不同土壤质地和稻壳生物炭施用率对硝酸盐和钾淋溶的影响：基于HYDRUS-1D模拟的研究

《Scientific Reports》：Modeling nitrate and potassium leaching in contrasting soil textures and rice husk biochar

　　

在三种土壤质地（壤砂土、壤土和黏壤土）中分别施用0、10、20和30 Mg ha?1的稻壳生物炭，以评估其在饱和柱条件下对硝酸盐（NO??）和钾（K?）淋溶的影响。采用HYDRUS-1D逆模拟和STANMOD，从硝酸盐和钾的穿透曲线（BTCs）估算溶质运移参数。生物炭的影响强烈依赖于土壤质地和施用率。10 Mg ha?1的施用率对水通量没有显著影响，而更高的施用率增加了水流并降低了容重。中等生物炭施用（10–20 Mg ha?1）改善了养分保持能力。在壤砂土中，10 Mg ha?1生物炭使累积硝酸盐淋溶量减少了28%；在黏壤土中，10和20 Mg ha?1分别使硝酸盐淋溶量减少了21%和33%。类似地，对于钾，10–20 Mg ha?1生物炭使各土壤中K?淋溶量减少了13–33%。相比之下，最高施用率（30 Mg ha?1）通常导致更早的穿透和增加的淋溶分数。生物炭改良还影响了溶质运移参数，在中等施用率下，NO??和K?的水动力弥散系数增加了2到4倍，但在最高施用率下有所下降。HYDRUS-1D逆模拟很好地捕捉了整体淋溶趋势（NRMSE约16–24%，一致性指数d介于0.96和0.97之间），尽管对累积硝酸盐淋溶量略有低估（约9%）。对壤砂土而言，10 Mg ha?1的生物炭施用率最有效；对壤土和黏壤土而言，20 Mg ha?1最有效。这些发现表明，生物炭对养分运移的影响依赖于施用率和质地，过量施用可能降低其保持养分的效益。