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Biochar In Situ Decreased Bulk Density and Improved Soil-Water Relations and Indicators in Southeastern US Coastal Plain Ultisols
Soil Science ( IF 1.692 ) Pub Date : 2018-01-01 , DOI: 10.1097/ss.0000000000000235
Robert D. Walters , Jeffrey G. White

ABSTRACT Biochar may improve soil physical properties for crop growth, but multiyear, multicrop field studies are lacking. To determine the effects of biochar on soil physical properties, we applied 0, 10, 20, 40, and 80 Mg ha−1 biochar with/without NPK fertilizer to the surface 15 cm of 1 × 1 m2 plots in a single association of fine-loamy, siliceous, subactive, thermic Oxyaquic and Aquic Paleudults under a 2-year corn-winter wheat–double-crop soybean rotation. After 3 years, we sampled soil to 7.6 cm, measured bulk density and water retention, and then derived pore-size distribution and related physical and water retention model parameters. Fertilizer had little to no effect. Among the statistically significant results, biochar increased structural porosity (3- to 59-&mgr;m effective pore diameter [EPD]) but neither matrix- (0.2- to 3-&mgr;m EPD) nor macro (EPD >59 &mgr;m) porosity. Biochar ≥40 Mg ha−1 decreased bulk density 16%; 80 Mg ha−1 increased total porosity 14%. However, it also increased water content at −1,500 kPa 22.5%. Biochar ≥40 Mg ha−1 increased the drained upper limit (DUL) by 15%; relative field capacity, 3%; and total and structural plant-available water (PAW: held between the DUL and −1,500 kPa), 7 and 18%, respectively. Increases were greatest at −10 kPa and least at −33 kPa. At −10 kPa, 80 Mg ha−1 biochar increased total PAW 4.0-mm equivalent depth compared with 5.7 mm for structural PAW, approximately 0.5-day demand for actively growing corn. Modeled saturated water content increased with total porosity. Biochar improved plant-soil-water relations, but required high rates.

中文翻译:

原位生物炭降低了美国东南部沿海平原 Ultisol 的堆积密度并改善了水土关系和指标

摘要 Biochar 可以改善作物生长的土壤物理特性,但缺乏多年、多作田间研究。为了确定生物炭对土壤物理性质的影响,我们将 0、10、20、40 和 80 Mg ha−1 生物炭(含/不含 NPK 肥料)施用于 1 × 1 m2 地块的表面 15 cm - 2 年玉米-冬小麦-双季大豆轮作下的壤质、硅质、亚活性、热性 Oxyaquic 和 Aquic Paleudults。3年后,我们将土壤取样到7.6 cm,测量容重和保水率,然后推导出孔径分布和相关的物理保水模型参数。肥料几乎没有影响。在统计显着的结果中,生物炭增加了结构孔隙率(3- 到 59-&mgr;m 有效孔径 [EPD]),但没有基质-(0.2- 到 3-& mgr;m EPD) 或宏观 (EPD >59 &mgr;m) 孔隙率。生物炭 ≥40 Mg ha−1 体积密度降低 16%;80 Mg ha-1 使总孔隙率增加 14%。然而,它也增加了 -1,500 kPa 的含水量 22.5%。Biochar ≥40 Mg ha-1 增加了 15% 的排水上限 (DUL);相对场容量,3%;和总和结构植物可用水(PAW:保持在 DUL 和 -1,500 kPa 之间),分别为 7% 和 18%。增加在 -10 kPa 时最大,在 -33 kPa 时最小。在 -10 kPa 时,80 Mg ha-1 生物炭增加了 4.0 毫米的总 PAW 等效深度,而结构性 PAW 为 5.7 毫米,对积极生长的玉米的需求约为 0.5 天。模拟的饱和水含量随着总孔隙度的增加而增加。Biochar 改善了植物-土壤-水的关系,但需要高速率。生物炭 ≥40 Mg ha−1 体积密度降低 16%;80 Mg ha-1 使总孔隙率增加 14%。然而,它也增加了 -1,500 kPa 的含水量 22.5%。Biochar ≥40 Mg ha-1 增加了 15% 的排水上限 (DUL);相对场容量,3%;和总和结构植物可用水(PAW:保持在 DUL 和 -1,500 kPa 之间),分别为 7% 和 18%。增加在 -10 kPa 时最大,在 -33 kPa 时最小。在 -10 kPa 时,80 Mg ha-1 生物炭增加了 4.0 毫米的总 PAW 等效深度,而结构性 PAW 为 5.7 毫米,对积极生长的玉米的需求约为 0.5 天。模拟的饱和水含量随着总孔隙度的增加而增加。Biochar 改善了植物-土壤-水的关系,但需要高速率。生物炭 ≥40 Mg ha−1 体积密度降低 16%;80 Mg ha-1 使总孔隙率增加 14%。然而,它也增加了 -1,500 kPa 的含水量 22.5%。Biochar ≥40 Mg ha-1 增加了 15% 的排水上限 (DUL);相对场容量,3%;和总和结构植物可用水(PAW:保持在 DUL 和 -1,500 kPa 之间),分别为 7% 和 18%。增加在 -10 kPa 时最大,在 -33 kPa 时最小。在 -10 kPa 时,80 Mg ha-1 生物炭增加了 4.0 毫米的总 PAW 等效深度,而结构性 PAW 为 5.7 毫米,对积极生长的玉米的需求约为 0.5 天。模拟的饱和水含量随着总孔隙度的增加而增加。Biochar 改善了植物-土壤-水的关系,但需要高速率。Biochar ≥40 Mg ha-1 增加了 15% 的排水上限 (DUL);相对场容量,3%;和总和结构植物可用水(PAW:保持在 DUL 和 -1,500 kPa 之间),分别为 7% 和 18%。增加在 -10 kPa 时最大,在 -33 kPa 时最小。在 -10 kPa 时,80 Mg ha-1 生物炭增加了 4.0 毫米的总 PAW 等效深度,而结构性 PAW 为 5.7 毫米,对积极生长的玉米的需求约为 0.5 天。模拟的饱和水含量随着总孔隙度的增加而增加。Biochar 改善了植物-土壤-水的关系,但需要高速率。Biochar ≥40 Mg ha-1 增加了 15% 的排水上限 (DUL);相对场容量,3%;和总和结构植物可用水(PAW:保持在 DUL 和 -1,500 kPa 之间),分别为 7% 和 18%。增加在 -10 kPa 时最大,在 -33 kPa 时最小。在 -10 kPa 时,80 Mg ha-1 生物炭增加了 4.0 毫米的总 PAW 等效深度,而结构性 PAW 为 5.7 毫米,对积极生长的玉米的需求约为 0.5 天。模拟的饱和水含量随着总孔隙度的增加而增加。Biochar 改善了植物-土壤-水的关系,但需要高速率。与结构性 PAW 的 5.7 mm 相比,80 Mg ha-1 biochar 增加了 4.0 mm 的总 PAW 等效深度,对积极生长的玉米的需求约为 0.5 天。模拟的饱和水含量随着总孔隙度的增加而增加。Biochar 改善了植物-土壤-水的关系,但需要高速率。与结构性 PAW 的 5.7 mm 相比,80 Mg ha-1 biochar 增加了 4.0 mm 的总 PAW 等效深度,对积极生长的玉米的需求约为 0.5 天。模拟的饱和水含量随着总孔隙度的增加而增加。Biochar 改善了植物-土壤-水的关系,但需要高速率。
更新日期:2018-01-01
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