生物质炭改善土壤矿质营养吸收的研究进展及作用机制分析-《江苏农业科学》(2020年10期).docx

龙源版权所有 生物质炭改善土壤矿质营养吸收的研究进展及作用机制分析作者：尧芳 任天宝 徐敏 张福建 徐辰生 马光近 张庄仪 谢廷鑫 刘国顺来源：《江苏农业科学》2020年第10期 摘要：土壤矿质营养物质的均衡高效吸收对于作物的产质量具有重要意义。生物质炭所具有的特殊结构及富含碳的特性能够改善作物对矿质营养的吸收与利用。近年来，国内外对生物质炭改善土壤理化特性、促进作物矿质营养吸收、提高肥料利用效率等方面的研究日益深入。本文系统地论述了生物质炭的理化特性及生物质炭对土壤矿质营养物质吸收利用影响的研究进展，发现生物质炭能够促进植物对氮、磷、钾等营养元素的吸收与利用。在此基础上，探讨了生物质炭改善土壤矿质营养吸收的机制，为生物质炭在土壤改良与化肥减施技术方面的应用提供了理论依据。 关键词：生物质炭;土壤矿质营养;吸收;机制 中图分类号： S156 文献标志码： A 文章编号：1002-1302（2020）10-0046-06 收稿日期：2019-07-31 基金项目：南平植烟土壤碳氮分布特征及其烟叶质量提升关键技术研究（编号）;国家重点研发计划（编号：2017YFD0200808）。 作者简介：尧 芳（1998—），女，江西抚州人，主要从事现代烟草农业研究。E-mail163.com。 通信作者：任天宝，博士，副教授，硕士生导师，主要从事烟草栽培与生物质炭研究。E-mail：tianbao1016@126.com。 矿质营养元素是植物生长发育中必不可少的物质，是植物光合作用和呼吸作用合成的能量的载体和代谢物质，也是植物生命活动的基础。其中，氮、磷、钾和微量元素是作物生长所需的重要营养元素，它们对农作物产量及品质的形成起着极其重要的作用[1]。因此，矿质元素的均衡供应是实现作物优质高效栽培的前提，明确作物对土壤矿质元素的需求特点与规律可以为健康栽培和精准施肥提供理论依据，对于实现我国作物的优质、高效、绿色、安全生产具有重要意义。 氮是组成一切生命体的重要元素，农田土壤中的氮素则是作物所需土壤养分库中的基本要素;磷以多种形态存在于土壤中，其中生物有效性最高的形态是水溶态磷[2]，磷素可以使作物维持正常生长并保持较高的产量[3];钾素堪称农作物的“主粮”，合理适量地施用钾素，能使农作物的秸秆粗壮坚韧，并可防止倒伏、促进开花结实，此外还能增强农作物抗寒、抗早、抗病的能力[4]。但是，土壤中的氮素在转化过程中会通过淋溶、挥发、吸附固定等途径移出土体而损失;磷素会通过降雨或人工排水形成的地表径流、土壤侵蚀及渗漏淋溶等途径流失，这些直接关系到氮素和磷素的有效利用率。有研究发现，磷肥在农业生产中的利用率为5%～20%[5]，在水稻中的利用率为25%[6]。有研究结果显示，钾肥的当季利用率为40%～70%，土壤中的有效钾主要通过淋洗、径流、固定等方式损失，这些导致土壤植物对钾素的吸收利用率降低[4]。此外，微量元素也是农作物生长发育必需的营养元素，目前有较多报道表明，微量元素在促进植株生长发育、影响植株生理代谢、增强作物对病害的抵抗力等方面具有重要作用。如今，我国土壤面临微量元素成分不协调、土壤矛盾突出、重金属污染、部分缺素等问题，毫无疑问，这些问题将影响植物对微量元素的吸收利用。综上所述，土壤矿质营养元素利用率低已经成为限制我国农业高质量发展的重要因素，亟待深入开展如何提高土壤营养元素有效利用的相关研究。从已有的大量研究结果来看，新兴的生物质炭技术可以有效促进植物对土壤营养物质的吸收与利用，增加土壤微生物的多样性。王悦满等研究发现，施生物炭处理与施氮对照（CKU）相比，施加0.5%质量分数的生物质炭处理的水稻籽粒吸氮量、氮肥吸收利用率、农学效率分别提高了2368%、57.46%、1.86%[7]。房彬等研究发现，与单施复合肥、尿素相比，额外施用20、50、100 t/hm2生物质炭处理组的土壤硝态氮含量分别提高了380%、26.3%、88.4%，土壤有效磷含量分别提高了34.8%、135.0%、232.2%[8]。 本文结合生物质炭的理化特性，对国内外土壤中氮、磷、钾和矿质元素的研究现状进行综述，深入研究生物炭对土壤理化特性及矿质营养吸收的影响机制，对于合理有效地调控土壤根际环境、最大限度地发挥生物质炭对作物生长的生态功能、提高矿物营养资源的利用效率与作物生产力、实现我国农业生产的可持续发展具有一定的理论价值与实践指导意义。 1 生物质炭的理化特性 生物质炭通常是由生物残体在完全或部分缺氧的情况下，经高温慢热解产生的一类难熔、稳定、高度芳香化、极度富碳的物质。生物质炭的主要成分是烷基和芳香类物质，其组成元素主要有C、H、O、N、S等，其中碳元素含量约为40%～80%。生物质炭