生物炭对不同程度盐渍化棉田土壤氮素利用的影响及调控机制

Saline soil is the mainkind of low yield soil in Xinjiang. Nitrogen is an important element in the reproduction, growth and activityof life, and nitrogenlosses more in the saline soil than the non-saline soil. The biochar has significant efforts in improving soil physical and chemical properties and retaining the nutrient, and it has been focused in recent soil researches.Previous studies showed that the biochar could affect soil and cotton when used on the saline soils in Xinjiang. Therefore, applicants assume that the biochar can change the physical properties, the pH and the composition of saline ions of saline soil, then affect the nitrogen transformation, loss and use, that is the way to improve saline soil fertility. So this researchis planning to make the biochar from cotton straw, and appraisalthe affections of biochar in the physical properties, pH and the composition of saline ions in soil, and nitrogen movement, transformation and loss in cotton fields of different saline levelsunder Lab simulation. It is planned to use micro areasin the field to simulate actual field conditions, study the affectionsof biochar of the nitrogen utilization and its connection to the biological benefits with the 15N tracer, and clarify the regulation and affectionmechanism of the nitrogen utilization by biochar. It could provide a scientific basis in the saline cotton field improvement and the proper applicationof nitrogen and biochar.

盐渍化土壤是新疆最主要的中低产土壤类型，氮素是生命繁衍、成长和活动的重要元素，盐渍化土壤上氮素的损失较非盐渍化土壤更为严重。生物炭具有改良土壤理化性质、增强养分持留的作用，近年来成为土壤学界研究的热点。前期研究表明，生物炭在新疆盐渍化土壤上施用对土壤和棉花有一定的影响。因此，申请者假设施入生物炭可以改变盐渍化土壤物理性质、pH值和盐分离子的组成，进而影响氮素的转化、损失和利用，达到提高盐渍化土壤肥力的目的。为此，本研究拟以棉杆为材料制备生物炭，通过室内模拟的方法评价生物炭对不同程度盐渍化棉田土壤物理性质、pH值和盐分离子组成、氮素迁移、转化、损失等的影响；采用田间微区试验的方式，模拟田间环境，利用15N示踪，探索盐渍化土壤施入生物炭对氮素的影响与棉花的生物学效益的关系，明确生物炭对盐渍化土壤中氮素利用的影响和调控机制，为新疆绿洲盐渍化棉田改良、氮素与生物炭的合理施用提供科学依据。

本研究针对新疆绿洲盐渍化棉田盐渍化程度、氮素状况及施用现状，将生物炭作为一种土壤改良剂施入土壤，研究生物炭施入对不同程度盐渍化棉田土壤氮素利用过程的影响，探索生物炭对盐渍化棉田氮素利用的影响及作用机理，旨在为减少新疆盐渍化棉田改良、氮素损失与合理施用生物炭提供科学依据。结果表明当添加生物炭的量为25g/kg时，不能显著提高土壤pH值，针对重度盐渍化土壤可减小土壤pH值，降低幅度在0-0.5。在重度盐渍化土壤上，生物炭的添加有增加其电导率的风险，应当控制添加量，而在无盐渍化和中度盐渍化土壤上，生物炭对电导率几乎无影响。生物炭施入盐渍化土壤对土壤紧实度有较大的影响，40g/kg处理各土层紧实度变化不大，从2.5cm至42.5cm均在500kPa左右，均低于其他处理，生物炭施入可使土壤紧实度变小，对于实现良好土壤构型有一定的作用。施用生物炭处理SPAD值基本呈现相同的变化规律，蕾期、初花期>盛铃期、吐絮期>盛花期、铃期。不同处理在同一生育时期净光合速率（Pn）10g/kg处理蕾期高于现蕾期，其它处理净光合速率现蕾期均高于蕾期。通过生物炭的施入明确了氨挥发程度的变化，在无盐渍化土壤和中度盐渍化土壤上添加生物炭+氮肥处理可以明显抑制氨挥发的量；对比不添加氮肥处理，仅添加生物炭处理氨挥发量略低于无添加对照处理，仅添加生物炭处理对土壤氨挥发没有影响；在重度盐渍化土壤上，氨挥发量最大的为氮+生物炭处理，生物炭没能很好的抑制氨挥发。在盐渍化土壤上，施用生物炭和氮肥后，生物炭有减缓铵态氮降低的作用，生物炭促进了氮素的矿化过程。仅施用生物炭对铵态氮、硝态氮的变化无影响。施用生物炭可显著提高无盐渍化土壤和中度盐渍化土壤微生物量碳含量，25g/kg处理优于50g/kg处理，提高幅度在8.9%-19.14%，而在重度盐渍化土壤上表现出相反的趋势。生物炭的添加提高了盐渍化土壤中速效磷的含量，提高了土壤磷的活性施用生物炭15-40g/kg处理可以达到较好产量，施用量较大的60g/kg处理产量最低，因此，在生物炭的施用上并不是越多越好。盐渍化土壤上最佳的生物炭施用量还需要更多的田间试验研究确定。