长期不同量秸秆炭化还田下水稻土孔隙结构特征

摘要

[目的]生物炭被认为是一种能够提高土壤固碳能力、改善土壤结构和减缓全球气候变化的土壤改良剂.土壤孔隙结构直接影响土壤中水、气、热的运动,因此,研究长期施用生物炭对土壤孔隙结构特征的影响,以期为秸秆炭化还田提供理论依据.[方法]研究基于2013年建立的水稻秸秆炭化还田长期定位试验,选取在等氮磷钾条件下不施用生物炭(C0)、施用低量生物炭(1.5 t/hm2,C1.5)、高量生物炭(3.0 t/hm2,C3.0)的3个处理.利用X射线CT扫描和图像处理技术,分析了土壤孔隙结构参数,包括土壤孔隙度、土壤孔隙大小分布、孔隙连通性指数(欧拉特征值)、各向异性、分形维数、最紧实层孔隙度和最紧实层平均孔隙直径等参数.[结果]C1.5和C3.0处理均能显著增加土壤有机碳含量和土壤总孔隙度,降低土壤容重,平均增加或降低比例分别为15.5％、10.5％和7.4％.C1.5与C3.0处理之间的总孔隙度没有显著差异,但孔隙大小分布存在差异.C1.5处理显著增加了大孔隙中当量孔径为100～500μm和>500μm的孔隙度,增幅分别为81.6％ 和275.3％,而C3.0处理显著降低了大孔隙中当量孔径100～500μm的孔隙度,降幅为32.9％.C3.0处理当量孔径<25μm的孔隙度显著大于C0处理和C1.5处理,增幅分别为13.8％ 和16.3％.C1.5处理的欧拉特征值最低,分形维数、最紧实层孔隙度和平均孔隙直径最大.各处理土壤孔隙的各向异性没有显著差异.[结论]长期施用水稻秸秆生物炭能够显著增加稻田土壤有机碳含量和总孔隙度,降低土壤容重.施用适量生物炭会增加土壤大孔隙度和土壤孔隙的连通性,但是过量施用生物炭可能会降低土壤大孔隙度和土壤孔隙的通气导水能力.炭化秸秆还田量与孔隙结构之间的定量关系还需深入研究.