生物炭对酸化土壤的改良效应与生物化学机理研究

宋淑艳

【摘要】生物炭是有机物质在缺氧环境下热降解的固体产物，具有较大的孔隙度和比表面积，吸附能力强，具有减缓土壤酸化、减少土壤无机态氮的淋溶及为土壤微生物提供营养元素和栖息场所的潜能，被广泛应用于土壤改良方面。许多研究表明生物炭在改善土壤理化性状、提高肥料利用率及作物产量方面表现出较好的效果。目前许多研究主要集中在大田土壤改良上，但针对生物炭对设施蔬菜连作土壤改良的研究较少，而生物炭的用量是影响改良效果的重要因素。本文主要探讨生物炭对酸化土壤的改良效应与生物化学机理。

【关键词】生物炭；土壤改良；生物化学机理

【中图分类号】S156.6 【文献标识码】B 【文章编号】2095-3089（2017）17-0022-01

土壤酸化是土壤退化的一个重要方面，土壤酸化會造成土壤质量和肥力的下降，营养元素的流失，从而对生长的作物产生严重危害。当前，我国酸化土壤分布广泛，酸化程度日益加剧，严重影响我国农业的可持续发展。生物炭作为新兴的酸性土壤改良剂，因其独特的生物物理化学性质在提高土壤肥力、降低土壤酸度、改良土壤微生物生长环境等方面具有重要的潜在应用价

值。

一、土壤酸化的原因

1.用肥过量及不科学

众所周知，2004～2015年，中国粮食生产实现了“十二连增”，创造了中国乃至世界粮食史上的奇迹。肥料作为粮食的“粮食”，为保障粮食安全和农业生产作出了重大贡献。但是，在长期集约化生产过程中，过量使用化肥及施肥方式不科学，对土壤结构造成了严重破坏，导致土壤出现酸化、板结等现象。易造成土壤酸化。土壤酸化的根本原因在于：一方面是自然因素，例如，强降水会造成土壤中钾、钙、镁等碱性盐基大量流失，导致土壤酸化；另一方面是人为因素，最主要的是长期施用酸性肥料和氮肥，以及施肥方式不科学，导致土壤酸化。长期连年使用生理酸性肥料，作物吸收养分后，剩下的酸根离子与土壤中的氢离子结合生成酸，导致土壤板结，酸性增强，土壤结构被破坏。以香蕉种植中常用的氯化钾、硫酸钾为例，当土壤中施入氯化钾，氯化钾电离成K+和Cl-，香蕉吸收营养物质K+，使得氯化钾的离解向右进行。土壤中富集大量的Cl-，而Cl-和H+结合生成HCl，导致土壤酸化程度越来越高。氮肥在土壤中转化会产生质子，转化成硝酸盐，硝酸盐损失的时候，会带走钙、镁这些碱性离子。大量使用氮肥也是造成土壤酸化加剧的重要原因之一。

2.酸沉降

酸沉降一直被认为是中国严重的环境问题之一，是导致土壤酸化的主要因素。近年来，我国一些地区已经成为酸雨多发区。在酸雨影响下，SO42-、NO3-、有机阴离子是加速土壤酸化和盐基淋溶损失的主要阴离子，外源H+的进入会加速铝离子水解。酸雨主要是因大量燃烧含硫量高的煤而形成，此外，各种机动车排放的尾气也是造成酸雨的重要原因之一。

二、生物炭对酸化土壤化学往质的改良效应与机理

生物炭的挥发化碳（VolatileC，通常为生物炭的脂肪族碳组分）采用快速升温求质量差的方法。即将装有生物炭的坩埚放置在900℃的马弗炉内保持6分钟，取出后冷却，损失的质量即为生物炭的挥发性碳。生物炭的固定态碳（Fixed。即生物炭的芳香族碳姐分）计算公式如下：固定态碳（%）=100-灰分（%）-挥发性碳（%）。本文主要对油莱生物炭、芦苇生物炭、猪粪生物炭、菠萝果皮生物炭进行分析。

1.土壤盐基离子和铝离子的变化

生物炭提高了土壤的总交换态盐基离子含量（EBC）、各类交换态盐基离子（钾、钠、钙和镁）含量，并降低土壤了交换态铅的含量。猪粪、果皮和油莱生物炭显著增加了土壤的总交换态盐基离子，増加了土壤交换态钾、钠、钙和镁的含量，且显著降低了土壤有效态氮的含量，而芦苇生物炭的效果最差。例如，对于红砂土，在3%猪粪生物炭添加下，土壤钾、钠、钙、铁和EBC分别提高了1.35、0.89、2.97、2.04和7.04cmolkg-1，铝降低了5.96cmolkg-1；而在芦苇生物炭的添加下，土壤钾、钠、钙和镁和EBC分别提高了0.39、0.06、0.12、0.03和0.61cmolkg-1，铝降低了0.08cmolkg-1。三种土壤之间，生物炭对红砂土的改良效果要对于红壤和黄斑田。3%猪粪生物炭添加下，红砂土的钾、钠、钙和镁和EBC分别提高了1.35、0.89、2.97、2.04和7.04cmolkg-1，铝降低了5.96cmolkg-1，而黄斑田的钾、钠、钙和镁和EBC只提高了1.06、1.00、0.08、1.04和3.18cmolkg-1，铝降低了0.08cmolkg-1。

2.不同用量生物炭对土壤理化性状的影响

由表2可知，不同用量生物炭施用对连作土壤理化性状产生了不同的影响。施用生物炭降低了土壤容重，除T5处理外，随着施用量的增加，容重呈逐渐下降趋势，其中T3、T4处理与T0差异达显著水平。5%～9%的高用量生物炭处理有利于提高土壤持水量，T5处理显著高于T0。各处理对土壤碱解氮含量影响较小，除T5处理显著低于其它处理外，各生物炭处理间无显著差异。

生物炭处理相对降低了土壤速效磷含量，除T3处理显著低于T0外，其它处理间无显著差异。与T0相比，T2、T3和T4处理相对提高了土壤速效钾含量，其中T4处理显著高于T0。各生物炭处理显著提高了土壤pH，降低了土壤EC值，使pH达到6.70～6.90，EC值下降到433.00～524.67μS·cm-1。

三、结束语

根区环境是作物生长赖以生存的根本，随着蔬菜连作障碍的发生，导致根区土壤容重增加，土壤酸化、含盐量增加，土壤营养条件及微生物种群结构遭到破坏。防治作物连作障碍，改善作物根区环境至关重要。施用生物炭能够促进作物生长，提高产量。分析原因可能主要是适量的生物炭施用，改善了土壤理化性状，净化了根区微生物环境，使其更接近健康土壤的原因。

参考文献

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