秸稈生物黑炭對肥料氮在農(nóng)田土壤中轉化中遷移的影響.pdf

1、國際上對生物黑炭的關注多聚焦于其固碳減排和改良土壤的功能，而極少關注其施入農(nóng)田土壤后對氮素轉化和遷移的擾動。木文緊緊圍繞硝化、淋失、揮發(fā)等氮素轉化和遷移過程展開，通過相對密閉的室內好氣培養(yǎng)和半開放的土柱模擬淋洗培養(yǎng)試驗，并結合15N示蹤技術研究了秸稈來源生物黑炭不同加入量對四種性質不同的農(nóng)田土壤中肥料氮的硝化、淋失、固持以及鹽基離子淋失、水土酸化的影響。并選擇其中兩種農(nóng)田土壤通過連續(xù)種植作物的溫室盆栽試驗初步研究了秸稈來源生物黑炭不同加

2、入量下肥料氮的氨揮發(fā)和N2O等氣體排放的數(shù)量和土壤部分相關理化性質的變化。試圖通過黑炭對氮素過程影響的表觀數(shù)據(jù)來初步探討“生物黑炭是否促進硝化、淋失和氨揮發(fā)?”這一科學問題，以期為下一步深入研究生物黑炭對土壤氮素行為的影響及機制提供科學數(shù)據(jù)和新的認知。
　　 在室內好氣培養(yǎng)和土柱模擬淋洗培養(yǎng)試驗，均采用一致的土壤類型、生物黑炭和氮肥加入水平。四種農(nóng)田土壤類型分別為采集于中國南方酸性土壤區(qū)的紅壤(RS；pH值4.50；江西鷹潭)、

3、黃棕壤(YS；pH值4.62；江蘇南京)和北方石灰性土壤區(qū)的潮土(FS；pH值8.46；河南封丘)、改良的鹽堿土(SS；pH值9.04；河南封丘)。三個生物黑炭(水稻秸稈；500℃，8h)水平為0、1％和5％(質量百分數(shù))。加入氮量均為300mgN/kg。好氣培養(yǎng)試驗加入氮源為硫酸銨和尿素兩種，土柱模擬淋洗培養(yǎng)試驗氮源為尿素。在溫室盆栽試驗中，我們選取酸性紅壤(RS)和石灰性潮土(FS)。生物黑炭加入量為O、2250(低量)和22500

4、kg/ha(高量)三個水平。化肥加入量為300kgN/ha，試驗加入的氮源為15N標記尿素。
　　 好氣培養(yǎng)試驗結果表明，與僅加氮處理相比，生物黑炭加入進一步促進了硫酸銨和尿素在兩種酸性土壤(RS和YS)的硝化，且促進作用隨生物黑炭加入量的增加而提高；盡管加入生物黑炭后土壤原始pH值明顯提高，但相對密閉的系統(tǒng)中，外源氮在土壤上的大量硝化過程產(chǎn)生較多的H+會部分抵消這種效應，因此在培養(yǎng)結束時土壤pH值相對于僅加氮處理提高不多，甚至

5、出現(xiàn)相當或者稍低的現(xiàn)象。由于兩種石灰性土壤(FS和SS)本身硝化作用很強，硝化速度較快，加入的外源氮在七天之內就迅速被硝化，因此生物黑炭加入后并不表現(xiàn)出對硝化的進一步促進；盡管如此，加氮和氮加生物黑炭處理由于強硝化迅速釋放的H+而使得土壤酸度均顯著低于不加氮處理。此外，四種土壤在培養(yǎng)結束時均出現(xiàn)一定量的礦質氮缺失，且生物黑炭的加入量的增加會大大促進礦質氮的缺失程度。
　　 土柱模擬淋洗培養(yǎng)試驗顯示，與儀加氮處理相比，生物黑炭的加

6、入可大大降低氮素的淋失，且降低的程度隨生物黑炭加入量增加而提高。由于各土壤性質和氨化、硝化能力的差異，YS和FS氮素淋失量降低主要表現(xiàn)為NO3-的減少，而RS和SS則表現(xiàn)為OMN和NH4+的減少。各土壤上15N淋失量降低結果也支持這一結果：與僅加氮處理(61～90％的加入15N淋失)相比，1％和5％生物黑炭加入量下YS、RS、FS和SS分別減少了6％和43％，12％和52％，23％和70％，18％和57％。與淋洗15N相比，兩個生物黑炭

7、加入量下各土壤15N土壤固持量卻并未相應增加：YS固持量(20％)甚至略低于加氮處理(23％)，F(xiàn)S儀增加2％，RS和SS也儀分別增加4～17％，2～9％。相反，15N損失率卻大大提高，YS、RS、FS和SS分別提高了10％和46％，8％和35％，20％和68％，16％和47％?？磥?，生物黑炭加入后氮淋失降低的主要原因可能是增加了的氮素的氣體損失(揮發(fā)和反硝化)而非土壤固持。實驗結束時，酸性土壤YS和RS上生物黑炭處理下各層的pH值要明

8、顯高于僅加氮處理，淋洗液pH值也往往高于和穩(wěn)定于儀加氮處理。而石灰性土壤FS和SS由于本身較高的pH值和緩沖性能，各處理間土水pH值維持在8～9之間，且差異并不明顯。本研究結果還表明，生物黑炭加入量的提高也會進一步增加鹽基離子的淋失，但增加的鹽基離子主要來自生物黑炭自身，可占到生物黑炭本身帶入鹽基離子量的34～70％。
　　 室盆栽試驗結果表明，生物黑炭對氨揮發(fā)的影響因土壤類型和加入量不同而異。對于酸性土壤RS，低量生物黑炭對氨