石灰單施與生物炭配施對復耕土壤質量和小麥生長的影響

摘要" 本研究通過盆栽試驗，探討石灰類調理劑單施與生物炭配施對復耕土壤理化性質及小麥幼苗生長的影響，以期為復耕地酸化土壤降酸提質和提升作物產量提供參考。結果表明，對酸性土壤（pH 5.35）施用調理劑與CK（未施加調理劑）相比，可增加土壤堿解氮、有效磷和速效鉀含量，增幅分別在0.15%～7.93%、2.38%～8.34%和6.68%～21.33%；提高了小麥根鮮重、干重，增幅分別在2.78%～15.63%、1.14%～15.23%。單施石灰石粉的總根長、根系體積和總表面積較CK分別增加了10.75%、13.65%和11.98%。石灰類調理劑與生物炭配施增加了小麥地上部全氮、全磷和全鉀含量，增幅分別在6.47%～12.92%、2.27%～7.70%和5.37%～9.44%；地下部全氮、全磷含量增幅在18.82%～24.27%、12.24%～22.37%。單施生物炭對土壤堿解氮、速效鉀含量有促進作用；石灰類調理劑與生物炭配施能促進土壤有效磷含量、小麥生物量和土壤氮磷鉀養分的增加。

關鍵詞" 土壤酸化；石灰；生物炭；小麥生長；土壤質量

中圖分類號" S158.3；S512.1"""""" 文獻標識碼" A"""""" 文章編號" 1007-7731（2024）21-0001-07

DOI號" 10.16377/j.cnki.issn1007-7731.2024.21.001

基金項目 浙江省科學技術廳“領雁”研發攻關計劃項目（2022C02022，2023C02020）。

作者簡介 方書琴（1997—），女，河南信陽人，碩士研究生，從事耕地質量培育與提升研究。

通信作者 方先芝（1990—），女，河南信陽人，博士，講師，從事土壤肥力與植物營養研究。

收稿日期 2024-05-12

Effects of lime application alone and biochar combined application on soil quality and wheat growth in fallow fields

FANG Shuqin1""" BU Aiai1""" HU Juanxin1"nbsp;" WU Linzhe1""" YE Zhengqian1，2""" FANG Xianzhi1，2

（1Key Laboratory of Soil Contamination Bioremediation of Zhejiang Province， Zhejiang Aamp;F University， Hangzhou 311300， China;

2State Key Laboratory of Subtropical Forest Cultivation Jointly Built by the Province and Ministry， Zhejiang Aamp;F University， Hangzhou 311300， China）

Abstract" Through pot experiments， the effects of single application of lime based conditioners and combined application of biochar on the physical and chemical properties of fallow soil， and the growth and nutrient absorption of wheat seedlings were investigated， aiming to provide references for rapidly reducing acidity， improving quality， and enhancing crop yield in refarmed acidified soil. The results showed that compared with the control （without the application of conditioner）， the application of conditioners in acidic soil （pH 5.35） increased the soil alkaline hydrolyzable nitrogen， available phosphorus， and available potassium content， with increases of 0.15%-7.93%， 2.38%-8.34% and 6.68%-21.33%， respectively. It also increased the fresh and dry root weight of wheat on acidic soil， with increases of 2.78%-15.63%， 1.14%-15.23%， respectively. The total root length， root volume and total surface area of single application of limestone powder increased 10.75%， 13.65% and 11.98% compared to CK. The application of lime conditioner alone and combined with biochar increased the total nitrogen， total phosphorus， and total potassium content in the above-ground wheat， with increases of 2.78%-12.92%， 2.27%-7.70% and 5.37%-9.44%， respectively. The increase in total nitrogen and total phosphorus content in wheat roots ranged from 18.82%-24.27%， 12.24%-22.37%， respectively. The application of biochar alone had a promoting effect on soil alkaline nitrogen and available potassium content; the combination of lime based conditioners and biochar could promote the increase of soil available phosphorus content， wheat biomass， and soil nitrogen， phosphorus， and potassium nutrients.

Keywords" soil acidification; lime; biochar; wheat growth; soil quality

耕地“非糧化”是指原來種植糧食作物的土地逐漸轉變為種植利潤效益更高的經濟作物的現象[1]。浙江作為主要的糧食生產功能區之一，蔬菜、瓜果等作物種植面積較大[2]。耕地若長期“非糧化”種植可能引起土壤酸化現象。鄭銘潔等[3]研究發現，水田改種茶樹后土壤呈現酸化趨勢，土壤pH由原來的5.82降低到4.56；阮弋飛等[4]研究發現，耕地改種雷竹后，種植區超50%的土壤pHlt;4.5；汪沛等[5]研究發現，耕地改種甘蔗后，土壤總體呈快速酸化趨勢，種植甘蔗3年后，與非甘蔗種植區相比土壤pH下降了1.03個單位；于艷麗[6]研究發現，耕地改種葡萄后，其土壤呈明顯酸化現象，葡萄田土壤pH在4.7～6.0。可見，耕地種植多年生經濟作物可能因作物種類、栽培管理方式等出現土壤酸化問題。

石灰作為常規改良劑，被廣泛運用于酸化農田改良，施用石灰可以明顯提高土壤pH和鹽基飽和度，增加交換性Ca2+、Mg2+的含量，降低土壤交換性鋁含量[7]。瞿飛等[8]、王梅等[9]研究認為，石灰生產工藝簡單、價格低，在農業生產應用中較為常見，是中和農業酸性土壤的有效措施之一。實踐中由于石灰溶解度較小，大量或長期施用石灰不僅會影響土壤結構、造成土壤板結，而且可能會引起土壤營養元素失衡，導致作物減產。近年來，施用生物炭改良土壤酸化成為趨勢，生物炭一般呈堿性，具有多孔、容重較小和比表面積大等特點，施用后土壤pH與生物炭堿度呈線性相關[10-11]。Biederman等[12]研究表明，生物炭的施用可以明顯降低土壤酸度，生物炭表面存在的酚基、羧基和羥基，輸入土壤后會與土壤溶液中的H+結合，降低土壤H+濃度，其自身含有許多無機成分，輸入土壤可以提高土壤中無機營養成分和生物可利用性。本文通過研究石灰類調理劑單施和與生物炭配施對“非糧化”復耕地土壤理化性質及小麥生長的影響，為提高耕地質量、保障復耕作物產量提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地基本情況

試驗地種植雷竹10余年，現為“非糧化”復耕地，雷竹林砍伐后種植小麥。土壤基本理化性質：pH 5.35，有機質44.40 g/kg，堿解氮178.20"mg/kg，有效磷108.60"mg/kg，速效鉀286.00"mg/kg。供試小麥品種為國紅6號。

1.2 試驗設計

試驗采用單因素隨機區組設計，共設置了7個處理（表1），每個處理3次重復。將土壤與調理劑混勻后裝盆，每盆裝土500 g，小麥種子在清水中浸泡24"h后，挑選發芽種子進行移栽，每盆播種5粒，試驗期間每隔1～2"d澆水1次，保證土壤表面微微濕潤，其他管理栽培措施按照常規方法進行，試驗過程中不施加肥料。石灰、石灰石粉和生物炭（C）均為市購，生物炭為稻殼生物炭，由浙江長三角聚農科技有限公司生產。

1.3 測定項目及方法

1.3.1" 土壤基本理化性質測定""" 土壤自然風干后分別過10目和100目篩，用于后續土壤基礎理化性質的測定。土壤堿解氮、有效磷和速效鉀含量分別采用堿解擴散法、鉬銻抗比色法和火焰光度法測定[13]；土壤pH以土水比1.0∶2.5提取，使用pH計測定。

1.3.2" 小麥生長量指標測定""" 將整個植株帶根取出，分離根系與土壤，盡量保持根系完整，測定其株高。分離小麥地上部與地下部，稱量鮮重，隨后將其置于105 ℃下殺青30 min，70 ℃下烘至恒重，稱量干重；小麥播種40 d后收獲，用葉綠素儀（SPAD-502 Plus，柯尼卡美能達，日本）測量小麥最新成熟葉SPAD值。

1.3.3" 小麥根系形態指標測定""" 將獲得的完整根系沖洗干凈，用根系掃描儀（EPSON V700，愛普生，中國）與Win RHIZO分析軟件測定根系指標[14]，獲得總根長、根系體積、總根表面積和根系平均直徑等指標。

1.3.4" 小麥全氮、全磷和全鉀含量測定""" 小麥樣品用H2SO4-H2O2進行消煮，消煮液中的全氮、全磷和全鉀分別采用靛酚藍比色法、抗壞血酸鉬藍比色法和火焰光度法測定。

1.4 數據處理

數據用Excel 2016軟件統計，利用SPSS 22.0軟件進行單因素方差分析，Duncan法檢驗處理間統計學差異，并使用Origin 2024軟件制作圖表。

2 結果與分析

2.1 對土壤基本理化性質的影響

由圖1A可知，調理劑的施用增加了酸性土壤堿解氮含量，但與CK相比差異無統計學意義（Pgt;0.05），L2、B、LP2、L2+B、LP2+B和L1+LP1+B與CK相比，土壤堿解氮含量分別增加了4.94%、7.93%、0.15%、5.83%、3.74%和0.15%，單施石灰類調理劑的土壤的堿解氮含量增幅在0.15%～4.94%，石灰類調理劑與生物炭配施的土壤的堿解氮含量增幅在0.15%～5.83%，單施生物炭的土壤堿解氮含量增幅最大（圖1A）。施用調理劑后，土壤有效磷含量與CK相比無統計學意義（Pgt;0.05），LP2較CK的土壤有效磷含量降低了6.56%，L2、B、L2+B、LP2+B、L1+LP1+B與CK相比，土壤有效磷含量分別增加了5.96%、7.74%、4.76%、2.38%和8.34%，L1+LP1+B的土壤有效磷含量增幅最大（圖1B）。由圖1C可知，施用調理劑的各組合較CK的土壤速效鉀含量分別增加了6.68%、21.33%、9.42%、9.95%、14.92%和13.22%，差異具有統計學意義（Plt;0.05）。單施石灰類調理劑的土壤速效鉀含量增幅在6.68%～9.42%，石灰類調理劑與生物炭配施的土壤速效鉀含量增幅在9.95%～14.92%，單施生物炭的土壤速效鉀含量增幅最大。由圖1D可知，施用調理劑的各組合土壤pH較CK增加了1.08、0.41、0.75、0.89、0.87和0.99個單位，差異具有統計學意義（Plt;0.05）。單施石灰類調理劑的土壤pH提高0.75～1.08，石灰類調理劑與生物炭配施的土壤pH提高0.87～0.99，單施石灰對土壤pH的促進作用最大。

綜上，對于復耕酸性土壤，單施生物炭對土壤堿解氮、速效鉀含量促進作用較好，石灰類調理劑與生物炭配施對土壤有效磷含量的促進作用較好。

不同小寫字母表示處理間差異在0.05水平存在統計學意義。

2.2 對小麥幼苗生長的影響

如圖2A所示，在酸性土壤上施用調理劑增加了小麥根鮮重，各組合與CK相比差異無統計學意義（Pgt;0.05），小麥根鮮重較CK分別增加了13.89%、5.56%、15.63%、4.34%、2.78%和6.94%，單施石灰類調理劑小麥根鮮重的增幅在13.89%～15.63%，石灰類調理劑與生物炭配施的小麥根鮮重的增幅在2.78%～6.94%，LP2小麥根鮮重增幅最大。調理劑的施用影響小麥葉鮮重，與CK相比差異無統計學意義（Pgt;0.05）。L2、L2+B和L1+LP1+B與CK相比，小麥葉鮮重分別增加了10.67%、14.67%和5.67%，B、LP2和LP2+B與CK相比，小麥葉鮮重分別降低了10.50%、7.17%和5.50%，L2+B小麥葉鮮重增幅最大（圖2B）。

單施生物炭的小麥根干重較CK降低了6.29%，差異無統計學意義（Pgt;0.05）；L2、LP2、L2+B、LP2+B和L1+LP1+B與CK相比，小麥根干重分別增加了5.00%、1.14%、4.40%、1.14%和3.43%，L2的小麥根干重增幅最大（圖2C）。L2和L2+B與CK相比，小麥葉干重分別增加了8.18%和15.23%，B、LP2、LP2+B和L1+LP1+B與CK相比小麥葉干重分別降低了15.00%、7.73%、12.27%和2.73%，各處理組與CK差異均無統計學意義（Pgt;0.05）（圖2D）。

單施石灰提高了小麥株高，較CK增加了2.23%，B、LP2、L2+B、LP2+B、L1+LP2+B與CK相比，小麥株高分別降低了3.74%、0.08%、0.55%、6.43%和7.90%（圖2E）。調理劑的施用降低了小麥SPAD值，各處理組較CK分別降低了4.61%、9.99%、3.23%、8.47%、8.03%和5.00%，其中單施生物炭的小麥SPAD值降幅最大，石灰類調理劑單施的小麥SPAD值的降幅在3.23%～4.61%，石灰類調理劑與生物炭配施的小麥SPAD值降幅在5.00%～8.47%（圖2F）。

綜上，石灰類調理劑與生物炭配施對復耕酸性土壤小麥生物量的增加效果較好。

2.3 對小麥根系生長的影響

如圖3A所示，LP2提高了小麥總根長，較CK增加了10.75%；L2、B、L2+B、LP2+B和L1+LP1+B對小麥根總長有一定的抑制作用，較CK分別降低了16.27%、31.14%、26.51%、26.79%和24.85%。L2和LP2的小麥根系體積較CK分別增加了6.79%和13.65%，差異無統計學意義（Pgt;0.05）；B、L2+B、LP2+B和L1+LP1+B的小麥根系體積，較CK分別降低了19.46%、27.52%、30.01%和16.01%，且L2+B、LP2+B與CK差異具有統計學意義（Plt;0.05）（圖3B）。LP2較CK的小麥根系總表面積增加了11.98%；L2、B、L2+B、LP2+B和L1+LP1+B的小麥根系總表面積較CK分別降低了5.49%、25.52%、27.21%、28.58%和20.79%（圖3C）。L2提高了小麥根系平均直徑，較CK增加了12.86%，差異具有統計學意義（Plt;0.05）；L2+B和LP2+B的小麥根系平均直徑較CK分別降低了1.14%和1.71%（圖3D）。結果表明，LP2的總根長、根系體積和總表面積有一定程度提高，單施石灰石粉對小麥根系形態指標的促進作用較好。

2.4 對小麥養分吸收的影響

如圖4A所示，單施生物炭降低了小麥地上部全氮含量，較CK降低了10.18%；L2、LP2、L2+B、LP2+B和L1+LP1+B的小麥地上部全氮含量較CK分別增加了0.64%、2.77%、6.47%、11.45%和12.92%，單施石灰類調理劑的小麥地上部全氮含量增幅在0.64%～2.77%，石灰類調理劑與生物炭配施的小麥地上部全氮含量增幅在6.47%～12.92%（圖4A）。單施生物炭的小麥地下部全氮含量較CK降低了26.82%，差異無統計學意義（Pgt;0.05）；L2、LP2、L2+B、LP2+B和L1+LP1+B的小麥地下部全氮含量較CK分別增加了10.83%、16.86%、18.82%、19.92%和24.27%，單施石灰類調理劑小麥地下部全氮含量增幅在10.83%～16.86%，石灰類調理劑與生物炭配施的小麥地下部全氮含量增幅在18.82%～24.27%（圖4B）。

調理劑的施用增加了小麥地上部全磷含量，較CK分別增加了10.76%、1.43%、25.67%、7.70%、6.68%和2.27%，單施石灰類調理劑的小麥地上部全磷含量增幅在10.76%～25.67%，石灰類調理劑與生物炭配施的小麥地上部全磷含量增幅在2.27%～7.70%（圖4C）。調理劑的施用增加了小麥地下部全磷含量，較CK分別增加了21.05%、14.36%、11.18%、18.18%、12.24%和22.37%，單施石灰類調理劑小麥地下部全磷含量增幅在11.18%～21.05%，石灰類調理劑與生物炭配施的小麥地下部全磷含量增幅在12.24%～22.37%（圖4D）。

調理劑的施用增加了小麥地上部全鉀含量，較CK分別增加了1.09%、0.57%、0.87%、5.37%、8.85%和9.44%，單施石灰類調理劑的小麥地上部全鉀含量增幅在0.87%～1.09%，石灰類調理劑與生物炭配施的小麥地上部全鉀含量增幅在5.37%～9.44%（圖4E）。單施生物炭的小麥地下部全鉀含量較CK增加了35.96%，差異具有統計學意義（Plt;0.05）；L2、LP2和L2+B的小麥地下部全鉀含量較CK分別降低了30.43%、27.23%和6.10%，LP+B、L1+LP1+B的小麥地下部全鉀含量較CK分別增加了14.17%、14.41%（圖4F）。

綜上，單施生物炭能增加復耕酸性土壤小麥地下部全鉀含量，石灰類調理劑與生物炭配施能促進小麥對復耕酸性土壤地上部全氮、全磷和全鉀養分的吸收。

3 結論與討論

目前關于不同調理劑對酸性土壤改良效果的研究較多，但不同調理劑施用對酸性土壤改良效果、肥力改善及作物生長的影響研究相對較少。本文分析了常規土壤調理劑石灰、石灰石粉和生物炭的單施與配施對復耕酸性土壤速效養分及小麥生長的影響。結果表明，調理劑的施用明顯提高了土壤pH，單施生物炭的土壤pH增幅弱于單施石灰類調理劑及石灰類調理劑與生物炭配施，可能是因為生物炭具有高度芳香性的碳組分和較高的碳氮比，性質較穩定，不易被分解[15]。單施生物炭對土壤堿解氮、速效鉀含量的促進作用較好，這可能是因為生物炭中含有較高的灰分，可促進礦質養分快速向土壤釋放，減少土壤鉀素的淋失，使速效鉀含量增加[16]。

單施生物炭可增加復耕酸性土壤小麥地下部全鉀含量，這可能是因為生物炭的速效鉀含量較高，提高土壤鉀含量，促進了小麥對鉀養分的吸收[17]。石灰單施與生物炭的配施均能增加小麥地上部全鉀含量，可能是因為秸稈生物炭中含有大量的礦質養分和金屬元素，能夠增加土壤有機質和速效鉀的含量，且其具有豐富的孔隙結構，可降低土壤溶液的滲透速度，增強土壤對易淋失鉀的吸附能力[18-19]。

綜上，單施生物炭對土壤堿解氮、速效鉀含量有明顯的促進作用。石灰類調理劑與生物炭配施能促進土壤有效磷含量、小麥生物量和土壤氮磷鉀養分的增加。

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（責任編輯：吳思文）