CN109168397A

CN109168397A - 一种生物炭改良盐渍土方法

Info

Publication number: CN109168397A
Application number: CN201811255181.7A
Authority: CN
Inventors: 曾路生; 宋祥云; 于桂玲; 崔德杰
Original assignee: Qingdao Agricultural University
Current assignee: Qingdao Agricultural University
Priority date: 2018-10-26
Filing date: 2018-10-26
Publication date: 2019-01-11

Abstract

本发明公开了一种生物炭改良盐渍土方法，在种植盐渍土中加入生物炭，进行常规施肥，添加硫酸钙。常规施肥按照基肥为N：P₂O₅：K₂O＝15:15:15的复合肥。复合肥750kg/hm²,追肥尿素为225kg/hm²，硝化抑制剂按N总量的7‰加入，生物炭处理为4500kg/hm²，硫酸钙为7500kg/hm²。添加剂与土壤充分混匀，施入基肥。本发明的有益效果是与常规施肥比较，生物炭各处理促进了小白菜和棉花的生长，同时改善了盐渍土壤的部分理化性质。

Description

一种生物炭改良盐渍土方法

技术领域

本发明属于土壤改良技术领域，涉及生物炭改良盐渍土对小白菜和棉花生长及光合作用的影响。

背景技术

当前，我国的盐碱土地面积达到9913万hm²，土壤盐渍化已成为土壤环境的重点难题。盐碱地不利于作物的生长发育，影响植物的养分吸收，导致作物生长衰退，甚至脱水枯死。土壤盐渍化还致使大量低产田出现，使土壤资源难以利用，农业综合产能下降，严重影响农业生产和农民生活水平。目前土壤盐渍化仍是限制我国农林业发展的主要障碍之一。当今世界土地不断退化，可利用淡水资源的匮乏，也促使了人们对盐碱地开发、修复与利用，从而扩大耕地面积，增加粮食产量，改善生态环境，提高人民的生活水平。生物炭是由生物质在绝氧或者厌氧的条件下热解，生成含有足够间隙、高含碳量和高热值而无污染的固体生物燃料。在土壤中施加生物炭不仅能修复被污染的土壤、减少污染物的危害，还具有改善土壤质量，使作物增产等方面的潜能。除此之外，在生物质能的获取和碳排放贸易等方面，生物炭发挥着举足轻重的作用。相关实验解析生物炭不仅能推快作物的生长发育的历程，而且作为一种土壤改良剂能够固持土壤养分，改善土壤理化性质，提高土地生产力。生物炭中的有机大分子和空隙结构，在施入土壤后易产生大的团聚体，增加对养分离子的吸附和保持，特别是对NH₄ ⁺有很强的吸附作用。目前，生物炭已普及于固碳减排、改良土壤、吸附重金属、净化水源等方面，在一定程度上为气候变化、环境污染及土壤功能退化等问题提供了解决措施，对实现农业可持续发展具有重要意义。但是，由于盐碱土壤的pH值较高并含有较多水溶性盐类，影响土壤性质和作物生长，使用生物炭修复盐碱土壤的效果还尚未可知。且有学者认为，同一种生物炭施用于种类不同的农作物对收成效益的影响有差异。故针对盐渍土壤理化性质差、肥料利用率低和作物长势弱等问题，本研究通过设置盆栽试验，探究不同配方的生物炭处理对小白菜和棉花生长及光合作用的影响,旨在为生物炭应用于土壤改良提供科学的理论依据。

发明内容

本发明的目的在于提供一种生物炭改良盐渍土方法，本发明的有益效果是与常规施肥比较，生物炭各处理促进了小白菜和棉花的生长；同时改善了盐渍土壤的部分理化性质。

本发明所采用的技术方案是在种植盐渍土中加入生物炭。

进一步，在种植盐渍土中加入生物炭，进行常规施肥，添加硫酸钙。

进一步，常规施肥按照基肥为N：P₂O₅：K₂O＝15:15:15的复合肥。

进一步，复合肥750kg/hm²,追肥尿素为225kg/hm²，硝化抑制剂按N总量的7‰加入，生物炭处理为4500kg/hm²，硫酸钙为7500kg/hm²。添加剂与土壤充分混匀，施入基肥。

附图说明

图1是不同生物炭处理对小白菜叶绿素的影响；

图2是不同生物炭处理对小白菜光合参数的影响；

图3是不同生物炭处理对小白菜光谱特征的影响；

图4是不同生物炭处理对棉花叶绿素、丙二醛和过氧化氢酶活性的影响。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。

1材料与方法

1.1试验材料

供试作物为棉花(鲁棉11号，山东省棉花研究中心育成)和小白菜(青岛市蔬苗林公司)。

供试土壤采自山东省东营市河口区盐渍土壤。选择有代表性地块，走“S”型路线，多点采取0～20cm土壤，样品充分混匀，自然风干后过2mm筛备用。

试验中所需生物炭由木材为原材料烧制而成，硝化抑制剂由中科院沈阳生态所研发提供，硫酸钙为试剂公司购买。

1.2试验设计

盆栽试验于2017年4月至9月在青岛农业大学资源与环境学院实验场进行。风干过筛的土样充分混合后，分别称取6.0kg，置于口径30cm、底径20cm、高20cm的塑料盆中，调节土壤的含水量为田间持水量的65％。

设置5个不同处理：不施肥的对照(CK0)、常规施肥(CK)、常规施肥+生物炭(C1)、常规施肥+生物炭+硝化抑制剂(C2)、常规施肥+生物炭+硫酸钙(C3)。常规施肥按照基肥为N：P₂O₅：K₂O＝15:15:15的复合肥750kg/hm²,追肥尿素为225kg/hm²。硝化抑制剂按N总量的7‰加入，生物炭处理为4500kg/hm²，硫酸钙为7500kg/hm²。添加剂与土壤充分混匀，施入基肥。

种子采用直播，小白菜每盆15粒，棉花每盆4粒，常规管理。作物生长旺盛期时，分析测定植株的生长指标和生化指标。收获期，用土壤刀采集盆栽中间的土样，用以分析土壤有机质、碱解氮、速效钾、速效磷、pH等指标的变化。

1.3项目测定

(1)植物SPAD值采用日产SPAD-520型叶绿素仪进行测定；MDA含量采用TBA法测定；CAT活性采用滴定法测定。

(2)作物光合作用参数，选择晴天、少云的天气，利用美国汉莎公司生产的CIRAD-3仪器测定。叶绿素荧光参数，采用美国汉莎公司生产的M-PEA仪器测定；冠层光谱：采用北京爱万提斯生产的，在作物旺盛期，采集不同处理的作物冠层光谱。测量时，选择晴朗、无风、少云天气，测量时间为11:00-14:00，每次测量时采用白板进行校正。

(3)土壤理化性质采用常规分析方法。土壤有机质采用重铬酸钾容量法—外加热法；碱解氮采用碱解扩散法；速效磷，采用0.5mol/L NaHCO₃浸提——钼锑抗比色法测定；速效钾采用1M醋酸铵浸提——火焰光度计法测定；土壤pH值采用电位测定法；电导率采用电导仪法测定。

1.4数据处理

试验数据应用Excel 2003、DPS软件进行分析和统计，用LSD法进行差异显著性分析。

2结果与分析

2.1生物炭改良盐渍土对小白菜生长指标的影响

表1不同生物炭处理对小白菜生长指标的影响

注：表中同列数据后的小写字母表示差异显著(α＝0.05)，表2-4同。

表1分析可知，与常规施肥的CK比较，不施肥处理的小白菜株高、株重、根长、根体积、叶宽等指标都要更小，说明肥料是作物生长的营养条件，合理施肥可促进作物增产。在常规施肥基础上，添加生物炭的三个处理都促进了小白菜生长指标的增加。其中，生物炭与硫酸钙共同改良的C3处理效果更好，小白菜的株高和株重分布增加了32.7％和112.0％，根体积和叶宽分布增加了50.0％和20.3％。

2.2生物炭改良盐渍土对小白菜叶绿素含量的影响

图1中图表上方不同字母表示处理间差异显著(α＝0.05)，图2-4同。图1表明，与常规施肥比较，不施肥处理的叶绿素含量更低，而添加生物炭的处理都具有较高的叶绿素含量，C1、C2和C3处理分别比常规施肥增加了29.9％、35.2％和45.5％，且与常规施肥处理具有显著差异。

2.3生物炭改良盐渍土对小白菜光合作用的影响

图2分析可知，与常规施肥比较，没有施肥的CK0胞间CO₂浓度(Ci)更高，说明光合作用强度更弱，而生物炭各个处理胞间CO₂浓度整体更低，说明光合作用强度更强。经生物炭三个处理净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)和蒸腾速率(Tr)都比常规施肥更低。特别是在常规施肥基础上，生物炭与硫酸钙共同处理的C3具有更低值。与常规施肥比较，C3处理的净光合速率上升了32.9％，胞间CO₂浓度、气孔导度和蒸腾速率分别下降了15.0％、68.4％和59.2％。

植物的胞间CO₂的利用率随着净光合速率的增长而提高，致使其浓度也相应的降低；植物蒸腾系数与植物水分利用率呈反比关系，植物蒸腾系数越低，植物水分利用率就越高。通常情况下，气孔导度指数随着净光合速率的增长而降低，但在测光合作用速率时如果受到环境和温度的影响，或是由于作物的蒸腾作用过强，为使作物自身不受到伤害护卫细胞使气孔导度减小，用来减小蒸腾作用。2.4生物炭改良盐渍土对小白菜光谱特征的影响

如图3所示，在不同的处理下，小白菜叶片光谱的反射率也存在着差异性。试验中小白菜叶片的光谱反射率的变化趋向大概相同，都在波长500nm的蓝光处和680nm的红光处因为叶绿素的强吸收出现两个反射谷的现象。而在波长550nm左右由于叶绿素的强反射产生了时形成一个反射峰。在可见光波段(350-750nm)的反射率大小为：C3>C2>CK>CK0>C1，各处理差异较小。反射率大小与叶绿素含量密切相关，反射率在750nm左右达到最大。由于叶片内部的组织结构多次的反射和散射导致在760～950nm波段内形成近红外反射平台，在此波段内反射率越高，表明叶片内部的组织结构越完好。在近红外波段(760nm-1050nm)内的平均反射率大小为：C3>C2>CK>C1>CK0，且差异明显，特别是C3处理反射率最高，叶片组织更完好。

2.5生物炭改良盐渍土对棉花生长指标的影响

表2分析可以看出，与小白菜试验相似，以常规施肥做比较，不同配方的生物炭处理对棉花的株高、株重、根长和叶面积都有一定的促进作用。其中，生物炭与硫酸钙共同改良盐渍土壤的C3处理具有更好的改良效果，棉花的株高、株重、根长和叶面积分别增加了17.2％、54.2％、42.5％和61.3％。其次，生物炭与硝化抑制剂组合的C2处理，也具有较好的改良效果。

表2不同生物炭处理对棉花生长指标的影响

2.6生物炭对棉花叶绿素、丙二醛和过氧化氢酶活性的影响

分析图4可知，与常规施肥相比，不同配方的生物炭处理措施显著地增加了棉花叶绿素的含量。其中，C1、C2和C3处理分别增加19.09％、11.51％和15.07％。降低了棉花叶片中丙二醛含量和过氧化氢酶的活性，其中，C3处理效果更好，丙二醛含量和过氧化氢酶的活性分别降低了74.2％和49.1％。

2.7生物炭对棉花光合作用的影响

表3不同生物炭处理对棉花光合参数的影响

表3数据分析可知，与常规施肥的CK相比，添加生物炭的C1、C2和C3处理棉花叶片中细胞间隙CO₂浓度分别降低了6.1％、26.4％和18.4％，而水分利用率分别提高了20.0％、40.0％、33.3％。在试验中，生物炭与硝化抑制剂和硫酸钙组合的C2和C3处理都表现出好的运用效果。

2.8生物炭对植棉土壤理化性质的影响

表4不同生物炭处理对植棉土壤理化性质的影响

由于棉花生长时间较长，试验处理对土壤理化性质影响更大。分析表4可知，与常规施肥的CK相比，添加生物炭的各个处理对土壤理化性质的变化产生了一定的影响。其中，对土壤有机质的增加幅度更明显，C1、C2和C3处理分别增加55.5％、57.3％和53.6％。其次，较显著的增加了土壤速效磷和碱解氮含量；对土壤速效钾和土壤pH值影响不大，C3处理对土壤电导率有较明显的提高，比CK提高了39.7％。

3讨论与结论

利用生物炭改良土壤，能够吸附土壤中的水和养分，延迟释放，减弱其在土壤中的迁移与转化，从而提高土壤氮、磷养分的有效性，促进作物的养分吸收。另外，生物炭中含有的N、P、K等元素能作为养分供应源为作物的生长发育过程提供必需的养分。本发明揭示了常规施肥加生物炭处理与CK0相比显著增加了小白菜和棉花的株高、株重、根长，分别提高了86.02％、362.26％、33.74％和91.87％、125.73％、66.89％。对于植物的生长指标而言，常规施肥直接加入生物炭的施用效果好于其他处理。

叶绿素是衡量作物光合能力的重要指标，对光合机构捕获光能有重要作用。叶绿素含量的升高可以提高作物的光能利用率，从而提高光合速率。小白菜的生物量主要由株重和叶片反应，故对小白菜而言，叶片的影响明显大于根，并且棉花产量形成的重要“源”器官也是叶，所以叶绿素含量尤为重要。本研究发现，小白菜的生物炭组的叶绿素含量和CK0相比，分别增加29.90％、35.19％和45.50％。棉花的C1与C3处理极显著的增加了植物叶片内叶绿素的含量，分别增加19.09％和15.07％，C2处理对植物叶片内叶绿素的积累也达到了显著的效果，比常规施肥显著增加11.51％。另外，不同处理下小白菜的光谱数据在550nm的平均反射率增大，说明小白菜叶片中的叶绿素含量上升，在近红外波段(750-1100nm)反射率为：C3>C2>CK>C1>CK0，而近红外波段的反射率主要反映叶片细胞的结构，反射率较高，作物的内部结构也相对较好。因此，生物炭可以提高植物叶绿素含量，保持完好的叶片组织。

据报道，肥料添加剂处理使甘薯的光合参数上升，其中添加聚氨酸添加剂可以使胞间CO₂浓度和蒸腾速率最高，聚氨酸添加剂+抑制剂处理可以使净光合速率和气孔导度最高。本研究发现，在小白菜试验中，C3处理的净光合速率、气孔导度分别下降了57.1％和68.4％。在棉花试验中，与常规施肥的CK相比，添加生物炭的C1、C2和C3处理棉花叶片胞间CO₂浓度分别降低了6.1％、26.4％和18.4％，而水分利用率分别提高了20.0％、40.0％、33.3％，故对棉花的光合参数而言，生物炭与硝化抑制剂组合的C2处理表现出更好的运用效果。

土壤中施入生物炭，提高了有机质的含量，促进土壤团粒结构的形成，改善土壤质地，推进作物根系生长的进程。在土壤中同时加入硝化抑制剂，降低了土壤的pH，诱导碳酸盐等溶解而影响到土壤的电导率，从而对植物生长有益。生物炭可以刺激有机氮矿化并促进微生物呼吸和腐殖质矿化，且由于生物炭对磷有一定的吸附和解吸能力，施入土壤后也可以影响土壤对磷的吸附和解吸。与常规施肥处理作比较，添加生物炭对土壤养分含量的提高和物理性质的改善效果显著。对于植棉土壤，C3处理显著增加碱解氮和速效磷的含量，与常规施肥相比分别提高36.1％和56.0％，而对土壤速效钾和pH值影响较小。把硫酸钙加到盐渍土中，土壤胶体会在Ca²⁺作用下重新凝聚，土壤的孔隙度更大，气体在交换过程中很畅通，会减弱根系生长的机械阻力。生物炭与硫酸钙混施对提高土壤碱解氮和速效磷的效果最好。

综上所述，常规施肥与生物炭、硫酸钙组合的C3处理效果最优，可以显著增加植株的株高、株重、叶宽、根体积和叶绿素的含量，扩大光合面积并提高光能利用率；能有效降低丙二醛含量和过氧化氢酶的活性，提高抗逆性，减少损伤程度，延缓植株衰老；可以增强小白菜和棉花对CO₂的吸收能力，在高温条件下降低叶片的气孔导度和蒸腾速率，提高水分利用率；还能有效提高土壤有机质、碱解氮和有效磷的含量，增强土壤电导率。

以上所述仅是对本发明的较佳实施方式而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims

1.一种生物炭改良盐渍土方法，其特征在于：在种植盐渍土中加入生物炭。

2.按照权利要求1所述一种生物炭改良盐渍土方法，其特征在于：所述在种植盐渍土中加入生物炭，进行常规施肥，添加硫酸钙。

3.按照权利要求1所述一种生物炭改良盐渍土方法，其特征在于：所述常规施肥按照基肥为N：P₂O₅：K₂O＝15:15:15的复合肥。

4.按照权利要求3所述一种生物炭改良盐渍土方法，其特征在于：所述复合肥750kg/hm²,追肥尿素为225kg/hm²，硝化抑制剂按N总量的7‰加入，生物炭处理为4500kg/hm²，硫酸钙为7500kg/hm²。添加剂与土壤充分混匀，施入基肥。