侯建伟 邢存芳 覃朝关

摘 要：为了解施用沙蒿生物炭对沙土有效养分的影响，通过室外无植物盆栽试验，研究施用沙蒿生物炭、有机物料（羊粪、沙蒿粉）及沙蒿生物炭与有机物料混合施用对土壤有效NPK含量的差异。结果表明：沙蒿生物炭、有机物料及沙蒿生物炭与有机物料混合施用，均能够提高土壤的有效NPK含量，并达到差异显著水平（P<0.05），随着培养时间的延长，有效养分含量增加。其中，沙蒿生物炭与有机物料混合施用，土壤的有效养分的增幅相对较大，尤其是沙蒿生物炭与羊粪混合施用效果更佳，培养150d后，土壤有效N、P、K的增幅分别达280.62%、908.33%、831.44%。因此，无论是沙蒿生物炭、有机物料（羊粪、沙蒿粉），还是沙蒿生物炭与有机物料混合施用，均能提高土壤的有效NPK含量，且沙蒿生物炭与羊粪混合施用的效果最佳。

关键词：沙蒿生物炭;羊粪;沙蒿粉;N;P;K

中图分类号 S158文献标识码 A文章编号 1007-7731（2019）24-0126-03

Abstract：In order to understand the impact on available nutrients of sandy soil after applied Artemisia ordosica biochar， Artemisia ordosica biochar， organic matter （sheep droppings， Artemisia ordosica powder）and Artemisia ordosica biochar mixed with organic matters were applied to sandy soil to explore the impact on nutrient content changes of the incubation time and different matters to the sandy soil through outdoor no plants potted experiment. Results showed that， Artemisia ordosica biochar， organic matters （sheep droppings， Artemisia ordosica powder） and Artemisia ordosica biochar mixed with organic matters all can improve available N， P， K of the sandy soil， and it reached significant difference levels（P<0.05）. As the extension of incubation time， the content of available N， P， K increased. The growth of available N， P， K was bigger when applied Artemisia ordosica biochar mixed with organic matters （especially the Artemisia ordosica biochar mixed with sheep droppings） to the sandy soil. After 150 cultivation days， the increase amplitude of available N， P， K of the sandy soil were 280.62%，908.33% and 831.44%， respectively. Therefore， whether the Artemisia ordosica biochar， organic matters or Artemisia ordosica biochar mixed with organic matters application can improve nutrient content of available N， P， K in the sandy soil， and the effect of the mixture of Artemisia ordosica biochar and sheep droppings is much better.

Key words：Artemisia ordosica Biochar;Sheep droppings;Artemisia ordosica powder; Nitrogen;Phosphorum;Kalium

沙蒿是菊科蒿屬（Artemisia）的一个半灌木类群，是一种典型的沙生植物。平茬或刈割可明显促进沙蒿的生长，增强其生活能力，平茬或刈割后的沙蒿可就地转化为生物炭（biochar，无氧条件下炭化的产物[1-2]）进行沙地封存。这一方面，可利用生物炭的稳定性实现碳汇的目的;另一方面，利用生物炭的多孔性、亲水性、吸附性等特性，实现改善沙地生境效应的作用[3-4]。

沙土瘠薄的炭含量较少，生物质炭化后又会成为极其稳定的焦炭，施入土壤后可能不利于微生物的长期生存，这一点常常被研究者忽视。在生物炭施入过程中添加有机物料，一方面可以肥沃土壤，另一方面为微生物提供了活跃的碳源，有利于微生物的生长繁殖、土壤酶活性的提高，从而促进土壤养分的转化。为此，本试验以沙生植物沙蒿为材料，研究沙蒿生物炭、有机物料及沙蒿生物炭与有机物料混合施用对瘠薄沙土有效养分含量的影响，深度开发沙生植物及瘠薄土壤的资源化利用，为沙蒿生物炭的应用和瘠薄土壤改良提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料 沙蒿：取自内蒙古呼和浩特市托克托县沙地。将其风干、粉碎（d ≤ 2mm）、烘干（60℃约24h），以备制取生物炭。有机物料：腐熟的羊粪和沙蒿粉（d ≤ 2mm）。

1.2 生物炭的制备 炭化设备选用箱式电阻炉（SGM.VB8/10，洛阳市西格马仪器制造有限公司）。称取烘干的沙蒿25.0 g，放置于坩埚中，通过抽气创造低氧环境，在600℃温度下，炭化1h制取生物炭。

1.3 试验设计 试验共6个处理组，每个处理组3次重复。具体处理组为：（1）对照，自然沙（与沙蒿取于同一地点0～15cm的土层）;（2）施用生物炭，施入量设置为土壤干重2%;（3）施用羊糞，施入量设置为土壤干重2%;（4）施用沙蒿粉，施入量设置为土壤干重2%;（5）施用生物炭与羊粪（1∶1混合），总施入量设置为土壤干重4%;（6）施用生物炭与沙蒿粉（1∶1混合），总施入量设置为土壤干重4%。以上处理组在下文表中分别简写为自然沙、生物炭、羊粪、沙蒿粉、生物炭与沙蒿粉、生物炭与羊粪。按上述添加量与土壤均匀混合装入塑料桶（高为15cm，直径20cm）中，含水量控制在该土壤田间持水量的70%，记为初始质量加盖，放入网室内模拟自然条件进行室外培养，每隔5d左右称重1次，并补水到初始质量，于培养60d和150d的时间点上用土钻通底取样，处理后测试各指标（3次重复）。

1.4 试验方法 碱解N—碱解扩散法;有效P—0.5mol/L NaHCO3法;有效K—NH4OAC浸提，火焰光度法;全N—凯式定氮，半微量滴定法;全P—NaOH熔融，钼锑抗比色法;全K—NaOH熔融，火焰光度法。

1.5 数据分析 利用 SAS9.0 进行方差分析（ANOVA），Excel计算数据置信区间及制表。

2 结果与分析

2.1 生物炭对土壤有效养分的影响 由表1可知，土壤的碱解N、有效P和有效K含量表现为：沙蒿生物炭处理组>自然沙，在培养时间上表现为：150d>60d。多重均值检验结果表明，随着培养时间的延长，自然沙本身的碱解N、有效P和有效K含量均未达到显著差异水平（P>0.05），施入生物炭的土壤碱解N、有效P和有效K含量升高且均达到显著差异水平（P<0.05）;在同一培养时间的条件下，施入生物炭的土壤碱解N、有效P和有效K含量均高于自然沙且均达显著差异水平（P<0.05），说明沙蒿生物炭显著增加了土壤的有效养分含量且随着时间的推移而增加。沙蒿生物炭施入土壤60d和150d后，碱解N、有效P和有效K含量较自然沙分别提高0.71%、27.07%、458.89%和50.00%、315.15%、507.02%。说明随着培养时间的延长，施入沙蒿生物炭的土壤中有效K的增幅相对较大，施入前期（60d）碱解N的增幅相对较小，而施入150d后碱解N和有效P的增幅迅速提高。

2.2 有机物料对土壤有效养分的影响 由表2可知，有机物料对土壤有效养分均产生了一定程度的影响，各处理组表现为：羊粪>沙蒿粉>自然沙，且随着培养时间的延长这种规律不会改变。多重均值检验结果表明，随着培养时间的延长，自然沙本身的有效养分含量无明显变化，施入羊粪和沙蒿粉的土壤有效养分含量均升高并达到显著差异水平（P<0.05）;在同一培养时间的条件下，施入羊粪或沙蒿粉的土壤有效养分含量均高于自然沙且均达显著差异水平（P<0.05），说明有机物料的施入能显著提高土壤的有效养分含量，且随着培养时间的推移而增加。羊粪施入土壤60d和150d后，碱解N、有效P和有效K的含量较自然沙分别提高66.01%、451.88%、201.23%和149.32%、470.45%、214.02%;沙蒿粉施入土壤60d和150d后，碱解N、有效P和有效K含量较自然沙分别提高44.80%、9.02%、130.35%和59.79%、18.94%、131.34%。说明有机物料的施入能够增加土壤的有效养分含量，但羊粪的增幅相对较大，改沙效果更佳。

2.3 生物炭与有机物料混合对土壤有效养分的影响 由表3可知，土壤的碱解N、速效P和有效K含量表现为：生物炭与羊粪混合处理组>生物炭与沙蒿粉混合处理组>自然沙;在培养时间上表现为：150d>60d;生物炭与羊粪混合施入更有利于提高土壤的碱解N、有效P和有效K含量，培养150d后，较生物炭与沙蒿粉混合施入土壤，其增幅分别高出71.37、461.63和89.16个百分点。多重均值检验结果表明，随着培养时间的延长，自然沙本身的碱解N、有效P和有效K含量均未达到显著差异水平（P>0.05）;施入生物炭与羊粪混合及生物炭与沙蒿粉混合的土壤碱解N、有效P和有效K含量随着培养时间的延长而升高且均达到显著差异水平（P<0.05）;在同一培养时间的条件下，施入生物炭与羊粪或沙蒿粉混合的土壤碱解N、有效P和有效K含量均高于自然沙且均达显著差异水平（P<0.05）。说明生物炭与有机物料混合施入土壤能提高土壤的有效养分含量，且随着时间的推移而增加。

3 讨论

沙蒿生物炭和有机物料（羊粪、沙蒿粉）含有一定量的矿质养分，可增加土壤中的矿质养分含量[5]。试验结果表明，生物炭和有机物料均能够不同程度的增加土壤中的碱解N、有效P、速效K含量;从整个培养周期看，各个处理组土壤的碱解N、有效P和有效K含量随时间变化整体上呈上升的趋势，这与张祥等[6]的研究结果一致。研究表明，施加生物炭可增加土壤对NH3和NH4+的吸收[7]，减少N2O的排放和NO3-的流失[8-9]，促进土壤中磷的活化[10]。土壤有效K含量的增加，得益于其本身含有大量的钾元素[6]。

本试验采用室外模拟试验研究了沙蒿生物炭和有机物料对土壤养分变化的影响，培养周期较短，而生物炭长期施用后引起的土壤环境变化以及土壤生物的响应会随着时间推移而发生怎样的变化，今后还应作进一步的研究。

4 结论

（1）无论是沙蒿生物炭、有机物料（羊粪、沙蒿粉）还是沙蒿生物炭与有机物料混合施入土壤，均能提高土壤的有效NPK含量，并且随着培养时间的推移，有效养分含量增加。

（2）沙蒿生物炭与有机物料混合施用土壤的有效NPK含量的增幅相对较大，沙蒿生物炭与羊粪的混合施用效果最佳。

参考文献

[1]Hayes MHB.Biochar and biofuels for a brighter future[J].Nature，2006，443（7108）：144-149.

[2]Woods WI，Falc?o NPS，Teixeira WG .Biochar trials aim to enrich soil for smallholders[J].Nature ，2007，346（7021）：138-144.

[3]潘根興，林振衡，李恋卿，等.试论我国农业和农村有机废弃物生物质碳产业化[J].中国农业科技导报，2011，13（1）：75-82.

[4]Wang HC，Feng LY，Cheng YG.Advances in biochar production from wastes and its applications.Chemical Industry and Engineering Progress，2012，31（4）：907-914.

[5]Gaskin J W，Steiner C，Harris K，et al.Effects of low-temperature pyrolysis conditions on biochar for agricultural use[J].Transactions of the ASABE，2008，51（6）：2061-2069.

[6]张祥，王典，姜存仓，等.生物炭对我国南方红壤和黄棕壤理化性质的影响[J].中国生态农业学报，2013，21（8）：979-984.

[7]Doydora S A，Cabrera M L，Das K C，et al.Release of nitrogen and phosphorus from poultry litter amended with acidified biochar[J].Int J Environ Res Public Health，2011，8（5）：1491-1502.

[8]Wang J Y，Pan X J，Liu Y L，et al.Effects of biochar amendment in two soils on greenhouse gas emissions and crop production[J].Plant and Soil，2012，360（1/2）：287-298.

[9]周志红，李心清，邢英，等.生物炭对土壤氮素淋失的抑制作用[J].地球与环境，2011，39（2）：278-284

[10]赵晓齐，鲁如坤.有机肥对土壤磷素吸附的影响[J].土壤学报，1991，28（1）：7-13.

（责编：张宏民）