生物质炭对新疆灰漠土氮肥损失及相关转化过程的影响及机制研究

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种植体系氮肥利用率的关键。生物质炭被认为具有快速增加土壤有机碳含量、改善土壤理化性质、降低肥料损失等特点，近年来成为土壤学等领域研究的热点，但生物质炭输入对养分转化影响的研究尚处起步阶段，尤其对干旱区贫瘠土壤研究鲜有报道。本项目以秸秆制备的生物质炭为试材，以氮肥利用率低的灰漠土-小麦种植体系氮素行为为研究对象，采用15N示踪技术，土壤团聚体分组等技术，通过室内模拟和田间定位种植试验，重点研究生物质炭输入后对灰漠土-小麦体系氮肥氨挥发、淋失、氧化亚氮损失及相关转化过程的影响，阐明生物质炭输入条件下灰漠土氮素转化、损失和利用过程与机制，探索采用土壤"碳氮比"揭示生物质炭对灰漠土种植体系氮肥损失的作用机理，为干旱区低产土壤改良和氮肥利用率提高提供理论依据。

生物质炭是农业废弃物在低氧或无氧条件下高温裂解而产生的一种富含有机碳的一种固态物质,能有效改善低产土壤的肥力,降低肥料损失。灰漠土是新疆主要农业土壤，棉花秸秆约占其农业秸秆30%，棉花秸秆炭化还田是改善灰漠土肥力、提高肥料利用率的新途径。本文通过研究棉秆炭施入对土壤养分、氮素转化过程以及作物生长和肥料利用率的影响，研究结果如下：（1）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；pH值在300℃下，随着时间的延长而增大，450℃和600℃下基本保持在10.5左右；电导率随炭化温度的升高而增加，且炭化温度300-450℃对棉秆炭的电导率影响相对较小，600℃较大；CEC随炭化温度的升高而降低，在300℃下随炭化时间的延长而增大，450和600℃下则降低。棉秆炭磷和钾随着温度的升高和时间的延长逐渐增加，氮含量则相反。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。（2）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；（3）灰漠土氮素矿化量和硝化量随棉秆炭施用量的增加而降低，矿化量降低幅度大于硝化量。相同施炭量下，600℃棉秆炭下的土壤氮矿化量要显著高于300℃；600℃和300℃棉秆炭施用下土壤氮硝化量在第一周都达到80%以上，两周后硝化率达95%以上。（4）氮肥与棉秆炭配施则提高了玉米器官的生长和生物量积累，提高幅度为0.77%-7.60%，不同棉秆炭处理间差异不明显；同时，添加棉秆炭抑制了玉米根、茎、叶、玉米棒以及植株吸氮量，降低了氮肥吸收效率4.96%以下，提高了氮肥表观利用率7.49%以上，增加施氮量抑制作用将逐步降低；（5）棉秆炭输入土壤容重降低了6.77%以上、土壤含水量和有机碳含量提高了10%和64.71%以上，提高了棉花生理指标，产量提高了8.26%以上。因此，棉花秸秆炭化还田对新疆灰漠土的改良、肥料利用以及产量的提高都具有促进作用。