生物炭施用对滨海盐碱土速效养分和酶活性的影响

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摘要：【目的】探讨添加不同量生物炭对滨海盐碱土的改良效果，为滨海盐碱地土壤改良和培肥提供新思路。【方法】选取滨海轻度盐碱化土壤为供试基质，油菜为供试植物，通过温室大棚盆栽试验，研究不同生物炭施入量[0（对照）、5、10、20、30和40 g/kg]对土壤pH、有机碳和速效养分含量及土壤酶活性的影响。【结果】土壤pH、有机碳、碱解氮和速效钾含量均随生物炭施入量的增加而增加，生物炭施入量小于20 g/kg时，土壤有机碳和速效养分含量增速较快，当生物炭施入量大于20 g/kg时增速减缓;土壤速效磷含量在生物炭施入量为20 g/kg时达最大值，比对照高78.1%。土壤脲酶活性随生物炭施入量的增加而升高，在生物炭施入量为40 g/kg时达最大值;碱性磷酸酶和蔗糖酶活性随生物炭施入量的增加呈先升高后降低的变化趋势，在生物炭施入量为20 g/kg时达最大值，分别比对照高42.9%和142.8%;土壤蛋白酶活性在生物炭施入量为30 g/kg时达最大值，比對照高80.1%。【结论】生物炭施用可增加盐碱地土壤中有机碳和速效养分含量及酶活性，以施入量为20 g/kg的效果最佳，可作为一种改良剂用于盐碱地复垦和生态重建，但在施用过程中需注意其对土壤pH的影响。

关键词： 滨海盐碱土;生物炭;有机碳;速效养分;土壤酶活性

0 引言

【研究意义】土壤盐碱化是一个世界性问题，盐碱化过程会显著影响土壤的理化性质、微生物种类及植物生长。根据第二次全国普查资料统计（全国土壤普查办公室，1998），我国盐碱化土壤总面积约3600万ha，而滨海盐碱土面积约31万ha，占海岸带土地总面积的27.45%，在天津、江苏东部、黄河三角洲等地区，盐碱面积甚至与当地耕地面积相当。滨海盐碱土不仅表层积盐重，心土层的盐含量也很髙，土壤盐分组成与海水基本一致，氯化物占绝对优势（王合云等，2015）。天津地处渤海湾西岸，盐碱化土地总面积为49300 ha，占天津市土地总面积的41.4%，己超过耕地面积（王秀丽等，2013）。生物炭作为一种有效的土壤改良材料，具有改善土壤理化性状、增加通气性、提高土壤持水力、固存矿质养分和促进植物对土壤养分吸收利用等功能。施用生物炭能通过吸附作用有效降低土壤养分淋溶（Feng et al.，2012），提高土壤肥力（陈温福等，2014）。因此，探讨生物炭施用对滨海盐碱土速效养分和酶活性的影响，对有效利用滨海盐碱土缓解日益紧张的土地资源缺乏问题、极大缓解农业用地压力及保障粮食安全具有重要现实意义。【前人研究进展】至今，国内外众多学者已针对滨海盐碱地改良开展了一系列相关研究，主要采用物理、化学和生物修复3种改良措施。物理方法包括台地降水、开沟洗盐、地下隔离、地上覆盖等技术（张乐等，2017;田冬等，2018）;化学修复主要通过含钙物质、酸性物质、黄铁矿和脱硫石膏等物质来改良盐碱土（刘云和孙书洪，2014）。但物理和化学技术成本较高，且元素仍保留在土壤中，易形成二次污染再度危害植物，加之我国滨海地区积盐和脱盐具有反复性，使得物理和化学修复技术缺乏可持续性。Ferguson和Nowak（2011）研究发现，利用盐地碱蓬、滨黎、田菁和防护林等对滨海盐碱土进行生物修复，可改善盐碱土性状，降低土壤盐度，提高土壤肥力，达到压盐目的。生物炭对氮磷等矿质养分具有很强的吸附能力（Steiner et al.，2007），同时能通过解析作用缓慢释放养分提高养分利用效率（Zhang et al.，2015）。生物炭对贫瘠土壤的改良效果明显，主要得益于其本身富含有机碳和矿质元素，以及其独特的结构特征（Crane-Droesch et al.，2013）。生物炭的孔隙结构及水肥吸附作用可为土壤微生物提供良好的栖息环境，其中对菌根真菌作用较显著（何绪生等，2011）;生物炭还可通过激发效应加速土壤有机质分解释放，提高微生物活性，促进腐殖质分解，从而影响土壤微生物群落结构多样性（Rousk et al.，2013）和丰度（Gul et al.，2015）。此外，生物炭对重金属污染土壤（李洪达等，2018）、酸性土壤（逄玉万等，2018）、矿尾砂地（熊荟菁等，2018）和滩涂（张继宁等，2018）等均具有一定的修复功能。【本研究切入点】尽管生物炭在退化土壤改良和培肥中具有一定的应用潜力，但其在滨海盐碱地治理中的应用报道较少。【拟解决的关键问题】在前期研究的基础上，以油菜为供试植物，以玉米秸秆高温热解后产生的生物炭为碳源，通过盆栽试验，研究施加不同量生物炭对土壤速效养分和土壤酶活性的影响，探讨生物炭对滨海盐碱地的改良效果，为滨海盐碱地土壤改良和培肥提供新思路。

1 材料与方法

1. 1 试验材料

供试土壤采自天津市西青区某温室大棚，过筛去除杂质待用。供试土壤的基本理化性状：pH 8.51，盐含量0.17%，有机碳16.8 g/kg，凯氏氮43.2 g/kg，速效磷15.6 g/kg。油菜种子由天津市科润蔬菜研究所提供，生物炭由陕西亿鑫生物能源科技开发有限公司提供，生物炭在450 ℃下热裂解，其pH为9.01，比重0.85 g/cm3，灰分含量12.76%，碳含量79.66%。

1. 2 试验方法

试验于2017年9月在天津市农业科学院温室大棚内进行，大棚内日平均温度22 ℃，湿度维持在80%左右。采用盆栽土培试验，设6个处理，即分别施入0（对照）、5、10、20、30和40 g/kg生物炭，每处理重复3次。栽种油菜的塑料盆规格：盆口直径×盆底直径×盆高=18 cm×14 cm×22 cm，将3 kg供试土壤和35 g有机肥充分混匀，装盆，种植油菜前，浇水至最大持水量，水分平衡1 d后，将油菜种子均匀播种于土壤中，每盆播种15粒，出苗6 d后间苗，使每处理保留大小一致的油菜5株，按照常规浇水灌溉，使水含率维持在75%左右，60 d后分别采集油菜根际土壤，风干，研磨过1 mm筛，用于测定土壤养分含量和酶活性。