侯建偉 邢存芳 覃朝關(guān)

摘 要：為了解施用沙蒿生物炭對(duì)沙土有效養(yǎng)分的影響，通過室外無(wú)植物盆栽試驗(yàn)，研究施用沙蒿生物炭、有機(jī)物料（羊糞、沙蒿粉）及沙蒿生物炭與有機(jī)物料混合施用對(duì)土壤有效NPK含量的差異。結(jié)果表明：沙蒿生物炭、有機(jī)物料及沙蒿生物炭與有機(jī)物料混合施用，均能夠提高土壤的有效NPK含量，并達(dá)到差異顯著水平（P<0.05），隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)，有效養(yǎng)分含量增加。其中，沙蒿生物炭與有機(jī)物料混合施用，土壤的有效養(yǎng)分的增幅相對(duì)較大，尤其是沙蒿生物炭與羊糞混合施用效果更佳，培養(yǎng)150d后，土壤有效N、P、K的增幅分別達(dá)280.62%、908.33%、831.44%。因此，無(wú)論是沙蒿生物炭、有機(jī)物料（羊糞、沙蒿粉），還是沙蒿生物炭與有機(jī)物料混合施用，均能提高土壤的有效NPK含量，且沙蒿生物炭與羊糞混合施用的效果最佳。

關(guān)鍵詞：沙蒿生物炭;羊糞;沙蒿粉;N;P;K

中圖分類號(hào) S158文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 1007-7731（2019）24-0126-03

Abstract：In order to understand the impact on available nutrients of sandy soil after applied Artemisia ordosica biochar， Artemisia ordosica biochar， organic matter （sheep droppings， Artemisia ordosica powder）and Artemisia ordosica biochar mixed with organic matters were applied to sandy soil to explore the impact on nutrient content changes of the incubation time and different matters to the sandy soil through outdoor no plants potted experiment. Results showed that， Artemisia ordosica biochar， organic matters （sheep droppings， Artemisia ordosica powder） and Artemisia ordosica biochar mixed with organic matters all can improve available N， P， K of the sandy soil， and it reached significant difference levels（P<0.05）. As the extension of incubation time， the content of available N， P， K increased. The growth of available N， P， K was bigger when applied Artemisia ordosica biochar mixed with organic matters （especially the Artemisia ordosica biochar mixed with sheep droppings） to the sandy soil. After 150 cultivation days， the increase amplitude of available N， P， K of the sandy soil were 280.62%，908.33% and 831.44%， respectively. Therefore， whether the Artemisia ordosica biochar， organic matters or Artemisia ordosica biochar mixed with organic matters application can improve nutrient content of available N， P， K in the sandy soil， and the effect of the mixture of Artemisia ordosica biochar and sheep droppings is much better.

Key words：Artemisia ordosica Biochar;Sheep droppings;Artemisia ordosica powder; Nitrogen;Phosphorum;Kalium

沙蒿是菊科蒿屬（Artemisia）的一個(gè)半灌木類群，是一種典型的沙生植物。平茬或刈割可明顯促進(jìn)沙蒿的生長(zhǎng)，增強(qiáng)其生活能力，平茬或刈割后的沙蒿可就地轉(zhuǎn)化為生物炭（biochar，無(wú)氧條件下炭化的產(chǎn)物[1-2]）進(jìn)行沙地封存。這一方面，可利用生物炭的穩(wěn)定性實(shí)現(xiàn)碳匯的目的;另一方面，利用生物炭的多孔性、親水性、吸附性等特性，實(shí)現(xiàn)改善沙地生境效應(yīng)的作用[3-4]。

沙土瘠薄的炭含量較少，生物質(zhì)炭化后又會(huì)成為極其穩(wěn)定的焦炭，施入土壤后可能不利于微生物的長(zhǎng)期生存，這一點(diǎn)常常被研究者忽視。在生物炭施入過程中添加有機(jī)物料，一方面可以肥沃土壤，另一方面為微生物提供了活躍的碳源，有利于微生物的生長(zhǎng)繁殖、土壤酶活性的提高，從而促進(jìn)土壤養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化。為此，本試驗(yàn)以沙生植物沙蒿為材料，研究沙蒿生物炭、有機(jī)物料及沙蒿生物炭與有機(jī)物料混合施用對(duì)瘠薄沙土有效養(yǎng)分含量的影響，深度開發(fā)沙生植物及瘠薄土壤的資源化利用，為沙蒿生物炭的應(yīng)用和瘠薄土壤改良提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料 沙蒿：取自內(nèi)蒙古呼和浩特市托克托縣沙地。將其風(fēng)干、粉碎（d ≤ 2mm）、烘干（60℃約24h），以備制取生物炭。有機(jī)物料：腐熟的羊糞和沙蒿粉（d ≤ 2mm）。

1.2 生物炭的制備 炭化設(shè)備選用箱式電阻爐（SGM.VB8/10，洛陽(yáng)市西格馬儀器制造有限公司）。稱取烘干的沙蒿25.0 g，放置于坩堝中，通過抽氣創(chuàng)造低氧環(huán)境，在600℃溫度下，炭化1h制取生物炭。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 試驗(yàn)共6個(gè)處理組，每個(gè)處理組3次重復(fù)。具體處理組為：（1）對(duì)照，自然沙（與沙蒿取于同一地點(diǎn)0～15cm的土層）;（2）施用生物炭，施入量設(shè)置為土壤干重2%;（3）施用羊糞，施入量設(shè)置為土壤干重2%;（4）施用沙蒿粉，施入量設(shè)置為土壤干重2%;（5）施用生物炭與羊糞（1∶1混合），總施入量設(shè)置為土壤干重4%;（6）施用生物炭與沙蒿粉（1∶1混合），總施入量設(shè)置為土壤干重4%。以上處理組在下文表中分別簡(jiǎn)寫為自然沙、生物炭、羊糞、沙蒿粉、生物炭與沙蒿粉、生物炭與羊糞。按上述添加量與土壤均勻混合裝入塑料桶（高為15cm，直徑20cm）中，含水量控制在該土壤田間持水量的70%，記為初始質(zhì)量加蓋，放入網(wǎng)室內(nèi)模擬自然條件進(jìn)行室外培養(yǎng)，每隔5d左右稱重1次，并補(bǔ)水到初始質(zhì)量，于培養(yǎng)60d和150d的時(shí)間點(diǎn)上用土鉆通底取樣，處理后測(cè)試各指標(biāo)（3次重復(fù)）。

1.4 試驗(yàn)方法 堿解N—堿解擴(kuò)散法;有效P—0.5mol/L NaHCO3法;有效K—NH4OAC浸提，火焰光度法;全N—?jiǎng)P式定氮，半微量滴定法;全P—NaOH熔融，鉬銻抗比色法;全K—NaOH熔融，火焰光度法。

1.5 數(shù)據(jù)分析 利用 SAS9.0 進(jìn)行方差分析（ANOVA），Excel計(jì)算數(shù)據(jù)置信區(qū)間及制表。

2 結(jié)果與分析

2.1 生物炭對(duì)土壤有效養(yǎng)分的影響 由表1可知，土壤的堿解N、有效P和有效K含量表現(xiàn)為：沙蒿生物炭處理組>自然沙，在培養(yǎng)時(shí)間上表現(xiàn)為：150d>60d。多重均值檢驗(yàn)結(jié)果表明，隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)，自然沙本身的堿解N、有效P和有效K含量均未達(dá)到顯著差異水平（P>0.05），施入生物炭的土壤堿解N、有效P和有效K含量升高且均達(dá)到顯著差異水平（P<0.05）;在同一培養(yǎng)時(shí)間的條件下，施入生物炭的土壤堿解N、有效P和有效K含量均高于自然沙且均達(dá)顯著差異水平（P<0.05），說明沙蒿生物炭顯著增加了土壤的有效養(yǎng)分含量且隨著時(shí)間的推移而增加。沙蒿生物炭施入土壤60d和150d后，堿解N、有效P和有效K含量較自然沙分別提高0.71%、27.07%、458.89%和50.00%、315.15%、507.02%。說明隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)，施入沙蒿生物炭的土壤中有效K的增幅相對(duì)較大，施入前期（60d）堿解N的增幅相對(duì)較小，而施入150d后堿解N和有效P的增幅迅速提高。

2.2 有機(jī)物料對(duì)土壤有效養(yǎng)分的影響 由表2可知，有機(jī)物料對(duì)土壤有效養(yǎng)分均產(chǎn)生了一定程度的影響，各處理組表現(xiàn)為：羊糞>沙蒿粉>自然沙，且隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)這種規(guī)律不會(huì)改變。多重均值檢驗(yàn)結(jié)果表明，隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)，自然沙本身的有效養(yǎng)分含量無(wú)明顯變化，施入羊糞和沙蒿粉的土壤有效養(yǎng)分含量均升高并達(dá)到顯著差異水平（P<0.05）;在同一培養(yǎng)時(shí)間的條件下，施入羊糞或沙蒿粉的土壤有效養(yǎng)分含量均高于自然沙且均達(dá)顯著差異水平（P<0.05），說明有機(jī)物料的施入能顯著提高土壤的有效養(yǎng)分含量，且隨著培養(yǎng)時(shí)間的推移而增加。羊糞施入土壤60d和150d后，堿解N、有效P和有效K的含量較自然沙分別提高66.01%、451.88%、201.23%和149.32%、470.45%、214.02%;沙蒿粉施入土壤60d和150d后，堿解N、有效P和有效K含量較自然沙分別提高44.80%、9.02%、130.35%和59.79%、18.94%、131.34%。說明有機(jī)物料的施入能夠增加土壤的有效養(yǎng)分含量，但羊糞的增幅相對(duì)較大，改沙效果更佳。

2.3 生物炭與有機(jī)物料混合對(duì)土壤有效養(yǎng)分的影響 由表3可知，土壤的堿解N、速效P和有效K含量表現(xiàn)為：生物炭與羊糞混合處理組>生物炭與沙蒿粉混合處理組>自然沙;在培養(yǎng)時(shí)間上表現(xiàn)為：150d>60d;生物炭與羊糞混合施入更有利于提高土壤的堿解N、有效P和有效K含量，培養(yǎng)150d后，較生物炭與沙蒿粉混合施入土壤，其增幅分別高出71.37、461.63和89.16個(gè)百分點(diǎn)。多重均值檢驗(yàn)結(jié)果表明，隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)，自然沙本身的堿解N、有效P和有效K含量均未達(dá)到顯著差異水平（P>0.05）;施入生物炭與羊糞混合及生物炭與沙蒿粉混合的土壤堿解N、有效P和有效K含量隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)而升高且均達(dá)到顯著差異水平（P<0.05）;在同一培養(yǎng)時(shí)間的條件下，施入生物炭與羊糞或沙蒿粉混合的土壤堿解N、有效P和有效K含量均高于自然沙且均達(dá)顯著差異水平（P<0.05）。說明生物炭與有機(jī)物料混合施入土壤能提高土壤的有效養(yǎng)分含量，且隨著時(shí)間的推移而增加。

3 討論

沙蒿生物炭和有機(jī)物料（羊糞、沙蒿粉）含有一定量的礦質(zhì)養(yǎng)分，可增加土壤中的礦質(zhì)養(yǎng)分含量[5]。試驗(yàn)結(jié)果表明，生物炭和有機(jī)物料均能夠不同程度的增加土壤中的堿解N、有效P、速效K含量;從整個(gè)培養(yǎng)周期看，各個(gè)處理組土壤的堿解N、有效P和有效K含量隨時(shí)間變化整體上呈上升的趨勢(shì)，這與張祥等[6]的研究結(jié)果一致。研究表明，施加生物炭可增加土壤對(duì)NH3和NH4+的吸收[7]，減少N2O的排放和NO3-的流失[8-9]，促進(jìn)土壤中磷的活化[10]。土壤有效K含量的增加，得益于其本身含有大量的鉀元素[6]。

本試驗(yàn)采用室外模擬試驗(yàn)研究了沙蒿生物炭和有機(jī)物料對(duì)土壤養(yǎng)分變化的影響，培養(yǎng)周期較短，而生物炭長(zhǎng)期施用后引起的土壤環(huán)境變化以及土壤生物的響應(yīng)會(huì)隨著時(shí)間推移而發(fā)生怎樣的變化，今后還應(yīng)作進(jìn)一步的研究。

4 結(jié)論

（1）無(wú)論是沙蒿生物炭、有機(jī)物料（羊糞、沙蒿粉）還是沙蒿生物炭與有機(jī)物料混合施入土壤，均能提高土壤的有效NPK含量，并且隨著培養(yǎng)時(shí)間的推移，有效養(yǎng)分含量增加。

（2）沙蒿生物炭與有機(jī)物料混合施用土壤的有效NPK含量的增幅相對(duì)較大，沙蒿生物炭與羊糞的混合施用效果最佳。

參考文獻(xiàn)

[1]Hayes MHB.Biochar and biofuels for a brighter future[J].Nature，2006，443（7108）：144-149.

[2]Woods WI，F(xiàn)alc?o NPS，Teixeira WG .Biochar trials aim to enrich soil for smallholders[J].Nature ，2007，346（7021）：138-144.

[3]潘根興，林振衡，李戀卿，等.試論我國(guó)農(nóng)業(yè)和農(nóng)村有機(jī)廢棄物生物質(zhì)碳產(chǎn)業(yè)化[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)科技導(dǎo)報(bào)，2011，13（1）：75-82.

[4]Wang HC，F(xiàn)eng LY，Cheng YG.Advances in biochar production from wastes and its applications.Chemical Industry and Engineering Progress，2012，31（4）：907-914.

[5]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.

[6]張祥，王典，姜存?zhèn)}，等.生物炭對(duì)我國(guó)南方紅壤和黃棕壤理化性質(zhì)的影響[J].中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2013，21（8）：979-984.

[7]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.

[8]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.

[9]周志紅，李心清，邢英，等.生物炭對(duì)土壤氮素淋失的抑制作用[J].地球與環(huán)境，2011，39（2）：278-284

[10]趙曉齊，魯如坤.有機(jī)肥對(duì)土壤磷素吸附的影響[J].土壤學(xué)報(bào)，1991，28（1）：7-13.

（責(zé)編：張宏民）