炭基土壤调理剂对橡胶园土壤pH和阳离子交换量的影响

林清火 刘海林 王莉 华元刚 茶正早 罗微

摘要 为探明生物质炭基土壤调理剂对橡胶同土壤改良效果。通过室内培养试验，研究添加0%、10%、20%、30%生物质炭的土壤调理剂对橡胶同土壤pH和CEC（阳离子交换量）的影响。结果表明，施用炭基调理剂后，土壤pH均显著高于CK处理，且随着生物质炭用量增加而增大。其中添加30%生物质炭处理橡胶同土壤的pH比试验前提高了1.96个单位。添加炭基调理剂能够显著增加橡胶同土壤CEC，且随生物质炭用量的增加而增大.其中添加30%生物质碳处理CEC比试验前提高了约90%。生物质炭基土壤调理剂具有同步提高酸性土壤pH和CEC的能力，且二者之间达到极显著相关。

关键词 炭基土壤调理剂;土壤pH：CEC;橡胶园：相关关系

我国酸化土壤的总面积高达2.04×10⁸h㎡，土壤酸化呈面积大、分布广、酸化程度高等特点。海南地处我国热带地区，热量充足，降水丰沛，土壤的风化和淋溶作用比较强烈，致使土壤酸度高，CEC（阳离子交换量）交换量低，土壤肥力水平低下。农田土壤酸化不但会使土壤板结，降低肥料利用率，还会对作物产生毒害作用，增加作物病虫害的发生风险，降低作物品质。目前，有效改良土壤酸化已成为当前研究的热点，酸化土壤的改良对减少肥料损失，提高肥料利用率及提高作物品质具有重要意义。

生物质炭是生物质在缺氧或绝氧环境中.经高温热裂解后生成的固态产物。生物质炭含有丰富的土壤养分元素，含炭量一般达70%以上，且具有较大的孔隙度和比表面积，是一种多功能吸附材料。研究表明，生物质炭在土壤改良、环境污染治理中具有良好的应用前景。本研究通过室内培养试验.研究添加不同含量的生物质碳粉土壤调理剂对橡胶园土壤改良效果的影响，为生物质炭基调理剂改良橡胶园土壤提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

供试生物质炭是以小麦秸秆在350～550℃制成.购于河南商丘市三利新能源有限公司，其基本理化性质见表。试制的土壤调理剂是以生物质炭粉、钙镁磷肥（P₂O₅ 16%，MgO 12%）、腐植酸铵（腐殖酸40%）和填充料（膨润土）为原料，其中钙镁磷肥、腐植酸铵用量均设为肥料总重量的30%，生物质炭粉用量设为肥料总重量的0、10%、20%、30%，分别用T0、T1、T2、T3表示。原料混匀后，加入网盘造粒机中，圆盘造粒机的转速设置为60 r/min，温度设置为50℃，然后匀速喷入0.4%的粘结剂溶液，待颗粒直径达到1～2mm且较均匀后取出，60℃烘干（图1）。

1.2 方法

1.2.1 土壤调理剂室内培养实验

供试土壤为花岗片麻岩发育的砖红壤，采自中国热带农业科学院橡胶研究所五队基地，其基本理化性质见表2。采用恒温培养法，称取8g土壤调理剂与100 g过1mm筛橡胶园风干土混匀，置于200mL塑料杯中，加超纯水50mL（田间持水量的60%），用封口膜密封，置于25℃恒温培养箱中，并于第1、3、7、14、21、35、49、63、84、105 d取样，测定橡胶园土壤pH和CEC。每个处理设置3次重复，同时设空白处理CK。

1.2.2 土壤理化性质测定

土壤全氮采用浓硫酸-凯氏定氮仪，速效磷采用盐酸氟化铵钼锑抗比色法，速效钾采用醋酸铵浸提-火焰光度计发，有机质采用重铬酸钾氧化容量法，pH值（1：2.5土水比）采用滴定法，CEC采用氯化钡硫酸强迫交换法。

1.2.3 数据分析与处理

数据采用Excel 2007软件对原始数据进行整理计算、绘制图表，数据统计分析采用SPSS软件，处理间差异采用Duncan多重比较方法，差异性水平为0. 05。

2 结果与分析

2.1 不同土壤调理剂基本理化性质

不同土壤调理剂基本理化性质如表3所示。在添加等量钙镁磷肥、腐植酸铵条件下，由于生物质炭自身带有一定养分含量，与不加炭粉的T0组相比，添加生物质炭粉能够提高炭基调理剂中的全氮、总有效磷、全磷、有效钾、全钾及有机质含量，而对白身pH影响不大。

2.2 不同调理剂对橡胶园土壤pH的影响

与对照CK处理相比，恒温培养的第1天，加入不同用量生物质炭粉土壤调理剂均能够不同程度地提高橡胶园土壤的pH，其中T2和T3处理增加较为明显，分别较对照处理增加了0.72个和1.09个单位。而不加生物质炭粉的T0处理及添加10%生物质炭粉的T1处理.pH值变化较小。恒温培养至第21天，T0、T1、T2、T3处理pH均达到较高值，而后趋于稳定（图2-A）。恒温培养至105 d后，各处理之间土壤pH差异显著（图2-B），均显著高于CK处理，且随着生物质炭用量增加而增大，其中T3处理胶园土壤的pH达到7.09，比试验前提高了1.96个单位。

2.3 不同土壤调理剂对橡胶园土壤CEC的影响

使用不同土壤调理剂对橡胶园土壤阳离子交换量（CEC）影响如图3所示。从图3-A可见，CK处理随着时间推移，土壤阳离子交换量相对比较平稳，而添加不同生物质炭用量的T0、T1、T2、T3处理较CK均有显著增加。其中添加土壤调理剂的处理T0、T1、T2和T3在培养的第1天分别为4.33、4.95、5.57和6.48，明顯高于对照处理的3.86。当培养至第14天时（第4次取样），各处理的土壤CEC均达到稳定值，而后随着时间的推移上下波动。从图2-B可见，在室内培养105天后，与对照相比，添加土壤调理剂的处理土壤CEC均显著高于对照，且随着生物质炭用量增加，土壤CEC也显著提高，各处理间均达到显著差异。其中T3处理经过培养后，CEC达到7.33 cmol/kg，比试验前提高了约90%。

2.4 炭基土壤调理剂对pH和CEC之间的相关关系

表4为不同土壤调理剂添加后土壤pH与CEC的相关关系。从表中可以看出，不同调理剂添加后土壤pH与CEC之间可用二项式方程表示，其相关关系均达到显著相关，其中T0处理pH与CEC二者相关关系达到0.79，而T1、T2和T3处理中二者相关关系均超过0.90。可见添加生物质炭后，具有同步提高酸性土壤pH值和CEC。

3 讨论与结论

土壤pH是土壤化学性质的重要参数，土壤酸化会活化土壤中有毒离子，促进盐基离子流失，导致土壤肥力下降，作物无法正常生长，从而带来了粮食安全、农田无法可持续利用及一系列的环境生态问题。本研究通过在土壤调理剂中添加0、10%、20%、3096生物质炭粉，研究生物质炭基调理剂对胶园土壤改良效果。研究结果表明.施用炭基调理剂后土壤pH较对照组有不同程度的增加，且以添加30%生物质炭粉的处理最为显著.这与杨瑞清等的研究结果一致。生物质炭对橡胶园土壤的酸度具有改良作用，这可能与生物质炭中碱性物质的存在形态有关，生物质炭中的碱主要以有机官能团和碳酸盐形态存在;生物质炭表面具有丰富的含氧官能团，在pH较高的情况下这些官能团会以阴离子的形态存在，能与酸性土壤中的H⁺发生缔合反应，从而中和土壤酸度。

土壤阳离子交换量是指土壤胶体所能吸附各种阳离子的总量，是评价土壤保肥能力、改良土壤和合理施肥的重要依据。生物质炭比表面积大且具有较多的孔隙结构，带有大量的负电荷，吸附能力强，可以提高土壤的肥力。索龙等通过玉米秸秆及其制备的生物质炭对砖红壤酸度及交换性能的影响的试验结果表明，土壤添加1%的生物质炭后，土壤CEC提高了3.9%～17.3%。本试验研究表明，添加炭基调理剂的处理能够显著增加橡胶园土壤CEC，且CEC随生物质炭粉用量的增加而显著提高，其中添加30%生物质碳的T3处理比处理前提高了约90%。

土壤pH值和CEC是橡胶园土壤可持续发展的2个重要指标。研究结果表明，添加生物质炭土壤调理剂，具有同步提高酸性土壤pH值和CEC的能力，且其二者之间达到极显著相关。可见，橡胶园土壤添加炭基调理剂后，不仅可有效提高橡胶园土壤酸度，降低土壤酸害风险;而且大大提高土壤的离子吸附和交换能力，减少肥料损失，这与吴敏等的研究结果相似。