生物炭对植被混凝土饱和持水量的影响

许亚坤 张保华 程虎 高贤 邓玮玮

摘要 通过盆栽试验研究植被混凝土掺入不同添加量的生物炭后饱和持水量的变化，以期为生物炭在植被混凝土中的应用提供参考。结果表明，随着生物炭添加量的增加，植被混凝土饱和持水量明显增大，是原植被混凝土的1.09～1.36倍。随着时间推移，饱和持水量逐渐增大，添加生物炭的植被混凝土饱和持水量增大效果更明显，最大增大幅度为35.91%。

关键词 植被混凝土；生物炭；饱和持水量

中图分类号 S157 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2018）21-0172-02

Effect of Biochar on Saturated Moisture of Vegetation-Concrete

XU Ya-kun 1 ZHANG Bao-hua 1 CHENG Hu 2 GAO Xian 1 DENG Wei-wei 3

（1 Civil & Construction Engineering Institute，China Three Gorges University，Yichang Hubei 443002； 2 College of Biological and Pharmaceutical Sciences，China Three Gorges University； 3 College of Hydraulic & Environmental Engineering，China Three Gorges University）

Abstract In order to provide references for the application of biochar in the vegetation-concrete， the pot experiment was carried out to study the changes in the saturated moisture of the biochar added to the vegetation-concrete.The results showed that with the increase of biochar addition，the saturated moisture of vegetation concrete increased significantly，which was 1.09-1.36 times as much as that of original vegetation concrete.With the passage of time，the saturated moisture increased gradually，and the saturated moisture of vegetation-concrete added with biochar increased significantly，and the maximum increase was 35.91%.

Key words vegetation-concrete；biochar；saturated moisture

植被混凝土是将种植土、水泥、有机物料、绿化添加剂（专利产品）按特定的组成比例，并添加一定量的水充分搅拌后形成的混合物，用于边坡生态防护工程[1]。在实际工程中发现，植物发芽时间较长，植物幼苗生长缓慢，究其原因主要是植被混凝土孔隙度较低，蓄水能力欠佳。为改善此状况，可在植被混凝土中掺入生物炭。

生物炭是在厌氧或者无氧的条件下对生物质热解生成的含有丰富孔隙、结构稳定及无污染的富碳产物[2]。在最近几年内，生物炭被公认为是有价值的土壤改良剂。研究表明，生物炭影响土壤物理性质、化学性质和生物性质[3-5]，这主要是由于生物炭具有多孔性质的大表面积特性。颜永毫等[6]研究表明，施加生物炭可以增加塿土、黄绵土和风沙土的田间持水量，添加量越大，土壤田间持水量增加程度越高。田 丹等[7]研究表明，秸秆木炭和花生壳炭均对砂性土壤的水分扩散有抑制作用，并能提高土壤持水能力。Karhu等[8]研究发现，生物炭能明显提高土壤保水性。相反，Hardie等[9]研究发现生物炭在土壤保水特性方面没有改进。可见，不同生物炭及其添加量对不同质地土壤水分常数的影响差异显著。

目前，生物炭对植被混凝土水分常数的影响还未见报道。因此，本试验通过添加不同用量的生物炭，探究其对植被混凝土饱和持水量的影响，以期提出合理的生物炭添加量，旨在为生物炭在植被混凝土生态防护技术中的应用提供理论支持。

1 材料与方法

1.1 试验材料

土壤类型为黄棕壤土，采自宜昌市三峡大学校内，将种植土除去石子及枯枝杂物风干后过1 mm筛备用。水泥为三峡牌P.O.32.5普通硅酸盐水泥。绿化添加剂由三峡大学边坡防护与生态恢复研究中心提供。有机物料为三峡酒厂提供的玉米酒糟。由以上材料组成的植被混凝土容重为1.34 g/cm3。狗牙根种子为蓝天种业有限公司提供的包衣狗牙根种子。生物炭为润泽工贸有限公司提供的苹果树枝生物炭，粉碎后过1 mm筛备用，其堆积密度为0.47 g/cm3。

1.2 试验设计

试验设5个生物炭添加量变化梯度，分别为干土质量的0（CK）、2%、4%、6%和8%，3次重復。将各个梯度的生物炭与16 kg植被混凝土和5.84 kg水混合均匀后，装入60 cm×20 cm×20 cm的长方形花盆中，并播种10 g狗牙根种子，植被混凝土各材料添加比例如表1所示。

1.3 研究方法

试验于2017年7—11月在三峡大学进行，分别在0、30、60、90、120 d取样，每次用环刀（体积为120 cm3，高度为4 cm）在花盆一端20 cm×10 cm的区域取样，测定植被混凝土饱和持水量。饱和持水量测定采用威尔科克斯法进行，表达式为：

式中：W为试样饱和持水量；M1为试样饱和后的质量；M2为试样烘干至恒重后的质量，M3为环刀质量。

1.4 数据处理与分析

使用Excel 2016软件进行数据处理及图表绘制，采用SPSS 24.0统计软件，利用LSD法进行显著性分析，显著水平为0.05。

2 结果与分析

2.1 生物炭添加量对植被混凝土饱和持水量的影响

添加不同用量生物炭后植被混凝土的饱和持水量如图1所示，随着生物炭添加量的增加，饱和持水量与未经处理的植被混凝土相比呈上升趋势。生物炭添加量为4%、6%、8%时，对植被混凝土饱和持水量的提高程度均达显著水平，其饱和持水量分别平均为44.88%、49.32%、49.92%，较对照（36.54%）分别提高了22.82%、34.98%、36.62%；但2%添加比例与CK之间差异未达显著水平，增加幅度为9.49%。说明饱和持水量增加幅度与生物炭添加量成正比。其中6%和8% 2种添加比例处理之间没有显著差异性。这主要是生物炭添加量为6%、8%处理逐渐接近于增加饱和持水量的阈值。

2.2 不同时间生物炭对植被混凝土饱和持水量的影响

由图1可知，生物炭对植被混凝土饱和持水量的影响与时间变化有密切关系。从整个培养周期来看，各个处理的植被混凝土饱和持水量随时间变化呈上升趋势。生物炭添加量为0、2%、4%、6%和8%时，随着时间变化，饱和持水量平均增加了10.08%、15.83%、25.63%、38.73%和35.91%。这表明生物炭处理的植被混凝土随时间变化，饱和持水量增加幅度增大，且生物炭添加量越大增加幅度越大。在30 d时，4%、6%和8%生物炭处理与对照0 d相比饱和持水量提高均达到显著水平，但0、2%生物炭处理未达到显著差异。这表明在植被混凝土水泥水化完成时，高添加量的生物炭对饱和持水量的提高效果更明显。

3 结论与讨论

饱和持水量是指土壤中孔隙完全充满水时所持水的质量，反映了降雨时土壤的最大持水量。生物炭对植被混凝土饱和持水量的提高作用主要有2个方面。一方面，生物炭具有丰富孔隙的特点，其密度远小于植被混凝土，使植被混凝土容重降低、总空隙度提高和保水性能增强，从而提高了植被混凝土的饱和持水量；另一方面，生物炭属于有机质，随着添加量的增多，植被混凝土中有机质含量提高，有机质具有一定的持水性能，可以提高植被混凝土的饱和持水量。

随着时间推移，生物炭处理的植被混凝土饱和持水量提高更加明显，这主要是因为生物炭被氧化后具有亲水性，且氧化程度越大亲水性愈强[10]。试验表明，生物炭添加量对植被混凝土饱和持水量的提高有重要影响，且随生物炭添加量增加而增大，但这种增加效应是有限的。研究表明，随着生物炭添加量的增加，土壤持水量会逐渐提高，当提高到一定程度时，持水量会呈现下降趋势。高海英等[11]研究发现，土壤持水性能随生物炭添加量增加而增强，但80 t/hm2添加量会降低土壤持水性能。由于生物炭表面具有斥水性，添加量越大水分排斥效应越明显[12]。本试验未发现植被混凝土饱和持水量有下降现象，这可能与生物炭添加量还未达到增加饱和持水量的阈值有关。

生物炭的添加能够提高植被混凝土的饱和持水量，且生物炭添加量越多，饱和持水量越大，加入生物炭后饱和持水量是原植被混凝土的1.09～1.36倍。生物炭处理的植被混凝土随时间推移，饱和持水量增加幅度增大，最大增加幅度为35.91%。

4 参考文献

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