周一诺,陈 曦,杨麒麟,刘星辰,吴金林,孙海军,2*
(1. 南京林业大学林学院, 江苏 南京 210037; 2.佛山科学技术学院食品科学与工程学院,广东 佛山 528000)
本研究拟通过室内土柱模拟试验,将水稻秸秆和竹材生物炭以不同添加量(炭、土质量比为1∶100或1∶20)施用于高施氮竹林土壤(每千克土壤施N 46 mg),采用通气(海绵吸收)法[19]测定NH3速率和累积NH3挥发损失量,并通过测定模拟试验,明确生物炭添加对高施氮竹林土壤NH3挥发的控制效果及初步机制。
供试生物炭为由水稻秸秆和竹屑在500 ℃下热解制备,分别命名为SBC(straw biochar)和BBC(bamboo boichar),经过水洗、烘干、研磨过2 mm筛后备用。采集南京林业大学校园内竹林土壤,经风干、粉碎过2 mm筛作为供试土壤。
PVC土柱(高25 cm,内径8 cm)内添加土壤500 g,并与当量(炭、土质量比为1∶100或1∶20)生物炭混匀,装入土柱内。本研究设计施氮量为每千克土壤施N 46 mg,即每柱尿素50 mg)。试验处理施用生物炭及氮肥情况见表1,每处理重复3次。
表1 500 g土壤的PVC土柱试验处理
试验中为排除空气中NH3气和土壤本身产生的NH3挥发对试验结果造成影响,设置空白对照组(CK),以CK组结果为相对0值,消除误差,使试验结果更加可靠。
采用Excel 2007软件对数据进行统计分析,对各处理之间差异性进行方差分析和Duncan多重比较(P< 0.05)。
根据图1可知,林地土壤在施加尿素氮后,每土柱中,NH3挥发量为3.83 mg,占施氮量的8.33%。加入1∶100的SBC后,NH3挥发得到明显的抑制,NH3挥发量显著(P<0.05)下降75.4%。添加1∶20的SBC,NH3挥发量显著(P<0.05)下降98.6%。说明SBC对土壤NH3挥发有良好的抑制效果,且不同比例的生物炭添加对NH3挥发的抑制效果不同,即1∶20处理的抑制效果要好于1∶100处理的抑制效果。同时结果表明,加入1∶100 BBC,NH3挥发量显著(P<0.05)下降85.2%,且将添加量增加到1∶20 BBC后,对NH3挥发的抑制性更加明显,NH3挥发量(显著P<0.05)下降91.8%。与秸秆炭相同,竹炭对NH3挥发有着明显的控制作用,且高施炭量处理效果更佳。
图1 不同处理30 d累积氨挥发量
图2 不同处理下土壤的含量
图3 不同处理土壤含水量
供试土样在试验后含水量如图3所示。常规处理(Urea)土壤含水率为36.1%,添加SBC含水量显著增加,添加1∶100和1∶20的 SBC处理土壤含水量分别增加6.18%和12.45%。BBC处理与Urea处理含水量比较,在统计学上变化不显著(P<0.05),其中添加1∶100 BBC处理土壤含水量减少0.58%,而添加1∶20 BBC土壤含水量增加1.39%。可见,秸秆炭对土壤含水量有显著(P<0.05)提高,且随生物炭添加量的增加而升高,而添加竹炭对土壤含水量没有显著(P<0.05)影响。
(1)2种生物炭施用,均能有效控制高施氮林地土壤NH3挥发损失,且高施炭量处理效果更佳。本研究中,高施氮林地土壤NH3挥发损失可占施氮量的8.33%,是不容忽视的氮素损失途径。前人研究报道,生物炭施用于菜地、茶园等可有效减少NH3挥发[17-19]。本研究对林地土壤验证了生物炭的这一优异效果。因此在林地集约化经营过程之初,即可配施生物炭,以避免高量氮肥投入导致土壤氮素的NH3挥发损失,提高氮肥利用效率及保护生态环境。本研究结果表明,1∶20生物炭处理的NH3控制效果显著优于1∶100生物炭处理。那么如何选择一个合适的生物炭施用量以达到环保——经济——高效的三赢,需要进一步研究探索。
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