秸稈生物黑炭對肥料氮在農(nóng)田土壤中轉(zhuǎn)化中遷移的影響.pdf

1、國際上對生物黑炭的關(guān)注多聚焦于其固碳減排和改良土壤的功能，而極少關(guān)注其施入農(nóng)田土壤后對氮素轉(zhuǎn)化和遷移的擾動(dòng)。木文緊緊圍繞硝化、淋失、揮發(fā)等氮素轉(zhuǎn)化和遷移過程展開，通過相對密閉的室內(nèi)好氣培養(yǎng)和半開放的土柱模擬淋洗培養(yǎng)試驗(yàn)，并結(jié)合15N示蹤技術(shù)研究了秸稈來源生物黑炭不同加入量對四種性質(zhì)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(yàn)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(guān)理化性質(zhì)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(jìn)硝化、淋失和氨揮發(fā)?”這一科學(xué)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(jī)制提供科學(xué)數(shù)據(jù)和新的認(rèn)知。
　　 在室內(nèi)好氣培養(yǎng)和土柱模擬淋洗培養(yǎng)試驗(yàn)，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(gè)生物黑炭(水稻秸稈；500℃，8h)水平為0、1％和5％(質(zhì)量百分?jǐn)?shù))。加入氮量均為300mgN/kg。好氣培養(yǎng)試驗(yàn)加入氮源為硫酸銨和尿素兩種，土柱模擬淋洗培養(yǎng)試驗(yàn)氮源為尿素。在溫室盆栽試驗(yàn)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(gè)水平。化肥加入量為300kgN/ha，試驗(yàn)加入的氮源為15N標(biāo)記尿素。
　　 好氣培養(yǎng)試驗(yàn)結(jié)果表明，與僅加氮處理相比，生物黑炭加入進(jìn)一步促進(jìn)了硫酸銨和尿素在兩種酸性土壤(RS和YS)的硝化，且促進(jìn)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(yīng)，因此在培養(yǎng)結(jié)束時(shí)土壤pH值相對于僅加氮處理提高不多，甚至

5、出現(xiàn)相當(dāng)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(qiáng)，硝化速度較快，加入的外源氮在七天之內(nèi)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(jìn)一步促進(jìn)；盡管如此，加氮和氮加生物黑炭處理由于強(qiáng)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(jié)束時(shí)均出現(xiàn)一定量的礦質(zhì)氮缺失，且生物黑炭的加入量的增加會大大促進(jìn)礦質(zhì)氮的缺失程度。
　　 土柱模擬淋洗培養(yǎng)試驗(yàn)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(zhì)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(jié)果也支持這一結(jié)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(gè)生物黑炭

7、加入量下各土壤15N土壤固持量卻并未相應(yīng)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％?？磥恚锖谔考尤牒蟮苁Ы档偷闹饕蚩赡苁窃黾恿说牡氐臍怏w損失(揮發(fā)和反硝化)而非土壤固持。實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，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(jié)果還表明，生物黑炭加入量的提高也會進(jìn)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(yàn)結(jié)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