不同物料和时间对沙土全量氮磷钾含量的影响

侯建伟 邢存芳 严学佳 谭杰斌

摘 要 通过室外无植物盆栽试验，探究不同物料和培养时间对沙土养分含量变化的影响。结果表明：沙蒿生物炭、有机物料（羊粪、沙蒿粉）及沙蒿生物炭与有机物料混合施用均能够提高沙土的全量氮磷钾含量，并达差异显著水平（P<0.05），但随着培养时间的延长，全量氮磷钾含量未发生明显变化;沙蒿生物炭与有机物料混合施用，沙土的全量氮磷钾含量增幅相对较大，尤其是沙蒿生物炭与羊粪混合施用效果更佳，培养150 d后，沙土全氮、全磷、全钾的增幅分别为195.24%、27.45%、29.55%。

关键词 沙蒿生物炭;羊粪;沙蒿粉;氮磷钾含量

中图分类号：S152.4 文献标志码：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2020.14.069

沙蒿生物炭是沙蒿在無氧或限氧环境下，经过高温炭化后的富炭产物。目前研究中，生物质炭来源于阔叶树、牧草、树皮、作物残余物等生物质[1]，而对用沙地特殊生境下的沙蒿制取生物炭材料的研究很少。沙蒿生物炭具有含碳率高、孔隙结构丰富、比表面积大、能够为土壤有益微生物提供温床和理化性质稳定等固有特点。生物炭还田改土，可以提高农作物产量，具有缓释肥效的优点，是实现碳封存的重要结构基础[2-3]。但是生物质炭化后会成为极其稳定的焦炭，施入土壤后可能不利于微生物的长期生存和养分转化，这一点常常被研究者忽视。土壤全量氮磷钾含量能够反应土壤养分的供应潜力，一定程度上反应土壤有效养分的供应能力。因此，在生物炭施用过程中添加有机物料，研究沙蒿生物炭、有机物料及沙蒿生物炭与有机物料混合施用对瘠薄沙土全量氮磷钾含量含量的影响，为沙蒿生物炭的应用和有机物料改良沙土提供基本依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试材料为沙蒿生物炭、羊粪和沙蒿粉，沙蒿取自内蒙古呼和浩特市托克托县沙地，该沙地是库布齐沙地的东缘，分布在托克托县的西南。将取回的沙蒿平铺于室外干燥后粉碎混匀，在干燥箱中60 ℃烘至恒重（约

24 h）后制取生物炭;有机物料选择腐熟的羊粪和粉碎并过2 mm筛的沙蒿粉。

1.2 生物炭的制备

炭化设备选用人工智能箱式电阻炉（SGM.VB8/10，洛阳市西格马仪器制造有限公司），该设备可进行炭化温度的调控。称取烘干的沙蒿25.0 g，放置于坩埚中，通过抽气创造低氧环境，在炭化温度600 ℃、升温速率

150 ℃·h-1、恒温1 h条件下制取生物炭，炭化结束后放入干燥器冷却，并留样备用。

1.3 试验设计

试验共6个处理组，每个处理组3次重复。具体处理组条件为：1）对照，自然沙（与沙蒿取于同一地点0～

15 cm的土层）;2）施用生物炭，施入量设置为沙土干重的2%;3）施用羊粪，施入量设置为沙土干重的2%;4）施用沙蒿粉，施入量设置为沙土干重的2%;5）施用生物炭与羊粪（1∶1混合），总施入量设置为沙土干重的4%;6）施用生物炭与沙蒿粉（1∶1混合），总施入量设置为沙土干重的4%。按上述添加量与沙土均匀混合后装入塑料桶（高为15 cm，直径20 cm）中，含水量控制在该沙土田间持水量的70%，记为初始质量加盖，放入网室内模拟自然条件进行室外培养，每隔5 d左右称重1次，并补水到初始质量，于培养至60 d和150 d的时间点上取样测试（3次重复）。

1.4 试验方法

全氮：凯式定氮，半微量滴定法。全磷：NaOH熔融，钼锑抗比色法。全钾：NaOH熔融，火焰光度法。

1.5 数据分析

利用SAS 9.0进行方差分析（ANOVA），Excel计算数据置信区间及绘制图表。

2 结果与分析

2.1 生物炭对沙土全量氮磷钾含量的影响

由表1可知，沙土中的全氮、全磷和全钾含量均表现为沙蒿生物炭处理组>自然沙，自然沙本身及施入沙蒿生物炭的沙土中全量氮磷钾含量含量随着时间的增加并没有显著差异（P>0.05），但施入沙蒿生物炭的沙土与自然沙之间的全量氮磷钾含量含量存在显著差异

（P<0.05），说明沙蒿生物炭显著增加了沙土的全量氮磷钾含量含量，但随着培养时间的延长，全量氮磷钾含量含量未发生明显变化。

2.2 有机物料对沙土全量氮磷钾含量的影响

由表2可知，沙土中的全量氮磷钾含量含量各处理组均表现为：羊粪>沙蒿粉>自然沙，且随着培养时间延长，这种规律不会改变。

多重均值检验结果表明，不同培养时间，自然沙本身及施入羊粪或沙蒿粉的沙土中全量氮磷钾含量含量并没有显著差异（P>0.05），但施入羊粪或沙蒿粉的沙土全量氮磷钾含量含量均高于自然沙，达差异显著水平（P<0.05），说明有机物料的施入明显增加了沙土的全量氮磷钾含量含量，但随着培养时间的延长，全量氮磷钾含量含量不会有明显变化。

有机物料施入沙土150 d后，沙土中的全氮、全磷和全钾含量的增幅表现为羊粪>沙蒿粉，说明有机物料的施入能够增加沙土的全量氮磷钾含量含量，羊粪的改沙效果优于沙蒿粉。

2.3 生物炭与有机物料混合对沙土全量氮磷钾含量的影响

由表3可知，沙土中的全量氮磷钾含量含量均表现为生物炭与羊粪混合处理组>生物炭与沙蒿粉混合处理组>自然沙，且随着培养时间延长，这种规律不会改变。

多重均值检验结果表明，随着时间的推移，自然沙本身及施入生物炭与有机物料混合处理组沙土各自的全氮、全磷和全钾含量并没有显著差异（P>0.05）;但相同培养时间下，生物炭与羊粪混合处理组、生物炭与沙蒿粉处理组及自然沙之间的全量氮磷钾含量含量存在显著差异（P<0.05），说明生物炭与有机物料混合施入能够提高沙土的全量氮磷钾含量含量，但随着培养时间的推移不会发生明显变化。

150 d后，各处理组沙土中的全氮、全磷和全钾含量的增幅表现为生物炭与羊粪处理组>生物炭与沙蒿粉处理组，分别高出9.52%、3.92%和7.25%，说明生物炭与有机物料混合施入能够增加沙土的全量氮磷钾含量含量，但生物炭与羊粪混合施入效果更佳。

3 结论

无论是沙蒿生物炭、有机物料（羊粪、沙蒿粉）还是沙蒿生物炭与有机物料混合施入沙土，均能提高沙土的全量氮磷钾含量含量;随着培养时间的推移，全量氮磷钾含量未發生显著变化;沙蒿生物炭与有机物料混合施用，沙土全量氮磷钾含量含量的增幅相对较大，尤其是沙蒿生物炭与羊粪混合施用的提升效果更佳。

4 讨论

沙蒿生物炭和有机物料（羊粪、沙蒿粉）含有一定量的矿质养分，可增加土壤中矿质养分含量[4]。试验结果表明，生物炭和有机物料均能够不同程度增加沙土的全量氮磷钾含量含量;这与张祥等[5]的研究结果一致。有研究表明，施加生物炭可以增加土壤对NH3和NH4+的吸收[6]，减少N2O的排放[7]以及NO3-的流失[8]，促进土壤中磷的活化[9]，增加土壤有机质和速效K的含量[10]。

此次试验采用室外模拟试验研究了沙蒿生物炭和有机物料对土壤养分变化的影响，培养周期较短，而生物炭长期施用后引起的沙土环境变化以及沙土生物的响应会随着时间推移而发生怎样的变化还在进一步的研究中。

参考文献：

[1] 袁金华，徐仁扣.稻壳制备的生物质炭对红壤和黄棕壤酸度的改良效果[J].生态与农村环境学报，2010，

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[2] 黄剑，张庆忠，杜章留，等.施用生物炭对农田生态系统影响的研究进展[J].中国农业气象，2012，33（2）：

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[3] 刘玉学.生物质炭输入对土壤氮素流失及温室气体排放特性的影响[D].杭州：浙江大学，2011.

[4] Gaskin J W，Steiner C，Harris K，et al.Effects of low-temperature pyrolysis conditions on biochar for agricultural use[J].Transactions of the ASABE，2008，51（6）：2061-2069.

[5] 张祥，王典，姜存仓，等，生物炭对我国南方红壤和黄棕壤理化性质的影响[J].2013，21（8）：979-984.

[6] Doydora S A，Cabrera M L，Das K C，et al.Release of nitrogen and phosphorus from poultry litter amended with acidified biochar[J].Int J Environ Res Public Health，2011，8（5）：1491-1502.

[7] Wang J Y，Pan X J，Liu Y L，et al.Effects of biochar amendment in two soils on greenhouse gas emissions and crop production[J].Plant and Soil，2012，360（1/2）：287-298.

[8] 周志红，李心清，邢英，等.生物炭对土壤氮素淋失的抑制作用[J].地球与环境，2011，39（2）：278-284.

[9] 李际会，吕国华，白文波，等.改性生物炭的吸附作用及其对土壤硝态氮和有效磷淋失的影响[J].中国农业气象，2012，33（2）：220-225.

[10] 赵晓齐，鲁如坤.有机肥对土壤磷素吸附的影响[J].土壤学报，1991，28（1）：7-13.

（责任编辑：赵中正）