摘要：選取9個生物炭施加比例進行盆栽試驗，測定生物炭的施加對吉林西部地區(qū)沙化土壤理化性質(zhì)及綠豆幼苗生長的影響。結(jié)果表明，隨著生物炭施加比例的增加，土壤的電導(dǎo)率、pH顯著升高，土壤吸濕水含量、土壤有機質(zhì)以及氮磷鉀等營養(yǎng)元素含量均有所增加。生物炭的施加對綠豆種子出苗的影響不顯著，一定量的生物炭對綠豆幼苗的生長有促進作用，但是生物炭施加比例過高會對綠豆幼苗的生長產(chǎn)生抑制作用。

關(guān)鍵詞：吉林西部地區(qū)；生物炭；沙化土壤；理化性質(zhì)；生長指標(biāo)

中圖分類號：S156.2；S156.5 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：0439-8114（2016）17-4457-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.17.026

Abstract： Nine different biochar proportions were chosen for pot experiments， to determine the effect of biochar on the physical-chemical properties of sandy soil and mungbean seedling growth in western Jilin province. Results showed that with increase of biochar applied proportion， the soil electrical conductivity and pH were significantly increased， the soil hygroscopic moisture content， soil organic matter and NPK nutrients content increased accordingly. The effect of biochar application on the germination of mung bean seeds was insignificant. The growth of mung bean seedlings was stimulated by a certain amount of biochar， but inhibited in the excessively high biochar proportion.

Key words： western Jilin province； biochar； sandy soil； physical-chemical properties； growth index

生物炭還沒有一個統(tǒng)一的定義。通常認(rèn)為生物炭是由生物殘體在缺氧的情況下，經(jīng)高溫慢熱解（通常低于700 ℃）產(chǎn)生的一類難溶、穩(wěn)定、高度芳香化、富含碳素的固態(tài)物質(zhì)，具有復(fù)雜的孔隙結(jié)構(gòu)和極強的吸附性能。根據(jù)生物質(zhì)材料的來源，生物炭可以分為木炭、竹炭、秸稈炭、動物糞便炭等[1]。

生物炭體系由碳元素構(gòu)成，由于碳原子彼此間具有極強的親和力，使生物炭無論在低溫或高溫下都有很好的穩(wěn)定性，可以在土壤中長時間存留，甚至上千年不被降解，具有碳封存作用[2]。制備生物炭的原材料可以選取農(nóng)業(yè)廢棄物，如秸稈、花生殼等，減少二次污染。生物炭作為土壤改良劑，施入土壤，可通過調(diào)節(jié)土壤團聚體結(jié)構(gòu)改變土壤理化性質(zhì)、提高土壤持水量、通氣性，提高土壤肥力及營養(yǎng)的可利用性[3-5]。生物炭的比表面積（通常是200～400 m2/g）比沙質(zhì)土的比表面積（沙粒表面積0.01～0.10 m2/g）高，適宜做為沙化土壤的改良劑，有益于改善沙質(zhì)土壤的持水性[6，7]。生物炭作為土壤改良劑、肥料緩釋載體及碳封存劑受到關(guān)注[8]，本研究通過設(shè)置不同生物炭施加比例進行盆栽試驗，探討以生物炭作為改良劑對吉林西部沙化土壤理化性質(zhì)及作物幼苗不同生長指標(biāo)的影響，為生物炭改良劑在退化土壤生態(tài)環(huán)境修復(fù)中的運用提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

沙化土壤取自吉林省西部大安地區(qū)，此區(qū)域為風(fēng)沙土；作物材料為綠豆種子；生物炭由沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)生物炭研究所提供。

1.2 試驗方法

1.2.1 栽培試驗 將土壤風(fēng)干，土壤、生物炭分別過1 mm篩。設(shè)置9個生物炭施加比例，碳含量分別為0、5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%，混合均勻，以不施加生物炭的土壤作為對照，進行盆栽試驗，每個處理3次重復(fù)。每盆放置等量土、澆等量水（200 mL/盆），挑選飽滿的綠豆，用75%乙醇表面消毒，洗凈催芽，出芽后播種，每盆均勻播種20粒，播種深度一致。綠豆出苗后記錄出苗情況，計算發(fā)芽率。發(fā)芽率=發(fā)芽的種子數(shù)/供檢測的種子數(shù)×100%。7 d后發(fā)芽率統(tǒng)計完，每盆選擇3株長勢較好的幼苗保留。3周后收獲，測株高、地上部鮮重、地下部鮮重、干重、葉片葉綠素含量等指標(biāo)。

1.2.2 指標(biāo)測試 幼苗株高、根長和莖長測定用電子式數(shù)顯卡尺；幼苗鮮重和干重測定用稱量法；土壤電導(dǎo)率測定用CON1000型臺式電導(dǎo)儀；土壤有機質(zhì)測定用重鉻酸鉀法；pH測定用PH-3C型酸度計；土壤速效氮測定采用堿擴散法，速效磷測定采用鉬銻抗比色法，速效鉀測定采用火焰光度法；葉綠素測定用SPAD-502型葉綠素儀。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理 數(shù)據(jù)采用EXCEL和SPSS軟件分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 生物炭的施加對吉林西部沙化土壤理化性質(zhì)的影響

2.1.1 生物炭對土壤吸濕水含量的影響 不同生物炭施加比例對土壤吸濕水含量的影響見圖1。隨著生物炭施加比例逐步升高，沙土吸濕水含量總體也呈上升趨勢。在生物炭施加比例達到30%時，沙土吸濕水含量達到峰值2.27%。隨后生物炭施加比例逐步上升，沙土吸濕水含量反而呈緩慢下降趨勢。

2.1.2 生物炭對土壤電導(dǎo)率和pH的影響 不同生物炭施加比例對土壤pH和電導(dǎo)率的影響見圖2。隨著生物炭含量的增加，pH和電導(dǎo)率均呈顯著上升趨勢，當(dāng)生物炭含量超過30%后，電導(dǎo)率和pH上升趨勢更明顯。這可能是由于生物炭自身含有生物質(zhì)留下的無機鹽類離子，因此添加到土壤中會提高土壤電導(dǎo)率。而且生物炭本身呈堿性，因此隨著生物炭含量的增高，pH也隨之增加。

2.1.3 生物炭對土壤中養(yǎng)分元素含量的影響 土壤礦質(zhì)元素是影響作物產(chǎn)量的主要因素，是反映作物生長條件的重要指標(biāo)。不同生物炭施加比例對土壤氮磷鉀含量的影響見圖3。隨著生物炭含量的增加，土壤中N、P、K含量均呈上升趨勢，且在生物炭比例超過25%后，N、P、K含量漲幅迅速。因此生物炭的施加對土壤中養(yǎng)分元素的積累和含量存在正相關(guān)關(guān)系。

2.1.4 生物炭對土壤有機質(zhì)的影響 不同生物炭施加比例對土壤有機質(zhì)的影響見圖4。隨著生物炭施加比例的增加，土壤有機質(zhì)含量總體呈增長趨勢，可能是由于生物炭的主要成分是碳，因此隨著生物炭含量的增加，所測得的土壤樣品中有機炭的含量增高，進而影響到有機質(zhì)的含量。

2.2 生物炭對綠豆幼苗生長的影響

2.2.1 生物炭對綠豆發(fā)芽率的影響 發(fā)芽率是衡量種子生命力的重要指標(biāo)之一，土壤作為種子生長的環(huán)境對種子的質(zhì)量和健康情況起控制作用。向土壤中施入生物炭可以減小土壤的抗張力強度[9]和土壤密度[10]，抗張力強度減小會使種子易發(fā)芽，同時利于根系的伸長生長，促進土壤生物在土壤中的移動[11]。不同生物炭施加比例對綠豆發(fā)芽率的影響見圖5。生物炭為0、15%、20%、30%處理綠豆發(fā)芽最早，生物炭為35%、40%的處理發(fā)芽較晚。但總體上看，生物炭的施加對綠豆的發(fā)芽率沒有顯著影響。

2.2.2 生物炭對植株葉綠素、株高的影響 葉綠素在植物體內(nèi)的合成很大程度上受土壤中的礦質(zhì)元素的影響，對葉綠素的測定可以反映植株的生長狀況，從而側(cè)面反映出土壤中的礦物元素富含程度。不同生物炭施加比例對綠豆幼苗葉綠素含量的影響見圖6。當(dāng)施加的生物炭達到5%時，綠豆幼苗中葉綠素含量達到最高，植株生長狀況最好，而在生物炭過高時（達到40%時），植株葉綠素含量小幅度下降。與對照相比，生物炭施加對綠豆幼苗株高的影響不明顯，生物炭過高時，反而抑制綠豆幼苗的生長。

2.2.3 生物炭對綠豆幼苗生物量的影響 不同生物炭施加比例對綠豆幼苗生物量的影響見圖7。施加生物炭之后綠豆幼苗的鮮重明顯增加，生物炭為15%和30%的處理中綠豆幼苗的生物量達最高；隨著生物炭施加比例的提高，綠豆幼苗的干重隨之升高，當(dāng)施加比例過高（超過30%）時，綠豆幼苗的干重小幅下降，干重最高值出現(xiàn)在15%和30%處理。由此可見，生物炭過多可能對植株生長起到抑制作用。

3 小結(jié)與討論

大量、復(fù)雜的孔隙結(jié)構(gòu)使得生物炭材料的比表面積較大，有利于水分入滲和保存。生物炭與沙土混合后增加了土壤的孔隙度與滲透性，改變了沙土的吸濕水含量、pH和電導(dǎo)率，增強了土壤固定礦質(zhì)元素能力及土壤有機質(zhì)含量，隨著生物炭使用量的增加，沙土性質(zhì)改變增強，施加生物炭對吉林西部沙化土壤理化指標(biāo)影響顯著。生物炭施加對綠豆種子萌發(fā)、幼苗葉綠素含量和株高的影響不明顯，明顯增加了綠豆幼苗的生物量，尤其是中等量（15%和30%）的生物炭施加對幼苗干物質(zhì)的積累影響明顯。從土壤的指標(biāo)來看，生物炭施加比例越高對土壤理化性質(zhì)指標(biāo)的影響越明顯。但是由于吉林西部地區(qū)土壤偏堿性，而生物炭本身也呈堿性，過多地施加生物炭會使土壤的pH過高，抑制植物生長。從植物生長指標(biāo)來看，并不是生物炭施加比例越高對作物生長越有利，中等用量時對植物生長的促進明顯，施用過多對綠豆幼苗生長的促進作用減弱，甚至?xí)a(chǎn)生抑制作用，在改良土壤時要考慮不同用量生物炭對植物生長的影響。從試驗的結(jié)果看，施加15%～20%生物炭的改良效果最優(yōu)。由于生物炭的性質(zhì)和作用與其原材料以及制備工藝有關(guān)，不同生物炭的作用還需要更深入研究。

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