生物炭对土壤钾素释放及生物有效性的调控机理研究

Potassium is one of the three plant major nutrients, it plays very important role in plant physilogical process such as growth, development, motabolism, stress resistance and so on. But the release process of soil potassium is very low, therefore its bioavailability is also quite limited for plant. Based on pot and field experiments, this research aimed to improve the supply potential of soil potassium, use biochar as material to study the regulate mechanisms and effects of biochar application to soil potassium release and bioavailability. It would also quantitatively describe the soil potassium release regulation after biochar interacted with soil body. Evaluating the the changes of biochar application to of soil physical and chemical characteristics and biological factors, and the effects of these changes to soil potassium availability. The authors try to discover the mechanism of biochar application on improving soil potassium bioavailability and the response from plant growth, and to create feasible biochar application technology. Our positive research results would enrich the theoretical approach and provide technical support for the industrialization of use biochar as a soil amendment.

钾是植物营养三要素之一，对植物的生长、发育、代谢、抗性等生理过程都有重要影响，但土壤中钾素自然释放较慢，其生物有效性有限。本研究拟以挖掘土壤供钾潜力为目标，以生物炭为材料，基于土培、盆栽和大田试验，开展生物炭对土壤钾素释放及生物有效性的调控机理研究。量化生物炭-土壤互作后土壤钾素释放规律；分析生物炭施用下土壤理化及生物因子变化对钾素有效性的影响；试图揭示生物炭提高土壤钾素生物有效性的机理；探明施加生物炭后钾素有效性变化引起的作物生长响应机制；构建生物炭提高土壤钾素有效性的使用技术。研究结果将丰富钾营养元素的高效利用理论，也将为生物炭作为一种土壤改良添加物料实现产业化提供技术支撑。

生物炭添加到土壤中可减少养分流失，提高养分利用效率。由于多种原因土壤缺钾已成为限制作物高产的全国性问题，充分利用土壤中的钾素资源对我国农业的可持续发展意义重大。本研究以生物碳为主要材料，应用多学科方法和技术，对施入生物炭所引起的土壤生物有效性、理化性状、微生物、植物生长状况等方面的变化进行了研究。结果表明：.1..施用生物炭当季耕层pH值提高了0.03-0.42，水溶性钾含量提高67.3-263.9%，交换性钾含量提高28.7-80.6%，有效磷提高12.6%，土壤有机碳提高37-237%，而土壤容重和碱解氮含量则分别降低了2.0%和5.4%。施用生物炭处理的土壤硅酸盐解钾菌数量提高了20-85%，细菌和放线菌数量在小麦越冬期、抽穗期和成熟期分别提高了67.9%、62.4%、8.7%和8.1%、29.1%、10.7%，真菌数量有所降低。适宜的生物炭施用量为15-20吨/公顷。.2..根箱土培试验结果表明，棉花吸钾后土壤中速效钾含量明显下降，这促进了土壤固定态钾向有效态钾的形态转换。干旱胁迫显著抑制了棉花生长和钾肥的利用效率，钾肥的生物有效性下降。两个不同钾素利用效率的棉花基因型在根系生长相关参数和土壤微生物特性方面存在显著差异。.3..小麦-玉米轮作下土壤钾素动态变化和作物吸钾影响的土培盆栽试验结果表明，小麦对土壤钾素的吸收在淋溶土上高于（13.6-40.5%）新成土，新成土中2：1型含钾矿物的含量较大，对钾离子吸附固定作用较强，生物炭效果有延迟现象。生物炭可以作为一种较适宜的土壤添加剂用于改善土壤钾素肥力，其效果在不同土壤之间有差异。.4..小麦田间试验结果表明，随着生物炭用量增加，土壤pH和EC逐步上升，土壤交换性镉含量有所下降，非交换性镉含量有所上升。施用生物炭可提高小麦植株的干物重和籽粒产量，且这些提升与土壤交换性镉含量显著相关。镉在小麦籽粒中含量最低，其次是茎秆，根系中最高。.. 这些结果证明了生物炭可通过改善土壤理化性质来提高土壤钾素生物有效性并影响作物生长，它将为丰富和完善土壤钾素营养资源高效利用理论体系，为生物炭在土壤改良和污染修复上的推广应用提供依据。