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土壤沙化问题由来已久,虽然整体上得到了遏制,但是局部地区仍有扩展,因此,必须引起重视。长期以来,川西北地区由于自然和人为因素,沙化区域不断扩张,当地沙化土壤保肥保水能力较差,土壤肥力欠佳,已经成为制约当地经济的突出问题。然而,当地畜牧养殖业较为发达,畜牧养殖业是当地人民的主要经济来源。但是,随着畜牧养殖业规模不断扩大,畜牧养殖业废弃物的处理成为了亟待解决的问题。因此,本研究选用当地常见的畜牧废弃物羊粪作为原材料进行炭化和堆肥产品的制备,并选用聚丙烯酰胺为添加剂,通过土柱试验和盆栽试验,筛选出改良当地沙化土壤的方式。笔者通过自制的热解炭化炉,对干燥、粉碎后的羊粪进行热解炭化,制备出不同热解温度的羊粪生物质炭产品,并对羊粪进行厌氧发酵处理,得到羊粪堆肥产品。应用傅里叶变换红外光谱(FTIR)和扫描电镜(SEM)等技术,对热解前后的母料和生物质炭的元素组成、主要官能团及其表面结构和形态变化进行表征,通过向沙化土壤中添加羊粪生物炭和堆肥产品,探讨其对沙化土壤改良的特征,为生物质炭应用于沙化土壤改良提供了依据。土柱淋溶试验设计分为两组,分别为添加聚丙烯酰胺(PAM)(h系列)和不添加PAM(H系列),每种处理都分为只施加堆肥(H1、h1)、生物质炭和堆肥比例为1:1(H2、h2)和只施加生物质炭(H3、h3),此外,做空白处理,即不添加任何外源养分材料(H0、h0),共计8个处理,每个处理做3个平行试验。盆栽试验的设计是将生物质炭、堆肥和PAM按照5种不同方式施加,即施加的生物质炭与堆肥的质量比为3:1(C1)、只添加PAM(C2)、施加的生物质炭与堆肥的质量比为3:1,同时添加PAM(C3)、只施加生物质炭(C4)和只施加堆肥(C5),另做1个空白处理(C0),共计6个处理,每个处理做4个平行试验。主要的研究结果如下:(1)随着温度的升高,生物质炭分解得更加充分,芳香化程度提高,生物质炭原先存在的一些特征峰逐渐消失。炭化后的羊粪拥有复杂的孔隙结构和巨大的比表面积,有利于对水分和养分的吸收,并且随着温度的升高,生物质炭的表面形态和孔隙结构得到了发育。(2)生物质炭和堆肥的添加可以显著地增加沙化土壤的pH、总氮、碱解氮、硝态氮、铵态氮、总磷、有效磷、有机质和粘粒的含量。其中,土壤pH和有机质含量与施加生物质炭的施加量呈正相关,而添加生物质炭的处理对沙化土壤中粘粒含量的增加较为明显。堆肥的添加更有利于总氮、硝态氮、铵态氮含量的增加,而生物质炭对碱解氮的固持作用更加显著。(3)在施加生物质炭和堆肥的基础上添加PAM后,能够有效地抑制养分含量的流失。在土壤上层(0~20 cm)几乎各养分含量都表现为增加,而在土壤下层(20~40cm)则有所不同,总氮、碱解氮表现为增加,而pH、硝态氮、铵态氮则有所降低,充分说明在PAM的作用下,养分含量虽然还有所淋失,但总体来说起到了抑制养分淋溶的作用。根据对总磷、有效磷以及有机质的外源养分淋溶率分析可以得知:大部分处理条件都显示出添加PAM后的淋溶率(h系列)小于未添加PAM处理的(H系列),进一步说明PAM能有效抑制养分的淋溶流失。(4)盆栽试验中,C2、C3处理对于改良土壤的氮素状况优势显著(P<0.05),总氮含量分别增加了175.4%、173.3%;C1、C3处理对于改良土壤的磷素状况显著(P<0.05),总磷含量分别增加了35.6%、21.3%;而C1、C3、C4处理对于改良土壤pH和有机质含量作用也很显著(P<0.05),pH分别增加了2.63、2.32、3.39个单位,有机质分别增加了58.8%、52.8%、45.9%。与其他几种处理方式相比,无论是生物量还是干物质含量,在C5处理下都能够达到较好的改良效果,对于植物酸性洗涤纤维(ADF)、中性洗涤纤维(NDF)的处理效果,C1处理最好,C2、C3、C5处理的粗蛋白含量均有所增加,分别增加了36.5%、69.0%、41.6%,所有处理中只有C1处理的相对饲喂价值(RFV)值显著(P<0.05)高于对照组,增加了68.5%。羊粪生物质炭、堆肥以及PAM的配施能够有效地改善沙化土壤的养分含量和牧草的品质。生物质炭与堆肥以3:1的比例配施对牧草品质的改良效果最好,而在此配比的基础上添加PAM则对沙化土壤的改良效果最好。