施用生物质炭对土壤团聚体组成及其有机碳分配的影响
摘要：通过对一次性施入生物质炭多年的玉米田土壤为研究对象，采用团聚体分级方法，结合稳定性同位素示踪和红外光谱分析，研究生物质炭对土壤团聚体有机碳来源和组成的影响。结果表明，施用生物质炭可增加土壤中大团聚体的含量，同时提高了土壤团聚稳定性，并且增加了各粒径团聚体的有机碳含量及全氮含量，这对改良土壤结构有积极意义。施用生物质炭对土壤有机碳在不同团聚体粒组中的分配也产生的显著影响，稳定性碳同位素结果表明施入的生物质炭主要富集在土壤大团聚体粒组中，同时也增加了较大团聚体芳香碳的相对含量，增大疏水C/亲水C比值，减少多糖的相对含量，而土壤中较活跃的碳往往也集中在大团聚体中，这意味着生物质炭的施用可能会影响较大团聚体中原有碳的组成。
目录
摘要1
关键词1
Abstract1
Key words1
引言（或绪论）1
1材料与方法2
1.1实验地点与概述 2
1.2供试材料性质 2
1.3试验设计2
1.4土壤样品采集与分析3
1.4.1土壤团聚体分离方法3
2结果与分析4
2.1施用生物质炭对土壤团聚体有机碳δ13C值及有机碳组成的影响4
2.2土壤有机碳的红外光谱分析5
3讨论8
4结论8
致谢8
参考文献8
施用生物质炭对土壤团聚体组成及其有机碳分配的影响
引言
引言
随着人类工业文明的不断发展，化石燃料的利用规模逐渐扩大，二氧化碳等温室气体排放量不断增加，因此而导致的气候变暖已成为当今影响最为深远的全球性环境问题。生物质炭是由植物生物质在完全或部分缺氧的情况下经热解产生的一类高度芳香化难熔性物质，是黑碳的一种类型[1]。由于其特殊的理化性质，作为土壤改良剂施加于土壤，能够改变土壤特性"持留养分元素"提高土壤有机碳含量等，从而影响土壤生态系统的生物地球化学循环，并在农业生态系统固碳减排中发挥重要作用，因此逐渐成为国内外土壤科学和环境科学领域研究的热点[2]。目前农业废弃物生物质炭转化技术研究越来越成熟，利用农作物秸秆和垃圾在高温下热解生产生物质炭在农业上的
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
应用已得到国际的认可，可以作为提高土壤质量、保证粮食产量以及应对气候变化的一项重要技术[3]。有研究认为，施用生物质炭可促进土壤团粒结构的形成，可增加土壤中水稳定性团聚体的数量[45]。生物质炭的施用对于长期固定碳有巨大的潜力，它可以稳定的保存在土壤中，并适于现在的耕作体系[68]。近年来，越来越多的研究生物质炭对土壤有机质及分解的影响，并取得了一定进展。
团聚体作为土壤结构的基本单位,是土壤中物质和能量转化的代谢场[9],其数量和质量直接影响土壤质量的好坏和土壤肥力水平的高低[10]。土壤的有机质是土壤健康的重要指标[1112]，是土壤团聚体的主要胶接物质之一[13]。土壤氮素是植物的必需营养元素，是评价土壤生产力的重要指标[14]。土壤有机质与团聚体形成研究一直是土壤学关注的热点之一,揭示不同粒径团聚体及其组分有机碳的含量的变化规律对培育土壤肥力具有重要的指导意义。
土壤碳库作为地球表层最大的有机碳库,不仅对土壤的物理、化学和生物学性质产生多方面的影响,同时在全球碳循环中起着关键作用[15]。由于生物质炭含有较多的芳环结构和羟基、羧基等基团，以及生物质炭具有疏松多孔性和较大的表面积，施入土壤后显著增加了土壤中离子交换位点，使其表面交换活性变得更高，从而增加土壤的阳离子交换量[16]。同时，由于生物质炭孔隙结构发达、比表面积巨大，施用生物质炭可以增加土壤的持水能力[17]。总而言之，生物质炭因其含有大量的孔隙结构及巨大的比表面积，且有大量的负电荷，具有超强的保留养分的功能，因而不仅能吸附土壤中交换态形式存在的养分，提高肥料的利用率还有利于土壤微生物的生长，更能强烈吸附土壤中的污染物质，减少其污染风险。[1819]近年来,生物质炭还田作为一种农业增汇减排技术途径,已成为人类应对全球气候变化的一条重要途径。[20]
1 材料与方法
1．1 实验地点概述
试验于2013年在山东农业大学农场进行(36°10′N，117°09′E)，该地区属于暖温带半湿润季风气候区，年平均13℃，年平均降水量697mm，无霜期平均195 天；供试土壤为棕壤，种植作物为玉米。播种前取0~20cm 耕层土壤，测定其基础土壤性质，结果见表1。
表1试验地耕层土壤基础性质
Table1 Agrochemical characters of the soil tillage layer
有机质
（gkg1）
全氮
（gkg1）
速效磷
（mgkg1）
速效钾
（mkg1）
碱解氮
（mkg1）
pH
容重
(gcm3)
16.47
0.69
89.21
96.29
60.29
5.93
1.56
1．2 供试材料性质
生物质炭购买于河南省三利新能源有限公司，小麦秸秆在350~550℃高温热解后的固体产物,基本性质见表2。
表2 生物质炭和炭基复合肥的基本特性
Table 2 Basic properties of the biochar
pH
(H2O)
SOC
(gkg1)
全氮
(gkg1)
速效磷
(gkg1)
容重
(gcm?3)
表面积
( m2g?1)
离子交换量(cmolkg1)
10.4
467
5.9
55.18
0.65
8.92
20.8
1．3 试验设计
试验地种植作物为玉米，两年试验均选用玉米品种为郑单958，种植密度600000株hm2，行距60cm。2011、2012 年分别于6 月17 日、6 月15 日播种，足墒播种，全生育期无人工灌溉，田间管理一致，按高产田水平进行管理，分别于10 月9 日、10 月6 日收获。生物质炭的用量为：0，20，40 thm2（分别记为C0，C20，C40）。过磷酸钙(P2O5：90 kghm2）和硫酸钾(K2O: 180 kghm2)用于基肥，尿素(N: 225 kghm2)用于追肥，其中40%用于拔节肥，60%用于大口期肥。在2011 年播种前把生物质炭翻耕到土壤里后耙平使之与土壤混匀。小区面积24 m2（4 m×6 m），随机区组设计，每个处理三个重复，共9个小区。
1．4 土壤样品采集和分析
土壤样品采自玉米之后耕层土壤(0~20cm)荷兰Eijkelkamp 公司生产的不锈钢铲采集。采用混合样品采样法，每个小区分别随机采取3 个样品，野外混匀，一部分土样风干后用于测定有机碳和全氮含量，一部分新鲜土样用于团聚体分级。
目录
摘要1
关键词1
Abstract1
Key words1
引言（或绪论）1
1材料与方法2
1.1实验地点与概述 2
1.2供试材料性质 2
1.3试验设计2
1.4土壤样品采集与分析3
1.4.1土壤团聚体分离方法3
2结果与分析4
2.1施用生物质炭对土壤团聚体有机碳δ13C值及有机碳组成的影响4
2.2土壤有机碳的红外光谱分析5
3讨论8
4结论8
致谢8
参考文献8
施用生物质炭对土壤团聚体组成及其有机碳分配的影响
引言
引言
随着人类工业文明的不断发展，化石燃料的利用规模逐渐扩大，二氧化碳等温室气体排放量不断增加，因此而导致的气候变暖已成为当今影响最为深远的全球性环境问题。生物质炭是由植物生物质在完全或部分缺氧的情况下经热解产生的一类高度芳香化难熔性物质，是黑碳的一种类型[1]。由于其特殊的理化性质，作为土壤改良剂施加于土壤，能够改变土壤特性"持留养分元素"提高土壤有机碳含量等，从而影响土壤生态系统的生物地球化学循环，并在农业生态系统固碳减排中发挥重要作用，因此逐渐成为国内外土壤科学和环境科学领域研究的热点[2]。目前农业废弃物生物质炭转化技术研究越来越成熟，利用农作物秸秆和垃圾在高温下热解生产生物质炭在农业上的
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
应用已得到国际的认可，可以作为提高土壤质量、保证粮食产量以及应对气候变化的一项重要技术[3]。有研究认为，施用生物质炭可促进土壤团粒结构的形成，可增加土壤中水稳定性团聚体的数量[45]。生物质炭的施用对于长期固定碳有巨大的潜力，它可以稳定的保存在土壤中，并适于现在的耕作体系[68]。近年来，越来越多的研究生物质炭对土壤有机质及分解的影响，并取得了一定进展。
团聚体作为土壤结构的基本单位,是土壤中物质和能量转化的代谢场[9],其数量和质量直接影响土壤质量的好坏和土壤肥力水平的高低[10]。土壤的有机质是土壤健康的重要指标[1112]，是土壤团聚体的主要胶接物质之一[13]。土壤氮素是植物的必需营养元素，是评价土壤生产力的重要指标[14]。土壤有机质与团聚体形成研究一直是土壤学关注的热点之一,揭示不同粒径团聚体及其组分有机碳的含量的变化规律对培育土壤肥力具有重要的指导意义。
土壤碳库作为地球表层最大的有机碳库,不仅对土壤的物理、化学和生物学性质产生多方面的影响,同时在全球碳循环中起着关键作用[15]。由于生物质炭含有较多的芳环结构和羟基、羧基等基团，以及生物质炭具有疏松多孔性和较大的表面积，施入土壤后显著增加了土壤中离子交换位点，使其表面交换活性变得更高，从而增加土壤的阳离子交换量[16]。同时，由于生物质炭孔隙结构发达、比表面积巨大，施用生物质炭可以增加土壤的持水能力[17]。总而言之，生物质炭因其含有大量的孔隙结构及巨大的比表面积，且有大量的负电荷，具有超强的保留养分的功能，因而不仅能吸附土壤中交换态形式存在的养分，提高肥料的利用率还有利于土壤微生物的生长，更能强烈吸附土壤中的污染物质，减少其污染风险。[1819]近年来,生物质炭还田作为一种农业增汇减排技术途径,已成为人类应对全球气候变化的一条重要途径。[20]
1 材料与方法
1．1 实验地点概述
试验于2013年在山东农业大学农场进行(36°10′N，117°09′E)，该地区属于暖温带半湿润季风气候区，年平均13℃，年平均降水量697mm，无霜期平均195 天；供试土壤为棕壤，种植作物为玉米。播种前取0~20cm 耕层土壤，测定其基础土壤性质，结果见表1。
表1试验地耕层土壤基础性质
Table1 Agrochemical characters of the soil tillage layer
有机质
（gkg1）
全氮
（gkg1）
速效磷
（mgkg1）
速效钾
（mkg1）
碱解氮
（mkg1）
pH
容重
(gcm3)
16.47
0.69
89.21
96.29
60.29
5.93
1.56
1．2 供试材料性质
生物质炭购买于河南省三利新能源有限公司，小麦秸秆在350~550℃高温热解后的固体产物,基本性质见表2。
表2 生物质炭和炭基复合肥的基本特性
Table 2 Basic properties of the biochar
pH
(H2O)
SOC
(gkg1)
全氮
(gkg1)
速效磷
(gkg1)
容重
(gcm?3)
表面积
( m2g?1)
离子交换量(cmolkg1)
10.4
467
5.9
55.18
0.65
8.92
20.8
1．3 试验设计
试验地种植作物为玉米，两年试验均选用玉米品种为郑单958，种植密度600000株hm2，行距60cm。2011、2012 年分别于6 月17 日、6 月15 日播种，足墒播种，全生育期无人工灌溉，田间管理一致，按高产田水平进行管理，分别于10 月9 日、10 月6 日收获。生物质炭的用量为：0，20，40 thm2（分别记为C0，C20，C40）。过磷酸钙(P2O5：90 kghm2）和硫酸钾(K2O: 180 kghm2)用于基肥，尿素(N: 225 kghm2)用于追肥，其中40%用于拔节肥，60%用于大口期肥。在2011 年播种前把生物质炭翻耕到土壤里后耙平使之与土壤混匀。小区面积24 m2（4 m×6 m），随机区组设计，每个处理三个重复，共9个小区。
1．4 土壤样品采集和分析
土壤样品采自玉米之后耕层土壤(0~20cm)荷兰Eijkelkamp 公司生产的不锈钢铲采集。采用混合样品采样法，每个小区分别随机采取3 个样品，野外混匀，一部分土样风干后用于测定有机碳和全氮含量，一部分新鲜土样用于团聚体分级。
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