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半干旱区生物炭的土壤生态效应定位研究

王丹丹  
【摘要】:黄土高原地区土壤结构性差,保水保肥能力低,制约了该地区农业及生态建设的可持续发展。作物秸秆直接焚烧,化学肥料大量施用,为温室气体的排放提供了重要来源。温室气体的大量排放导致全球气候变暖,产生了一系列环境问题包括荒漠化、海平面上升以及愈演愈烈的飓风等,是当今全球环境面临的重大挑战。生物炭在改善土壤性能以及减缓气候变化方面的潜力,有望为农业废弃物的综合处理提供一条新途径,对黄土高原地区土壤环境的改善以及人居环境整治具有重要意义。 本研究通过添加不同种类(锯末、槐树皮)、不同比例(1%、3%、5%,以干土质量计)生物炭的小区定位试验,研究了生物炭添加6个月后锯末生物炭和槐树皮生物炭对土壤理化性质、持水特征以及土壤温室气体(CO_2、CH_4、N_2O)排放的影响。主要结论如下: 1)生物炭施入土壤6个月后,分析了生物炭对土壤理化性质的影响。研究发现:锯末和槐树皮生物炭的施入均在不同程度上改善了土壤理化性质。生物炭能够降低土壤容重,提高土壤pH值、电导率、阳离子交换量、有机质和全氮含量,其中槐树皮生物炭较锯末生物炭作用显著,高施炭量较低施炭量作用效果显著。 2)依托小区试验,研究了生物炭添加对于土壤持水特征的影响。结果表明:生物炭均能提高土壤田间持水量和土壤持水能力,降低土壤的入渗性能。田间持水量随生物炭添加量的增加而增加,而土壤饱和导水率随生物炭添加量的增加而降低。随着土层深度的增加,各处理土壤水分含量在0-200cm深度范围内呈先增加后降低趋势,60cm处达到最高值。槐树皮生物炭较锯末生物炭作用效果显著。借助van Genuchten模型对生物炭添加后土壤持水特性状况进行模拟,相关性系数达到了极显著水平。 3)利用Li-8100和气相色谱法监测生物炭添加对于土壤温室气体排放的影响。结果表明:生物炭添加能够增加土壤表面CO_2排放通量,抑制CH_4的排放,并未发现对N_2O排放具有明显的规律性。各处理土壤表面CO_2通量随生物炭添加呈现增加趋势,但没有显著差异。生物炭对于土壤CH_4排放的抑制作用,随着生物炭添加量的增加而增加。但锯末生物炭处理仅在5%的添加量时与对照差异显著,而槐树皮生物炭处理在3%、5%添加量时差异均达显著水平(p=0.05)。


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