【不同比例生物炭施加下对土壤的影响分析4800字】

不同比例生物炭施加下对土壤的影响分析目录TOC\o"1-3"\h\u18560不同比例生物炭施加下对土壤的影响分析 1269851.1土壤粒径 1234891.2土壤盐度 3104811.3土壤pH值 4108521.4土壤有机质含量 6107391.5土壤全氮含量 788981.6土壤全磷含量 821321.7土壤过氧化氢酶活性 101.1土壤粒径土壤颗粒是土壤固相的主要组成部分，其颗粒直径大小对土壤理化性状及肥力有较大的影响。通过土壤颗粒分析，测定各粒级所占的百分含量，可以确定其土壤质地。本项目采用国际制土壤质地分类，其砂粒（2-0.02mm）、粉粒（0.02-0.002mm）、黏粒（<0.002mm）三粒组含量的比例结果具体如图3-图5所示。图3不同实验处理区域的土壤黏粒累积分布比较Fig.3Comparisonofthecumulativedistributionofsoilclayindifferentexperimentaltreatmentareas注：ns表示各组土壤参数没有显著差异，LSD法。图4不同实验处理区域的土壤粉粒累积分布比较Fig.4Comparisonofthecumulativedistributionofsoilsiltindifferentexperimentaltreatmentareas注：ns表示各组土壤参数没有显著差异，LSD法。图5不同实验处理区域的土壤砂粒累积分布比较Fig.5Comparisonofthecumulativedistributionofsoilsandindifferentexperimentaltreatmentareas注：ns表示各组土壤参数没有显著差异，LSD法。结果显示，所有土样的黏粒含量比例均在0-15%之间，粉粒含量比例均在45%-100%之间，砂粒含量比例均在0-55%之间，根据国际制土壤质地分类表，所有土样均为壤土类中的粉砂质土壤，无论是施加生物炭还是增加盐雾沉降倍数，其类别并没有发生变化。壤土兼具砂土和黏土的优势，粒间孔隙适中，内部排水通畅，含养分较丰富，具有保肥保湿的特点。加入不同比例生物炭后，根据图像可以发现一定的趋势：即施加了生物炭的土壤黏粒与粉粒的含量比例会下降，而砂粒含量比例则呈上升趋势，但是经过各粒级所占的百分含量没有显著性差异，因为生物炭本身疏松多孔，在短时间内降低土壤团聚的破坏率（PAD），而且水稻秸秆经微生物氧化分解后所得到的纤维素，腐殖酸，多糖，木质素，具有粘结土粒的能力[41]，在生物炭与对土壤充分融合之后，可一定程度提高土粒的粒径，并促进土壤形成大团粒结构，增加团聚体的数量[42]。1.2土壤盐度电导率（EC值）是指单位距离内溶液导电能力的大小，在基质中表示可溶性盐的含量，又称盐度或离子浓度。通常来说，EC值越高，表明土壤可溶性盐离子的浓度就越大，这样有可能形成反渗透压，将土壤中的水分置换出来，不利于种植植被的正常生长，使其丧失吸收水分和营养的能力。在施加不同比例的生物炭和进行盐雾沉降后，实验结果如图6所示。图6不同实验处理区域的土壤盐度比较Fig.6Comparisonofthesoilsalinityindifferentexperimentaltreatmentareas注：不同小写字母表示土壤参数在不同的生物炭添加处理组之间p=.05水平上差异显著，ns表示组内土壤参数没有显著差异，LSD法。结果显示，当盐雾沉降倍数逐步增加时，土壤盐度也随之升高，根据饱和浸出液EC与土壤盐渍化对应程度关系（非盐渍化土壤：0-2mS·cm-1；盐渍化土壤：2-4mS·cm-1）可得，1倍及2倍的盐雾沉降会使得土壤盐渍化，而0.5倍盐雾沉降虽然暂不会使得土壤盐渍化，但其土壤盐度也有显著性上升，这是因为只施加盐水后，由于土壤毛细管作用，土壤水分总是向上移动蒸发，这样就导致盐分在表面积聚，导致了土壤的盐渍化。而施加了水稻秸秆生物炭之后，对于0.5倍盐雾沉降的土壤，施加3%的生物炭会使得其土壤盐度显著下降；对于1倍的盐雾沉降的土壤，则施加1%的生物炭会使其显著下降，但在其他情况下施加生物炭则无显著效果。研究表明，施加生物炭能有效地削减土壤的蒸发强度，减少表层土壤的返盐作用[43]。同时，生物炭对土壤固相和液相间的阳离子相互交换过程具有一定影响，水稻秸秆生物炭由于具有粒径大和孔隙度大等物理性状，可将土壤中的Na+吸附于其表面[44]，在水中电离出的Mg2+、Ca2+等离子能置换出土壤中大量的Na+[45]，从而降低了土壤的盐度。1.3土壤pH值土壤酸碱度是土壤重要的化学性质，它直接影响土壤养分的存在状态、转化和有效性，对作物生长和土壤微生物活动也有影响。本项目测定的土壤pH值如图7所示。图7不同实验处理区域的土壤pH值比较Fig.7ComparisonofthesoilpHvalueindifferentexperimentaltreatmentareas注：不同小写字母表示土壤参数在不同的生物炭添加处理组之间p=.05水平上差异显著，ns表示组内土壤参数没有显著差异，LSD法。在试验条件下，土壤pH值显著提高，1倍盐雾沉降下的土壤pH值为6.81，比空白对照组的pH值升高0.1，并没有达到轻度盐碱土的最低标准，因此可以推测，盐雾沉降影响下的蓄能电站选址区域的土壤并没有盐碱化。但需要注意的是，在2倍盐雾沉降下，土壤pH值上升到7.07，因此如果不加以防治，土壤pH值将有可能不断上升。施加不同比例的生物炭后，不同盐雾沉降倍数的土壤pH值呈现不同变化趋势，但整体而言，施加质量比例为1%的生物炭后土壤pH值均降低；但随着施加生物炭的比例增加，空白对照与0.5倍盐雾沉降的土壤pH值继续下降，但1倍与2倍盐雾沉降的土壤pH值则显著上升，其中1倍盐雾沉降倍数的土壤在施加3%生物炭后的土壤pH值超过了同组没有施加生物炭的土壤。水稻秸秆生物炭能使得土壤pH值下降的原因，一方面是因为水稻秸秆本身含有多种植物有机酸[46]，在350℃的热解温度下，本项目测得的水稻秸秆生物炭的pH值为6.73，原料本身呈酸性。在该温度段生产的生物炭酸性官能团含量（3.70mmol·g-1）显著多于碱性官能团含量（1.65mmol·g-1），酚羟基含量也达到3.10mmol·g-1的水平[40]，这些酸性官能团可以通过螯合吸附作用有效降低土壤pH值[47]。此外，生物炭还含腐殖酸等酸性物质，在分解后释放出有机酸，与土壤中的碳酸盐进行中和反应，从而降低土壤pH值[38]。值得注意的是，当生物炭施加量加大时，土壤pH值从原先的下降转为上升，这可能是因为生物炭自身就含有一定的盐分，生物炭中可溶性矿物质（例如K，Na氧化物）的逐步水解，随着施加量的加大，盐含量也在逐渐累积，从而掩盖了其改良效果[94]。1.4土壤有机质含量测定土壤有机质含量的多少，在一定程度上可说明土壤的肥沃程度，以及指示土壤物理结构的状况。在施加不同质量比例的生物炭和不同程度的盐雾沉降后，土壤有机质含量发生了显著的变化（图8）。图8不同实验处理区域的土壤有机质含量比较Fig.8Comparisonofthesoilorganicmatterindifferentexperimentaltreatmentareas注：不同小写字母表示土壤参数在p=.05水平上差异显著，LSD法。在不施加生物炭的情况下，不同倍数盐雾沉降的土壤有机质含量并没有发生显著的变化，说明在较短的试验周期内，盐雾沉降的影响还没在土壤有机质含量上体现。一般来说，土壤过高的盐分会因为渗透压作用对植物和微生物造成毒害[48]；对土壤微生物的生物量、基层土呼吸能力等活性有显著负面影响；土壤中微生物细胞外环境的渗透压提高，微生物会因为失去水分死亡；表层土壤中的表面盐碱化可能会严重影响微生物介导的过程，这些过程使得土壤中微生物的整体活性降低，导致有机物分解、营养矿化和释放速率降低[49]，减缓了有机底物的转化，对有机物降解过程[95]造成负面影响，因此矿化损失的有机质含量减少，土壤中的碳固持能力提升，有机质将得到保存。本项目中，在施加盐雾沉降的情况下，土壤有机质含量有呈略微上升趋势，因为损失的有机质含量下降，保存的有机质含量较多。施加生物炭后，不同倍数的盐雾沉降处理组间土壤有机质含量没有显著差异，而添加不同当量的生物炭后土壤有机质含量都有显著的提升，且随着生物炭的质量比例上升而显著提高，这表明水稻秸秆生物炭可以有效增加土壤有机质含量[50,51]。一方面是因为水稻秸秆生物炭本身就含有纤维素、半纤维素、木质素等含C物质[40]，由于土壤微生物的生长和酶产量同时增加[97]，以及土壤中的粘土矿物和氧化物[98]，可以推动生物炭的分解，产生有机碳；另一方面，生物炭有助于土壤腐殖质的形成[52]，生物炭的存在导致有机物质更快速地并入土壤有机——矿质复合体成分中，并通过长期积累、转化和分解效应促进土壤有机质和土壤肥力的提高。此外也有研究表明生物炭在土壤中，经过一段时间会与土壤相互作用产生具有一定合成调节作用的腐殖化有机物，酸性功能团大量游离[99]，与土壤物质接触后，与粘土颗粒表面的中性多价阳离子（Ca2+、Mg2+、Al3+）迅速反应，形成强腐殖——多价金属——粘土复合物[100]，促进土壤聚集，其高度稳定的分子结构[101]；同时，腐殖物质的的疏水官能团朝向土壤颗粒外侧，从而增加了土壤固液界面力。进一步提高了土壤的拒水性，从而防止盐水的渗透，通过这样的方式增加了土壤有机质的稳定性，减少土壤有机质的消耗[53]。因此，从总体上，生物炭的添加，对土壤有机质的影响存在“开源节流”的效果，并且随着添加当量的增加而显著增加。1.5土壤全氮含量在不同倍数的盐雾沉降以及施加不同质量比例的水稻秸秆生物炭后，各土壤的全氮含量具体如图9所示。图9不同实验处理区域的土壤全氮含量分布比较Fig.9Comparisonofthetotalnitrogenindifferentexperimentaltreatmentareas注：不同小写字母表示土壤参数在p=.05水平上差异显著，LSD法。在不施加生物炭的情况下，盐雾沉降并不显著影响土壤的全氮含量，未出现一般情况下的盐碱化导致土壤全氮含量下降的趋势[54]。在施加水稻秸秆生物炭后，不同倍数盐雾沉降下的土壤的全氮含量都随着生物炭质量比例的增加而显著上升，这表明，水稻秸秆生物炭有利于促进土壤氮含量的提升，提升幅度达到17.8%~32.8%。土壤全氮含量显著升高。生物炭可以提高土壤孔隙，促进了土壤保留养分的能力，与此同时也减弱了微生物厌氧条件下的反硝化作用[55]，随着生物炭的添加，丛枝菌根真菌（AMF）的丰度下降[102]，AMF促进了土壤氮的固定，提升了F/B比率（Fungi/Bacteria）[103]。研究表明，较高的F/B表明较低的硝酸盐淋失；与此同时，因为生物炭具有较大的比表面积，通过提高土壤对NH4+的吸附能力和转换能力[57]，从而增加了对氮素的吸收能力[104]，也减少了硝酸盐的淋失[56]。1.6土壤全磷含量土壤磷元素的自然来源主要是岩石矿物的风化，逐渐成为土壤中的养分元素[52]。与C、N元素一样，土壤中磷元素的含量受地形、气候、土壤风化程度、植被覆盖、微生物等因素影响，在施加了不同质量比例的生物炭后，土壤全磷含量变化状况如图10所示。图10不同实验处理区域的土壤全磷含量比较Fig.10Comparisonofthetotalphosphorusindifferentexperimentaltreatmentareas注：不同小写字母表示土壤参数在p=.05水平上差异显著，LSD法。在施加水稻秸秆生物炭和盐雾沉降条件下，土壤全磷含量在1.23~1.53g·kg-1之间波动，在不施加生物炭的情况下，盐雾沉降倍数达到两倍时，其土壤全磷含量下降，这表明，土壤盐碱化会由于淋洗作用，导致土壤磷损失。通常来说，磷磷以不溶性无机化合物的形式迅速被吸附在土壤表面，或很容易吸附在铁、铝和钙沉淀在土壤中，这最大限度地减少了磷迁移的可能性，可溶性的PO43-在地表流和径流中的损失往往很低PAGEREF_Ref32381\h[93]。然而如果过量施用盐分，吸附在土壤上的

PO43-也会转化为PO33-，并转移到地下水中。而在施加生物炭后，各组的全磷含量并没有显著性差异，这是由于本试验周期较短，虽然生物炭的磷含量较高[54]，但是对磷元素的补充不明显，这也说明了磷元素存在限制状况。但也有研究表明，施加类似于生物炭的外源磷素，可以促进土壤中微生物活动，增加土壤中磷元素转化的有效性，能进一步促进土壤全磷含量[58]。此外，土壤全磷含量也受如Ca2-P、Fe-P、Al-P及Ca8-P无机磷[59]、形态磷[