生物质炭对土壤理化性质及水分养分吸附运移特性的影响

来源 :西北农林科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:magihao
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我国蔬菜生产中普遍存在过量施肥(尤其是氮肥)和高强度连作现象,导致菜地养分失衡并引起土壤退化,其保水保肥能力及蔬菜增产效应明显降低。为应对未来持续增长的粮食需求和减少环境污染,改善菜地土壤性质,提高其水肥持留能力对蔬菜种植业的可持续发展具有重要意义。生物质炭具有富碳、孔隙率高、比表面积大、表面电荷多、稳定性强等优点,施入土壤中能够降低土壤容重和酸度,增加土壤孔隙度,提高土壤持水性和保肥性,减少水分养分淋溶。然而不同类型生物质炭和添加量对不同土壤性质的影响存在差异,生物质炭能否作为改良剂为菜地土壤的修复和改良起到积极作用,何种生物质炭及添加量更适用菜地土壤的改良,目前相关研究较少。因此,本文采用水稻壳炭(RB)和棕榈丝炭(PB)作为土壤改良剂,按0、3%和6%比例施入菜地土壤中,分别记为Control、RB1、RB2、PB1和PB2共5个处理。通过室内短期土壤培养试验,NH4+-N吸附试验、土壤入渗淋溶试验分别分析两种类型生物质炭及不同添加量对土壤理化性质、水分入渗特征和氮磷养分吸附运移特性的影响。论文得出的主要结论有:(1)生物质炭显著影响了土壤的理化性质,影响程度与生物质炭种类、添加量以及生物质炭施入时间有关。生物质炭能够降低土壤容重和饱和导水率,增加土壤总孔隙度和持水能力。生物质炭降低了土壤酸度,生物质炭对土壤养分的影响在添加初期主要与其自身养分含量有关,且添加量越高,对养分含量增加越显著,随着施入时间的延长,生物质炭显著抑制了土壤硝化作用,氮素有效性降低。(2)生物质炭能够改变土壤水分入渗特征,且在不同入渗条件下(入渗水头1 cm、1cm+肥料、4 cm),作用效果存在差异。生物质炭能够降低砂壤土的入渗能力,且随生物质炭添加量的增加,作用越明显。相同处理,不同入渗条件下,土壤水分入渗能力不同,但均表现为入渗水头4 cm>入渗水头1 cm>入渗水头1 cm+肥料。各处理土壤累积入渗量和湿润锋运移深度随时间变化规律均符合幂函数关系,且Kostiakov入渗模型能较好的拟合生物质炭改良土壤累积入渗量随时间变化曲线。(3)生物质炭显著提高了土壤对NH4+-N的吸附能力,且随生物质炭添加量的增加,土壤对NH4+-N的吸附量越大。Langmuir等温吸附模型能够较好的拟合生物质炭改良土壤对NH4+-N吸附曲线,各处理土壤对NH4+-N的最大吸附量(Sm)大小依次为PB2>RB2>RB1>PB1>Control。相关分析表明,土壤对NH4+-N的吸附能力与土壤p H和土壤有机质含量呈显著正相关关系。(4)淋溶试验的结果表明,随生物质炭炭添加量的增加,淋溶液累积淋溶体积降低,电导率增加,添加6%的生物质炭能够增加淋溶液p H。添加3%的生物质炭能够显著降低淋溶液DOC累积淋溶量,随添加量的的增加,DOC累积淋溶量增大,6%添加量的RB对土壤DOC累积淋溶量无显著影响,这与生物质炭自身DOC含量较高有关。(5)土壤中氮素较磷素更易淋溶,添加生物质炭可有效缓解土壤中氮磷淋溶的速率。两种生物质炭均降低了土壤中TN和NH4+-N的累积淋溶量,淋溶液中氮素以NH4+-N为主,NO3--N含量较低。生物质炭显著增加了淋溶液中DON占TN比例,降低了NH4+-N比例。淋溶结束后,土壤剖面中NH4+-N含量随土层深度的增加而增加,添加生物质炭的处理土壤NH4+-N含量均高于Control处理。添加生物质炭均降低了土壤TP、TDP和MRP的累积淋溶量,且随添加量的增加,降低越显著。随淋溶次数的增加,淋溶液中MRP占TP比例逐渐增加,DOP占TP比例逐渐降低。各处理淋溶液中磷主要以TDP形态存在,占TP比例为79.2%~94.1%,而PP磷占TP比例为6.7%~21.2%。添加生物质炭显著增加了淋溶液中PP和DOP的比例,降低了MRP的比例,因此降低淋溶液中磷素的有效性,有利于缓解养分淋失造成的水体污染问题。淋溶结束后,土壤剖面中有效磷含量随土层深度的增加呈先升高后降低趋势,与Control处理相比,有效磷含量降低。
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