腰果渣生物炭改良巴西海岸台地粘性土壤孔隙网络的机制与效应研究

针对巴西海岸台地粘性土壤存在的高容重、低大孔隙度问题，研究人员通过施加腰果渣生物炭（0-40 Mg ha?1 ），系统评估其对土壤孔隙结构和水气传导的改良效果。结果表明，20-40 Mg ha?1 剂量显著提升大孔隙度（+15.3%）、孔隙连通性（N指数+34.2%）及导气率（最高+63.3%），为热带粘性土壤可持续管理提供科学依据。

　　

热带农业地区广泛分布的粘性土壤因结构致密、孔隙度低，严重制约作物根系发育和水气交换，成为限制农业生产力的关键瓶颈。巴西海岸台地（Coastal Tablelands）的粘聚性土层（cohesive horizons）尤为典型，其高容重（bulk density）和低大孔隙度（macroporosity）导致水分渗透受阻、通气不良，直接影响作物产量和土壤生态功能。传统耕作方式虽能短期改善表层结构，但难以从根本上解决深层土壤的物理退化问题。近年来，生物炭（biochar）作为土壤改良剂备受关注，但其对粘性土壤孔隙网络（pore network）的系统性影响机制尚不明确，尤其缺乏针对热带地区特定土壤类型的定量研究。

为破解这一难题，研究人员以腰果加工残渣（cashew residue）为原料制备生物炭，通过控制实验探究不同施用量（0、5、10、20、40 Mg ha^?1
）对粘性土壤物理特性的改良效果。研究采用扰动土柱（disturbed soil samples）人工压实法确保初始容重一致，通过土壤水分特征曲线（SWRC）、孔隙分布曲线（PSDC）、导气率（air permeability）及饱和导水率（saturated hydraulic conductivity）等多维度指标，首次揭示了生物炭对热带粘性土壤孔隙功能的剂量效应。论文发表于《Geoderma Regional》，为热带地区土壤可持续管理提供了重要理论支撑。

关键技术方法包括：1）采用压力膜仪测定不同基质势（-6至-100 kPa）下的土壤水分特征曲线（SWRC）；2）基于SWRC计算孔隙尺寸分布（PSDC）及连通性指标（N指数、Log M）；3）稳态法测定导气率；4）恒定水头法测定饱和导水率（K_sat
）；5）统计学分析评估生物炭剂量效应。

土壤孔隙结构改良效应
20-40 Mg ha^?1
高剂量生物炭显著提升大孔隙（>50 μm）体积15.3%，但伴随部分孔隙堵塞现象。孔隙连通性指标N（表征曲折度）和Log M（表征平均喉道半径）分别增加34.2%和18.3%，证实生物炭通过形成迂曲通道增强三维连通性。

水力特性改善
40 Mg ha^?1
处理使有效持水量（available water）提升9.1%，饱和导水率增加18%。导气率在-6至-100 kPa基质势下增幅达20.7-63.3%，表明生物炭协同优化了水气传输通道。

讨论与意义
研究首次量化了腰果渣生物炭对热带粘性土壤孔隙网络的改良阈值（20 Mg ha^?1
为临界点），其作用机制包括：1）生物炭自身多孔结构直接增加大孔隙；2）有机质促进土壤团聚体形成；3）碳骨架支撑孔隙稳定性。尽管高剂量（40 Mg ha^?1
）存在局部孔隙阻塞，但净效应仍显著改善土壤物理质量。该成果为热带农业废弃物资源化利用提供了技术路径，对应对气候变化下的土壤退化挑战具有重要实践价值。