北领地生物炭土壤试验 试点项目

介绍

    在北领地自然资源管理理事会(Territory NRM)的帮助和澳洲政府的资金支持下,澳思公司在北领地进行了一项现场试验,以调查生物炭在种植业中对作物产量和土壤健康的作用。

生物炭土壤试验在澳大利亚开展了很多,但主要集中在东南部和西部,在北领地尚属首次。

项目地点

    项目选址在一处位于Litchfield自治区Lambells湖附近的有机农场,在达尔文市东南方向大约56km处。项目区域内的土壤主要是沙壤土。

q

自然资源管理理事会与种植业

    北领地的种植业起步较晚但是发展迅速,对该州经济有重要贡献。 达尔文地区是北领地三个主要的种植区之一。每个区的作物品种都需要适合当地气候和其他条件,种植被限制在水土条件适宜的有限面积里,换句话说作物生长受制于有限的自然资源。

    在达尔文地区,有种植可能的土壤大都贫瘠、含碳量低,保水能力和养分也不理想。农民被不断要求保持或提高土壤的含碳量来提升土壤的生物、化学和物理指标,以帮助提高农作物产量。

什么是生物炭?

    生物炭是加热自然有机物质,在一种叫做热解的高温低氧工艺条件下制成的形态稳定的木炭。古人就曾使用生物炭来改善土壤条件并促进农作物生长。越来越多在澳洲和世界各地进行的试验结果令人兴奋,证实了这种被重新发现的方法在改善土壤条件方面的成效。

生物炭为什么对种植业有益?

    人们已经知道生物炭能够改变土壤的物理、化学和生物结构,并且被认为很可能是一种重要的可持续农业投入:

  • 提升肥料的有效性和效率;
  • 提升土壤中稳定的碳水平;
  • 改善土壤保水保肥能力;
  • 提升农作物产量和产率;
  • 降低土壤酸度,增加阳离子交换容量;
  • 促进有益的土壤微生物的生长。

    有文献表明生物炭对土壤性质和农作物产量的影响取决于一系列因素,包括:生物炭的类型、土壤和农作物的类型、农业系统和气候变化等。

    此外,通过处置废木料,生产生物炭可能对可持续的废弃物管理也有贡献,例如能将农业废弃物或者入侵物种变成有价值的农业资源。

工作程序

    项目目标是在农场实施一个初步的生物炭土壤试验,以了解在土壤中施用生物炭能在多大程度上帮助北领地的种植业。

    在北领地自然资源管理理事会(Territory NRM)的大力支持下,澳思公司与来自北领地农民协会的当地农民和种植者David Boehme先生密切合作,共同实施了生物炭土壤试验。 试验在旱季后期开展,从2013年7月到11月进行了4个月。试验选择了一块大约2公顷的地块,包括3块各自独立的试验田,里面种植了西葫芦和西瓜。

生物炭生产

    由于在当地没有知名的生物炭供应商,澳思公司用自有的CharMarker MPP20型移动式热解制炭机在现场将废木头制成生物炭并供试验使用。制成的生物炭符合国际生物炭协会制定的《用于土壤的生物炭标准产品定义和产品测试导则》(IBI,2013)。生物炭的关键特性包括高固碳量、高有机碳含量、高pH值和石灰值。

Earth-Systems-CharMaker-MPP20

用CharMaker MPP20型移动式热解制炭机生产生物炭。

生物炭的应用

    我们尝试了三种不同的生物炭施用率:每公顷大约5吨、13吨和23吨(均为干重),与有机肥料混合后施用在土壤中。同时建立一个对照种植组用于对比。由于生物炭在运输过程中会受潮,我们在现场称量生物炭的湿重,换算为干重后得到现场施用量。撒播机将生物炭撒布在田里,然后用动力耙将其翻入地表下10到15公分处。

作物管理

    在试验过程中,农田的管理沿用标准有机农场的常规做法进行灌溉、施肥、除草和害虫管理。

3

用撒播机向试验田中撒播生物炭。

4

生物炭一排排施加在试验田中,将被埋入地下。

取样和监测

    土壤样品分别从西葫芦和西瓜地获取,在试验室中分析取得数据,以研究下面这些参数:

  • 土壤特性,如总碳、生物质、阳离子交换容量、pH值和宏量营养元素;
  • 土壤的可用水含量;
  • 土壤微生物生态的变化。

    我们还记录了西葫芦试验田的作物收获情况和土壤水分张力数据。

试验初步结果

    经过施加生物炭,试验田的总土壤碳含量和生物质含量都得到了提高。例如,生物炭施用率最高的试验田(23 t/ha)总碳水平达到了1.93%,同时对照组农田的总碳含量为1.3%。

11

基线组、对照组和施用生物炭的三块西葫芦试验田的总碳(%)和生物质含量(%)的比较。蓝色表示总碳含量(%)红色表示生物质含量(%)。

    我们还发现由于使用了生物炭,土壤pH值也得到了增加。这表明带有石灰效应的生物炭在需要调节土壤酸碱度的土地上能作为传统熟石灰的替代品使用。

22

基线组、对照组和施用生物炭的三块西瓜地的pH值比较

    试验室取样测定发现,施用了生物炭的试验田中土壤可用水含量增加了。例如,在低生物炭施用率地块的土壤可用水含量几乎翻倍,而在高施用率地块该值增至三倍。

33

不同生物炭施用率的土壤可用水含量,试验室测得(SGS,2014)。 

    种植西葫芦的三块试验田其中之一产量增加了25%。当地农民反映说在试验田上种得的西葫芦品质几乎是这块地上种出来最好的。

44

对照组和三个生物炭试验田的西葫芦产量对比,用百分比表示与对照组的差别。

利益相关方现场日

    2013年11月5日,项目组织了一次利益相关方的现场观摩日,同时这也是北领地自然资源管理理事会(TNRM)年度研讨会的活动之一。大约20~25个来自政府机构、研究单位、本地居民团体和土地拥有者参加了现场日活动。这些利益相关方的反馈和意见都被纳入项目考虑并体现在项目报告中。                      

对研究和管理的启发

    试验结果显示,生物炭作为土壤改良剂在北领地州的种植业的应用前景很广,特别是考虑到该地区土壤普遍存在的局限性。考虑到试验的短期性和初步性,仍需要进行进一步的研究和更大规模的现场试验来完全肯定生物炭用在农作物领域的长期效益。这将帮助我们更好地理解生物炭与不同的土壤和作物类型、不同气候区以及作物产量的关系。

结论

   总体来说,在北领地州进行的这场生物炭应用试验结果非常好,土壤的碳含量、pH值和可用水含量都获得了稳步增长。 我们建议北领地州开展下一步的生物炭施加试验,研究针对不同土壤和作物类型判别最优化的技术经济利用方法。 生物炭的利用很有可能帮助北领地地区大大增 加农作物产量。

联系方式

更多项目信息请联系:

    北领地自然资源管理理事会(TNRM) 澳大利亚达尔文市NT 0801,GPO邮箱2775 达尔文市,NT 0800,McMinn街8号,Harbour View广场5楼

    电话:+61 8 8999 3783

    传真:+61 8 8999 4100

    电子邮件:Email: info@territorynrm.org.au

    www.territorynrm.org.au

    澳思公司(达尔文) 北领地 NT0820,PO邮箱1228,Nightcliff。

    澳思环境咨询公司(墨尔本) 维多利亚州墨尔本市,Suite 17, 79-83 High Street, Kew, 3101

    电话:+61 3 9810 7500

    传真:+61 3 9853 5030

            Email: enviro@earthsystems.com.au

     www.earthsystems.com.au