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user: 3. 结果与分析 3.1. 不同生物炭添加量对土壤养分含量的影响 从表1可以看出，试验结束后虽然土壤仍表现为弱酸性，但各处理土壤的pH值都有增加，B2、B4和B6土壤pH值比B0分别提高了0.13、0.20、0.24个单位，其中B0与B4和B6差异显著，与B2差异不显著，土壤pH值随生物炭用量增加而提高，这是由于生物炭本身含有Ca 2+ 、K + 、Mg 2+ 等盐基离子，进入土壤以后会有一定程度的释放，交换土壤中的H + 和Al 3+ ，从而降低其浓度，提高盐基饱和度并调节土壤pH值 [ 8 ] 。房彬、李心清等人用生物炭对旱作农田土壤理化性质及作物产量影响的研究中，呈弱碱性土壤的pH也提高了0.1~0.2 [ 5 ] 。同样，试验后生物炭的添加均提高了土壤全氮、全磷、速效氮和速效磷的含量，且随着生物炭添加量的增加而增加，当生物炭施用量为2 kg/m 2 (B2)时，土壤中的全氮、全磷、速效氮虽然提高了，但与不施生物炭相比差异不显著，而生物炭施用量为4 kg/m 2 (B4)和6 kg/m 2 (B6)比B0差异显著。出现这一结果除了和生物炭本身具有较高的养分有关外，生物炭对营养元素的吸附作用也是很重要的原因。生物炭的比表面积较大，施入土壤后可以吸附多种离子，还可以吸附土壤有机分子，从而提高土壤养分的吸持容量 [ 9 ] 。 3.2. 不同生物炭添加量对土壤淋失液体积的影响 淋溶试验每个处理进行了7次淋溶，累计添加淋溶液量为1884 ml，如表2所示。B0最终累积淋失量为1271 ml，占添加溶液的67%，每个处理的最终累积淋溶液体积由小到大依次为B6 < B4 < B2 < B0，B2，B4，B6的累积淋溶液体积分别比B0处理减少了0.3%，1.5%，2.0%。B2、B4与B0相比差异不显著，B6与B0差异显著。由此可知，添加生物炭能增加土壤的持水性，降低水分的淋失；添加生物炭的量越多土壤的持水性能越好，淋失液的量越少。这与生物炭的结构有关，生物炭孔隙多，且孔隙大，能够吸附更多的水分，把生物炭加入土壤使土壤具有更大的孔隙度，能保持较多的水分。 Table 1 The chemical property and nutrient content of soil in different treatment 处理 PH 全氮g/kg 全磷g/kg 速效氮mg/kg 速效磷mg/kg B0 5.70a 1.58a 0.74a 84.35a 21.89a B2 5.83ab 1.62ab 0.80ab 85.87a 27.75b B4 5.90bc 1.67bc 0.90bc 105.47b 30.07c B6 5.94c 1.71c 1.03c 107.80b 30.57c 表1. 试验后各处理土壤基本化学性质和养分含量测试结果 注：不同字母表示在P < 0. 05 水平上存在显著性差异。 Table 2 Cumulative water leaching volume in different treatment 处理 累积淋溶液体积(ml) 11d 17d 23d 33d 43d 53d 63d B0 131.67a 262.00a 386.67a 577.00a 777.33a 982.00a 1271.33a B2 128.00b 256.67ab 383.00a 574.67ab 770.33ab 974.33ab 1267.00ab B4 125.00b 247.00b 371.33a 559.67bc 756.67bc 962.33ab 1251.67ab B6 126.00b 248.33b 371.33a 557.67c 752.33c 955.33b 1245.33b 表2. 不同处理下土柱累积淋溶液体积 注：不同字母表示在P < 0. 05水平上存在显著性差异。 3.3. 不同生物炭添加量对总磷淋失的影响 由图1可以看出，各处理淋失液中总磷浓度的变化趋势基本一致，均是由第1次淋溶有较高浓度，第2次淋溶浓度迅速降低，然后基本维持在一个较低的水平上。添加生物炭的处理中只有B2在浓度最高值时的浓度是低于B0，浓度为0.85 mg/L，B0浓度为0.93 mg/L，其余处理均高于B0，B4、B6的浓度分别为1.23 mg/L、1.16 mg/L。试验期间随着淋溶次数的增加，总磷的累积量逐渐增加(如图2)。淋溶液中累积总磷的淋溶量由大到小依次是：B4(0.24 mg) > B6(0.23 mg) > B0(0.20 mg) > B2(0.17 mg)，只有B2处理的总磷淋溶量显著低于B0(P < 0.05)，此处理下总磷的淋失量降低了13.57%，其余处理均显著高于B0，总磷淋失量在B4和B6生物炭施用量条件下分别提高了18.92%和12.64%，这一结果表明，加入生物炭能降低磷在土壤里的淋失，少量的生物炭能减少磷素的淋失，生物炭含量高反而会增加磷的淋失。荷兰相关研究发现，磷饱和土壤会引起大量磷淋溶到地下水，其量取决于土壤磷素饱和度，施磷量等 [ 10 ] 。试验在同等施磷量添加下，可能较高的生物炭量使土壤达到了磷饱和，所以生物炭含量高反而会增加磷的淋失。 图1. 不同处理下淋溶液中的总磷浓度 图2. 不同处理下淋溶液中累积总磷淋溶量 3.4. 不同生物炭添加量对土壤淋失液中的 N H 4 + - N 的影响 图3表明，各处理 NH 4 + -N 的浓度均呈现先降低后稍稍升高，最后以不同的速率降至一个低浓度的水平。在整个淋溶过程中，B0的浓度始终显著高于其他处理(p < 0.05)，且在添加有生物炭的处理中， NH 4 + -N 浓度随着生物炭添加比例的升高而升高。同样(图4)，土柱中 NH 4 + -N 累积淋溶量由小到大依次为B2 < B4< B6 < B0，B2的累积 NH 4 + -N 淋失量最低。与B0相比，各生物炭处理 NH 4 + -N 的累积淋失量分别降低了29.79%、25.29%、14.31%。由此可知，加入生物炭能显著降低土壤中 NH 4 + -N 的淋失，但添加越多反而效果越小，这可能是因为土柱中添加生物炭增加了土壤孔隙度，提高了土壤的通氧量，为氨化细菌创造了有利的生存条件 [ 11 ] ；生物炭添加量多的水平，氨化细菌数量可能较多，会导致土壤生成更多的 NH 4 + 增加淋溶量。 图3. 不同处理下淋溶液中 NH 4 + -N 的浓度 图4. 不同处理下淋溶液中累积 NH 4 + -N 淋溶量 3.5. 不同生物炭添加量对土壤 N O 3 − - N 淋失的影响 如图5所示，在整个淋洗过程中，各处理的 NO 3 − -N 浓度均是先增加至第1个峰值(第17天)后逐渐降低，在第23天达到一个低谷后又逐渐增加至第2个峰值(第33天)，随后一直呈降低趋势。整个淋溶过程中，开始淋溶液中 NO 3 − -N 浓度随着土柱中生物炭比例的增加而增加，且均低于B0，第63天时B4、B6浓度开始高于B0，而B2始终低于B0。从图6可以看出同等施肥条件下，所有添加生物炭的处理 NO 3 − -N 淋溶量均显著低于未添加生物炭的B0，由小到大依次为B2 < B4 < B6 < B0，B2的累积 NO 3 − -N 淋失量最低。与B0相比，各生物炭处理 NO 3 − -N 的累积淋失量分别降低了13.9%、5.4%、2.9%。 NO 3 − -N 浓度出现第二个峰值可能是第23天到33天相隔的天数与之前的相比天数增加，使更多的铵态氮在硝化细菌作用下发生氧化反应生成硝态氮，由此增加了 NO 3 − -N 浓度。除B0外，累积淋溶量的大小随生物炭添加量的增多而增大，可能是由于在土壤中添加了生物炭增加了土壤孔隙度，提高了土壤的通氧量，增强了硝化作用反应速率 [ 12 ] ，增加了淋溶液中 NO 3 − -N 的量。 图5. 不同处理下淋溶液中 NO 3 − -N 的浓度 图6. 不同处理淋溶液中累积 NO 3 − -N 淋溶量 3.6. 不同生物炭添加量对土壤总氮淋失的影响 由图7可知，开始时各处理淋失液中总氮的浓度均从较高浓度迅速降低，之后，B0和B6的浓度有一点回升，而B2、B4则保持连续降低；43天后，B0的浓度又有一个小小的回升，其他处理还是保持降低的状态，只是降低的速率减缓。整个淋溶前期各处理间的浓度由小到大为：B2 < B4 < B0 < B6，中后期则为B2 < B4 < B6 < B0，在所有处理的淋溶过程中，B2的浓度最低。同样，在同等施肥条件下，总氮淋溶的趋势与铵态氮和硝态氮一致，均由小到大依次为B2 < B4 < B6 < B0；所有处理的累积总氮淋失量均显著低于B0，其中B2的累积淋失量最低，为23.31 mg。(图8)这可能是由于添加少量的生物炭有利于土壤中氮的固定，减少了氮素的流失，而高含量生物炭添加到土壤中，增大土壤的孔隙度，则导致有机氮更容易矿化为无机氮，增加土壤中无机氮淋溶。这一结果与邢英等人在贵阳市乌当区采集的黄壤研究生物炭对氮淋溶的结果一致 [ 7 ] 。