改性棉秆炭对新疆灰漠土氮肥氨挥发特征的影响.pdf

新疆农业科学():./.改性棉秆炭对新疆灰漠土氮肥氨挥发特征的影响朱玉洁林 玲唐光木张云舒徐万里(新疆农业大学资源与环境学院乌鲁木齐.新疆农业科学院土壤肥料与农业节水研究所/农业农村部盐碱地改良与利用(干旱半干旱区盐碱地)重点实验室乌鲁木齐 )摘 要:【目的】研究不同改性棉秆炭对新疆灰漠土氮肥氨挥发和土壤理化性质的影响为棉秆炭化还田改良低产土壤提供依据【方法】以新疆灰漠土为供试土壤利用密闭法室内培养模拟试验设、/个施氮水平棉秆炭(不添加棉秆炭、未改性棉秆炭、味精废液改性棉秆炭、木醋液改性棉秆炭、酒石酸改性棉秆炭)以 土重均匀施入 研究不同改性棉秆炭及不同施氮量处理氨挥发速率、氨挥发累积量以及与灰漠土理化性质的相互关系【结果】各处理于施基肥后第 达到氨挥发速率最大值 灰漠土氨挥发室内培养 后与灰漠土处理相比添加不同改性棉秆炭处理的氨挥发累积量增加了 与未改性炭处理相比味精废液改性棉秆炭和木醋液改性棉秆炭显著促进土壤氮肥氨挥发酒石酸改性炭差异不显著添加改性棉秆炭可以降低新疆灰漠土壤的、增加土壤中的全氮和有机碳含量以及电导率 改性炭对土壤氨挥发起促进作用的主要是土壤的电导率和土壤全氮含量而 表现出抑制效应 土壤全氮含量对土壤氨挥发有一定的积极作用且受到有机碳的影响较小未达到显著影响()【结论】利用味精废液、木醋液、酒石酸 种材料改变棉秆炭特性酒石酸改性炭抑制灰漠土中氨挥发的效果最好关键词:棉秆炭灰漠土氨挥发土壤性质室内培养中图分类号:文献标志码:文章编号:()收稿日期():基金项目:国家重点研发计划项目“盐碱地改良及作物抑盐高产复合栽培”()新疆维吾尔自治区天山英才计划作者简介:朱玉洁()女河南漯河人硕士研究生研究方向为农林废弃物资源化().通信作者:徐万里()男陕西宝鸡人研究员博士研究方向为农林废弃物资源化、土壤培肥与改良().引 言【研 究 意 义】年 新 疆 棉 花 播 种 面 积 (万亩)占全国种植面积的 粉碎还田是当前棉花秸秆利用的主要方式但长期连作粉碎还田会使土传病害加重、还田后影响出苗率低等问题 秸秆中含有丰富的有机碳和大量的营养元素 将棉杆生产成棉秆炭再还田可以改良低产土壤进而促进作物增产 生物炭是一种来源于植物等生物质(秸秆、垃圾、粪肥等)的富碳固体材料一般通过热解、气、水热碳化等过程转化为生物质原料因其是一种 较高、比表面积大、吸附性强、含氧官能团丰富的多功能材料 将棉花秸秆生产成生物炭就是棉花秸秆生物炭简称棉秆炭 将其施入土壤影响土壤氮循环以及农田氮肥利用率 施入土壤的氮肥经氨挥发、反硝化作用以氨、氮氧化物的形式进入大气其中氨挥发损失是氮肥气态损失的重要途径 减少土壤氮肥氨挥发对减少农田土壤氮素流失、提高氮素利用效率有重要意义【前人研究进展】施用棉秆炭还田可以显著减少滴灌棉田氨挥发棉秆炭施入石灰性土壤会使土壤氨挥发增加 施用生物炭是一种较好的改良低产土壤方法但生物炭因本身 较高的特性 在石灰性土壤上大量使用提高土壤 值增加氨挥发损失 灰漠土是新疆北部主要的耕作土壤碳酸钙含量在 左右施入棉秆炭可显著改良灰漠土不良特性但对灰漠土上氮肥氨挥发有增加的可能 为提高棉秆炭改良效果减少土壤氮肥氨挥发损失提出了各第 期朱玉洁等:改性棉秆炭对新疆灰漠土氮肥氨挥发特征的影响种改性或活化方法以优化其特性 改良玉米秸秆生物炭可以通过增加氨氧化细菌的数量和降低脲酶活性来减少堆肥中的氨排放 铁改性稻壳炭炭增加了的孔径降低了 并增强对铵态氮的吸附能力 木醋液改性炭可降低土壤提高有机氮含量减少土壤氨挥发 此外还通过制备以生物炭为基础的缓释氮肥料来减缓氮向环境中的释放 【本研究切入点】针对改性生物炭施入土壤对氮肥氨挥发影响的报道较少缺乏针对新疆灰漠土施入改性生物炭后氮肥氨挥发特征及灰漠土理化性质改变的研究 不同改性棉秆炭施用对新疆灰漠土氮肥氨挥发损失有待进一步研究【拟解决的关键问题】新疆灰漠土为供试土壤利用密闭法室内培养模拟试验研究改性棉秆炭与氮肥配施方式下新疆灰漠土壤的理化性质及氮肥氨挥发损失为优化棉秆炭特性、提高改良低产土壤提供重要依据 材料与方法 材 料棉秆炭取自新疆兵团第八师炮台土壤改良试验站 是 棉 花 秸 秆 炭 化 后 所 得 炭 化 温 度 为 将棉秆炭自然风干 后在 的烘箱中烘干 冷却粉碎后备用 供试的改性材料有购自阜康莲花味精工厂的味精废液、石家庄宏森活性炭有限公司的木醋液、酒石酸为分析纯化学试剂 将棉秆炭和风干后的土样分别过 筛备用 尿素选用中国石油天然气股份有限公司生产的昆仑牌尿素含氮量 碾钵粉碎至粉末状备用味精废液 电导率为 /木醋液 电导率为/酒石酸溶液 电导率为 /方 法 试验设计制备改性棉秆炭()味精废液改性棉秆炭的制备:称取棉秆炭样品 味精废液按炭液比 的比例(记作味精废液改性炭)置于烧杯中浸渍 后放在 的恒温干燥箱中干燥至恒重收集保存即得味精废液改性棉秆炭每个处理重复 次()木醋液改性棉秆炭的制备 称取棉秆炭样品 木醋液按炭液比 的比例(记作木醋液改性炭)置于烧杯中浸渍 后放在 的恒温干燥箱中干燥至恒重收集保存即得木醋液改性棉秆炭 每个处理重复 次()酒石酸改性棉秆炭的制备 称取棉秆炭样品 与 /酒石酸按炭液比 的比例置于烧杯中(记作酒石酸改性炭)搅拌 后浸渍 放在 的恒温干燥箱中干燥 升温至 冷却至室温用蒸馏水洗涤至 恒定干燥至恒重收集保存即得酒石酸改性棉秆炭 每个处理重复 次氨挥发试验于 年 月 日 月 日在新疆农业科学院土壤肥料与农业节水研究所进行室内模拟试验 氨挥发土壤培养试验采用 因素 水平(棉秆炭类型、氮肥施用量)试验设计其中棉秆炭类型为主因素为不添加棉秆炭、添加未改性棉秆炭、添加味精废液改性棉秆炭、添加木醋液改性棉秆炭、添加酒石酸改性棉秆炭(分别以、未改性炭、味精废液改性炭、木醋液改性炭、酒石酸改性炭表示)氮肥用量为副因素包含 个施用量分别是、/(以、表示)每个处理设 个重复选用直径为 高 的 广口瓶进行试验称取过 筛的风干土壤 与 棉秆炭混匀先将 炭土混合物装于最下层再称取剩余的炭土混合物与尿素混合后置于广口瓶上层 此后用长玻璃棒引流浇水(蒸馏水)保持土壤含水量在 用凡士林密封置于 烘箱中进行恒温培养 试验期间采用密闭静态吸附法在每个广口瓶内土壤表面放置 个 的小烧杯内装硼酸指示剂溶液 于试验开始第、换取小烧杯用标准酸滴定每次换取小烧杯后做空白滴定 表 指标测定用 /盐酸滴定氨吸收量然后更换新的硼酸吸收液 滴定结束后将土样风干过筛测定其土壤理化性质:半自动定氮仪测定土壤全氮土壤有机质含量使用 容量法 外加热法测定土壤 采用玻璃电极法(水土质量比 )土壤与去离子水的比例为:进行混合振荡 过滤后采用电导率仪测定新新疆疆农农业业科科学学第 卷表 灰漠土、棉秆炭和改性棉秆炭的理化性质 项目电导率(/)全氮(/)碱解氮(/)全磷(/)速效磷(/)全钾(/)速效钾(/)有机碳(/)灰漠土 棉秆炭 味精废液改性炭 木醋液改性炭 酒石酸改性炭 计 算氨挥发速率(/)滴定时标准酸的摩尔浓度(/)滴定时消耗标准酸体积()空白滴定时消耗标准酸体积()/每次滴定间隔天数总氨挥发量()每次滴定氨挥发量 数据处理数据采用 统计软件对所测数据进行单因素方差分析()不同处理之间采用 法进行多重比较()()()()在 条件下土壤氨挥发总量表现为()()()()()随着氮肥添加量的增加氨挥发总量也增加与不添加棉秆炭相比施用未改性炭、味精废液改性炭显著增加了土壤氨挥发而施用 降低了土壤氨挥发但二者间差异不明显显著增加了氨挥发增加了土壤氨挥发差异不明显却减少土壤氨挥发 图 第 期朱玉洁等:改性棉秆炭对新疆灰漠土氮肥氨挥发特征的影响图 不同改性棉秆炭下灰漠土氨挥发速率变化 注:不同小写字母表示差异显著()下同:()图 不同改性棉秆炭下灰漠土氨挥发总量变化 不同改性棉秆炭对灰漠土 及电导率的影响研究表明相对于不添加棉秆炭处理随着氮添加量的增加未改性炭和木醋液改性炭的 均而降低 而酒石酸改性炭的 相反 味精废液改性炭处理之间差异不显著但是均显著降低了灰漠土的()施入改性棉秆炭后土壤 值变化为 、和 处理的土壤 值显著低于(不添加棉秆炭)()()()在 条件下灰漠土电导率分别提高倍数为 ()()()()在条件下灰漠土电导率分别提高倍数 ()()()()图 不同处理对土壤全氮及有机碳含量的比较研究表明施入改性棉秆炭均可提高新疆灰漠土全氮含量 将不同改性棉秆炭与氮肥共同施入后土壤全氮含量为 /施氮肥以后较不添加棉秆炭的处理组()全氮含量下降未改性炭全氮含量随施氮量的增大而增大但与 相比两者差别不大味精废液改性炭全氮含量最高均显著高于()味精废液改性炭配施氮肥处理之间无显著差异(、和 /)分 别 比 升 高 了 、和 和 差异不显著(和 /)均显著高于 ()与 差异不显著酒石酸改性炭随着氮肥含量的增加全氮含量也随之增加但、与 全氮含量相差不大无显著差异土壤全氮含量显著高于对照组()、土壤全氮含量分别比对照升高了 和 图 图 各类改性棉秆炭下灰漠土氨挥电导率变化 图 各类改性棉秆炭下灰漠土全氮含量变化 改性炭与氮肥施入土壤后有机炭含量为 /与基础土壤有机碳含量(/)相比添加不同处理的棉秆炭均显著增加了土壤有机碳含量、处理的土壤有机炭含量显著高于(第 期朱玉洁等:改性棉秆炭对新疆灰漠土氮肥氨挥发特征的影响)分别比 升高了 、和 同一种改性棉秆炭处理施入不同的氮肥土壤有机炭含量无显著差异(和 和 无显著差异)不同改性炭之间存在差异性随着氮肥浓度的增加未改性炭和味精废液改性炭有机碳含量呈现增加的趋势而木醋液改性炭与酒石酸改性炭有机碳含量并无规律性的变化 图 灰漠土氮肥氨挥发与土壤特性相关性研究表明将改性棉秆炭施入土壤后分析土壤的、电导率、全氮含量、有机碳与氨挥发总量的相关关系 改性炭的氨的挥发总量与土壤 呈负相关说明将改性炭施入土壤后降低土壤的 会促进土壤的氨挥发 其次氨挥发总量与电导率呈现极显著正相关且与全氮含量呈现正相关加入不同改性棉秆炭提高了土壤的全氮含量、电导率会增加土壤氨的挥发 有机碳含量对氨挥发有着促进的作用但不显著 表 图 各类改性棉秆炭下灰漠土有机碳含量变化 表 施用改性棉秆炭后土壤、电导率、全氮含量、有机碳与氨挥发总量的相关关系 氨挥发总量 电导率全氮含量 有机碳含量 氨挥发总量 电导率 全氮含量 有机碳含量 注:在置信度为 时相关性是显著的在置信度为 时相关性是极显著的 下同:讨 论 施氮肥后第 到达土壤氨挥发速率的最大值该阶段尿素在土壤中很快与水结合以较快的速度进行水解反应形成很高的氨分压因此导致初期就有大量氨气挥发出来 酒石酸改性炭降低土壤氨挥发的原因是由于其降低了土壤表面的含氧官能团吸附了、从而加速了土壤的硝化 生物炭表面的酸性官能团是氨吸收的主要因素目前大量研究指出提高土壤 值的这种效应可能会促进氨的流失 而研究相反味精废液改性炭、木醋液改性炭氨挥发量随着 的降低而升高这 种改性炭虽然能进一步降低土壤 但是增加了土壤盐分 土壤中大量盐分离子加剧对硝化过程的抑制作用进而导致氨挥发量的增加 棉秆炭电导率增加会对土壤 有较强的离子交换吸附能力从而减少了氨挥发与 等的研究结果一致 土壤盐分通过抑制硝化过程以及改变与氨挥发相关的土壤特性造成铵态氮在土壤中的积累进而加剧了氨挥发 将生物炭施入土壤已被证明不仅可以使氨挥发增加也可使氨挥发减少 这些不同观点的发现通常归因于土壤类型、生物炭、肥料类型和试验条件的新新疆疆农农业业科科学学第 卷差异 盐渍化对氨气的挥发量影响很大盐分浓度越高表观氨挥发损失率增大 与试验氨挥发总量增大的结果相一致 当用味精废液改性炭与氮肥配施时、盐分逐渐升高可能是生物炭本身的积盐效应大于其对灰漠土的改良效应造成的 与灰漠土处理组相比施用棉秆炭及改性棉秆炭均能增加土壤中的全氮含量是因为生物炭具有强烈的吸附性能可将养分吸附在其表面不易流失 此外生物炭可增加土壤的持水性能使易挥发的养分溶于水中不易下渗流失而储存在土壤中 种改性炭中味精废液改性炭氮含量最多可能是因为味精废液中含有大量的氨基酸使其底物()浓度的增加从而引起氨挥发量增加与试验中味精废液改性炭氨挥发总量最多的结果相一致 等施用生物炭显著增加了土壤养分的有效性提高了玉米产量但不同的土壤类型和性质施用生物炭后的改良效果不同 研究结果表明施用生物炭增加了灰漠土中全氮、还和有机碳含量研究结果与前人的研究结果一致 结 论 添加尿素各处理氨挥发累积量和氨挥发累积速率均高于 处理 内土壤氨挥发速率先逐渐增加约 出现峰值之后迅速下降最后趋于平稳状态 在 条件下木醋液改性炭有效降低氨挥发累积量降低了 在 条件下酒石酸改性炭有效降低氨挥发累积量降低了 这两种改性炭在减少氨挥发总量及氨挥发速率方面效果最佳 短期添加不同酸改性棉秆炭介入下对灰漠土的、电导率、全氮含量、有机碳含量具有不同影响 改性生物炭均可以降低灰漠土 高的特性较 相比和 降低程度最大降低幅度分别为 和 味精废液改性炭的全氮含量最高较 相比提高了 有机碳含量均显著增加较 相比提升了 氨挥发总量与土壤电导率存在极显著正相关关系()相关系数在 与全氮含量存在显著正相关关系()相关系数在 与 呈现呈现显著负相关关系()()【】:():().().