生物质炭对果园土壤团聚体分布及保水性影响

2018-12-06 05:47毛明翠刘畅曹静刘宝康
资源节约与环保 2018年11期
关键词:生物质级别土层

毛明翠刘 畅曹 静刘宝康

(1山东丽泽环境技术服务有限公司 山东临沂 276000 2山东瑞蒙环保科技有限公司 山东临沂 276000)

引言

秸秆、树干、枝条以等有机物料,在缺氧的环境下进行热解碳化而出现的高度芳香化难溶性固体物质,被称之为生物质炭。添加土壤之后,生物质炭的稳定性能够保存非常长久。所以,土壤中应用生物质炭,是一种非常有效的固碳方式。并且,生物质炭因为比表面积大,与较多的官能团共同作用,让土壤的物化性质都能够出现改变,所以对土壤的生物化学性质也有较大的影响。当前,生物质炭在进入土壤之后,对土壤的物理性质等方面的影响也有了较深入的研究。但研究孔隙度较多,对团聚体分布的研究则有所降低。研究人员通过研究可以发现,应用生物质炭能够让水温性大团聚体含量增加,而且生物炭是惰性的固体材料,对团聚大小以及团聚的数量都没有明显的影响。也有研究人员认为,土壤类型和生物质炭应用的水平是有一定关联性的。我们在本文中就对黄土高原的土壤有机质进行分析,研究生物质炭在该地区的应用及效果,为该地区种植的苹果枝条的农业循环利用提出理论依据。

1 材料与方法

1.1 实验地的自然条件

选择山西中部和陕北黄土高原过度地带的苹果园,气候为温带大路性半湿润易干旱地区,温度保持在10.6℃,1月平均气温为-3.0℃,7月平均气温为23.0℃,平均气温年差为26.0℃,年平均降水量为582.5mm,降水量较多月份为7、8、9月。

表1 土层土壤基本理化性质

1.2 生物质炭

以苹果枝条为原料的生物质炭,通过干燥除水、挤压成型、充氮气、加热到一定温度、停火冷却等过程,再将生物质炭进行研磨,然后通过2mm的筛选。因为生物质炭的pH较高,而且石灰性土壤会有诸多不利因素,所以实验过程中选择的生物质炭为苹果枝条直接制成的生物质炭,以及稀硫酸配备而成的碱性生物质炭两种。

1.3 实验处理

在2016年4月中旬开始进行实验,并在试验地布置0.7hm2的苹果园。果园内的土壤质地和肥力相对均匀,常年以化肥为主要施用废料,树体长势基本一致。在实验过程中增设7个处理,两种性质的生物质炭添加的比例为10/20/30,t·hm-2,并且不添加生物质炭的CK,每个处理则选择30个苹果树,并以树干为中心,让生物质炭在树冠投影下均匀的添加,利用工具让生物质炭和耕层10cm土壤进行均匀混合。

1.4 土壤采集

按照四个正方向,在与试验果树相距100cm的地方,利用工具将两个土层原状土进行采集,深度分别为0-10cm和10-20cm。并将采集的原状土放在塑料盒中进行带回,并放在室内风干,沿着土块自然裂缝进行掰开后过筛,留存备用。

1.5 分析方法

应用电动震动筛机对各级别土壤进行称重,再利用元素分析仪对生物质炭样品的元素含量进行分析测定,利用Bpehm测定法对表面官能团进行测定。用10%硫酸法对土壤团聚体最大吸湿系数进行测定,再利用平衡吸附水汽的方式,对分级的团聚体进行称重,利用前后的质量差对比来计算出最大吸湿系数。

1.6 数据采集

利用EXCEl2007表格软件对所得数据进行基本的处理以及图表的绘制,对所得数据进行统计分析,再利用SAS9.1统计分析软件对所得数据进行方差的分析,并执行差异显著性检验。

2 结果与分析

2.1 增加生物质炭对土壤团聚体分布的影响进行分析

在同一土层中,利用生物质炭对土壤团聚体的分局趋势进行规律的表现,各级别团聚体含量差异显著。对处理CK团聚体分布趋势和生物质炭的处理方式有所不同,通过结果分析我们可以发现,生物质炭增加,土壤团聚体的含量也会增加,而对照CK处理,土壤结构有较大的差异,大团聚体与微团聚体的较多,应用生物质炭对其他级别的团聚体含量没有影响。

2.2 添加生物质炭对团聚体中有机碳含量的影响

不同级别的土壤团聚体,其有机碳含量会是土壤有机质矿化和平衡的微观表现特征。通过结果我们可以了解到,团聚体级别越小,有机碳含量则会有所增加。在0.25-0.5mm的团聚体中,其有机碳含量达到62.82g·kg,也就是含量到达最高点。和CK对比,添加生物质炭能够让团聚体中有机碳含量有所增加,并且使用量越大,有机碳含量也就越大。在使用量达到30t·hm-2的时候,两个土层都会以1-2mm的团聚体有机碳含量而提高,并且0-10cm土层,会提高75%户71.65%。10-20cm土层,增加幅度也高达93%和95%。

2.3 各级别团聚体中有机碳对土壤有机碳的贡献率

在0-10cm的土层中,增加生物质炭的处理2-5mm团聚体,其有机碳对土壤有机碳多达40%,贡献率最高。1-2mm次之,贡献率29.25%。5-8mm再次,22.91%贡献率。

2.4 使用生物质炭对团聚体水分常数和土壤孔隙度影响

最大吸湿系数是土壤在大气湿度饱和的环境下,土壤对气态水的最大吸附量。分析结果表明,团聚体级别越小,土壤最大吸湿水则会越大。和CK对比,增加生物质炭能够增加小于1mm团聚体的最大吸湿水含量,而对于大于1mm的团聚体没有明显影响。也就意味着生物质炭对pH和团聚体最大吸湿系数的影响无调节作用。

3 讨论

因为该地区的土壤有机质含量较低,土壤团聚体分布常会出现分异的情况,特别是在土壤的表层,一方面黏粒之间相互团聚会出现大团聚体,而另一方面,团聚体稳定性能较差,非常容易被破坏而出现微团聚体。土壤结构则对土壤耕性会有影响,对水分入渗也会有影响。

应用生物质炭能够让耕层土壤的各级别团聚体中的有机碳含量提升。有机碳含量会因为施用量的增加而增加。通过研究结果表明,两个土层的团聚体,因为生物质炭是该级别团聚体形成的最主要的胶结物质,能够在生物质炭的作用下,让土壤颗粒、小级别的团聚体胶结形成1-2mm的团聚体,所以其有机碳含量在1-2mm提高耕度最大。

不同大小结构体因为胶结的方式各不相同,所以其内部的孔隙状况也有所不同。研究结果中我们可以发现,利用生物质炭让1-2mm团聚体的最大吸湿系数有所增加,并且土壤的孔隙度和土壤田间持水量也有所增加。

结语

苹果枝条制备的生物质炭,1-2mm的团聚体含量会随着生物质炭的增加而增加,生物质炭对pH调节的效果不明显。和不施用生物质炭进行对比,添加生物质炭让土壤的团聚体有机碳含量有所增加。在0-10cm土层中增加生物质炭,能偶让土壤孔隙度和田间持水量增加。

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