生物质炭对果园土壤团聚体分布及保水性影响

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。