不同生物炭用量对滨海盐碱土理化性质和肥力的影响
作者： 郑泗海
摘要 为揭示不同生物炭用量对滨海盐碱土改良效果的影响，以土壤肥力和理化性质为主要指标，设计0、5、10、15和20 t/hm2 5个不同生物炭用量处理（分别记为T0、T1、T2、T3、T4），观测不同处理下土壤pH、速效养分、有机质、有机碳、剖面盐分、容重、田间持水量等指标的响应规律。结果表明，土壤pH、速效氮含量、速效钾含量、全氮含量均随着生物炭用量的增加先升高后降低，土壤速效磷、有机质和有机碳含量与生物炭用量呈明显的正相关关系，耕层土壤有机碳最大增幅达到1倍，速效磷和有机质含量增幅分别为16.3%和14.5%；生物炭用量的增加有利于降低0～40 cm土层盐分，试验结束时0～20和>20～40 cm土层全盐含量最高降幅分别达到14.5%和26.3%；随着生物炭用量的增加，土壤容重总体呈降低趋势，孔隙度总体呈升高趋势；与T0相比，生物炭施用处理田间持水量增加1.8%～9.1%，其中T3用量下田间持水量增幅最大；综合土壤肥力指标、理化指标和资源用量，推荐以15 t/hm2作为盐碱土适宜生物炭用量。
关键词 生物炭；盐碱土；肥力；理化性质；改良
中图分类号 F301.2 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2024）19-0065-03
doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.19.014
开放科学（资源服务）标识码（OSID）：
Effects of Different Biochar Dosages on the Physicochemical Properties and Fertility of Coastal Saline Alkali Soil
ZHENG Si-hai
（Fujian Provincial Geological Remote Sensing and Geographic Information Service Center， Fuzhou， Fujian 350000）
Abstract In order to reveal the effect of different biochar dosages on the improvement of coastal saline alkali soil， five different biochar treatments （T0，T1，T2，T3，T4， respectively） were designed with soil fertility and physicochemical properties as the main indicators. The response law of soil pH， available nutrients， organic matter， organic carbon， profile salinity， bulk density and field water capacity under different treatments were observed. The results showed that soil pH， available nitrogen content， available potassium content and total nitrogen content all increased first and then decreased with the increase of biochar dosages. There was a significant positive correlation between soil available phosphorus， organic matter， and organic carbon content and the biochar dosage. The maximum increase in organic carbon in the topsoil was 1 times， and the increase in available phosphorus and organic matter content was 16.3% and 14.5%， respectively. The increase in the amount of biochar was beneficial for reducing the salt content in the 0-40 cm soil layer. At the end of the experiment， the maximum decrease in total salt content in the 0-20 cm and >20-40 cm soil layers was 14.5% and 26.3%， respectively. As the amount of biochar increases， the soil bulk density showed a decreasing trend， while the porosity showed an increasing trend. Compared with T0， the application of biochar increased field water capacity by 1.8%-9.1%， with the largest increase in field water capacity was found under T3 application. Based on soil fertility indicators， physicochemical indicators and resource usage， it is recommended to use the 15 t/hm2 amount as the appropriate amount of biochar for saline alkali soil.
Key words Biochar;Saline alkali soil;Fertility;Physical and chemical property;Improvement
基金项目 江苏沿海集团揭榜挂帅项目（2022YHTDJB02-1）。
作者简介 郑泗海（1989—），男，福建泉州人，工程师，从事土地利用方面的研究和实践工作。
收稿日期 2024-05-17
由于城市用地和农业用地之间的矛盾，开发滨海土地资源已成为诸多地区的共同选择［1-2］。滨海土地作为重要的后备耕地资源，对于保障国家粮食安全、端牢中国饭碗有重要战略意义。然而，不同于普通耕地土壤，滨海盐碱地土壤通常具有盐分含量高、结构密实、通透性和保肥性差等特点［3］，需要经过改良后才能利用。
生物炭是由木材、秸秆、草等富含碳元素的生物质，在完全缺氧或部分缺氧的环境下高温裂解形成，目前普遍被认为具有表面积大、吸附性强、质地轻、可溶性低等特点，是一种新型绿色土壤改良剂［4］。已有研究表明，生物炭对于提高土壤氮磷储存能力、钝化土壤有害物质、提升土壤肥力等方面有着很好的应用价值［5-6］。目前，生物炭在粮食作物栽培土壤如稻田、麦田应用广泛［7-8］，但在后备耕地如盐碱地上的应用鲜见报道。明确不同生物炭用量对滨海盐碱土理化性质和肥力的影响，对于构建滨海盐碱土生物炭施用技术体系、提升盐碱土生产力有重要指导作用。该研究设置不同生物炭用量处理，研究不同处理对盐碱土速效养分、有机质、容重、盐分等理化指标和肥力指标的影响，旨在为生物炭在盐碱地改良上的科学应用提供理论和实践依据。
1 材料与方法
1.1 试验地概况
试验于2023年2—12月在云霄县原老区果场科技示范基地（23°57′38″N，117°20′05″E）进行。云霄县处于南亚热带海洋性季风气候区域，当地年平均气温为21.5 ℃，1月份平均气温为13.2 ℃，7月份平均气温为28.5 ℃。年降水量常年在1 500 mm以上，无霜期347 d。供试土壤取自滨海盐碱地，其理化性质和机械组成如表1和表2所示。
1.2 试验设计
该研究中生物炭为花生壳生物炭，碳化温度350～500 ℃，生物炭pH 10.1，有机碳含量 451.1 g/kg，全氮含量 5.7 g/kg，比表面积 9.13 m2/g。试验设计0、5、10、15和20 t/hm2共计5个不同生物炭施用量处理（分别记作T0、T1、T2、T3、T4），每个处理重复3次。为了防止不同处理之间相互干扰，采用随机分区试验，每个小区面积为2 m×3 m=6 m2，试验共设15个小区，总面积为100 m2。小区内土壤分层次回填，不同小区之间用PVC隔板隔开。由于试验区常见暴雨，为防止雨水冲刷对表层土壤造成影响，试验在跨度8 m、长30 m的大棚中进行。
试验区采用土壤改良适宜的耐盐作物苜蓿（“中苜3号”）作为植物材料。播种前（2月26日）先施入菌渣有机肥料，肥料含N 3.9%、P2O5 2.7%、K2O 1.8%，与0～20 cm耕层土壤混合均匀，各处理施肥量相同，均为4 500 kg/hm2。有机肥料施入完成后，再施入试验设计中不同用量生物炭。苜蓿播种时间为2月27日，根据田间实际情况在3月29日、5月30日、6月20日、8月6日进行灌溉，灌溉方式为微喷灌，灌溉量分别为31、46、37、45 mm，总灌溉量为159 mm，各处理保持一致。
1.3 样品采集与分析
在10月26日最后一茬苜蓿收获后，采集耕层土壤用于测定肥力相关指标，具体包括pH、速效氮、速效磷、速效钾、全氮、有机质和有机碳含量。其中，土壤速效氮采用碱解扩散法测定，土壤速效磷采用0.5 mol/L NaHCO3浸提-钼锑抗比色法测定，土壤速效钾采用乙酸铵-火焰光度法测定，全氮采用凯氏定氮法测定，有机质采用重铬酸钾-硫酸氧化外加热法测定，有机碳使用Vario Macro Cube元素分析仪（Elementar Company，Germany）测定［9］。
考虑到首茬苜蓿收获时，生物炭作用效应可能不明显，该研究在第2茬（7月21日）和第3茬（10月26日）苜蓿收获后，用麻花土钻采集0～20、>20～40、>40～60 cm剖面土壤，利用DDS-11A电导率仪测定土壤电导率，后转换成全盐含量（g/kg）用于分析。同时，采用环刀法采集0～20 cm原状土，测定耕层土壤容重、土壤孔隙度和田间持水量。
1.4 数据处理
不同指标数值之间的统计显著性采用SPSS 17.0软件进行计算，显著性差异计算依据为Duncan’s multiple range test［10］。
2 结果与分析
2.1 不同生物炭用量对土壤肥力指标的影响
从表3可看出，生物炭施用后，肥力相关指标均有不同程度变化，但变化规律有所差异。pH、速效氮含量、速效钾含量、全氮含量均随着生物炭用量的增加先升高后降低，除速效钾含量外其余3个指标降低幅度均不显著（P＞0.05）。土壤速效磷、有机质和有机碳含量与生物炭用量呈明显的正相关关系，其中有机碳含量增幅最为明显，最高生物炭用量处理（T4）耕层土壤有机碳含量达到T0处理的约2倍，速效磷和有机质含量分别增加16.3%和14.5%。