植烟土壤物理特性及碳库对不同粒径生物质炭的动态响应

摘  要：为探究不同粒径生物炭对土壤物理化学特性以及土壤碳库的影响，在盆栽条件下，设置 5 个生物炭粒径施用水平：CK（不施生物炭）、T1（500 ～ 2 000 μm）、T2（250 ～ 500 μm）、T3（20 ～ 250 μm）、T4（<20μm）。结果表明：（1）不同粒径生物炭均能显著降低土壤容重，以 T4 降幅最大（4.13%）。（2）不同粒径生物炭均能显著提高田间持水量（WHC），提高幅度表现为 T4>T3>T2>T1，但施生物炭处理间差异不显著。（3）施生物炭均能显著提升水稳性团聚体平均重量直径，以T4处理最高，但 T4、T3、T2 处理间差异不显著。（4）施用生物炭处理的土壤全碳、水溶性有机碳、易氧化态碳均显著高于 CK，常规粒径生物炭在烤烟生育初期较不施生物炭显著增加了土壤微生物量（MBC）含量，后期则降低土壤 MBC 含量。小粒径生物炭较常规粒径生物炭 T1 在烤烟移栽 45d 后显著降低了土壤微生物量碳含量。（5）生物炭粒径越小，对土壤碳库管理指数的提升效果越好，T4 对土壤碳库管理指数提升显著。综上所述，生物炭粒径越小对土壤容重、田间持水量及团粒结构的改良效果越优，同时，小粒径生物炭施用下土壤有机碳活性和碳库管理指数均优于常规粒径生物炭，更有利于提升地力和改善土壤质量。
土壤碳库是全球碳循环的重要组成部分，据统计，全球陆地土壤碳库碳储量约为1 500 Pg（以 C计），占陆地生态系统总碳储量的 67%。土壤碳库储量是衡量土壤肥力的重要指标，土壤有机碳是影响土壤肥力和作物产量高低的决定性因子，也是土壤中较为活跃的土壤组分，维持着土壤与大气之间的碳素平衡，并可保持农业生态系统的长期可持续发展。
    供试土壤为砂壤土，取自河南农业大学许昌校区现代烟草农业科技园区试验（34°13′N，113°80′E）0～30cm土层，土样经风干后过1cm孔径筛。供试土壤基础肥力见表1。 供试生物炭为花生壳炭，由河南省生物炭工程技术中心提供；在400℃密封低氧条件下连续炭化制成，经 Mastersizer 2000激光粒度仪检测，供试生物炭：500～2000μm 的颗粒组成占47.79％，250～500μm的颗粒组成占20.96 ％，20～250μm的颗粒组成占25.47%，<20μm的颗粒组成占5.78%；一部分使用LZQS-400超微粉碎机进行超微粉碎处理制得粒径（100%）<20 μm 生物炭；一部分生物炭经干燥处理后依次用0.250 mm和0.500 mm孔径标准检验筛进行筛分，制得粒径在20～250、250～500、500～2 000 μm的生物炭。各粒径生物炭具体性质见表2。

研究结果表明：各粒径生物炭对土壤容重、田间持水量及土壤团粒结构具有一定的改良作用，生物炭粒径越小，这种改良效果越明显。不同粒径生物炭均能提高土壤TOC 含量，但各生物炭处理间无显著差异；生物炭粒径越小，对土壤MBC表现出越强的抑制作用，但对土壤ROC、DOC的提升幅度越大；并且<20μm微米级生物炭能显著提高土壤碳库管理指数，在土壤物理特性及土壤碳库上表现最优，这为提高生物炭改良土壤效率提供了一定参考。