秸稈生物炭對土壤含水量、有機碳及速效養(yǎng)分含量的影響

屠娟麗+費偉英+張潔慧

摘要：為改良設(shè)施栽培土壤理化性質(zhì)，進行了在鴨兒芹設(shè)施栽培土壤中添加不同量的秸稈生物炭的試驗，對比試驗結(jié)果表明：適量添加生物炭有利于提高土壤有機碳、有效磷、速效鉀、堿解氮的含量。

關(guān)鍵詞：秸稈生物炭；土壤；有機碳；含水量；養(yǎng)分

中圖分類號：S158

文獻標識碼：A 文章編號：1674-9944（2017）17-0104-03

1 引言

設(shè)施栽培已成為中國蔬菜生產(chǎn)的重要方式，其與露地栽培相比，土地生產(chǎn)力和光能利用率高，有利于促進農(nóng)業(yè)土地集約化經(jīng)營，加快農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化步伐。然而，近年來，由于管理不善，造成設(shè)施土壤理化性質(zhì)變差，土地生產(chǎn)力和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)持續(xù)性下降。眾多研究表明，生物炭施用于土壤后可提高土壤有機碳含量，降低土壤容重，提高土壤保水能力，增加土壤離子交換量，減少養(yǎng)分損失，提高土壤中養(yǎng)分利用率等作用。生物炭施用于土壤后產(chǎn)生的效果又跟生物炭種類、土壤類型、作物種類以及生產(chǎn)經(jīng)營管理措施等多種因素有關(guān)。本項目將不同量的杭白菊秸稈生物炭用于鴨兒芹設(shè)施栽培，研究秸稈生物炭對土壤含水量、有機碳、效速鉀、有效磷和堿解氮的影響，為改良設(shè)施栽培土壤，促進資源綜合利用提供依據(jù)。

2 材料與方法

2.1 試驗區(qū)概況

試驗于2016 年12月中旬至2017年4月中旬在嘉興市南湖區(qū)嘉興農(nóng)業(yè)投資發(fā)展有限公司農(nóng)業(yè)園區(qū)內(nèi)進行。試驗地海拔2.5～2.8 km，屬亞熱帶季風(fēng)氣候，年均溫 15.9℃，極端最高氣溫41.4℃，極端最低氣溫-7.9℃。年平均有效積溫4772 ℃，年平均降水量1200 mm，年平均日照時數(shù)2017 h，無霜期235 d。

2.2 試驗材料

選用的生物炭由項目組自己研制，以杭白菊秸稈為原料，采用水熱炭化工藝，生物炭的基本理化性質(zhì)：有機碳467.5 g/kg，全氮5.2 g/kg，全磷0.63 g/kg，全鉀29.5 g/kg，鈣12.2 g/kg，灰分含量23.3%，pH值9.2。材料見圖1。

試驗地種植蔬菜為鴨兒芹，采用標準塑料大棚。11月1日播種，12月15日（土壤添加生物炭后15 d）選擇高度和地徑相近的苗定植，株行距為15 cm×15 cm，如圖2。

2.3 試驗設(shè)計

試驗設(shè)置3個處理，每平方米施用量分別為100 g，200 g和300 g，3次重復(fù)，對照為不施用生物炭，小區(qū)面積10 m×1 m。12月1日將秸稈生物炭均勻撒苗床，結(jié)合翻耕將其混入種植層，深度20 cm左右。

2.4 試驗方法

當移植苗恢復(fù)生長后，每隔1個月（1月15日，2月15日，3月15日和4月15日）在各小區(qū)耕層土壤（0～20 cm）隨機鉆取土樣，每小區(qū)取10個點，混合均勻后再取樣土作為檢測材料。本試驗共測6項指標，分別為土壤含水量、有機碳、速效鉀、堿解氮、有效磷和pH 值。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同施用量對土壤含水量的影響

土壤保水能力受土壤質(zhì)地、結(jié)構(gòu)和土壤有機質(zhì)含量的影響。生物炭施入土壤后改變土壤孔隙度和團聚程度，最終影響到土壤的保水能力，影響程度取決于土壤比表面積的相對變化。本試驗中不同處理土壤含水量與生物炭施用量的相關(guān)性不明顯，見圖3，這與高海英等研究結(jié)果不完全一致。

造成這種現(xiàn)象的原因可能是生物炭施用量低，低量生物炭通過增加土壤的孔隙度和土壤團聚體形成而增大的土壤比表面積不足以抵償土壤結(jié)構(gòu)破壞引起的土壤比表面積的下降。差異不明顯的還有一個原因是由于鴨兒芹喜濕，栽培過程中澆水量充足，基質(zhì)一直處于濕潤狀態(tài)，也就是由于人為干涉太多，導(dǎo)致試驗結(jié)果不明確。同一處理在不同時段測得的土壤含水量上存在差異，主要原因是不同時期天氣不同加上測定前澆水量也存在差異，2017年4月中旬，雨水較多，因此4月測出的土壤含水量普遍高于其他幾個月。

3.2 不同生物炭施用量對土壤有機碳含量的影響

生物炭通常含碳40%～75%，具有高度羧酸酯化和芳香化結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)出高度的化學(xué)和微生物穩(wěn)定性，施入土壤能夠提高土壤的有機碳含量，土壤有機碳含量的提高幅度取決于生物炭的施用量。本試驗中土壤有機碳含量隨著生物炭施用量增多而顯著增加（如圖4），明顯高于對照。造成這種現(xiàn)象的原因可能是本試驗所用生物炭中有機碳含量為46.75%，混入土壤后提高了土壤總有機碳含量，且提高的幅度與施用量呈正相關(guān)。

3.3 不同生物炭施用量對土壤速效鉀含量的影響

生物炭中鉀的有效性較高，施入后能直接提高土壤速效鉀含量。此外生物炭施入土壤能增強土壤離子交換量，有效減少土壤中鉀的淋溶損失。本試驗用生物炭鉀含量為29.5 g/kg，生物炭施入土壤后可能是通過直接提供速效鉀和間接減少土壤中鉀的淋溶，顯著提高了土壤中速效鉀的含量，如圖5，與曾愛等的研究結(jié)果一致。

3.4 不同生物炭施用量對土壤有效磷含量的影響

由圖6可知，1月15日測得結(jié)果3個處理與對照差異不明顯，之后三個日期測得結(jié)果是不同添加量生物炭對土壤有效磷含量有顯著影響，而且明顯高于對照。生物炭中磷的有效性也較低，生物炭施入土壤對土壤有效磷含量的直接貢獻可能很小。生物炭的效應(yīng)以吸附土壤溶液中的磷酸根，減少土壤有效磷的淋溶，促進土壤有機態(tài)磷的礦化為主，因此未添加生物炭的土壤有效磷一直降低，而添加生物炭的土壤有效磷先升高，而后隨著植物生長吸收呈下降趨勢。

3.5 不同生物炭施用量對土壤堿解氮含量的影響

從圖7可以看出，隨著生物炭添加量的增加土壤堿解氮先升高再降低，當生物炭施加量達到300 g/m2時，土壤中堿解氮的含量反而降低，甚至低于對照。這一研究成果與曾愛等的研究不一致，但與周桂玉等的研究結(jié)果相同。造成這種現(xiàn)象的原因可能是在生物炭低施用量的條件下，生物炭的效應(yīng)以吸附土壤溶液中的銨態(tài)氮和硝態(tài)氮，減少土壤氮的淋溶損失，和促進土壤中有機態(tài)氮的礦化，釋放出銨態(tài)氮和硝態(tài)氮為主，表現(xiàn)出增加土壤堿解氮含量；而生物炭高施用量條件下，導(dǎo)致土壤C/N 過高，引起土壤堿解氮的生物固定，拮抗生物炭對土壤堿解氮的增加作用，致使高生物炭施用量處理土壤堿解氮反而降低。endprint

4 結(jié)論與討論

4.1 結(jié)論

本試驗研究從土壤含水量、土壤有機碳、速效鉀、有效磷、堿解氮5個因素考慮，比較了不同秸稈添加量對土壤理化性質(zhì)的影響。就試驗的結(jié)果看，生物炭添加對土壤含水量影響不明顯，土壤有機碳、速效鉀、有效磷的含量隨生物炭添加量的增加而增加，生物炭對土壤堿解氮的影響表現(xiàn)為先升高再降低，也就是說合理的生物炭添加量有利于提高土壤中堿解氮含量，但過多的生物炭添加則會降低土壤中堿解氮的含量。從本試驗結(jié)果看，生物炭的添加在一定程度上能改變土壤的理化性質(zhì)，增加土壤中的養(yǎng)分。

4.2 討論

本試驗結(jié)果與曾愛、占秀梅、房彬等人研究結(jié)果并不完全一致，主要原因是土壤理化性質(zhì)受多種因素影響，本試驗地環(huán)境條件，包括土壤物化性質(zhì)、氣候、水文條件具有獨特性，其上栽培的作物也跟其他研究不同，加上人為的影響等多種因素，導(dǎo)致結(jié)果上有一定差異。土壤理化性質(zhì)標志因素很多，本試驗只檢測 5項指標，生物炭添加對其他指標的影響有待研究。另外本試驗只用了一種生物炭，而且只有3個處理，其他不同作物生物炭、不同添加量對土壤理化性質(zhì)的影響也待驗證。

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Abstract：In order to improve the soil physical and chemical properties，this experiment added different amounts of straw biochar in the facility cultivation soil of Cryptotaenia japonica Hassk.The results showed that the addition of biochar could increase the content of soil organic carbon，available phosphorus，available potassium and alkali nitrogen.

Key words： straw biochar；soil；organic carbon；moisture content；nutrientendprint