生物炭对土壤理化性质及作物产量的影响.docx
- 文档编号:17117981
- 上传时间:2023-07-22
- 格式:DOCX
- 页数:10
- 大小:19.40KB
生物炭对土壤理化性质及作物产量的影响.docx
《生物炭对土壤理化性质及作物产量的影响.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《生物炭对土壤理化性质及作物产量的影响.docx(10页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
生物炭对土壤理化性质及作物产量的影响
生物炭对土壤理化性质及作物产量的影响
摘要:
为了明确以农业废弃物(棉杆、稻杆、花生壳)为原料制备的生物炭,在改善重庆黄壤土有效养分供给,提高持水抗旱能力中的作用,本研究通过室内(智能温室)的盆栽试验,考察棉杆、稻杆、花生壳为原料的生物炭对土壤理化性质的影响,以及对作物生长的影响。
研究结果显示:
3种生物炭对重庆黄壤土理化性质均有明显的改善作用。
以棉杆为原料制备的生物炭,其对土壤的改良效果优于以稻秆和花生壳为原料的生物炭。
土壤中补充棉杆生物炭为67kg/亩,土壤含水量与有机质含量分别提高了5.9%和27%,pH值由7.8提高到8.1。
当棉杆生物炭添加量提高到335kg/亩,有机质含量进一步提高7%。
利用生物炭和有机肥协同改良黄壤土,生物炭除具有良好的保水性能和提高土壤有机碳外,还能提高植物的存活率和产量。
较未使用生物炭的土壤,其生物产量提高了6%。
显示出生物炭在改良重庆黄壤土理化特性和提高作物产量等方面具有良好的应用前景。
关键字:
生物炭;土壤理化性质;含水率;有机质含量;pH值
生物炭是生物质在缺氧条件下高温热解产生的副产物,具有比表面积大,结构疏松多孔等特点[1-3]。
前人的研究表明在土壤中施加生物炭,通过增大土壤的比表面积,增加土壤的持水量[16-17],增加土壤的pH值[18-19],增加土壤的有机碳,保持土壤中的N、P元素同时为微生物提供寄生场所来改良土壤[20-21],对作物的产量也有积极的促进作用[14-15]。
但是,不同种类生物炭以及生物炭施加量的多少对其的影响不尽相同[4-6],现在对生物炭生命周期以及生物炭对全国不同区域不同作物种类的土壤改良效果还缺乏系统的、长期的研究;对生物炭与肥料复合及肥料效益改善也缺乏系统研究[1-3]。
故本文用生物炭对重庆地区黄壤的改良以及生物炭和有机肥的复合作用,并通过种植作物来验证改良效果,旨在得到实现土壤改
1.材料与方法
1.1材料
供试土壤:
黄壤,取自我校温室里的黄壤土。
供试肥料:
羊粪;
三种生物炭:
稻杆炭、棉杆炭、花生壳炭(其中前两种生物炭是自制的,而最后一种生物炭是从市面上购买得到的)。
1.2.试验实施方案
1.2.1不同原料生物炭对土壤改良试验
试验设处理0(CK)、处理1(稻杆生物炭)、处理2(花生壳生物炭)、处理3(棉秆生物炭),共计4个处理。
除对照外,每个处理施加相同质量生物炭,并且每个处理设三次重复。
分别检测土壤的理化性质包括含水率、有机质、pH。
1.2.2生物炭添加量对土壤改良试验
根据确定的对土壤改良效果最好生物炭种类,试验设四个水平(67kg/亩、201kg/亩、335kg/亩、469kg/亩),每个水平设三次重复。
分别检测土壤的理化性质包括含水率、有机质、pH。
1.2.3生物炭与有机肥共同作用改良土壤性能的试验
根据确定的对土壤改良效果最好生物炭种类及最适宜施加量,在土壤中增施羊粪作为有机肥,提高土壤有机质。
试验设三个处理,其中:
处理0(CK)不施生物炭和有机肥,处理1施生物炭,处理2施生物炭和有机肥,每个处理设三次重复。
分别检测土壤的理化性质包括含水率、有机质、pH。
1.2.4改良后的土壤对植物植株影响试验
试验设三个处理组,其中:
处理0(CK)为不施加稻杆生物炭和有机肥的土壤,处理1为施加稻杆生物炭的土壤,处理2为施加稻杆生物炭和有机肥的土壤。
种苗按照株距10厘米,行距15厘米种植,植苗后7天进行日常水分、光照等管理。
分别对植株的株高、株茎、侧枝数以及侧枝长度进行测量。
1.3测量指标与方法
1.3.1物理性质的测定
土壤的含水率:
烘干法;
土壤的有机质:
重酸钾的稀释热法。
1.3.2化学性质的测定
土壤的pH:
用pH酸度计测量。
1.3.3作物生长状况的测定
本方案在实施过程中主要对植株的高度、植株的直径、侧枝数、侧枝长度进行了检测。
也主要是通过这些指标来衡量植物的生长状况。
2.结果与分析
2.1不同原料生物炭对土壤改良试验
在智能温室的黄壤中施加不同种类(分别为稻杆、棉杆和花生壳生物炭)相同质量生物炭(67kg/亩),随着时间的推移,土壤的含水率、有机质和pH值的变化如图1~3所示。
由图可知,几种原料制备的生物炭施加到土壤中,生物炭处理组相比对照组,土壤的含水率和有机质得以提高,土壤的pH值略微有所下降但影响不明显。
其中,综合pH值、含水率和有机质三个方面,可见棉杆生物炭对土壤的改良效果最好。
并且随着时间的进行,生物炭作用组相比对照组土壤的含水率有明显的提高,可见生物炭的吸附作用发挥较明显。
生物炭对水的吸附效果不同。
从图1可知,棉杆生物炭对水的吸附性最好,土壤的含水率提高了近5%。
土壤中有机质含量的提高与生物炭本身含有的有机碳含量有关,不同材料制备的生物炭,有机碳含量不同,故加入土壤中对土壤有机质的提高效果不同。
从图3可知棉杆生物炭对土壤有机质的提高效果最明显,相比对照组提高达到27%。
2.2生物炭施加量对土壤改良试验
由试验1可知棉杆生物炭对土壤增加含水率和有机质作用较明显,故在试验1的基础上探究生物炭的添加量对土壤理化性质的影响。
我们探究的生物炭添加量分别为67、201、335、461kg/亩。
在土壤中施加不同量的棉杆生物炭,得到其对土壤理化性质的影响结果如图4~6所示。
从我们多次测量的数据可以看出,随着生物炭施加量的增加,不同时期土壤的含水率是有一定波动的,但综合分析图4,可以看出,大部分的情况下施加335kg/亩的稻杆,土壤的含水率是最高的。
随着生物炭的添加量的增加,一般来说生物炭对水的吸附能力增加,但是生物炭的吸附能力有一个极限及随着生物炭量的增加但是对水的吸附能力却不增加,从图4可以看出,这个生物炭添加量的极限值应该在335kg/亩左右。
并且随着时间变化,土壤含水率有一定的提高,可见是生物炭在土壤的吸附作用是逐渐积累的,生物炭在土壤中存在的一定时期内随着时间变化,保持水的能力比较强。
生物炭的这种性质对重庆地区黄壤持水抗旱较差可以有明显的改良。
综合分析图6,,随着棉杆生物炭施加量的增加,土壤有机质含量逐渐增加。
因为生物炭本身含有有机碳,所以生物炭的添加量越多当然土壤中的有机质含量也是越高的。
随着时间的推移,添加同样量的土壤中,土壤中的有机质含量有一定的提高,具体原因还不太不清楚,可能也与生物炭的表面多孔的吸附性有关。
综合分析图5,可见生物炭对土壤的pH值影响不是非常明显,可能与实验仪器不够精确有关。
从第30天的测量数据来看,土壤pH值下降与生物炭添加量并没有较大的相关性。
综合PH值、有机质、含水率的土壤理化性质和考虑制备生物炭的成本,土壤中施加335kg/亩的棉杆生物炭是最适宜的选择,既能满足土壤对有机质的需求又能满足经济性效益。
2.3生物炭与有机肥共同作用改良土壤性能的试验
农家肥由于本身含有多种营养元素,对土壤的结构有一定的改变能起到改良土壤的作用。
为了探究生物炭和农家肥共同作用对土壤的改良效果,将棉杆杆生物炭和羊粪均匀混合后施加到土壤中检测土壤的性能,并与生物炭单独作用对土壤的改良效果作比较。
下三幅图所展示的是我们小组以时间先后顺序分别三次测量所得土壤中pH值、含水率和土壤有机质的相关数据。
由图7可知,在土壤中施加生物炭和有机肥后,土壤pH值有略微的提升,单独添加生物炭对土壤的pH值升高的最多。
综合分析图8,可以知道棉杆生物炭和有机肥共同作用组对土壤含水率的提高最为明显,生物炭和有机肥共同作用和单独的生物炭处理组含水率相比对照组含水率是1.37和1.25倍。
并且随着时间的变化,含水率有一定的提高。
由图9可知,棉杆生物炭和有机肥共同作用组对土壤的有机质含量提高最为明显,生物炭和有机肥共同作用组和单独施加生物炭的组相比对照组有机质含量分别提高了3.5%和2.7%。
随着时间的变化,各个处理组的有机质的含量也有一定的提高。
由上分析可得生物炭和有机肥共同作用相比单一的生物炭对土壤的含水率和有机质的提高作用效果更加明显,可见生物炭和有机肥混合后施加对土壤的改良效果更好。
图7不同处理对土壤pH值得影响
图8 不同处理对土壤含水率的影响
图9不同处理对土壤有机质的影响
2.4改良土壤对植物植株影响试验
在三种不同处理的土壤(未处理、施加棉杆生物炭、施加棉杆生物炭和有机肥)中同时种植空心菜,研究改良土壤对作物生长的影响,针对重庆夏季温度高的特点,选取耐热的空心菜作为供试作物,结果见表1。
由表1可以看出,在施加稻杆生物炭的土壤中种植空心菜,空心菜生长的高度、植株茎径和侧枝的个数均高于对照组和只施加棉杆生物炭组。
同时施加棉杆生物炭处理组的空心菜生长的高度、植株茎径和侧枝的个数也高于对照。
生物炭和有机肥添加组和生物炭添加组相比对照组产量分别提高了6%和3%。
可见,生物炭改良的土壤确实能实现植物的增产,如果生物炭和有机肥共同作用对植物的增产效果更好。
表1改良后的土壤对植物植株影响
测量指标
处理方式
植株高度(cm)
植株茎径(cm)
侧枝数(个)
侧枝长度(cm)
CK
52.20±5.90
0.67±0.10
12.00±4.00
6.00±0.80
棉杆生物炭
64.40±2.20
0.70±0.10
14.00±1.00
5.70±1.80
棉杆生物炭和有机肥
86.60±8.07
0.73±0.05
15.00±4.35
6.30±1.55
3.结论与讨论
姜玉萍[1]以及张月明[6]等许多人的研究表明在土壤中施加生物炭可以明显的提高土壤的pH,张晗芝[5]的研究则表明,生物炭对不同土壤的pH的影响不一样,韩光明[4]等人的研究则未发现生物炭能提高土壤的pH,解释为添加的生物炭量不同以及植株生长状况的影响。
同时大部分人的研究都表明生物炭有增加土壤的有机碳和N、P的含量都是有促进作用的。
本研究表明:
在土壤中施加生物炭,起到了涵养土壤水分,提高土壤肥效的作用,但是土壤的pH值变化不大,可能是我们土壤与环境的特殊性造成的也或许是生物炭添加量不同。
同时,以稻秆为原料制备的生物炭相比其他种类的生物炭施加于土壤,土壤获得了最高的含水率和最高的有机质,说明在土壤中施加稻杆生物炭,可以最大程度改善重庆黄壤有效养分低,持水抗旱能力差的不足。
生物炭本身含有60%的碳元素以及H、O、P、S等微量元素[3],在土壤中施加生物炭一方面是利用其疏松多孔的强吸附性能有效的聚集养分保持土壤肥效,另一方面则是其本身就作为一种肥料施加在土壤中。
所以我们的研究表明,随着生物炭施加量的增加土壤的有机质含量也是呈上升趋势,虽然施加469kg/亩的稻杆生物炭,土壤获得了最高的有机质含量,但从经济角度、含水率、pH值和有机质含量综合考虑,对温室中的黄壤,选取201kg/亩的稻杆生物炭作为土壤最适宜的施加量。
在土壤中施加稻杆生物炭和有机肥,相比单一施加生物炭可以更好的改善土壤的物化性能,提高土壤的肥效和持水抗旱能力。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 生物 土壤 理化 性质 作物 产量 影响