生物炭对红壤性水稻土胶体释放及其辅助磷淋失的影响机理

It is urgent to find a phosphorus (P) management considering both agricultural production and environmental quality for reddish paddy soil (RPS), because this type of soil is a very important agricultural land in China. Recently, a growing body of literature focused on the effects of biochar amendment on soil fertility and remediation. However, knowledge with respect to soil P fixation, colloidal P loss from soil in response to biochar amendment and associated mechanisms was limited. The proposed research will select typical RPS developed from Quaternary Red Clay and biochar produced by rice husk to study the effects of biochar on soil colloids mobilization and its facilitated P leaching. Soil and biochar mixture incubation experiment, lysimeter experiment, and field experiment will be conducted in this study. Meanwhile, changes of soil aggregates stability and colloids mobilization, colloidal P leaching and its influencing factors, P sorption and fractions of the RPS in response to biochar amendment will be determined to demonstrate the effects of biochar on P fixation in the RPS. This study will help us thoroughly evaluate the environmental effects of biochar agricultural application, and therefore making better decisions for the construction and sustainable utilization of RPS.

红壤性稻田是我国重要的农业垦殖基地，亟需能兼顾农业效应与环境安全的稻田磷肥管理措施。近年来，生物炭在土壤培肥与改良方面的应用引起了广泛关注。但生物炭对土壤固磷能力的影响比较复杂，对土壤磷吸附性能的影响存在不确定性，缺乏对胶体磷流失及其影响机制的深入研究。本项目拟选择稻壳炭与第四纪红粘土发育的水稻土为研究对象，从土壤胶体释放及其辅助的磷淋失对生物炭的响应为切入点，通过室内培养、淋洗土柱与田间试验，研究生物炭对土壤团聚体稳定性及胶体释放、胶体磷淋失及其影响因素、土壤磷吸附特性与磷形态特征等方面的影响，阐明土壤胶体磷的淋失规律，揭示生物炭影响红壤性水稻土固磷能力的深层机制。项目开展可更全面地评价生物炭农业利用的环境效应，并为红壤性稻田建设与可持续利用提供决策支持。

近年来，生物炭在土壤培肥和改良中的应用受到广泛关注。但生物炭对土壤固磷能力的影响较为复杂，对土壤磷吸附性能的影响存在不确定性，对胶体磷的损失及其影响机理缺乏深入研究。红壤性稻田是我国重要的农业垦殖基地，其稻田磷肥管理措施亟需兼顾农业效益和环境安全。本项目选取稻壳炭与红壤性稻田土壤为研究对象，依次开展了生物炭对土壤磷吸附特性的影响、生物炭添加对土壤团聚体稳定性的影响、以及生物炭添加对土壤水分散性胶体磷释放及流失风险的影响等研究。研究结果表明，钙镁结合磷（HCl浸提态磷）是生物炭中磷的主要赋存形态，生物炭添加显著提高了土壤钙镁结合磷含量。生物炭制备过程的热解反应能促使原材料（如秸秆、畜禽粪便）里的有机磷转化为无机磷，从而导致生物炭中有机磷含量非常低。生物炭与外部磷酸盐在生物炭表面的相互作用主要由吸附过程控制，而非沉淀过程。添加到土壤中，碱性生物炭增加了砂土对磷的吸收，但减少了酸性黏土对磷的吸附。后者主要是因为生物炭的石灰效应提高了酸性土的pH，减少了铁铝矿物表面的正电荷，从而降低了土壤对磷的吸附。灰分是生物炭磷吸附能力的决定因素，而生物炭“碳架”对其贡献十分有限。生物炭添加促进了土壤中小团聚体向大团聚体转化，从而提高了土壤团聚体的稳定性，促进了磷在土壤大团聚体中分布，对微团聚体携带产生的磷流失有一定的缓解作用。添加磷含量较高的鸡粪生物炭提高了土壤水分散性胶体磷的含量，这主要是由于胶体的释放可能受多种因素的综合影响，而不仅仅受土壤团聚体稳定性控制。该项目在生物炭对红壤性稻田土壤固磷能力影响机理方面进行了更为全面深入地探索，可为红壤性稻田土壤磷素的科学管理及生物炭农业利用提供科学依据。