生物炭對辣椒根際土壤的改良效果及疫病防控研究進展

王 姣 黃仁敏 任紅艷 李曉紅

（銅仁市農業科學院，貴州 銅仁 554300）

辣椒是我國栽培面積最大的蔬菜作物之一，具有較高的經濟價值。但是，在辣椒栽培過程中，人們為了追求經濟效益，不合理耕作、過度使用肥料和農藥等，易造成土壤退化［1］。土壤退化不僅會導致土壤肥力、生產力下降，而且會加重病蟲害的發生，從而影響蔬菜產量及品質。為了防止土壤退化帶來不良后果，近年來許多研究者對土壤修復進行了大量研究。生物炭是農作物秸稈等有機原材料在無氧或部分缺氧條件下，經過高溫裂解所產生的一類高度芳香化、含碳豐富、穩定的固態物質，其具有高度的穩定性和較強的吸附性能。研究證明，生物炭土壤改良劑能改善辣椒根際土壤理化性狀、微生態環境等，從而起到防控辣椒疫病、提高辣椒產量與品質的效果。

1 生物炭的性質

生物炭的主要組成元素為碳、氫、氧、氮等，含碳量多在70%以上，碳主要由芳香烴、單質碳或具有類石墨結構的碳構成。這樣的表面結構特性決定了其具有較高的化學穩定性和生物學穩定性。生物炭可溶性極低，具有高度羧酸酯化和芳香化結構［1-2］。生物炭中存在金屬氧化物、碳酸鹽和堿性官能團，導致生物炭多呈堿性。然而，由于生物質來源和熱解條件存在差異，使得部分生物炭呈酸性［3-5］。

生物炭具有小容重、大比表面積、多孔特性，吸附能力強，有利于土壤聚集水分、提高土壤孔隙度、降低土壤容重，從而改善土壤水、氣、熱等狀況，為植物生長提供良好的環境［6］。生物碳表面含有豐富的含氧官能團，吸附、親水性良好，因而施入土壤后可以在一定程度上增強土壤的持水保肥能力，改良重金屬污染土壤。此外，生物炭陽離子交換量（CEC）與同熱解溫度呈負相關，即熱解溫度低，CEC值大，熱解溫度高，CEC值??；與生物炭施入土壤中的時間呈正相關，時間越長，交換量越大［7］。

不同種類生物炭的性質存在顯著差異，造成這種差異的主要因素是生物炭的生物質來源和制備生物炭時的熱解條件（如加熱速率、熱解時間、熱解溫度等）。

2 生物炭對辣椒根際土壤理化性質的影響

生物炭對土壤理化性質的影響主要表現在改變土壤孔隙度、團聚體結構、水分含量、pH 值、氮磷鉀含量等方面［6］。隨著研究的不斷深入，人們不再單一施用生物炭。例如，張福建等研究發現，在辣椒連作土壤中添加適量的生物質炭和生石灰能顯著促進辣椒生長發育，改善辣椒根際土壤環境，而單施生石灰或生物質炭對辣椒各項生長指標的促進效果差異較大［8］。王巖等研究生物炭和叢枝菌根對連作辣椒生長和土壤養分的影響，結果表明施加生物炭和接種叢枝菌根處理促進了連作辣椒生長，提高了辣椒葉片凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導度和葉綠素含量；與單一處理相比，生物炭和叢枝菌根配施在促進連作辣椒生長、改善連作土壤養分方面具有顯著的協同增效作用［9］。張萌等采用大田試驗，探究生物炭與不同土壤添加劑配施在貴州黃壤辣椒上的施用效果，結果表明在常規施肥基礎上，生物炭、脲酶抑制劑和保水劑三者同時配施產生的協同效應優于單獨施用或兩兩配施，更有利于提高辣椒的產量與品質［10］。

3 生物炭對辣椒根際土壤微生物及酶活性的影響

微生物是土壤中一切肉眼看不見或看不清楚的微小生物的總稱，包括真菌、細菌、病毒、原生動物和顯微藻類等。微生物在土壤中的主要作用如下：分解有機質，改善土壤理化性質；分解礦物質，提高土壤中的養分含量，有利于植物吸收養分；部分微生物有固氮能力，如根瘤菌等。一般土壤中微生物的數量與肥力呈正相關。土壤酶是土壤中各類酶的總稱，參與土壤中有機質分解、氧化、硝化等全部過程，與土壤的理化性質、結構、養分含量有著密切的關系。

生物炭在土壤中的施用可以明顯改變土壤微生態環境，改變微生物群落優劣形勢，增加微生物群落多樣性。李嫚等采用田間小區試驗研究配施生物炭肥、減施化肥對辣椒生長及根際土壤微生態環境的影響，結果表明配施生物炭肥能促進辣椒生長，顯著提高葉片葉綠素含量和根系活力，提高果實中蛋白質、維生素C和可溶性糖含量，產量比常規施用化肥顯著增加13.04%；配施生物炭肥能提高辣椒根際土壤脲酶、磷酸酶、蔗糖酶和過氧化氫酶活性，顯著增加根際土壤中細菌和放線菌數量，減少真菌數量，提高根際土壤中速效氮、磷、鉀含量，對辣椒根際土壤微生態具有良好的調節效果［11］。杜佳燕通過木醋液、生物炭、益生菌復配對辣椒連作土壤的作用效應進行研究，結果表明單施生物炭、生物炭+益生菌、生物炭+木醋液+益生菌處理可以顯著增加開花期根際和非根際土壤放線菌數量［12］。

4 生物碳對辣椒疫病的防控效果

辣椒疫病俗稱黑桿，是由辣椒疫霉菌（Phytophthora capsiciLeonian）侵染引起的土傳病害，在苗期與成株期均可發生，是制約辣椒產業發展的主要因素之一。有研究發現在土壤中施用生物炭，對辣椒疫病有一定的防控作用。王光飛等在盆栽試驗條件下，研究2 種不同熱解溫度（500、600 ℃）制備的、以麥秸為原料的生物炭對辣椒疫病的防控作用，結果表明2 種熱解溫度下制備的生物炭對辣椒疫病均有一定的防控作用，但500 ℃制備的生物炭防控作用高于600 ℃制備的生物炭，同時發現生物炭的施用能促進辣椒生長［13］。王光飛等還研究了不同用量秸稈生物炭對辣椒疫病防控效果及土壤性狀的影響，結果表明不同用量的生物炭對辣椒疫病的防控作用不同，其中最佳用量為1.33%，生物炭的用量與辣椒疫病防控呈現出先上升后下降的關系，即在一定范圍內隨著生物炭使用量的增加，防控作用逐漸增強，可能是因為生物炭對土壤性狀的改善作用，而隨后防效下降，則與高用量生物炭對土壤性狀產生的負面影響有關［14］。馬艷等研究了生物炭施用時間對病害防效和土壤微生物性狀的影響，結果表明生物炭施加時間不同，對疫病的防控效果也不同，辣椒移栽前生物炭施入土壤時間越短，對土壤微生物區系產生的正面影響越大，對病害的防治效果越高［15］。

5 結語

今后，生物炭在辣椒生產中的應用需注意4個方面：一是不同配比的生物炭和添加劑施用將是生物炭應用的大方向；二是生物炭施入土壤后對辣椒根際土壤理化性質、辣椒生長發育和產量、品質的影響依然是生物炭應用的主要研究方向；三是生物炭通過改變土壤微生態環境與理化性質來防控辣椒疫病的機制尚不明確，需要進一步加強研究；四是不斷深入研究生物炭改良辣椒根際土壤性質的同時，對生物炭內在作用機制的研究要進一步加強。