Lindsey Anderson，密苏里大学学生，2017年内布拉斯加大学-林肯综合农学系统实习生
导师:农学与园艺学系土壤科学副教授Humberto Blanco和农学与园艺学系土壤科学博士后研究助理Bharat Sharma Acharya
合著者:Cody Creech, Gary Hergert, Rex Nielsen和Bijesh Maharjan，农业专家，Panhandle研究和推广中心，Scottsbluff
Chadd Cupit，土壤和水科学研究生

Carbon-enriched土壤改良剂

土壤碳(C)是土壤健康状况的重要指标，是土壤物理、化学和生物特性的组成部分。土壤碳的流失会导致土壤退化和生产力的丧失。土壤碳通过侵蚀、清除残渣、精耕细作和土地利用变化从土壤中流失。富碳土壤改良剂，包括动物粪便、生物固体、市政堆肥和生物炭等，可恢复土壤生产力(图1)．

富碳土壤改良的历史:Terra Preta土壤

在土壤中添加富碳材料并不是一种新的做法。数千年前，亚马逊盆地的土著居民使用烹饪和加热产生的类似木炭的物质作为农业土壤的改良剂。通过添加这种碳物质，土著居民创造了现在亚马逊的Terra Preta土壤。Terra Preta的土壤很深，深棕色，营养丰富，与周围的土壤相比，含有大量的土壤有机质。此外，这些土壤具有较高的持水能力;所有这些都使土壤变得非常宝贵和多产。Terra Preta土壤是一个极好的案例研究，说明了使用高碳材料作为土壤改良剂的长期成功。

什么是高碳炭?

另一种与生物炭性质相似的潜在富碳土壤改进剂是炭，也称为高碳炭。高碳炭是煤不完全燃烧的残留物，比如在斯科茨布拉夫附近的西部糖业合作社，在甜菜加工过程中产生的残留物。该厂在制糖过程中每年生产3.55万吨高碳炭(图2)．来自Scottsbluff西部糖业合作社的高碳炭含有30%的碳、0.37%的氮、0.22%的磷、4.76%的钾、4.76%的钙、1.08%的镁和0.51%的硫，此外还有许多植物必需的营养物质。和其他作为土壤改良剂回收的副产品一样，包括生物固体和肥料，在使用高碳炭时需要考虑潜在的污染物。西部糖业合作社生产的高碳炭所含的重金属远远低于美国环境保护署(Environmental Protection Agency)的负荷限制，因此可以安全地用于农业回收。

为什么要使用高碳炭?

虽然高碳炭的碳含量只有30%，而生物炭的碳含量超过70%，但高碳炭具有与生物炭相似的特性。它们都是高碳材料，可以用来建立土壤碳储量，并有可能提高退化土壤或有机碳含量低的土壤的作物生产力。土壤碳储量的损失会使土地过于贫瘠，无法进行经济上稳健的作物生产。内布拉斯加州相当一部分农业土壤的土壤碳含量较低。使用高碳炭等区域副产品作为土壤改良剂，可以以比使用等量生物炭低得多的成本补充退化土地中损失的碳储量，有利于循环利用区域工业的碳副产品并改善土壤。

高碳炭土壤改良剂对作物产量和土壤性质影响的研究

内布拉斯加-林肯大学的研究人员正在研究使用来自西部糖业合作社的高碳炭作为土壤改进剂，以增加土壤碳，改善土壤理化性质并提高作物生产力。正在对悉尼和斯科茨布拉夫附近的沙质壤土进行研究。

在悉尼大学，研究人员在两个地点(降解和未降解)以六种速率(0;3000;6000;9000;12000;每英亩18000磅)，复制4次。作物轮作包括小麦、玉米和豌豆的三年轮作。在Scottsbluff, Mitchell农业实验室在四个相邻的田地(W1、W2、W5和W6)以五种速率(0;3000;6000; 12,000; and 18,000 lbs per acre) with five replications. The crop rotation consists of a four-year rotation of corn, dry beans, corn, and sugarbeet.

高碳炭于2016年春季施用，并在两个地点轮耕至土壤顶部6英寸(图3)．土壤采样深度为0-4英寸，于2017年春季进行。研究了高碳炭对作物产量和土壤理化性质的影响，包括土壤压实性(土壤容重、渗透阻力和抗剪强度)、土壤含水量、阳离子交换能力、总碳以及宏观和微量营养素的影响。

研究人员发现了什么高碳炭对作物产量和土壤性质的影响?

施用高碳炭的第一年作物产量没有显著增加。此外，高碳炭对土壤理化性质影响最小。在Sidney和Scottsbluff站点，高碳炭的使用对堆密度和抗剪强度没有影响。然而，在悉尼的退化场地显示出渗透阻力降低的趋势，这表明根系更容易穿透添加了高碳炭的土壤。此外，Scottsbluff附近的一个油田(W2油田)的结果显示，土壤含水量显著增加。在悉尼附近的退化地块，与对照(无高碳炭)地块相比，施用高碳炭的地块，每英亩9000磅时总碳含量增加了90%，每英亩18000磅时总碳含量增加了149%。

结论

使用高碳炭作土壤改良剂可提高土壤碳浓度。例如，在悉尼退化地区，每英亩施用18000磅高碳炭，总碳含量增加了149%。一般来说，高碳炭在第一年对作物产量和土壤物理性质没有影响。长期来看，高碳炭可能对作物产量和土壤性质有积极影响，因为高碳炭颗粒与土壤颗粒发生反应需要时间。总的来说，高碳炭作为土壤改良剂表现出了希望，但需要长期监测来确定高碳炭对土壤性质和作物产量的影响。

额外的资源

• UNL研究甜菜焦是否能改善土壤2016年6月9日，内布拉斯加州扩展作物观察
• UNL研究甜菜的焦炭是否会改善土壤， High Plains Journal, 2016年5月28日
• 增加土壤有机质的土壤管理(内布拉斯加州扩展指南2283)

关于第一作者

林赛·安德森(Lindsey Anderson)是去年夏天在UNL完成综合农艺系统奖学金的七名本科生之一。她是密苏里州人，目前是密苏里-哥伦比亚大学的本科生，主修土壤科学，辅修植物科学和可持续农业。毕业后，她计划在一个职位上帮助土地所有者可持续地管理他们的土地。

支持

对这个项目的支持由研究所农业部NIFA农业和食品研究计划:教育和扫盲计划-本科生体验学习奖学金计划内布拉斯加大学林肯农艺系．