萬(wàn)t，占全國(guó)茶葉總產(chǎn)量的19.2%[1]。施肥是農(nóng)業(yè)增產(chǎn)的重要措施，近年來(lái)由于對(duì)茶葉產(chǎn)量效益的盲目追求，氮肥的施用量呈逐年上升的趨勢(shì)[2]，導(dǎo)致茶園土壤氮素累積，使茶園土壤pH普遍下降，超過(guò)一半以上的茶園土壤pH低于4.5[3]。氮素是茶葉生長(zhǎng)必須的大量元素之一，過(guò)量施用氮肥，不僅導(dǎo)致肥料利用率下降，而且未能被作物吸收，是造成環(huán)境污染的重要來(lái)源。淋溶作用是土壤氮肥損失的主要途徑[4-5]，氮肥中的氮素基本以銨態(tài)氮的形式存在，但銨態(tài)氮可轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮，不易被土壤所吸附，從而引起地下水污染[6-7]。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

設(shè)不施氮肥與生物炭為對(duì)照CK(C0N0)、單施常規(guī)量氮肥(C0N1)與兩倍氮肥(C0N2)、施常規(guī)量氮肥基礎(chǔ)上增施質(zhì)量比為2%生物炭(C1N1)及常規(guī)量氮肥增施5%生物炭(C2N1)5個(gè)處理，每個(gè)處理設(shè)3次重復(fù)。常規(guī)量氮肥及兩倍氮肥施用量為0.15和0.3 gkg-1。

1.3 淋溶試驗(yàn)

模擬試驗(yàn)于2017年4月在室內(nèi)進(jìn)行，采用PVC圓柱管作為淋濾土柱，其圓柱內(nèi)徑為7.5 cm，高度為40 cm。下端鋪3 cm厚石英砂(粒徑3 mm，起過(guò)濾作用)，在底部管口處墊上尼龍網(wǎng)(孔徑0.5 mm)，將圓柱管底部封緊。每個(gè)土柱土壤質(zhì)量為2 kg。將生物炭與土壤充分混勻，0～5 cm土層添加肥料，充分混合，上層覆蓋一層1 cm厚的石英砂，防止加樣時(shí)破壞土層。根據(jù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)將土柱裝填后，從土柱下端出水口向上充水，直至液面到達(dá)土層以上，使土柱中土壤達(dá)到飽和，平衡24 h。結(jié)合實(shí)際茶園灌溉量和樣品測(cè)試需要，用蠕動(dòng)泵控制流速，從上至下往每個(gè)土柱中泵入150 mL (相當(dāng)于20 mm降水量)0.01 molL-1的CaCl2，以便提取土壤礦質(zhì)氮，待到有淋溶液淋出時(shí)，為第一次淋洗。之后每隔4 d添加淋洗液150 mL，共淋洗10次，淋溶強(qiáng)度控制在10 mmh-1。

1.4 測(cè)試方法

1.5 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2013和SPSS 17. 0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，顯著性分析采用單因素方差分析法(One-way ANOVA)。

2 結(jié)果與分析

2.1 施用生物炭對(duì)土壤pH的影響

不同處理的土壤pH結(jié)果(表1)可知，與C0N0相比，單施氮肥的2個(gè)處理(C0N1、C0N2)對(duì)土壤pH無(wú)顯著影響。與C0N1相比，增施生物炭的2個(gè)處理(C1N1、C2N1)pH增加了0.7～1.0個(gè)單位。說(shuō)明生物炭添加可以顯著降低茶園紅壤的土壤酸度。

表1 不同處理的土壤pHTable 1 Soil pH of different treatments

2.2 施用生物炭對(duì)土壤淋溶液體積的影響

不同處理的土壤淋溶液體積結(jié)果(圖1)可知，整個(gè)試驗(yàn)周期中各處理收集的淋溶液體積變化趨勢(shì)基本一致。在開(kāi)始階段，除C2N1外，其余各處理土柱收集的淋溶液體積無(wú)顯著差異，淋溶液體積由小到大的順序?yàn)镃2N10.05)影響。添加生物炭使土壤水分的淋失量降低，增大田間持水量，生物炭添加比例高的土柱持水效果好，這是由于生物炭擁有較大的孔隙度和比表面積，生物炭加入土壤后增加了土壤的大孔隙，因此增加土壤通氣性和土壤持水量。

2.3 施用生物炭對(duì)土壤淋溶液中TN的影響

不同處理的土壤淋溶液中TN含量結(jié)果(圖2)可知，增施氮肥有利于提高土壤溶液中總氮含量。與對(duì)照C0N0相比，增施氮肥處理土柱C0N1與C0N2顯著增加淋溶液中TN的淋失，其中，C0N2處理土柱淋溶液中TN含量增加幅度最大。添加生物炭處理C1N1、C2N1土柱與C0N1相比，土壤淋溶液中TN的含量顯著下降，且添加5%生物炭處理后的下降效果優(yōu)于添加2%生物炭處理。

2.4 施用生物炭對(duì)土壤淋溶液中的影響

2.5 施用生物炭對(duì)土壤淋溶液中的影響

2.6 施用生物炭對(duì)土壤淋溶液中和累積淋失量的影響

表2 不同處理土柱淋溶液中和的累積淋失量Table 2 Accumulated amount of content of different treatments

3 討論

茶園土壤酸化是極為復(fù)雜的過(guò)程，受茶樹(shù)生長(zhǎng)和無(wú)機(jī)氮肥的大量使用影響，茶園土壤pH呈下降趨勢(shì)，添加生物炭可改善茶園土壤理化性質(zhì)，提高土壤pH。生物炭在控制農(nóng)業(yè)土壤中氮淋溶損失方面具有良好的應(yīng)用前景，但有必要根據(jù)生物炭的性質(zhì)、施用量、土壤類(lèi)型和肥力狀況來(lái)確定合理的施加方法。隨著氮肥用量的增加，土柱淋溶液中硝態(tài)氮、銨態(tài)氮的淋失量均呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)。在常規(guī)施肥條件下，土壤中施入生物炭顯著降低土壤中全氮、硝態(tài)氮及銨態(tài)氮的淋失量，且施用量5%的生物炭處理的降低效果優(yōu)于2%的生物炭施用量?？傮w來(lái)看，生物炭的增加，不僅能夠提高土壤持水性能，增強(qiáng)土壤對(duì)養(yǎng)分的吸附能力，也可以提高對(duì)氮素的固定作用，減輕過(guò)量施肥對(duì)環(huán)境的不良影響。就不同氮素形態(tài)而言，添加生物炭處理土柱中的淋溶液先檢測(cè)到硝態(tài)氮的淋失，說(shuō)明生物炭對(duì)銨態(tài)氮的固持能力均優(yōu)于硝態(tài)氮。本研究結(jié)果僅僅是室內(nèi)土柱的模擬試驗(yàn)結(jié)果，不能完全代表大田種植的實(shí)際情況，加上不同種類(lèi)生物炭的應(yīng)用效果可能會(huì)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響，這些都需要進(jìn)一步研究。