不同物料和時間對沙土全量氮磷鉀含量的影響

侯建偉 邢存芳 嚴學(xué)佳 譚杰斌

摘 要 通過室外無植物盆栽試驗，探究不同物料和培養(yǎng)時間對沙土養(yǎng)分含量變化的影響。結(jié)果表明：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均能夠提高沙土的全量氮磷鉀含量，并達差異顯著水平（P<0.05），但隨著培養(yǎng)時間的延長，全量氮磷鉀含量未發(fā)生明顯變化;沙蒿生物炭與有機物料混合施用，沙土的全量氮磷鉀含量增幅相對較大，尤其是沙蒿生物炭與羊糞混合施用效果更佳，培養(yǎng)150 d后，沙土全氮、全磷、全鉀的增幅分別為195.24%、27.45%、29.55%。

關(guān)鍵詞 沙蒿生物炭;羊糞;沙蒿粉;氮磷鉀含量

中圖分類號：S152.4 文獻標志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2020.14.069

沙蒿生物炭是沙蒿在無氧或限氧環(huán)境下，經(jīng)過高溫炭化后的富炭產(chǎn)物。目前研究中，生物質(zhì)炭來源于闊葉樹、牧草、樹皮、作物殘余物等生物質(zhì)[1]，而對用沙地特殊生境下的沙蒿制取生物炭材料的研究很少。沙蒿生物炭具有含碳率高、孔隙結(jié)構(gòu)豐富、比表面積大、能夠為土壤有益微生物提供溫床和理化性質(zhì)穩(wěn)定等固有特點。生物炭還田改土，可以提高農(nóng)作物產(chǎn)量，具有緩釋肥效的優(yōu)點，是實現(xiàn)碳封存的重要結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)[2-3]。但是生物質(zhì)炭化后會成為極其穩(wěn)定的焦炭，施入土壤后可能不利于微生物的長期生存和養(yǎng)分轉(zhuǎn)化，這一點常常被研究者忽視。土壤全量氮磷鉀含量能夠反應(yīng)土壤養(yǎng)分的供應(yīng)潛力，一定程度上反應(yīng)土壤有效養(yǎng)分的供應(yīng)能力。因此，在生物炭施用過程中添加有機物料，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全量氮磷鉀含量含量的影響，為沙蒿生物炭的應(yīng)用和有機物料改良沙土提供基本依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試材料為沙蒿生物炭、羊糞和沙蒿粉，沙蒿取自內(nèi)蒙古呼和浩特市托克托縣沙地，該沙地是庫布齊沙地的東緣，分布在托克托縣的西南。將取回的沙蒿平鋪于室外干燥后粉碎混勻，在干燥箱中60 ℃烘至恒重（約

24 h）后制取生物炭;有機物料選擇腐熟的羊糞和粉碎并過2 mm篩的沙蒿粉。

1.2 生物炭的制備

炭化設(shè)備選用人工智能箱式電阻爐（SGM.VB8/10，洛陽市西格馬儀器制造有限公司），該設(shè)備可進行炭化溫度的調(diào)控。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，在炭化溫度600 ℃、升溫速率

150 ℃·h-1、恒溫1 h條件下制取生物炭，炭化結(jié)束后放入干燥器冷卻，并留樣備用。

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)。具體處理組條件為：1）對照，自然沙（與沙蒿取于同一地點0～

15 cm的土層）;2）施用生物炭，施入量設(shè)置為沙土干重的2%;3）施用羊糞，施入量設(shè)置為沙土干重的2%;4）施用沙蒿粉，施入量設(shè)置為沙土干重的2%;5）施用生物炭與羊糞（1∶1混合），總施入量設(shè)置為沙土干重的4%;6）施用生物炭與沙蒿粉（1∶1混合），總施入量設(shè)置為沙土干重的4%。按上述添加量與沙土均勻混合后裝入塑料桶（高為15 cm，直徑20 cm）中，含水量控制在該沙土田間持水量的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5 d左右稱重1次，并補水到初始質(zhì)量，于培養(yǎng)至60 d和150 d的時間點上取樣測試（3次重復(fù)）。

1.4 試驗方法

全氮：凱式定氮，半微量滴定法。全磷：NaOH熔融，鉬銻抗比色法。全鉀：NaOH熔融，火焰光度法。

1.5 數(shù)據(jù)分析

利用SAS 9.0進行方差分析（ANOVA），Excel計算數(shù)據(jù)置信區(qū)間及繪制圖表。

2 結(jié)果與分析

2.1 生物炭對沙土全量氮磷鉀含量的影響

由表1可知，沙土中的全氮、全磷和全鉀含量均表現(xiàn)為沙蒿生物炭處理組>自然沙，自然沙本身及施入沙蒿生物炭的沙土中全量氮磷鉀含量含量隨著時間的增加并沒有顯著差異（P>0.05），但施入沙蒿生物炭的沙土與自然沙之間的全量氮磷鉀含量含量存在顯著差異

（P<0.05），說明沙蒿生物炭顯著增加了沙土的全量氮磷鉀含量含量，但隨著培養(yǎng)時間的延長，全量氮磷鉀含量含量未發(fā)生明顯變化。

2.2 有機物料對沙土全量氮磷鉀含量的影響

由表2可知，沙土中的全量氮磷鉀含量含量各處理組均表現(xiàn)為：羊糞>沙蒿粉>自然沙，且隨著培養(yǎng)時間延長，這種規(guī)律不會改變。

多重均值檢驗結(jié)果表明，不同培養(yǎng)時間，自然沙本身及施入羊糞或沙蒿粉的沙土中全量氮磷鉀含量含量并沒有顯著差異（P>0.05），但施入羊糞或沙蒿粉的沙土全量氮磷鉀含量含量均高于自然沙，達差異顯著水平（P<0.05），說明有機物料的施入明顯增加了沙土的全量氮磷鉀含量含量，但隨著培養(yǎng)時間的延長，全量氮磷鉀含量含量不會有明顯變化。

有機物料施入沙土150 d后，沙土中的全氮、全磷和全鉀含量的增幅表現(xiàn)為羊糞>沙蒿粉，說明有機物料的施入能夠增加沙土的全量氮磷鉀含量含量，羊糞的改沙效果優(yōu)于沙蒿粉。

2.3 生物炭與有機物料混合對沙土全量氮磷鉀含量的影響

由表3可知，沙土中的全量氮磷鉀含量含量均表現(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，且隨著培養(yǎng)時間延長，這種規(guī)律不會改變。

多重均值檢驗結(jié)果表明，隨著時間的推移，自然沙本身及施入生物炭與有機物料混合處理組沙土各自的全氮、全磷和全鉀含量并沒有顯著差異（P>0.05）;但相同培養(yǎng)時間下，生物炭與羊糞混合處理組、生物炭與沙蒿粉處理組及自然沙之間的全量氮磷鉀含量含量存在顯著差異（P<0.05），說明生物炭與有機物料混合施入能夠提高沙土的全量氮磷鉀含量含量，但隨著培養(yǎng)時間的推移不會發(fā)生明顯變化。

150 d后，各處理組沙土中的全氮、全磷和全鉀含量的增幅表現(xiàn)為生物炭與羊糞處理組>生物炭與沙蒿粉處理組，分別高出9.52%、3.92%和7.25%，說明生物炭與有機物料混合施入能夠增加沙土的全量氮磷鉀含量含量，但生物炭與羊糞混合施入效果更佳。

3 結(jié)論

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沙土，均能提高沙土的全量氮磷鉀含量含量;隨著培養(yǎng)時間的推移，全量氮磷鉀含量未發(fā)生顯著變化;沙蒿生物炭與有機物料混合施用，沙土全量氮磷鉀含量含量的增幅相對較大，尤其是沙蒿生物炭與羊糞混合施用的提升效果更佳。

4 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，可增加土壤中礦質(zhì)養(yǎng)分含量[4]。試驗結(jié)果表明，生物炭和有機物料均能夠不同程度增加沙土的全量氮磷鉀含量含量;這與張祥等[5]的研究結(jié)果一致。有研究表明，施加生物炭可以增加土壤對NH3和NH4+的吸收[6]，減少N2O的排放[7]以及NO3-的流失[8]，促進土壤中磷的活化[9]，增加土壤有機質(zhì)和速效K的含量[10]。

此次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沙土環(huán)境變化以及沙土生物的響應(yīng)會隨著時間推移而發(fā)生怎樣的變化還在進一步的研究中。

參考文獻：

[1] 袁金華，徐仁扣.稻殼制備的生物質(zhì)炭對紅壤和黃棕壤酸度的改良效果[J].生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報，2010，

26（5）：472-476.

[2] 黃劍，張慶忠，杜章留，等.施用生物炭對農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)影響的研究進展[J].中國農(nóng)業(yè)氣象，2012，33（2）：

232-239.

[3] 劉玉學(xué).生物質(zhì)炭輸入對土壤氮素流失及溫室氣體排放特性的影響[D].杭州：浙江大學(xué)，2011.

[4] Gaskin J W，Steiner C，Harris K，et al.Effects of low-temperature pyrolysis conditions on biochar for agricultural use[J].Transactions of the ASABE，2008，51（6）：2061-2069.

[5] 張祥，王典，姜存?zhèn)}，等，生物炭對我國南方紅壤和黃棕壤理化性質(zhì)的影響[J].2013，21（8）：979-984.

[6] Doydora S A，Cabrera M L，Das K C，et al.Release of nitrogen and phosphorus from poultry litter amended with acidified biochar[J].Int J Environ Res Public Health，2011，8（5）：1491-1502.

[7] Wang J Y，Pan X J，Liu Y L，et al.Effects of biochar amendment in two soils on greenhouse gas emissions and crop production[J].Plant and Soil，2012，360（1/2）：287-298.

[8] 周志紅，李心清，邢英，等.生物炭對土壤氮素淋失的抑制作用[J].地球與環(huán)境，2011，39（2）：278-284.

[9] 李際會，呂國華，白文波，等.改性生物炭的吸附作用及其對土壤硝態(tài)氮和有效磷淋失的影響[J].中國農(nóng)業(yè)氣象，2012，33（2）：220-225.

[10] 趙曉齊，魯如坤.有機肥對土壤磷素吸附的影響[J].土壤學(xué)報，1991，28（1）：7-13.

（責(zé)任編輯：趙中正）