杨树叶生物质炭对风沙土中氮形态分布的影响（一）

近年来，杨树叶生影响生物质炭作为一种新型材料在农业、物质环境等领域应用广泛。炭对土中态分生物质炭可改善土壤结构、风沙土壤的氮形保水性、土壤固碳及减少温室气体排放，杨树叶生影响是物质一种适合土壤修复的材料。生物质炭的炭对土中态分性质可影响土壤环境中添加生物质炭的效果。树叶是风沙一种凋落物，含有丰富的氮形营养，散落到土壤中，杨树叶生影响微生物将其迅速分解并产生CO₂，物质CH₄和N₂O等气体，炭对土中态分导致营养损失。风沙生物质炭可影响在土壤中的氮形各种生物化学过程，如在碳(C)、磷(P)和氮(N)循环中加入生物质炭可促进土壤有机碳(SOC)的稳定化及土壤保持氮和磷的能力。添加生物质炭改变了土壤中氮的形式、稳定和转化。当生物质炭残留物中包含一种含氮物质时，添加生物质炭后另一种含氮物质中的氮释放到土壤中。经生物质炭改良的土壤可通过将有机氮转化为植物直接吸收的矿质氮(铵和硝酸盐)影响有机氮。应用生物质炭可减少肥料施用量，提高肥料利用率的同时增加作物产量，改善土壤性质，是发展可持续生态农业的新途径。

内蒙古自治区通辽市奈曼旗科尔沁所处地区生态环境脆弱，气候偏干燥导致年降雨量小，属于干旱区，主要土壤类型为风沙土。这种土壤颗粒大、质地松、有机质含量低，在一定程度上限制了可持续农业的发展.因此提高土壤有机质含量、改善土壤肥力是对风沙土改良的主要措施。氮是植物生长和生产力的关键元素之一，由于植物直接通过根系吸收无机氮，因此土壤无机氮(SIN)是植物重要的氮源。淋溶和挥发导致的氮损失会使作物生产力下降、富营养化、地下水中硝酸盐过量以及氧化亚氮(N2O)排放增加。将生物质炭作为土壤添加剂，可减少氮流失，提高土壤肥力。但应用生物质炭时，关于氮的可用性存在争议。基于此，本文对生物质炭与SIN间的关系进行分析，选用廉价易得的杨树叶制备生物质炭，用盆栽玉米实验方法研究其对土壤氮形态分布的影响，为了解生物质炭施入沙土后养分迁移规律，同时为确定沙地土壤最佳施肥模式提供依据。

1 实验材料与方法

1.1 仪器与试剂

仪器与试剂紫外分光光度计(T9型，北京普析通用仪器有限责任公司)、自动凯氏定氮仪(K9840型，济南海能仪器股份有限公司)、智能人工气候箱(PRX-450C型，宁波赛福实验仪器有限公司)、扫描电子显微镜(5-4800型，日本日立公司)。

(NH₄)₂HPO₄，NH₄NO₃，NaH₂PO₄，KCl，NaOH，HNO₃，无水乙醇，H₂SO₄，HCl，(NH₄)₂SO₄，Na₂CO₃，H₃BO₃，K₂SO₄，CuSO₄，硒粉，HClO₄，K₂Cr₂O₇，FeSO₄，邻菲罗啉，MgO，甲基红，溴甲酚等化学试剂均为国产分析纯试剂，购于天津市大茂化学试剂厂。

1.2 供试材料

1.2.1 实验土壤

在内蒙古自治区通辽市奈曼旗科尔沁采集实验土壤，土壤肥力偏低。基本理化性质为w(有机质)=2.24g/kg，w(全氮)=1.36g/kg，w(全磷)=72.74mg/kg，阳离子交换量2.32cmol/kg，pH=6.6。

1.2.2 实验材料

杨树落叶取自吉林化工学院院内；花盆型号为25cm×40cm。

1.3 实验方法

1.3.1 杨树叶生物质炭制备

以杨树落叶为碳源，利用水热法制备生物质炭，如图1所示。将杨树落叶清洗干净，于105℃烘干，研磨成粉末，过80目筛，密闭保存。取20g粉末置于烧杯中，加入2.5mol/LNaOH，搅拌1h，于100℃恒温水浴中加热3h，冷却，静止，过滤，弃上清液，加入80℃去离子水，继续静止，沉淀，至pH接近中性。向烧杯中加2.5mol/LHNO₃，水浴4h，振荡5h，洗涤至近中性，过滤，干燥，研磨；将粉末置于马弗炉中，于450℃保持2h，用无水乙醇和去离子水分别洗涤3次，于100℃烘干24h，干燥即制得杨树叶生物质炭。用扫描电子显微镜(SEM)分析杨树叶生物质炭的形貌和结构特征。

1.3.2 盆栽实验设计

盆栽实验分为传统施肥方式及测土配方施肥方式。传统施肥方式添加生物质炭的质量分数分别为0(CCK)，0.5%(CC₁)，1%(CC₂)，2%(CC₃)，并施加(NH₄)₂HPO₄(m(N)∶m(P)∶m(K)=46∶18∶11)；测土配方施肥方式添加生物质炭的质量分数分别为0(PCK)，0.5%(PC₁)，1%(PC₂)，2%(PC₃)，主要施加NH₄NO₃，NaH₂PO₄，KCl，施加量分别为75，25，116mg/kg。根据玉米生长的4个不同阶段，设4个采样时间，即30，60，90，120d。用抖土法取样，测定其氮的质量比。盆栽实验的温度、湿度和光照完全模拟自然环境，在花盆中栽种玉米，设置两个平行实验。

1.3.3 样品采集及制备方法

根据当地玉米生长周期，确定4个采样时间，即苗期(约30d)、拔节期(约60d)、穗期(约90d)和成熟期(约120d)。实验用抖土法取根系土样约200g，土壤样品采集后剔除杂质，自然风干，研磨后过筛(2mm)，备用。

1.3.4 不同形态氮测定方法

分别用KCl浸提-靛酚蓝比色法、CaSO₄浸提-紫外分光光度计法、扩散吸收法和凯氏蒸馏法测定土壤铵态氮、硝态氮、

效氮和全氮的质量比。

2 结果与讨论

2.1 杨树叶生物质炭表征

图2为水热法制得杨树叶生物质炭的SEM照片。由图2可见，生物质炭表面呈鳞状，类似木炭的层状结构。此时炭内部大面积的孔状和层状构造基本成型，比低温时的孔状和层状结构密集，颗粒产生明显的收缩聚合现象。

2.2 杨树叶生物质炭对土壤铵态氮的影响

土壤中的铵态氮可被土壤胶体吸附，形成交换性铵状态氮肥，铵态氮也可溶解在土壤溶液中，被植物直接吸收利用，属于速效性氮素。图3为不同施肥模式下玉米不同生长期土壤铵态氮质量比的变化。由图3可见：PCK和CCK处理土壤中铵态氮的质量比变化趋势基本一致，均随玉米生长时间的变化呈先上升后下降的趋势；加入杨树叶生物质炭处理土壤中铵态氮的质量比明显高于PCK和CCK，其中CC3土壤中氮的质量比最高，平均值达到36.43mg/kg，高于CCK处理平均值的154.4%。在玉米生长周期中，传统施肥及测土配方施肥模式下，土壤铵态氮的质量比均为PC3/CC3＞PC2/CC2＞PC1/CC1＞PCK/CCK。在两种施肥模式下添加杨树叶生物质炭对土壤铵态氮质量比作用差异较小。添加杨树叶生物质炭后铵态氮淋失量减少，氮滞留量增加，可见杨树叶生物质炭可通过吸附铵态氮，增加其在土壤中的滞留，进而减少土壤中铵态氮的淋失，提高土壤的氮储量。

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