生物炭对不同类型土壤中磷有效性和磷释放的影响研究

Several studies have demonstrated enhanced phosphorus availability in the presence of the biochar, but very little work has focused on the variety of mechanisms through which biochar may directly or indirectly influence the phosphorus availability and release under different soils. Therefore, the objective of this study is to evaluate the behavior of phosphorus in soils with added biochar and thereby provides scientific basis for prevention and control diffuse sources of phosphorus loss to water. Incubation experiments are designed to investigate the effects of biochar on soil phosphorus availability and release. The quantitative relationship between the amount of added biochar and phosphorus availability also will be investigated. Mechanisms of phosphorus release under biochar application also will be studied by investigating the soil biota activity and phosphate adsorption on Fe and Al oxides. In this study, biochar will be produced by pyrolysis of crop straws and Fe and Al oxides will be obtained through synthetic methods. The morphology of biochar will be determined using scanning electron microscope, and the surface area of the biochar will be also measured by micrometrics system.

生物炭应用于农田土壤后虽然存在提高土壤磷生物有效性的现象，但其在不同类型土壤中对磷有效性和磷释放的作用特征和作用机制还缺乏系统和深入的研究。本项目从降低土壤磷固持的角度出发，以生物炭对土壤磷行为的主要作用机制和提高磷有效性的应用策略为关键问题，利用SEM和BET等技术，采用人工合成铁铝矿物和秸秆炭化制备生物炭等实验材料，通过野外采样与室内模拟相结合的方法，选择不同类型土壤重点研究：（1）生物炭对土壤中磷有效性的影响特征；（2）生物炭对土壤中磷释放的影响特征；（3）生物炭对铁铝矿物吸附磷行为的影响特征；（4）生物炭对土壤磷活性有关生物行为的影响特征。在系统揭示生物炭在影响不同类型土壤中磷生物有效性和主要作用机制的同时，明确其对磷释放风险的影响，为研发降低农田面源磷流失控制技术和合理利用生物炭提供可靠的科学依据。

生物炭应用于农田土壤后虽然存在提高土壤磷生物有效性的现象，但其在不同类型土壤中对磷有效性和磷释放的作用特征和作用机制还缺乏系统和深入的研究。本项目研究结果表明，400℃是制备生物炭比较适宜的温度。玉米秸秆在400°C条件下制备生物炭的转化率为38%左右，主要的元素包括C（76 %）、O（13 %）、N（5 %）、K（4 %）和Ca（1 %），比表面积为8.57 m2 g−1，平均孔隙度为41.9 nm，pH值为10.7。生物炭的制备过程中磷含量由秸秆中的0.81 g kg−1升高到3.31 g kg−1，生物炭中的磷含量主要集中在灰分中，酸洗掉灰分后，生物炭中的磷含量降低为0.94 g kg−1，灰分中的磷含量为14.9 g P kg−1。生物炭灰分中所含磷占玉米秸秆制备生物炭含磷量的77%左右，施入土壤有主要由于生物炭自身含有的磷增加红壤、水稻土、潮褐土和潮土四种不同类型土壤中有效磷含量。生物炭加入土壤后降低了红壤中酸性磷酸酶和潮褐土中的碱性磷酸酶活性，却显著增加了红壤、水稻土、潮褐土和潮土四种土壤的微生物量磷含量。生物炭对磷酸酶的抑制作用主要由于在生物炭施用量较高的条件下，大量的磷进入土壤，对磷酸酶活性起到了抑制作用。磷在红壤中的固持主要通过铁铝氧化物吸附，添加生物炭对于红壤吸附磷行为没有显著影响。