王育紅　肖輝　程文娟等

摘要[目的]為炭基肥在設(shè)施土壤中合理利用提供參考。[方法]選取典型日光溫室，采用田間小區(qū)試驗(yàn)，研究不同用量炭基肥對(duì)土壤肥力、番茄產(chǎn)量及品質(zhì)的影響。[結(jié)果]炭基肥可提高土壤有機(jī)質(zhì)含量1.28%～4.45%，提高番茄VC含量3.26%～9.54%，降低硝酸鹽含量4.24%～15.31%。等氮量（T1）及減氮20%（T2）炭基肥處理還可分別增加土壤全氮7.62%和3.33%，水解氮7.30%和1.78%，株高7.76%和4.31%，產(chǎn)量4.29%和6.43%，其中減氮50%（T3）炭基肥處理效果較差。[結(jié)論]炭基肥在設(shè)施土壤中應(yīng)用效果顯著，其中減氮20%處理綜合效果較佳。

關(guān)鍵詞炭基肥；土壤肥力；番茄；產(chǎn)量；品質(zhì)

中圖分類號(hào)S145.5；X712文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)0517-6611（2015）16-390-03

Effects of Biochar Fertilizer on Soil Fertility， Tomato Yield and Quality in Greenhouse

WANG Yuhong1， XIAO Hui2， CHENG Wenjuan2 et al

（1. Tianjin Product Quality Inspection Technology Research Institute， Tianjin 300384； 2.Tianjin Institute of Agricultural Resources and Environment， Tianjin 300192）

Abstract[Objective]The development of biochar fertilizer is an important research area of biochar applications in agriculture. This paper aimed to provide reference for biochar fertilizer rational use in greenhouse soil. [Method] A field experiment was conducted to study the effect of biochar fertilizer on soil fertility， tomato yield and quality. [Result] The results showed that the content of soil organic matter was increased 1.28% - 4.45%， Vc content of tomato was increased 3.26%-9.54%， nitrate content was reduced 4.24%-15.31%， by using biochar fertilizer， compared with control T1 and T2， increased soil total nitrogen by 7.62% and 3.33%， increased hydrolysis nitrogen by 7.30% and 1.78%， improved plant height 7.76% and 4.31%， increased tomato yield by 4.29% and 6.43%， respectively. T3 had a poor application effect. [Conclusion]In summary， the biochar fertilizer application effect was significant，and 20% reduction of nitrogen treatment integrated effect was best.

Key wordsBiochar fertilizer； Soil fertility； Tomato； Yield； Quality

基金項(xiàng)目天津市農(nóng)業(yè)科技成果轉(zhuǎn)化與推廣項(xiàng)目（201102070）；國家科技支撐計(jì)劃（2008BADA4B05）。

作者簡(jiǎn)介王育紅（1970- ），女，天津人，工程師，從事農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)方面的研究。

收稿日期20150422

設(shè)施栽培是一種高投入、高產(chǎn)出的集約化生產(chǎn)方式，肥料使用量大，極易產(chǎn)生土壤鹽漬化、板結(jié)、重金屬累積、地下水污染、蔬菜品質(zhì)下降等不良影響。提高肥料利用率、降低化肥使用量、科學(xué)配比有機(jī)無機(jī)成分是設(shè)施農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必經(jīng)之路。生物黑炭是秸稈等生物質(zhì)在厭氧高溫條件下進(jìn)行熱解炭化，生成富含碳素的固體物質(zhì)[1]。它具有空隙度高、比表面積大[2]、有機(jī)官能團(tuán)豐富[3]等特性，在土壤中應(yīng)用可降低土壤容重[4]，增加土壤孔隙率和持水量[5]，提高土壤CEC[6]，與肥料配合使用可延緩肥料在土壤中的釋放。Lehmann等[7]研究表明，生物質(zhì)炭對(duì)NH+4和NO-3具有相當(dāng)強(qiáng)的吸附特性，可有效降低土壤氮素淋失，提高氮肥利用率。陳琳等[8]研究表明，炭基肥在減氮19.94%的情況下仍能提高水稻產(chǎn)量6.70%以上。付嘉英等[9]也研究表明，小麥秸稈炭基肥在養(yǎng)分含量降低18%的情況下，小白菜產(chǎn)量提高了45.03%。前人研究均已表明，生物黑炭可作為化肥緩釋劑，提高肥料利用率，但對(duì)于不同栽培方式、不同作物品種，結(jié)果可能存在差異。以設(shè)施番茄為例，通過田間小區(qū)試驗(yàn)，筆者研究了炭基尿素對(duì)設(shè)施土壤肥力、番茄產(chǎn)量及品質(zhì)的影響，以期為炭基肥在設(shè)施番茄栽培中合理利用提供科學(xué)依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)地點(diǎn)在天津市西青第六埠。該區(qū)屬于暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，全年平均氣溫12 ℃，無霜期7個(gè)月。年降雨量570～690 mm，分布不均，70%集中在6～8月份，年均蒸發(fā)量1 100 mm。地下水位0.9～1.5 m。選取典型日光溫室。供試土壤類型為潮土，質(zhì)地為中壤土。試驗(yàn)前（2012年2月）0～20 cm土層土壤基本性狀為：土壤有機(jī)質(zhì)42.30 g/kg，水解氮132.4 mg/kg，速效磷263.4 mg/kg，速效鉀285.7 mg/kg，pH 8.31。

1.2供試炭基肥養(yǎng)分含量

以利用棉花秸稈制成的生物黑炭為包裹材料，包裹尿素，形成炭基肥。炭基肥有機(jī)質(zhì)含量252.1 g/kg，全氮（N）31.62%，全磷（P2O5）0.34%，全鉀（K2O）1.82%。

1.3試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)4個(gè)處理，分別為CK，農(nóng)民習(xí)慣（普通尿素）；T1，與CK等氮量炭基肥；T2，減氮20%炭基肥；T3，減氮50%炭基肥。每個(gè)處理重復(fù)3次，隨機(jī)區(qū)組排列，小區(qū)面積8.4 m2。番茄于2012年2月18日定植，2012年6月26日拉秧，留4穗果摘心。各小區(qū)施N 300 kg/hm2、P2O5 225 kg/hm2、K2O 375 kg/hm2、農(nóng)家肥15 t/hm2。所用化肥為尿素（含N 46%）、過磷酸鈣（含 P2O5 12%）、氯化鉀（含 K2O 60%）；農(nóng)家肥為雞糞+稻殼（干基N1.72%、P2O5 2.13%、K2O 1.55%）。農(nóng)家肥、磷肥全部基施，氮肥、鉀肥40%做基肥，60%做追肥。追肥共分3次，其中氮肥的追施比例分別為30%、20%、10%，鉀肥的追施比例分別為10%、20%、30%。

在盛果期（6月4日）采集番茄樣品，測(cè)定VC、硝酸鹽。在番茄植株拉秧前，取各小區(qū)位置相對(duì)一致的植株測(cè)定株高，并且統(tǒng)計(jì)全小區(qū)最終產(chǎn)量（累計(jì)）。

1.4測(cè)定方法及數(shù)據(jù)處理

土壤水解氮的測(cè)定采用擴(kuò)散吸收法；土壤速效磷的測(cè)定采用0.5 mol/L碳酸氫鈉浸提-比色法（紫外可見分光光度計(jì)GENESY5）；土壤速效鉀的測(cè)定采用醋酸銨浸提-火焰光度法（火焰光度計(jì)FP6410）；土壤全氮的測(cè)定采用凱氏定氮法；土壤有機(jī)質(zhì)的測(cè)定采用重鉻酸鉀氧化法；pH的測(cè)定采用土水比1.0∶2.5玻璃電極法；VC的測(cè)定采用2，6-二氯靛酚滴定法；蔬菜硝酸鹽的測(cè)定采用蒸餾水浸提-紫外分光光度法。

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)用Microsoft Excel 2003和SPSS 13.0軟件進(jìn)行分析。

2結(jié)果與分析

2.1炭基肥對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)、氮素含量的影響

由表1可知，炭基肥能增加土壤有機(jī)質(zhì)含量，且使用量越大，效果越明顯，處理T1、T2、T3分別比CK高出4.45%、3.05%及1.28%，但均與CK之間差異不顯著，各炭基肥處理之間差異也不顯著。炭基肥含有較高的生物炭成分，生物炭穩(wěn)定性強(qiáng)，不易降解，因此施入土壤后能提高土壤有機(jī)質(zhì)含量。

設(shè)施土壤施用炭基肥能提高土壤水解氮和全氮的含量。處理T1、T2、T3土壤水解氮含量與CK相比分別提高7.30%、1.78%及-3.06%，處理T1與CK之間差異在0.05水平顯著，處理T2、T3與CK之間差異不明顯，處理T1與T2、T3之間差異也達(dá)0.05顯著水平。炭基肥對(duì)土壤全氮的影響和水解氮基本一致。處理T1、T2、T3土壤全氮含量與CK相比分別提高7.62%、3.33%及-4.29%，處理T1與CK、處理T2、T3之間差異均達(dá)0.05顯著水平；處理T2與CK之間差異不明顯，但與處理T3之間差異在0.05水平顯著；處理T3與CK之間差異不明顯。這表明等氮量炭基肥可顯著提高土壤表層氮素含量，且在減氮20%的情況下仍能保持較高的土壤肥力，在減氮50%的情況下土壤氮素有下降趨勢(shì)，但與習(xí)慣施肥之間差異不明顯。

表1炭基肥對(duì)土壤氮素、有機(jī)質(zhì)含量的影響

處理有機(jī)質(zhì)∥g/kg水解氮∥mg/kg全氮∥%

CK75.80a146.9b0.210bc

T179.21a157.6a0.226a

T278.10a149.5b0.217b

T376.81a142.4b0.201c

注：同列不同小寫字母表示經(jīng)LSD檢驗(yàn)差異達(dá)0.05顯著水平。

2.2炭基肥對(duì)番茄株高的影響

由圖1可知，各處理株高高低順序?yàn)樘幚鞹1>處理T2>CK>處理T3，處理T1、T2與CK相比番茄株高分別提高7.76%和4.31%，處理T1與CK之間的差異達(dá)0.05顯著水平，處理T2與CK之間差異不顯著。這表明施用炭基肥可促進(jìn)番茄植株生長(zhǎng)，增加番茄株高，且在降低施氮量20%的情況下，施用炭基肥也能完全滿足番茄生長(zhǎng)需求。處理T3株高略低于CK，但與CK之間的差異不明顯。這表明在減氮50%的條件下，炭基肥處理雖然與對(duì)照差異不明顯，但施氮量偏低可能會(huì)影響番茄的正常生長(zhǎng)。

注：不同小寫字母表示經(jīng)LSD檢驗(yàn)差異達(dá)0.05顯著水平。

圖1炭基肥對(duì)番茄株高的影響

2.3炭基肥對(duì)番茄品質(zhì)的影響

由表2可知，炭基肥能明顯提高番茄VC含量，且總氮量越小，VC含量越高。各處理高低順序?yàn)樘幚鞹3>處理T2>處理T1>CK，處理T3、T2、T1分別比CK高出9.54%、7.25%及3.26%，處理T3、T2與CK之間差異達(dá)005顯著水平，且與處理T1之間的差異也達(dá)0.05顯著水平，處理T3、T2間差異不顯著，處理T1、CK之間差異不顯著。這表明在等氮量的情況下，炭基肥處理T1與對(duì)照之間雖然差異不顯著，但能提高番茄VC含量；在減氮情況下，氮素使用量越少，番茄VC含量越高。

表2炭基肥對(duì)番茄品質(zhì)的影響

mg/kg

處理VC硝酸鹽

CK153.2b231.2a

T1158.2b221.4ab

T2164.3a209.2b

T3167.8a195.8c

注：同列不同小寫字母表示經(jīng)LSD檢驗(yàn)差異達(dá)0.05顯著水平。

施用炭基肥能降低番茄硝酸鹽含量，且使用量越低，效果越明顯。處理T1、T2、T3番茄硝酸鹽含量分別比CK低4.24%、9.52%及15.31%。處理T1與CK之間差異不顯著，但處理T2、T3與CK之間差異達(dá)0.05顯著水平，且處理T1、T2與T3之間差異也達(dá)0.05顯著水平。這表明炭基肥與普通肥料相比能降低番茄硝酸鹽含量，且減量處理效果更加明顯。

2.4炭基肥對(duì)番茄產(chǎn)量的影響

由圖2可知，施用適量炭基肥可明顯提高番茄產(chǎn)量。各處理中，減氮20%處理T2產(chǎn)量最高，比CK增產(chǎn)6.43%，差異達(dá)0.05顯著水平；等氮量處理T1與對(duì)照相比也提高產(chǎn)量4.29%，

圖2炭基肥對(duì)番茄產(chǎn)量的影響

但與對(duì)照之間差異不顯著；50%減氮量處理T3雖與對(duì)照差異不顯著，但造成減產(chǎn)2.14%。這表明設(shè)施土壤施用炭基肥可提高番茄產(chǎn)量，且在適量降低施氮量的情況下，增產(chǎn)效果依然明顯，但氮素減少量也不宜過多，避免造成減產(chǎn)。

3結(jié)論與討論

生物黑炭含有豐富的有機(jī)碳，且不易降解[10]，施入土壤能提高土壤有機(jī)碳含量[11]?？等辗宓萚12]研究表明，隨炭基肥中生物炭添加量的增大，土壤有機(jī)質(zhì)含量增加，并呈線性相關(guān)。試驗(yàn)所用炭基肥含有近25%的生物炭，因此隨施用量的增加，土壤有機(jī)質(zhì)含量明顯上升，但因總投入量不大，致使與對(duì)照之間差異不顯著。生物黑炭孔隙度高，比表面積大，且具有豐富的官能團(tuán)，因此吸附能力強(qiáng)，能吸附氮素，延緩肥料氮素的釋放，降低肥料流失率，進(jìn)而提高肥料利用率[13-15]。因此，與CK相比，在番茄生長(zhǎng)后期炭基肥處理仍能提供充足的氮素營養(yǎng)，甚至在減氮20%的情況下炭基肥處理水解氮和全氮含量仍高于習(xí)慣處理，表明炭基肥具有較強(qiáng)的保肥能力，在減少氮肥使用量的情況下仍能保持土壤較高肥力。

炭基肥可促進(jìn)植物生長(zhǎng)，增加作物產(chǎn)量[12，16-17]。試驗(yàn)炭基肥處理與CK相比可提高番茄株高，增加番茄產(chǎn)量，其中減氮20%處理增產(chǎn)效果最為明顯。原因可能為炭基肥養(yǎng)分釋放慢，持續(xù)供養(yǎng)能力強(qiáng)，且能增加土壤有機(jī)質(zhì)含量，改善土壤結(jié)構(gòu)。但是，在炭基肥使用量偏低的情況（減少氮素50%）下，番茄產(chǎn)量呈下降趨勢(shì)。因此，炭基肥使用量不宜過少，避免造成減產(chǎn)。

喬志剛等[18]研究表明，炭基肥可提高青椒VC和可溶性糖含量；付嘉英等[9]指出，炭基肥可降低小白菜硝酸鹽含量。該試驗(yàn)結(jié)果與前人基本一致，即炭基肥能增加番茄VC含量3.26%～9.54%，降低硝酸鹽含量4.24%～15.31%，且隨著氮素使用量的減少，效果越明顯。原因可能為一方面氮素總量降低，且炭基肥養(yǎng)分釋放相對(duì)緩慢，降低了番茄對(duì)氮素的奢侈吸收；另一方面，隨生物黑炭的施入，帶入了其他礦質(zhì)養(yǎng)分（如鈣、鎂、硅、硫等），養(yǎng)分供應(yīng)更加平衡，因此提高了番茄品質(zhì)。

該研究表明，炭基肥可以增加設(shè)施土壤有機(jī)質(zhì)含量，提高土壤全氮、水解氮含量，增加番茄產(chǎn)量，改善番茄品質(zhì)。其中，減氮量20%炭基肥處理綜合效果最好。在保持土壤肥力的前提下，該處理可增加番茄產(chǎn)量6.43%，提高VC含量7.25%，降低硝酸鹽含量9.52%。

參考文獻(xiàn)

[1] SOHI S P，KRULL E，LOPEZCAPEL E，et al.A review of biochar and its use and function in soil[J].Advances in Agronomy，2010，105：47-82.

[2] KEILUWEIT M，NICO P，JOHNSON M.Dynamic molecular structure of plant biomassderived black carbon（Biochar）[J].Environmental Science & Technology，2010，44：1247-1253.

[3] FUERTES A B，CAMPS ARBESTAIN M，SEVILLA M，et al.Chemical and structural properties of carbonaceous products obtained by pyrolysis and hydrothermal carbonization of corn stover[J].Australian Journal of Soil Research，2010，48：618-626.

[4] 陳紅霞，杜章留，郭偉，等.施用生物炭對(duì)華北平原農(nóng)田土壤容重、陽離子交換量和顆粒有機(jī)質(zhì)含量的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2011，22（11）：2930-2934.

[5] DAVID A L，PIERCE F，DEDRICK D D，et al.Impact of biochar amendments on the quality of a typical Midwestern agricultural soil[J].Geoderma，2010，158：443-449.

[6] YUAN J H，XU R K，QIAN W，et al.Comparison of the ameliorating effects on an acidic ultisol between four crop straws and their biochar[J].Journal of Soils and Sediments，2011，11（5）：741-750.

[7] LEHMANN J，DA SILVA J P，RONDON M，et al.Slashandchar：A feasible alternative for soil fertility management in the central Amazon[C]//Proceedings of the 17th world congress of soil science.Bangkok，Thailand，2002.

[8] 陳琳，喬志剛，李戀卿，等.施用生物質(zhì)炭基肥對(duì)水稻產(chǎn)量及氮素利用的影響[J].生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報(bào)，2013，29（5）：671-675.

[9] 付嘉英，喬志剛，鄭金偉，等.不同炭基肥料對(duì)小白菜硝酸鹽含量、產(chǎn)量及品質(zhì)的影響[J].中國農(nóng)學(xué)通報(bào)，2013，29（34）：162-165.

[10] SHINDO H.Elementary composition，humus composition，and decomposition in soil of charred grassla[J].Soil Science and Plant Nutrition，1991，37（4）：651-657.

[11] SCHMIDT M W，NOACK A G.Black carbon in soils and sediments：Analysis，distribution and current challenges[J].Global Biogeochemical Cycles，2000，14（3）：777-793.

[12] 康日峰，張乃明，史靜，等.生物炭基肥料對(duì)小麥生長(zhǎng)、養(yǎng)分吸收及土壤肥力的影響[J].中國土壤與肥料，2014（6）：33-38.

[13] 喬志剛，陳琳，李戀卿，等.生物質(zhì)炭基肥對(duì)水稻生長(zhǎng)及氮素利用率的影響[J].中國農(nóng)學(xué)通報(bào)，2014，30（5）：175-180.

[14] 曲晶晶，鄭金偉，鄭聚鋒，等.小麥秸稈生物質(zhì)炭對(duì)水稻產(chǎn)量及晚稻氮素利用率的影響[J].生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報(bào)，2012，28（3）：288-293.

[15] KARHU K，MATTILAB T，BERGSTROMA I，et al.Biochar addition to agricultural soil increased CH4 uptake and water holding capacityResults from a shortterm pilot field study[J].Agriculture，Ecosyatem and Environment，2011，140：309-313.

[16] 高海英.一種生物炭基氮肥的特征及其對(duì)土壤作物的效應(yīng)研究[D].楊凌：西北農(nóng)林科技大學(xué)，2012.

[17] ASAI H，SAMSON B K，STEPHAN H M，et al.Biochar amendment techniques for upland rice production in Northern Laos：1.Soil physical properties，leaf SPAD and grain yield[J].Field Crops Research，2009，111（1）：81-84.

[18] 喬志剛，付嘉英，鄭金偉，等.不同炭基肥對(duì)青椒生長(zhǎng)、品質(zhì)和氮素農(nóng)學(xué)利用率的影響[J].土壤通報(bào)，2014，45（1）：174-179.