摘要: 设施蔬菜种植面积大,具有许多优点。但在蔬菜种植中面临因施肥量大,灌溉过量造成的土壤养分转化失衡以及土壤环境恶化问题,加上设施蔬菜普遍连续种植,这对土壤环境的影响更不能小觑,这一问题亟待解决。生物炭作为常用的一种土壤改良剂,因其富碳、孔隙率高、比表面积大、表面电荷多、稳定性强等优点,施入土壤中能够降低土壤容重,增加土壤孔隙度,改善土壤环境,减少养分淋溶,增加土壤养分保留。
本研究探究了在两种土壤(6年和20年)中添加不同量的桃壳生物炭(0%、0.5%、1%、2%、4%)对设施蔬菜土壤的影响,通过实施一系列土壤培养试验和室内土柱淋溶试验揭示生物炭对土壤的物理化学性质、氮素转化过程以及氮磷养分的淋溶行为所产生的影响,主要研究结论如下:
(1)生物炭的引入显著地改变了土壤的物理化学属性,并且这种改变程度在两种土壤中因生物炭的添加量而异。添加生物炭可以降低土壤p H和土壤EC,生物炭使得6年土壤CEC分别提高了41.7%、24.8%、19.8%和14.0%,而20年土壤则分别提高了10.1%、25.2%、15.3%和9.3%。6年土壤OM分别增加了2.32%、2.64%、7.58%和8.05%;20年土壤分别增加了13.07%、18.38%、19.65%和121.90%。施加生物炭对设施蔬菜不同种植年限的土壤TP和AP含量均具有显著影响生物炭施加含量越高,两种土壤TP含量增加越明显。生物炭处理提高了土壤TP、AP和TN,但两种土壤对生物炭的响应有差异。设施蔬菜连续种植时间越久,土壤盐渍化问题越严重。添加生物炭可以改善土壤次生盐渍化问题。
(2)土壤培养实验中,随着培养时间延长,两种土壤NH4+-N含量呈现先下降后上升的趋势,6年土壤NO3–-N含量在第7、15、30天取样时发现在B1水平下显著提高,而对于20年土壤,在实验结束时发现添加生物炭整体显著提高了NO3–-N含量。在整个培养周期内,土壤TN含量保持稳定。添加生物炭增加了UR活性但降低了NR和Ni R活性。6年土壤UR活性分别提高了0.016、0.043、0.031和0.027个单位;20年土壤UR活性分别提高了0.08、0.199、0.117和0.047个单位。6年土壤NR活性分别降低了14.54、15.79、18.33和19.71个单位;20年土壤NR活性分别降低了8.65、20.11、22.28和23.01个单位。6年土壤Ni R活性为2.069(mg/d/g·土),添加生物炭降低了0.754~0.859(mg/d/g·土);20年土壤Ni R活性添加生物炭降低了0.445~0.988(mg/d/g·土)。6年土壤中Proteobacteria丰度当生物炭添加量达到4%时,其丰度增加了12.73%。Fimicutes和Chloroflexi丰度分别增加了55.34%~173.21%和7.12%~28.05%。20年土壤中Proteobacteria丰度增加了3.64%~46.42%。Actinobacteriota和Fimicutes丰度分别增加了1.70%~11.53%和64.64%~137.61%。生物炭应用促进了土壤氮转化,尤其是土壤硝化和反硝化过程。土壤理化性质的改变以及氮转化过程与生物炭添加量、土壤类型密切相关。生物炭影响细菌群落组成和丰富度,进而进一步影响土壤之间的氮转化。生物炭提高了水解尿素的UR活性,而参与反硝化的NR和Ni R活性则受到生物炭抑制。
(3)淋溶试验结果表明,生物炭添加量增加,淋溶液累积体积降低,且生物炭添加量越高,淋溶液体积越少。土壤淋出液中TN、NO3–-N、NH4+-N和TP的质量逐渐降低。淋出液中TN浓度从1037.57mg/L~1693.20mg/L降低到394.45mg/L~463.58mg/L;对于6年土壤,NO3–-N从初始323.29mg/L~401.26mg/L下降至49.02mg/L~105.45mg/L。同样,对于20年土壤,NO3–-N从初始397.31mg/L~454.26mg/L下降至130.33mg/L~241.37mg/L。6年土壤,NH4+-N降低了62.71%~82.11%,20年土壤,NH4+-N降低了70.68%~74.38%。6年土壤中,TP浓度分别降低了30.62%、29.27%、30.90%和33.86%;在20年土壤淋出液中,TP分别降低了78.30%、85.70%、62.57%、59.07%和77.96%。生物炭增加了土壤TN、NO3–-N、NH4+-N、TP和AP含量,且随着生物炭添加量增多而增加。淋出液中氮磷浓度与土壤理化性质以及酶活性之间有正相关或负相关相关性。生物炭降低了土壤氮磷养分流失,增加了土壤氮磷保留。
(4)淋溶实验中,生物炭显著增加了土壤BD,降低了SP,增加了土壤养分(N、P、CEC、OM等)含量。生物炭的添加量达到或超过1%时,观察到土壤p H值和EC均有所增加。此外,生物炭的加入显著提高了土壤中SC、UR和AKP的活性,降低了NR活性。添加生物炭可以通过改变土壤p H值来影响养分转化相关酶的活性,从而影响氮磷的淋溶及其在土壤中的滞留。 摘要译文