生物質炭輸入對葡萄果園土壤肥力和產量的影響

張計峰 ,蒲勝海 ,馬雪琴 ,王則玉 ,丁 峰

(新疆農業科學院土壤肥料與農業節水研究所，烏魯木齊 830091)

生物質炭輸入對葡萄果園土壤肥力和產量的影響

張計峰 ,蒲勝海 ,馬雪琴 ,王則玉 ,丁 峰

(新疆農業科學院土壤肥料與農業節水研究所，烏魯木齊 830091)

【目的】了解果園肥力狀況，設置不同有機物輸入對土壤肥力的影響，為保持葡萄果園肥力提供理論依據。【方法】采用調查與大田試驗相結合，設置不同的有機物料和用量水平，室外和室內測定土壤和植株相關指標。【結果】果園土壤中有機質含量與有機肥投入直接相關，其中可溶性有機碳含量與土壤中有機質含量呈正相關關系；生物質炭相比較農家肥羊糞對于增加土壤中有機質含量作用突出，在提高果樹單產方面優勢明顯，但施入農家肥羊糞有利于提高土壤可溶性有機碳、微生物碳含量。【結論】果園土壤添加生物質炭可以提高土壤中有機質含量并提高作物產量，可以作為保持果園肥力的重要手段之一。

葡萄；生物質炭；土壤；肥力

0 引 言

【研究意義】種植葡萄是吐魯番地區農民增收的重要來源之一，隨著葡萄種植年限的增加，農民對果園田間管理和投入不均衡等原因造成果園土壤肥力下降不能滿足葡萄產業持續發展的需要，而通過生物質炭對土壤作用的研究證明其對改善土壤結構、提升土壤肥力方面作用明顯，因此研究將生物質炭引入到提升葡萄果園地力進行研究對于吐魯番地區葡萄產業的健康發展有十分重要的意義，同時也是對生物質炭作用研究的重要補充。【前人研究進展】由于我國中低產田在耕地中比例較大，如何保持并提高土地產出水平尤為重要[1-2]。近年來，生物質炭農用方面研究較多，我國具有非常豐富的生物質炭資源，生物質炭不僅可以提高土壤肥力、提高土壤碳庫水平、減少氮素流失，而且可以廢棄物排放，促進循環農業發展[3-7]。生物質炭施入土壤中主要有改善土壤物理環境、增加土壤孔隙度、促進根系發育、提高礦質元素活性等作用，對于提高作物產量和保持地力有十分積極的作用[8-11]。【本研究切入點】選擇葡萄作為研究對象，探索生物質炭在葡萄果園土壤中對于提高土壤肥力的作用，并與常規農家肥進行比較研究其對土壤有機質、可溶性有機碳、礦質元素以及果樹產量方面的優勢。【擬解決的關鍵問題】通過設置不同的有機物品種和用量，探明生物質炭對于提高作物產量的作用以及探索生物黑炭在果園中適宜的用量，

1 材料與方法

1.1 材 料

對新疆吐魯番地區葡萄果園進行有針對性的農戶調查。調查內容主要包括果園基本情況(建園時間、果樹種類、樹齡、株行距、種植面積及產量)、施肥情況(施入果園有機肥、化肥種類及施用量，果園施肥次數、施肥時期及農業用工量)、土壤肥力現狀(土壤有機質、全量及速效氮、磷、鉀含量、微量元素含量等)，果樹樹體養分狀況(葉片和果實中礦質養分的含量)，綜合調查結果和室內指標測定結果，結合農田土壤肥力分級標準，進行果園土壤肥力等級劃分。對吐魯番市主要7個鄉鎮種植的葡萄地，按照項目要求選擇調查取樣樣板田，對樣板區的地形地貌、土壤類型、地力等級等因素進行全面分析，合理規劃，分高、中、低產田布置采樣點位，共安排調查取樣樣板田100個，其中：勝金鄉15個，二堡鄉10個，三堡鄉15個，恰特卡勒鄉15個，艾丁湖鄉10個，亞爾鄉20個，葡萄鄉15個。每個樣板田面積不少于1 hm2，各鄉鎮樣板田數量按照地力水平和產量水平高、中、低1∶1∶1比例取樣。樣品采集后，土壤樣品測定土壤中有機質、全氮、堿解氮、速效磷、速效鉀及微量元素含量，植株樣品測定葉片氮磷鉀含量，果實品質，商品性。

1.2 方 法

1.2 .1 試驗設計

選擇土壤肥力相對較低的無核白葡萄果園進行試驗，選擇不同來源有機物料：商品有機肥(生物質炭)、農家有機肥(羊糞)，每種有機物料設置4個不同梯度施用量，其中生物質炭有機碳含量495 g/kg,全氮7.4 g/kg,全磷12.8 g/kg,全鉀50.1 g/kg，羊糞有機質含量為27%，全氮7.8 g/kg,全磷5.2 g/kg,全鉀5.6 g/kg，共8個處理，每處理30棵果樹，每處理3次重復，隨機排列。有機物料在秋季果實收獲后以環狀施肥法一次性施入果園，磷肥、鉀肥配合有機肥一次性全部基施，尿素施用量的60%配合有機肥基施，剩余40%在膨果前期追施。表1

表1 有機物投入方案

Table 1 The scheme of using organics matter to increase soil fertility

1.2.2 樣品采集

依據果樹生長特性，在果樹生長關鍵期(萌芽期、開花期、生果期、果實膨大期、果實成熟期)，采集各處理0～30 cm、30～60 cm土層土樣。表2

表2 土壤基本理化性質

Table 2 The basic physicochemical property of soil

深度Depth(cm)pH總鹽Totalsalt(g/kg)全氮TotalN(g/kg)有機質Organic(g/kg)速效氮AvailableN(mg/kg)速效磷Olesen-P(mg/kg)速效鉀AvailableK(mg/kg)0～307 661 20 5707 00735 113 513730～608 010 70 3456 06632 511 69260～908 012 50 2674 69142 15 485

1.2.3 測定指標

有機物料成分：全氮采用凱氏定氮法，有機質采用高錳酸鉀氧化法，全鉀采用硝酸-高氯酸鉀法。土壤理化指標：有機質、可溶性碳采用高錳酸鉀氧化法和速效氮采用堿解擴散法、速效磷采用鉬提抗比色法、速效鉀鉀采用火焰光度計法及土壤pH值、鹽分。

2 結果與分析

2.1 果園肥力調查

研究表明，高產田和中產田總體肥力顯著高于低產田，高產田與低產田土壤全氮、有機質、堿解氮含量差異較小，高產田速效磷和速效鉀含量高于中產田。0～60 cm深度土層土壤低產田有機質、速效磷含量顯著低于高產田和中產田。因此，中產田地力水平與高產田相當，土壤養分含量不是中產田產量限制性因素，其產量低于高產田可能與田間管理、土壤質地和其他因素有關。表3

表3 不同地力水平土壤養分含量

Table 3 The soil fertilizer content by different treatments

地力劃分Landlevel取樣深度Depth(cm)全氮TotalN(g/kg)有機質Organic(g/kg)速效氮AvailableN(mg/kg)速效磷Olesen-P(mg/kg)速效鉀AavailableK(mg/kg)高產田Highfield0～200 93018 92877 32140 515020～400 78215 47866 97151 917540～600 65012 76350 61733 9170中產田Middlefield0～200 94718 33470 30033 614820～400 72613 86160 19243 914840～600 72814 09165 64242 3152低產田Lowfield0～200 79314 64377 60928 314520～400 74113 64767 09032 515940～600 57510 77563 73323 3136

通過分析調查結果，將土壤有機質含量與土壤可溶性有機碳(DOC)含量進行相關性分析發現，土壤中有機質含量和有機肥料品種、施用量、田間操作等相關，但土壤有機質含量和DOC呈顯著正相關關系，DOC是土壤有機質中最為活躍的部分，與植物生長直接相關，是判斷土壤肥力的重要指標之一。圖1

圖1 土壤有機質含量與土壤中DOC含量

Fig.1 The relationship of soil organic matter and DOC

2.2 不同有機物料輸入對土壤有機質含量的影響

通過向葡萄果園施入不同種類有機物料，不同有機物料種類和施入量對土壤有機質含量的影響為試驗所選擇的兩種有機物料生物質炭和羊糞均可提高土壤中有機質的含量，在當年施入后，由于有機物質礦化程度低，在有機質測定結果中顯示，土壤中有機質含量上升，2014相對于2012年，土壤中有機質含量下降，但仍顯著高于空白處理。研究結果顯示通過添加生物質炭的方式來提高土壤中有機質含量效果優于羊糞，但由于有機質變化緩慢，需要多年才可穩定下來，因此有機物料對土壤有機質含量的影響需要時間的進一步驗證。圖2

圖2 不同處理土壤有機質含量

Fig. 2 The soil organic matter content of different treatmens

2.3 施用不用有機物對葡萄果園土壤DOC含量的影響

土壤中添加生物質炭和農家肥均可增加土壤中DOC含量，隨著用量增加DOC隨之增加。生物質炭處理M和1.5 M水平二者對增加土壤DOC作用差別不顯著。在等有機物用量下，0.5 M和0.5 SM二者比較發現，羊糞對于增加土壤DOC作用優于生物質炭。圖3

圖3 2012和2014年土壤中DOC含量

Fig. 3 The content of soil DOC in differrent time

2.4 施用不用有機物對葡萄果園土壤速效磷含量影響

通過分析添加不同有機物各個處理下土壤礦質養分含量發現，有機物輸入可以顯著增加土壤表層土壤中有效磷含量，與對照相比，在生物質炭投入量達到1 000 kg/667m2量下葡萄根區土壤速效磷含量提高32%,在生物質炭投入量達到1 500 kg/667m2，根區土壤速效磷含量相對于對照相比提高83%。這很可能與生物質炭的吸附性強有關，生物質炭可將土壤中磷緩慢吸附后在灌水的作用下將磷緩慢釋放，起到了緩釋的作用，提高了磷肥的利用效率。通過比較生物質炭和羊糞對提高土壤中有機質和有效磷貢獻，發現生物質炭作用突出。圖4

圖4 不同處理土壤有效磷含量

Fig. 4 The content of olsen-P in 0-40 cm depth soil

2.5 施用不用有機物對葡萄產量的影響

雖然生物質炭和農家肥在土壤中輸入均可增加土壤中DOC含量，但生物質炭對于提高產量作用明顯。 同時，有機物投入對作物產量增加作用呈遞減趨勢。通過對比2012和2013～2014年平均產量可以發現，土壤中添加生物質炭對于葡萄單產的增加效果優于羊糞。原因很可能與前面內容中生物質炭對于磷的活化有關。圖5

圖5 2012 和2013～2014年葡萄單株產量

Fig. 5 The grape yield of single plant from 2012 to 2014 year

3 討 論

近年來，農業廢棄物生物質炭轉化和農業應用作為一種農業增匯減排和提高土壤生產力技術途徑得到國際科學界的廣泛重視，生物質炭在土壤中穩定性較高，可以很好的改善土壤物理性質，能夠提高土壤保水保肥能力[12-15]。目前，生物質炭在果樹上應用較少，由于果樹施肥方式與大田作物明顯不同[16-17]，如何在果樹上合理應用生物質炭，發揮生物質炭改良土壤提高地力是研究的切入點。研究結果表明，生物質炭能夠促進根區土壤磷素的利用效率，改善土壤物理環境，因此，生物質炭處理單位面積的經濟產量高于其他處理。但是與常規農家肥相比，施入生物質炭后，土壤中可溶性有機碳含量較農家肥處理偏低，即農家肥處理可以增加土壤中活性有機碳含量，這與生物質炭的礦化速率低于農家肥有關。

4 結 論

4.1 果園根區土壤施入生物質炭通過改善土壤物理環境、提高磷素利用效率的作用提高單位面積土地產出，相對于對照處理田間施入生物質炭葡萄產量提高10%～15%。

4.2 施用生物質炭處理可以提高土壤有機質含量，但土壤有機質最為活躍部分可溶性有機碳含量并沒有提高，而田間施用農家肥處理土壤中的可溶性有機碳含量顯著增加。

References)

[1] 黃鴻翔. 我國土壤資源現狀、問題及對策[J]. 土壤肥料, 2005,(1):3-6.

HUANG Hong-xiang. (2005). The status, problem and counter measures of soil resources in China [J].SoilsandFertilizers, (1):3-6. (in Chinese)

[2] 鮑士旦. 土壤農化分析[M]. 北京:中國農業出版社, 2000:25-114.

BAO Shi-dan. (2000).Soilanalysisinagriculturalchemistry[M]. Beijing: China Agriculture Press：25-114. (in Chinese)

[3] 潘根興, 張阿鳳, 鄒建文, 等. 農業廢棄物生物黑炭轉化還田作為低碳農業途徑的探討[J]. 生態與農村環境學報, 2010, 26(4):394-400.

PAN Gen-xing, ZHANG A-feng, ZOU Jian-wen, et al. (2010). Biochar from agro-byproducts used asamendments to croplands: An option for low carbon agriculture [J].JournalofEcologyandRuralEnvironment, 26(4):394-400. (in Chinese)

[4] 張阿鳳, 潘根興, 李戀卿. 生物黑炭及其增匯減排與改良土壤的意義[J]. 農業環境科學學報, 2009,28(12):2 459-2 463.

ZHANG A-feng, PAN Gen-xing, LI Lian-qing. (2009). Biochar and the effect on C stock enhancement, emission reduction of greenhouse gases and soil reclamation [J].JournalofAgro-EnvironmentScience, 28(12):2，459-2，463. (in Chinese)

[5] 潘根興. 中國土壤有機碳庫及其演變與應對氣候變化[J]. 氣候變化研究進展, 2008, 4(5):282-289.

PAN Gen-xing. (2008). Soil organic carbon stock, dynamics and climate change mitigation of China [J].AdvancesinClimateChangeResearch, 4(5):282-289. (in Chinese)

[6] Demirbas, A. (2004). Effects of temperature and particle size on bio-char yield from pyrolysis of agricultural residues.JournalofAnalytical&AppliedPyrolysis, 72(2)：243-248.

[7] Lehmann, J. (2007). A handful of carbon.Nature, 447(7141):143-144.

[8] Lehmann, J., Gaunt, J., & Rondon, M. (2006). Bio-char sequestration in terrestrial ecosystems - a review.Mitigation&AdaptationStrategiesforGlobalChange, 11(2):395-419.

[9] Sohi, S, Loez-Capel, E.,& Krull. E. (2009). Biochar′s roles in soil and climate change: A review to guide future research．CSIROLandandWaterScienceReport, 05/09：64.

[10] Kei, M., Toshitatsu, M., Yasuo, H., Keiichi, N., & Tomoki, N. (2004). Removal of nitrate-nitrogen from drinking water using bamboo powder charcoal.BioresourceTechnology, 95(3):255-257.

[11] Bridgwater, & Tony. (2006). Biomass for energy.JournaloftheScienceofFood&Agriculture, 86(12):1，755-1，768.

[12] 潘根興,周萍,李戀卿,等.固碳土壤學的核心科學問題與研究進展[J].土壤學報, 2007, 44(2):327-337.

PAN Gen-xing, ZHOU Ping, LI Lian-qing. (2007). Core issues and research progresses of soil science of c sequestration [J].ActaPedologicaSinica, 44(2):327-337. (in Chinese)

[13] Freibauer, A., Rounsevell, M. D. A., Smith, P., & Verhagen, J. (2004). Carbon sequestration in the agricultural soils of Europe.Geoderma,122(2004):1-23.

[14] Missfeldt, F., & Haites, E. (2001). The potential contribution of sinks to meeting kyoto protocol commitments.EnvironmentalScience&Policy, 4(6):269-292.

[15] 周丹丹,生物碳質對有機污染物的吸附作用及機理調控[D].杭州:浙江大學碩士論文,2008.

ZHOU Dan-dan. (2008).Adsorptionofbio-carbononorganicpollutantsandthemechanismofregulation[D].Master Dissertation. Zhejiang University, Hangzhou. (in Chinese)

[16] 蒲勝海,張計峰,丁峰,等.新疆葡萄產業發展現狀及研究動態[J].北方園藝,2013,(13):200-203.

PU Sheng-hai, ZHANG Ji-feng, DING Feng, et al. (2013).Development Status and Research Emphases of the Grape industry in Xinjiang [J]NorthernHorticulture, (13):200-203. (in Chinese)

[17] 王則玉,馬雪琴,蒲勝海.吐魯番市葡萄果園土壤養分分布特征[J].新疆農業科學,2014,51(3):492-496.

WANG Ze-yu, MA Xue-qin, PU Sheng-hai. (2014). Soil Nutrient Distribution Characteristics in Turpan Area, Xinjiang [J].XinjiangAgriculturalSciences, 51(3):492-496. (in Chinese)

Fund project:Supported by Science and Technology Planning Program of Xinjiang Uygur Autonomous Region (201130102-2)

Effect of Applying Biochar on the Quality of Orchards Soil and Grape Cropping in Xinjiang, China

ZHANG Ji-feng, PU Sheng-hai, MA Xue-qin, WANG Ze-yu, DING Feng

(ResearchInstituteofSoil,FertilizerandAgriculturalWaterConservation,XinjiangAcademyofAgriculturalSciences,Urumqi830091,China)

【Objective】 To provide theoretical basis for retaining grape orchard soil fertility through investigating orchards fertility conditions and study the effect of biochar on orchards fertility. 【Method】 The research technique of investigation and field experiment was adopted to determine correlation index of soil and plant. 【Result】 The finding showed that the content of organic was related to organic fertilizer, and the solubility organic carbon was positively correlated to the content of soil organic; compared with farmyard manure, biochar could increase the organic matter of soil and increase the cropping of grape. Farmyard manure could increase the soil soluble organic and microbe carbon. 【Conclusion】 Adding biochar in orchard soil could increase the content of organic matter and crop output, and it could be one of methods to retain orchard fertility.

grape; biochar; soil; fertility

10.6048/j.issn.1001-4330.2016.01.023

2015-03-17

新疆維吾爾自治區科技計劃項目(201130102-2)

張計峰(1981-),男，山東兗州人，副研究員，研究方向為土壤與植物營養，(E-mail)zhongfu1234@163.com

馬雪琴(1961-),女，江蘇鎮江人，研究員，研究方向為土壤與植物營養，(E-mail)516115441@qq.com

S663.1;S606

A

1001-4330(2016)01-0170-07