秸稈生物炭配施沼液對土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量的影響

鄭 健，李欣怡，馬 靜，馬 彪，王 燕，王 磊

（1.蘭州理工大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院，蘭州 730050；2.蘭州理工大學(xué)西部能源與環(huán)境研究中心，蘭州 730050；3.甘肅省生物質(zhì)能與太陽能互補(bǔ)供能系統(tǒng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，蘭州 730050；4.西北低碳城鎮(zhèn)支撐技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心，蘭州 730050；5.甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院旱地農(nóng)業(yè)研究所，蘭州 730070）

施肥是農(nóng)業(yè)增產(chǎn)的重要措施。沼液中含有豐富的營養(yǎng)物質(zhì)和維生素、生長素等生物活性物質(zhì)，其結(jié)構(gòu)簡單，易于被作物吸收，能向作物提供氮、磷、鉀等主要營養(yǎng)元素，有助于植物體內(nèi)的氮代謝，可以促進(jìn)植物根系發(fā)育，具有較好增產(chǎn)效果[1]。沼液已經(jīng)被證明是一種很好的有機(jī)肥，可以改善田間土壤結(jié)構(gòu)，增加土壤中有機(jī)質(zhì)的含量。同時(shí)也有研究表明，隨著沼液施用量的提高，植物葉片SPAD 值、葉面積指數(shù)、干物質(zhì)積累量也相應(yīng)提高[2]。但沼液與傳統(tǒng)施用肥料不同，它是一種液態(tài)肥，具有高水低肥的特點(diǎn)，如施用不合理會(huì)導(dǎo)致較固態(tài)肥料更容易下滲到深層土壤，使沼液中的養(yǎng)分得不到充分利用，降低沼液的養(yǎng)分利用效率。這不僅造成資源浪費(fèi)，還可能會(huì)對地下水造成一定的污染[3-5]。同時(shí)，根據(jù)實(shí)際調(diào)查，64%（467 戶）的農(nóng)戶認(rèn)為沼液濃度低、肥效不如化肥[6]。因此，如何增加沼液養(yǎng)分在土壤中的滯留量，提高沼液中養(yǎng)分的利用效率，就成為沼液推廣應(yīng)用的關(guān)鍵。

生物炭是作物秸稈在限氧條件下經(jīng)高溫?zé)峤馓炕a(chǎn)生的一類高度芳香化難溶性固態(tài)物質(zhì)[7]。具有含碳量高、不易被微生物降解的特點(diǎn)，是一種增加土壤碳庫、緩解全球氣候變暖的理想材料[8-9]，廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)土壤和環(huán)境生態(tài)等領(lǐng)域[10-12]。研究表明，生物炭施入土壤中可以增加土壤的飽和導(dǎo)水率、降低土壤容重、增加土壤孔隙度[13]、改善土壤質(zhì)量、保持土壤肥力、增加土壤有機(jī)物質(zhì)含量、提高碳在土壤中的封存時(shí)間、增加電導(dǎo)率[14]等諸多作用。同時(shí)，生物炭還能夠強(qiáng)烈吸附環(huán)境介質(zhì)中的有機(jī)污染物，消減其環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)[15]，增加對土壤養(yǎng)分的吸附交換，降低土壤養(yǎng)分淋失損失[16]。

基于此，本研究將沼液高水低肥、易于植物吸收利用的特點(diǎn)與生物炭能夠改善土壤物理性質(zhì)且具有較強(qiáng)吸附能力的優(yōu)勢相結(jié)合，通過設(shè)置不同的生物炭混摻量、混摻厚度及不同土壤容重，探求生物炭配施沼液對土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量的影響，為沼液在實(shí)際應(yīng)用過程中存在的問題提供解決方案，為提高沼液施用過程中養(yǎng)分利用效率提供新的解決思路，同時(shí)也為生物炭的農(nóng)田利用拓寬了新模式。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)時(shí)間及供試材料

試驗(yàn)于2018 年7—12 月在蘭州理工大學(xué)水利水電工程實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。試驗(yàn)所用土壤（粉質(zhì)壤土）取自甘肅省蘭州市周邊正常使用的農(nóng)田，原土壤容重為1.32 g·cm-3。土樣采集深度為地表耕層0～40 cm，采集后自然風(fēng)干、碾碎后剔除肉眼可見根系殘葉等有機(jī)物質(zhì)，并過2 mm篩備用，試驗(yàn)前測得土壤養(yǎng)分狀況如下：土壤有機(jī)質(zhì)含量為9.1 g·kg-1，全氮含量為0.475 g·kg-1，pH 值為8.03。試驗(yàn)用生物炭為玉米秸稈生物炭，將風(fēng)干的玉米秸稈粉碎過篩，并裝滿整個(gè)坩堝，加蓋密封，置于箱式電阻爐中，先調(diào)節(jié)溫度至100 ℃，碳化1 h 后升溫至500 ℃碳化2 h，使秸稈均勻受熱、充分碳化。關(guān)閉電源，生物炭自然冷卻至室溫后取出，碾碎，過篩，儲(chǔ)存于干燥器中備用，其固定碳為650 g·kg-1，速效磷為10.20 g·kg-1，速效鉀為55.65 g·kg-1，容重為0.19 g·cm-3，比表面積為9 m2·g-1，pH 為10.24，陽離子交換量為60.8 cmol·kg-1。所用沼液取自甘肅省蘭州市狗牙山正常產(chǎn)氣的戶用沼氣池，發(fā)酵原料為牛糞，沼液的密度為1.006 g·mL-1，總氮含量為2.43 g·L-1，有機(jī)質(zhì)含量為 10.75 g·L-1，試驗(yàn)前用 32 目紗布過濾掉沼液中較大的懸浮顆粒后備用，并測定沼液基本物理性質(zhì)及全氮含量。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在室溫（[20±2）℃]條件下，通過室內(nèi)土柱模擬試驗(yàn)[17]，探討沼液施用條件下不同生物炭混摻量、生物炭混摻厚度和土壤容重對土壤中有機(jī)質(zhì)和全氮的影響規(guī)律。根據(jù)當(dāng)?shù)剞r(nóng)田土壤的容重情況，本試驗(yàn)設(shè)置土壤容重為1.30 g·cm-（3S1）和1.35 g·cm-（3S2），依據(jù)前期預(yù)試驗(yàn)結(jié)果設(shè)置生物炭混摻量為0.5%、1.0%和2.0%，相當(dāng)于田間耕作施用量 5、10 t·hm-2和 20 t·hm-2，生物炭混摻厚度為5、10、15 cm 和20 cm。入滲液采用1∶8（沼液∶水，體積比）的水、沼液混合液。同時(shí)，設(shè)置生物炭添加量0 的對照處理CK1（1.30 g·cm-3）和CK2（1.35 g·cm-3）。為減小試驗(yàn)誤差，每組試驗(yàn)做3次，共計(jì)78組試驗(yàn)，取平均值作為試驗(yàn)結(jié)果。

1.3 試驗(yàn)裝置及方法

試驗(yàn)所用土柱為內(nèi)徑10 cm、高30 cm 的圓柱形透明有機(jī)玻璃管，管上端開口，下端封閉，只留一個(gè)出水口收集滲出液。先在管底部裝入約1 cm 厚的用去離子水洗干凈后自然風(fēng)干的石英砂作為反濾層，按照所確定的2 個(gè)容重分別將供試土壤分層填入土柱，因?qū)嶋H生產(chǎn)過程中農(nóng)田土壤耕作層一般為20 cm 深，故設(shè)置試驗(yàn)裝土20 cm 高，分別將按照0、0.5%、1.0%、2.0%的質(zhì)量比計(jì)算的生物炭與土樣充分混合，將備用土壤按設(shè)置土柱高度分層填充（每2 cm為1層），根據(jù)預(yù)設(shè)生物炭混摻厚度為5、10、15 cm 和20 cm，先將未混摻生物炭的土壤填充至土柱高度15、10、5 cm 和0 cm，再將混摻生物炭的混合土壤分別填入試驗(yàn)土柱至5、10、15 cm 和 20 cm，壓實(shí)邊緣，避免貼壁縫隙形成邊際效應(yīng)。表層再鋪設(shè)一層約1 cm 厚的石英砂，減少入滲液對土壤的沖擊和干擾。試驗(yàn)開始時(shí)先用馬氏瓶控制入滲水頭，從土柱下端出水口處往上充水，直至液面到達(dá)土層以上，使土樣充分飽和。然后從上往下施加1∶8（沼液∶水，體積比）的混合液進(jìn)行入滲，并收集滲出液。為保證指標(biāo)測定需要，每次滲出液收集量為30 mL，同時(shí)用電導(dǎo)率儀測定不同時(shí)刻滲出液電導(dǎo)率，待滲出液電導(dǎo)率基本不變或穩(wěn)定增長時(shí)試驗(yàn)結(jié)束，試驗(yàn)結(jié)束后以土柱表面為起點(diǎn)，沿垂直方向每5 cm 為一個(gè)剖面取樣點(diǎn)進(jìn)行樣品采集，試驗(yàn)裝置如圖1 所示。

1.4 測定方法及數(shù)據(jù)處理

圖1 試驗(yàn)裝置Figure 1 Test device

滲出液電導(dǎo)率采用上海雷磁牌DDS-11A 型電導(dǎo)率儀（測量范圍：0～20 mS·cm-1，基本誤差：±1.0%FS）測定，土壤中有機(jī)質(zhì)含量采用高錳酸鉀法測定[18]，滲出液及土壤中全氮含量采用凱氏定氮法測定[19]。數(shù)據(jù)處理與分析軟件為Excel 2010和Origin 9.1。

2 結(jié)果與分析

2.1 生物炭配施沼液對入滲液滲出速率的影響

不同配比生物炭條件下土壤入滲液滲出速率情況如圖2 所示。由圖可以看出，相同土壤容重和生物炭混摻量條件下，當(dāng)生物炭混摻量為0.5%，土壤容重為1.30 g·cm-3時(shí)，生物炭混摻土層厚度為5、10、15 cm和20 cm 時(shí)其入滲液滲出速率分別較對照組CK1 增加16.04%、25.87%、31.94%和37.74%，而土壤容重為1.35 g·cm-3時(shí)相應(yīng)的入滲液滲出速率分別較對照組CK2 增加11.89%、19.57%、22.28%和26.16%；相同生物炭混摻量和混摻土層厚度條件下，容重1.30 g·cm-3的滲出速率明顯大于容重1.35 g·cm-3的滲出速率。表明當(dāng)沼液配比相同時(shí)，入滲液滲出速率會(huì)受到土壤容重、生物炭混摻量和混摻厚度的影響。

2.2 生物炭配施沼液對土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響

2.2.1 土壤容重對土壤有機(jī)質(zhì)的影響

由圖3可以看出，當(dāng)生物炭混摻厚度一定，無論混摻量如何變化，土壤有機(jī)質(zhì)含量均呈土壤容重1.35 g·cm-3小于1.30 g·cm-3的。當(dāng)生物炭混摻厚度為5 cm時(shí)，土壤容重1.30 g·cm-3相對 1.35 g·cm-3土壤有機(jī)質(zhì)的含量平均值僅高出0.41 g·kg-1，而當(dāng)生物炭混摻厚度分別為 10、15、20 cm 時(shí)，容重1.30 g·cm-3較1.35 g·cm-3的土壤有機(jī)質(zhì)的含量平均值分別高出0.70、1.18、4.51 g·kg-1。從土壤中有機(jī)質(zhì)含量增加幅度來看，當(dāng)生物炭混摻量均為0.5%，生物炭混摻厚度分別為5、10、15 cm 和 20 cm 時(shí)，土壤容重 1.30 g·cm-3較 1.35 g·cm-3的有機(jī)質(zhì)含量分別增加-0.28%、2.38%、3.42% 和4.60%；當(dāng)生物炭混摻量均為1.0% 時(shí)，分別增加1.55%、1.13%、1.95%和11.93%；當(dāng)生物炭混摻量均為2.0%時(shí)，分別增加-3.64%、2.82%、1.10%和7.24%。表明生物炭混摻厚度一定時(shí)，隨混摻量逐漸增加，土壤容重1.35 g·cm-3較1.30 g·cm-3對有機(jī)質(zhì)的影響增加，但當(dāng)混摻量達(dá)到2.0%時(shí)，雖然土壤容重對有機(jī)質(zhì)含量的影響依然呈增大趨勢，但較混摻量為1.0%時(shí)增大趨勢有所減小，表明生物炭混摻量超過某一定值后，土壤容重對土壤有機(jī)質(zhì)可能會(huì)起到一定的抑制作用。

2.2.2 生物炭混摻量對土壤有機(jī)質(zhì)的影響

圖4 可以看出，當(dāng)土壤容重一定時(shí)，無論生物炭混摻厚度如何變化，土壤有機(jī)質(zhì)含量均呈現(xiàn)出生物炭混摻量CK＜0.5%＜1.0%＜2.0%的趨勢。土壤容重為1.30 g·cm-3，生物炭混摻厚度為5 cm時(shí)，混摻量0.5%、1.0%、2.0%有機(jī)質(zhì)含量分別比CK1 高3.24%、9.26%、13.08%，而當(dāng)生物炭混摻厚度為10、15、20 cm 時(shí)，混摻量0.5%、1.0%、2.0%有機(jī)質(zhì)含量分別比CK1 高7.15%、10.76%、23.97%，9.78%、20.82%、29.94%，13.99%、26.64%、31.44%，較混摻厚度5 cm 對土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響明顯增大；土壤容重為1.35 g·cm-3，生物炭混摻厚度為5 cm 時(shí)，混摻量0.5%、1.0%、2.0%有機(jī)質(zhì)含量分別比CK2 高4.82%、9.07%、17.38%，而

當(dāng)生物炭混摻厚度為10、15、20 cm 時(shí)，混摻量0.5%、1.0%、2.0%有機(jī)質(zhì)含量分別比CK2高6.17%、12.96%、22.82%，7.86%、16.38%、25.40%，11.06%、17.83%、30.12%。說明當(dāng)土壤容重一定時(shí)，土壤有機(jī)質(zhì)含量呈現(xiàn)出隨生物炭混摻量增加而逐漸增大的趨勢，可能是因?yàn)樯锾刻砑拥酵寥乐刑岣吡送寥缹τ袡C(jī)質(zhì)的吸持能力，進(jìn)一步增加了土壤中有機(jī)質(zhì)的含量。

圖2 不同配比生物炭處理下土柱滲出液滲出速率變化Figure 2 Change of seepage rate of soil column treated with different proportions of biochar

圖3 不同配比生物炭處理下土壤容重對土壤有機(jī)質(zhì)的影響Figure 3 Effects of soil bulk density on soil organic matter under different ratios of biochar

圖4 不同配比生物炭處理下生物炭混摻量對土壤有機(jī)質(zhì)的影響Figure 4 Effects of biochar mixture on soil organic matter under different ratios of biochar

2.2.3 生物炭混摻厚度對土壤有機(jī)質(zhì)的影響

圖5 可以看出，當(dāng)土壤容重一定時(shí)，無論生物炭混摻量如何變化，土壤有機(jī)質(zhì)含量均呈現(xiàn)出生物炭混摻厚度CK＜5 cm＜10 cm＜15 cm＜20 cm的趨勢。在圖5（a）中，生物炭混摻量為0.5%、1.0%和2.0%時(shí)，生物炭混摻厚度 5、10、15、20 cm 分別比 CK1 高 3.24%、7.15%、9.78%、13.99%，9.26%、10.76%、26.09%、26.64%和13.08%、23.97%、29.94%、31.44%。在圖5（b）中，生物炭混摻量為0.5%、1.0%和2.0%時(shí)，生物炭混摻厚度 5、10、15、20 cm 分別比 CK2 高 4.82%、6.17%、7.86%、11.06%，9.07%、12.96%、16.38%、17.83%和17.26%、22.82%、30.12%、30.75%。同時(shí)，研究還發(fā)現(xiàn)當(dāng)生物炭混摻量為0.5%時(shí)，各混摻厚度對土壤有機(jī)質(zhì)平均含量的增加幅度較其他混摻量情況下小，僅有3.24%（土壤容重1.30 g·cm-3）和4.82%（土壤容重1.35 g·cm-3），而當(dāng)生物炭混摻量為2.0%時(shí)，最高增加幅度達(dá)到31.44%和30.75%。表明當(dāng)土壤容重一定時(shí)，無論生物炭混摻量如何變化，土壤有機(jī)質(zhì)含量均隨生物炭混摻厚度增大而逐漸增加。

2.3 生物炭配施沼液對滲出液全氮含量的影響

2.3.1 土壤容重對滲出液全氮含量的影響

由圖6 可以看出，當(dāng)生物炭混摻厚度一定，除了生物炭混摻厚度為10 cm 外，其余各試驗(yàn)組滲出液全氮含量的整體變化規(guī)律一致，即滲出液全氮含量均呈土壤容重1.35 g·cm-3＜1.30 g·cm-3，不受生物炭混摻量的影響。生物炭混摻厚度為5 cm時(shí)，滲出液全氮含量呈 CK1＞0.5%（S1）＞CK2＞1.0%（S1）＞0.5%（S2）＞2.0%（S1）＞1.0%（S2）＞2.0%（S2），生物炭混摻厚度為10 cm時(shí)，滲出液全氮含量呈 CK1＞CK2＞0.5%（S2）＞1.0%（S2）＞0.5%（S1）＞1.0%（S1）＞2.0%（S2）＞2.0%（S1），當(dāng)生物炭混摻厚度為15 cm時(shí)，滲出液全氮含量呈CK1＞CK2＞0.5%（S1）＞1.0%（S1）＞0.5%（S2）＞2.0%（S1）＞1.0%（S2）＞2.0%（S2），當(dāng)生物炭混摻厚度為20 cm 時(shí)，滲出液全氮含量呈CK1＞0.5%（S1）＞1.0%（S1）＞2.0%（S1）＞CK2＞0.5%（S2）＞1.0%（S2）＞2.0%（S2）。說明當(dāng)生物炭混摻厚度一定時(shí)，隨生物炭混摻量的逐漸增加，土壤容重對滲出液全氮含量的影響逐漸加大，即土壤容重較大時(shí)生物炭配施沼液能更有效減少滲出液中全氮含量，對增加土壤中全氮含量有較為積極的作用。

2.3.2 生物炭混摻量對滲出液全氮含量的影響

由圖7 可知，各試驗(yàn)組滲出液的全氮累計(jì)含量值的整體變化規(guī)律基本一致，即整個(gè)試驗(yàn)期間，滲出液的全氮累計(jì)含量值逐漸增大并趨于穩(wěn)定增長趨勢，均呈現(xiàn)CK＞0.5%＞1.0%＞2.0%。在圖7（a）中，土壤容重為1.30 g·cm-3時(shí)，當(dāng)生物炭混摻厚度為5 cm 時(shí)，混摻量0.5%、1.0%、2.0%滲出液全氮累計(jì)含量分別比CK1低18.94%、24.84%、56.83%，當(dāng)生物炭混摻厚度為10 cm 時(shí)，滲出液全氮累計(jì)含量分別比CK1 低62.11%、68.32%、86.02%，當(dāng)生物炭混摻厚度為15 cm 時(shí)，滲出液全氮累計(jì)含量分別比CK1 低25.78%、47.83%、61.49%，當(dāng)生物炭混摻厚度為20 cm 時(shí)，滲出液全氮累計(jì)含量分別比CK1低3.42%、9.94%、22.05%。在圖7（b）中，土壤容重為1.35 g·cm-3時(shí)，當(dāng)生物炭混摻厚度為5 cm 時(shí)，混摻量0.5%、1.0%、2.0%滲出液全氮累計(jì)含量分別比CK2 低41.67%、46.25%、55.83%，當(dāng)生物炭混摻厚度為10 cm 時(shí)，滲出液全氮累計(jì)含量分別比CK2低7.50%、21.25%、71.67%，當(dāng)生物炭混摻厚度為15 cm 時(shí)，滲出液全氮累計(jì)含量分別比CK2 低31.67%、50.42%、64.17%，當(dāng)生物炭混摻厚度為20 cm時(shí)，滲出液全氮累計(jì)含量分別比CK2 低27.08%、52.08%、61.67%。說明在試驗(yàn)范圍內(nèi)，土壤容重和生物炭混摻厚度一定，隨生物炭混摻量的增加，滲出液中全氮累計(jì)含量降低，土壤固持氮能力增強(qiáng)。

圖5 不同配比生物炭處理下生物炭混摻厚度對土壤有機(jī)質(zhì)的影響Figure 5 Effects of biochar mixing thickness on soil organic matter under different ratios of biochar

圖6 不同配比生物炭處理下土壤容重對土壤全氮含量的影響Figure 6 Effects of soil bulk density on soil total nitrogen content under different ratios of biochar

2.3.3 生物炭混摻厚度對滲出液全氮含量的影響

由圖8、圖9可知，各試驗(yàn)組滲出液的全氮累計(jì)含量值的整體變化規(guī)律基本一致，即整個(gè)試驗(yàn)期間，滲出液的全氮累計(jì)含量值逐漸增大并趨于穩(wěn)定增長趨勢。在圖8中，土壤容重均為1.30 g·cm-3，當(dāng)生物炭混摻量為0.5%時(shí)，滲出液全氮含量呈0 cm（CK1）＞20 cm＞5 cm＞15 cm＞10 cm，當(dāng)生物炭混摻量為1.0%時(shí)，滲出液全氮含量呈0 cm（CK1）＞20 cm＞5 cm＞15 cm＞10 cm，當(dāng)生物炭混摻量為2.0%時(shí)，滲出液全氮含量呈0 cm（CK1）＞20 cm＞5 cm＞15 cm＞10 cm。在圖9中，土壤容重為1.35 g·cm-3，生物炭混摻量為0.5%時(shí)，滲出液全氮含量呈0 cm（CK2）＞5 cm＞10 cm＞20 cm＞15 cm，生物炭混摻量為1.0%時(shí)，滲出液全氮含量呈0 cm（CK2）＞10 cm＞5 cm＞15 cm＞20 cm，生物炭混摻量為2.0%時(shí)，滲出液全氮含量呈0 cm（CK2）＞5 cm＞20 cm＞15 cm＞10 cm。土壤容重為1.30 g·cm-3時(shí)，混摻厚度為10 cm 時(shí)影響最顯著。土壤容重為1.35 g·cm-3時(shí)，混摻厚度為15 cm 時(shí)效果較為顯著，出現(xiàn)差異性可能和土壤容重有關(guān)，孔隙度不同，土壤滲出通道差異均會(huì)導(dǎo)致結(jié)果的差異性。

3 討論

生物炭施入土壤中可以增加土壤的飽和導(dǎo)水率、降低土壤容重、增加土壤孔隙度以及土壤的入滲率[20]。本研究中沼液滲出速率隨著生物炭混摻量的升高呈現(xiàn)加快趨勢，初步分析是因?yàn)樯锾勘旧砭哂休^大的孔隙度和比表面積，可以改變土壤孔隙度和團(tuán)聚體，使得土壤內(nèi)部孔隙度增加，土壤滲水通道增多，促進(jìn)水分滲透，且生物炭具有高度芳香化的結(jié)構(gòu)，其表面含有羧基、酚羥基、羰基、酸酐基團(tuán)，這些結(jié)構(gòu)特性使其具備了良好的吸附特性及穩(wěn)定性[21-22]，當(dāng)入滲液經(jīng)過混摻生物炭的土壤時(shí)，其中的養(yǎng)分會(huì)吸附到土壤中混摻的生物炭上，與土壤中原本含有的小顆粒膠體發(fā)生運(yùn)輸作用促進(jìn)入滲液的滲出速率。相關(guān)學(xué)者陳溫福等[23]、Awad等[24]也通過試驗(yàn)論證了生物炭因?yàn)槠涠嗫捉Y(jié)構(gòu)和比表面積，添加到土壤中能夠增加土壤孔隙度及團(tuán)聚體數(shù)量進(jìn)而增加入滲液的滲出速率。

圖7 不同配比生物炭處理下生物炭混摻量對全氮含量的影響Figure 7 Effects of biochar mixture on total nitrogen content under different ratios of biochar

續(xù)圖7 不同配比生物炭處理下生物炭混摻量對全氮含量的影響Continued figure 7 Effects of biochar mixture on total nitrogen content under different ratios of biochar

施用生物炭能明顯改變土壤的理化性質(zhì)，顯著提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，為作物生長提供更優(yōu)條件[25]。土壤中混摻生物炭后，當(dāng)生物炭混摻量及混摻厚度一定時(shí)，土壤容重對土壤有機(jī)質(zhì)含量產(chǎn)生影響，土壤有機(jī)質(zhì)含量呈現(xiàn)出隨土壤容重逐漸增大而減小的趨勢，這是因?yàn)樯锾烤哂腥葜氐?、黏性差及孔隙結(jié)構(gòu)具有很大比表面積的特性[26]，添加到土壤后會(huì)降低土壤容重，增加土壤孔隙度，改善土壤生物活性[25]，而容重小的土壤本身孔隙度比例較容重大的土壤多，添加生物炭后使得土壤孔隙度進(jìn)一步增加，對有機(jī)物質(zhì)含量增加起到了進(jìn)一步的促進(jìn)作用，因此試驗(yàn)結(jié)果呈現(xiàn)出土壤容重為1.30 g·cm-3的土壤添加生物炭后土壤有機(jī)質(zhì)含量高于容重為1.35 g·cm-3的土壤。同時(shí)，本研究還發(fā)現(xiàn)當(dāng)土壤容重一定時(shí)，隨著生物炭混摻厚度的變化，土壤有機(jī)質(zhì)含量呈現(xiàn)出隨生物炭混摻厚度增大而逐漸增加的趨勢，初步分析是一方面由于沼液本身含有有機(jī)質(zhì)[27]，另一方面生物炭添加到土壤中提高了土壤對有機(jī)質(zhì)的吸持能力，進(jìn)一步增加了土壤中有機(jī)質(zhì)

的含量，這一結(jié)果與尚杰等[28]的研究結(jié)論一致。同時(shí)，有研究表明生物炭施入土壤能顯著增加各土層不同粒級(jí)團(tuán)聚體中有機(jī)碳[29]和有機(jī)質(zhì)含量[30-31]，且增加幅度隨施用量的增加而增大。本研究中當(dāng)土壤容重一定時(shí)，土壤有機(jī)質(zhì)含量呈現(xiàn)出隨生物炭混摻量增加而逐漸增加的趨勢，當(dāng)混摻量為2.0%時(shí)，有機(jī)質(zhì)含量達(dá)到最大，進(jìn)一步驗(yàn)證了生物炭施用能增加土壤有機(jī)質(zhì)含量的作用。說明土壤中有機(jī)質(zhì)含量的提高幅度取決于土壤本身的性質(zhì)[32]和生物炭的施用量。

圖8 不同配比生物炭處理下生物炭混摻厚度對土壤全氮含量的影響（土壤容重1.30 g·cm-3）Figure 8 Effects of biochar blending thickness on soil total nitrogen content under different biochar ratios（1.30 g·cm-3）

圖9 不同配比生物炭處理下生物炭混摻厚度對土壤全氮含量的影響（土壤容重1.35 g·cm-3）Figure 9 Effects of biochar blending thickness on soil total nitrogen content under different biochar ratios（1.35 g·cm-3）

施用生物炭能合理調(diào)控土壤有機(jī)氮庫、提高土壤肥力及有機(jī)氮庫的穩(wěn)定性[33]。當(dāng)生物炭混摻量及混摻厚度一定時(shí)，土壤全氮含量隨土壤容重的增加而增大，這是因?yàn)殡S土壤容重增加，土壤密實(shí)度增大，配施相同配比的沼液，全氮滯留量較土壤容重小的土體有所增加。并且生物炭良好的吸附能力也促進(jìn)了土壤中全氮量的增加。本研究還發(fā)現(xiàn)當(dāng)土壤容重一定時(shí)，隨生物炭混摻量的增加，滲出液的全氮累計(jì)含量逐漸增大并趨于穩(wěn)定增長趨勢，說明生物炭配施沼液對土壤全氮含量的增加起積極作用；隨土壤容重的增大，滲出液的全氮累計(jì)含量有所降低，而土體內(nèi)全氮含量有所增加，土壤中全氮含量的提高幅度不僅僅取決于生物炭的施用量，還取決于土壤的基本性質(zhì)和土壤的質(zhì)地。

4 結(jié)論

（1）土壤中添加生物炭能夠增加入滲液滲出速率，且隨著生物炭混摻厚度和混摻量的增加，入滲液滲出速率也隨之加快，土壤容重1.35 g·cm-3時(shí)較1.30 g·cm-3入滲液滲出速率減小。

（2）當(dāng)生物炭混摻量及混摻厚度一定時(shí)，土壤容重1.30 g·cm-3較1.35 g·cm-3有機(jī)質(zhì)含量大；當(dāng)土壤容重一定時(shí)，土壤有機(jī)質(zhì)含量隨生物炭混摻量增加而增大，其中生物炭混摻量為2.0%時(shí)對土壤有機(jī)質(zhì)含量影響最大，與生物炭混摻厚度無關(guān)；當(dāng)土壤容重一定時(shí)，土壤有機(jī)質(zhì)含量隨生物炭混摻厚度增加而逐漸增大，生物炭混摻厚度為20 cm 時(shí)對土壤有機(jī)質(zhì)含量影響最大，與生物炭混摻量無關(guān)。

（3）當(dāng)生物炭混摻量及混摻厚度一定時(shí)，土壤全氮含量隨土壤容重逐漸增大而增大；當(dāng)土壤容重一定時(shí)，土壤全氮含量隨生物炭混摻量增加而增大，其中生物炭混摻量為2.0%時(shí)對土壤全氮含量影響最大；當(dāng)土壤容重一定時(shí)，土壤全氮含量隨生物炭混摻厚度增加而逐漸增大，但無明顯規(guī)律性影響趨勢，可能受土壤質(zhì)地和生物炭混摻量影響。