生物质炭对新疆灰漠土团聚体稳定性及土壤质量影响研究

Grey desert soil is one of the main low yield soils in Xinjiang, it is the key to improve the productivity and soil quality what was to meliorate the obstacles in Grey desert soil.Biochar was a highly organic carbon conten compound derived from biomass pyrolysis in low or zero oxygen environment. Biochar was an excellent soil amendment which could increase soil organic carbon content, improve soil physical properties and soil productivity.But the function of biochar in soil was restricted by the production materials and conditions, and it improved the soil change with different soil environment condition.So,we use biochar of the cotton straw as the material and Grey desert as experimental soil,and comparetive study to the effect of aggregate stability input straw,organic fertilizer and biochar by long-term location experiment and field experiment,and the clear understanding of differences what effect of aggregate stability with the straw,organic fertilizer and biochar.And dynamic monitoring research the indexes of soil physical and chemistry and microbial characteristics by DNA fingerprint technique and Biolog method,and to illustrate the mechanism that biochar to aggregate stability and soil quality,and clear the relations in biochar,aggregate stability and soil productivity,and In order to provide theoretical basis for improving soil fertility.

灰漠土是新疆主要的低产土壤之一，改良其"白"、"板"、"干"的障碍特性是提高灰漠土土壤质量的关键。生物质炭具有快速提高土壤有机碳含量、改善土壤物理性质，但其在土壤中的作用受生产材料的制约，改良土壤的作用也因土壤环境条件的不同而发生变化。且前期的试验表明，生物质炭可提高土壤有机质，增加作物产量，但其影响是否持久，与传统培肥提升有机质有何差异？为此本项目采用新疆丰富的棉秆生物质炭为材料，以新疆灰漠土为供试土壤，通过长期定位试验和田间微区试验，对比研究长期秸秆还田和有机肥投入与生物质炭输入对灰漠土团聚体稳定性的影响及其作用，明确秸秆、有机肥和生物质炭对团聚体结构影响的差异性；并通过DNA指纹技术和Biolog方法对微生物特性以及土壤物理、化学指标的动态监测，阐明生物质炭对团聚体稳定性及土壤质量提升的作用机理，明确生物质炭输入对团聚体稳定性及土壤生产力的关系，为干旱荒漠区土壤改良培肥提供理论依据。

农林废弃物低氧或者无氧条件下高温热裂解形成了一种多孔、富含有机碳的生物炭，能够提升土壤肥力，改善土壤结构。灰漠土是新疆主要低产土壤，棉花秸秆炭化还田改善土壤障碍特性，提高土壤质量。本研究开展棉秆炭对新疆灰漠土团聚体稳定、理化性质、微生物学特性的影响研究，研究结果如下：（1）炭化温度和时间与产出率、CEC、有机碳、氮含量之间呈负相关，而与pH值、磷和钾含量呈正相关。棉秆炭产出率及其有机碳含量随炭化温度升高和时间延长而降低；300℃pH值随着时间的延长而增大，450℃和600℃下保持在10.5左右；电导率随炭化温度的升高而增加，CEC则降低。棉秆炭磷和钾含量随着温度的升高和时间的延长逐渐增加，氮相反。（2）水溶性有机碳在培养1-2d相对稳定，并略有上升，微生物量碳氮在培养2-8d和16-32d呈增加趋势，与棉秆炭养分含量及其活性成分有关。（3）土壤pH值、电导率和有机碳、速效磷、速效钾含量随棉秆炭的用量增加而增加，而与CEC、全量氮磷钾影响差异不显著；培养时间与土壤养分之间关系不明显。（4）300℃、600℃棉秆炭及其添加灰漠土，日均矿化速率与培养时间呈乘幂关系（P＜0.05），棉秆炭累积矿化量9.55 g•kg-1、2.28 g•kg-1，累积矿化率1.59%和0.85%，40d有机碳的矿化速率下降了85.88%-89.47%和85.27%-90.00%，40d后有机碳的矿化渐趋平稳；培养100d灰漠土土壤总有机碳累积矿化量相比对照处理，300℃棉秆炭高于对照（P＜0.05），随添加量增大而增大，600℃棉秆炭降低了总有机碳累积矿化量和累积矿化率；前期（300℃、0-20d，600℃、0-5d）棉秆炭对灰漠土原有有机碳呈正激发效应，后为负激发效应，炭化温度越低正激发效应越明显，炭化温度越高负激发效应维持时间更长更稳。（5）棉秆炭添加，灰漠土土壤保水性能、土壤有机碳提高在10.47%和18.72%以上，土壤容重降低在2.84%以上，促进土壤养分提高和微生态环境和土壤结构的改善，土壤水稳性团聚体和颗粒有机碳含量的增加，促进土壤结构向更加稳定和合理的方向发展，提高了棉花作物的生理、形态指标，棉花产量提高在4.66%-19.88%之间。因此，本研究认为棉花秸秆炭化还田有利于灰漠土肥力的提升，结构的改善以及作物产量的提高。