施用生物炭对农田土壤氨挥发的影响

王梓旭 梁文杰 王善婷 孙 悦

（江苏农林职业技术学院，江苏句容 212400）

1 生物炭对土壤氨挥发的作用机理

土壤氨挥发是土壤氮素循环中主要的氮损失途径之一，不仅会降低氮素的利用率，而且挥发释放的氨气会对大气环境造成污染。释放进空气中的氨还会被氧化为NxOy，从而破坏臭氧层，引起温室效应加剧和全球气候变暖等问题。在我国农田氮肥损失中氨挥发约占11%，在特定的条件下，氮肥的氨挥发损失率高达50%[1]。所以，农田土壤氨挥发的问题急需解决。氨挥发的过程受到多种因素的影响，但根本都在于影响了土壤中铵态氮的变化和土壤对铵态氮和NH3的吸附能力。研究表明，生物炭具有发达的孔隙结构、比表面积大和阳离子交换量大等特殊性质，施入土壤后能够吸附NH3，增强对铵离子的固持作用，对土壤中氮素的转化和损失途径具有显著影响[2]。生物炭是一种将生物残体放在缺氧和一定的高温条件下，经过热裂解、干馏等过程形成的物质。因其具有致密的孔隙结构，表面含有丰富的官能团和大量的电荷及其高度的芳香性结构，有助于保持养分（NH4-N、NO3-N），吸收污染物（重金属和有机污染物），改善土壤质量和作物产量，对土壤氨挥发有着显著影响。

施用生物炭减少农田土壤氨挥发的机理主要体现在以下两个方面。土壤中含有大量微生物，使用生物炭能够改变土壤微生物的状态，使得含量减少，土壤氨挥发的速率与表层土壤含量成正比，降低有利于降低土壤氨挥发[3]。此外，生物炭表面含有很多电荷量，使得生物炭表面中的离子能够和土壤中的阳离子进行交换，因此，生物炭对土壤中具有较强的吸附性，能够降低土壤氨挥发的速率[4]。

2 施用生物炭对土壤氨挥发的研究进展

近年来，由于生物炭具有稳定的固碳能力，能够减少温室气体排放量等优点，生物炭成为当下热门的研究对象。生物炭施用对氨挥发影响的研究也越来越多。研究表明，施用生物炭能够增加氨挥发累积量。段婧婧等[5]利用盆栽实验，研究添加生物炭的水芹湿地的氨挥发累积量，结果表明施用生物炭会导致pH值升高，最终促进氨挥发。何飞飞等[6]通过分析土壤理化性质、酶的活性等有关因素，研究水稻生物炭对红壤氨挥发的影响，结果表明生物炭通过提高土壤pH值、EC值、CEC值和脲酶活性，促进红壤的氨挥发，若同期添加尿素，氨挥发累积量的增加更加显著。董玉兵等[7]通过开展田间实验，研究追施生物炭对稻麦轮作中麦季氨挥发的影响，结果表明高剂量施用生物炭能够促进氨挥发损失。

另外，也有研究发现，施用生物炭能够降低氨挥发作用。Taghizadeh-Toosi等[8]采用15N-同位素标记研究了生物炭对土壤NH3-N含量的影响，结果表明施用生物炭能够吸附NH3-N，显著抑制土壤中的氨挥发。王峰[9]通过小区试验，利用15N同位素追踪技术研究了生物炭配合氮肥施用对酸性茶园土壤氨挥发的影响，结果表明施用生物炭能显著降低茶园土壤氨挥发量，降幅为26.25%～28.21%。这是因为施用生物炭增加了土壤含水量，而土壤水分与氨挥发呈弱负相关，在一定程度上能够减少氨挥发。李琦等[10]研究了棉花秸秆生物炭对滴灌棉田氨挥发的影响，结果表明添加棉花秸秆生物炭能显著减少土壤氨挥发累积量。

不同条件下施用生物炭对氨挥发的影响不同。王江伟等[11]利用盆栽实验和空气流通法监测秸秆黑炭对氨挥发的定量影响，结果表明秸秆黑炭对氨挥发的影响在不同的施用量、不同种植季节、不同土壤类型下存在差异，酸性红壤氨挥发累积量较低，秸秆黑炭处理提高了小麦和稻米的氨挥发累积量。碱性潮土氨挥发累积量明显高于红壤，秸秆黑炭处理下小麦季氨挥发累积量能够提高179%。根据前人研究总结何种条件下施用生物炭能够有效减少氨挥发损失，对于生物炭的实际应用具有指导意义。

3 生物炭施用下农田氨挥发的影响因素

在施用生物炭的情况下，影响农田氨挥发的因素有以下几点。（1）生物炭应用于酸性土壤增加氨挥发，这是因为添加的碱性生物炭会引起石灰效应，导致土壤pH值升高，为氨挥发创造了良好的环境条件，而施用酸化生物炭并且生物炭pH＜4时，能减少氨挥发。（2）生物炭在施用于有机碳含量较高的土壤时，也能够降低氨挥发。（3）生物炭在与氮肥和有机肥配合施用的情况下，同样也能降低氨挥发。（4）增加生物炭表面积起初能够减少氨挥发，但施用表面积大于80 m2/g的生物炭，氨挥发会增加。（5）碳含量高的生物炭（＞65%）能够减少氨挥发，而较高碳含量（50%～60%）的生物炭却能增加氨挥发。

4 结语

近年来，人们对土壤氮肥利用率的关注度越来越高，同时对如何利用生物炭减少氨挥发的研究也越来越广泛。研究表明，生物炭可以改变土壤理化性质，进而影响土壤氨挥发，从而提高土壤氮肥利用率，同时减少氨挥发，减轻大气及水体污染，在缓解环境问题方面具有广阔的应用前景。但是，不同条件下施用生物炭对氨挥发的影响不同。土壤的理化性质、肥料的施用情况以及生物炭自身的性质等都对氨挥发产生影响，因此，在实际应用中需要根据具体条件选择如何施用生物炭，才能起到降低氨挥发、提高肥料利用率、保护环境的作用。