生物炭控制高施氮竹林土壤氨挥发效果研究

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。

1 材料与方法

1.1 试验处理

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

1.2 测试方法

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。

1.3 数据处理

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)。

2 结果与分析

2.1 土壤NH3挥发量

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

2.2 土壤含量

图2 不同处理下土壤的含量

2.3 土壤含水量

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。

3 结论与讨论

(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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