趙貫飛

（西藏自治區(qū)農(nóng)牧科學院蔬菜研究所，西藏 拉薩 850001）

生物炭（Biochar）也稱生物質炭，一般指生物質原材料在完全或部分缺氧條件下，經(jīng)高溫熱裂解產(chǎn)生一種含碳元素的固態(tài)物質。主要由芳香烴和單質碳或具有類石墨結構的碳組成，一般含有60%以上的碳元素［1］。相比焦炭、活性炭等其他類型黑炭，生物炭主要應用于生態(tài)環(huán)境修復、氣候變化和農(nóng)業(yè)土壤改良等方面。生物炭的多孔特性和表面積有利于土壤聚集水分、提高孔隙度、提高保水能力、降低土壤酸度、增加有機質、提高養(yǎng)分含量、增加土壤陽離子交換能力和降低土壤容重，從而為植物生長提供良好的生長發(fā)育環(huán)境。

隨著西藏自治區(qū)設施園藝迅猛發(fā)展，僅拉薩地區(qū)截至2013年底，共有大棚種植面積1.85萬畝，其中日光溫室面積1.05萬畝，塑料大棚8000畝，形成了城關區(qū)、蔡公堂鄉(xiāng)、堆龍德慶區(qū)乃瓊鎮(zhèn)、達孜縣邦堆鄉(xiāng)、曲水縣南木鄉(xiāng)等16個集中連片設施農(nóng)業(yè)基地。為保障西藏本地蔬菜的供應起到了重要的支撐作用。然而，設施溫室土壤由于常年處于封閉或半封閉狀態(tài)，缺少雨水淋溶，從而形成了一個非常特殊的生態(tài)系統(tǒng)，普遍存在盲目過量施入化學肥料、養(yǎng)分比例失調、肥效利用不高、資源浪費、土壤板結等嚴重問題，給農(nóng)牧民設施生產(chǎn)也帶來了巨大損失，已成為限制西藏設施農(nóng)業(yè)作物發(fā)展的重要因素，因此，尋求解決方法，恢復土壤生產(chǎn)力，對促進西藏自治區(qū)設施農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展、農(nóng)牧民增收致富、實現(xiàn)設施農(nóng)業(yè)作物的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗材料

為了探究在高原設施溫室中生物炭對設施園藝作物生長的影響，試驗選擇了以玉米秸稈、花生殼和水稻秸稈等為原料的3種生物炭制品，同時以施入羊糞、復合肥以及不做任何處理作為對照（CK）。在園藝作物辣椒（Capsicum annuum）上進行試驗（品種為航椒五號）。

1.2 試驗方法

上述作物在定植前按照100 kg/667m2施入生物炭和試驗肥料開展相關實驗，并做好相關試驗記錄。試驗采用小區(qū)實驗為主，小區(qū)面積6m2，長為6 m，寬1 m，行距0.3 m，設6個處理，3次重復，小區(qū)之間間隔5 m，采用隨機區(qū)組排列。通過上述試驗，擬試圖探究生物炭的施入對溫室土壤溫度、含水量、pH值和對園藝作物的株高和產(chǎn)量的影響。

試驗地土壤為沙壤土，土壤容重為1.68 g/cm。土壤溫度采用地溫計于每天早晨10：00進行測定，采集深度為10 cm；pH值采用pH計測定，水土比例為2.5：1；園藝作物的株高采用普通卷尺測定；作物產(chǎn)量按照每個小區(qū)的產(chǎn)量計算，最后折算為kg/667m2。生物炭的全碳組分和灰分見表1。

表1 生物炭全碳組分和灰分分析表

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理均采用SPSS 20.0軟件，繪圖軟件采用Excel 2013。

2 結果與分析

2.1 生物炭的施入對溫室土壤溫度的影響

該試驗在生物炭施入后，在辣椒的幼苗期測定10cm深土壤溫度變化，每種園藝作物隨機選取3個點作為數(shù)據(jù)測定點。

表2 不同處理對土壤溫度變化影響mean±SD（℃）

表3 不同處理對辣椒土壤溫度變化的方差分析（ANOVA）

對種植辣椒施入不同的生物炭和肥料，對10cm深的土壤溫度進行測量，并對種植辣椒的土壤溫度進行方差分析。結果表明，種植辣椒溫室土壤溫度均存在極顯著性差異（P=0.014＜0.05）（表3）。從表2可以看到，在辣椒幼苗期施入生物炭和羊糞，除了施入復合肥外，都能夠提高設施溫室土壤溫度的作用，但是以水稻為原料的生物炭提升地溫的作用最為明顯，具體提升土壤溫度的排列順序為：水稻秸稈＞玉米秸稈＞花生殼＞羊糞＞復合肥＞CK。

2.2 生物炭施入對溫室土壤含水量的影響

當生物炭和肥料施入到種植辣椒溫室后，不論是生物炭還是肥料均對土壤的pH變化沒有影響，在統(tǒng)計學上沒有顯著性差異。說明在該試驗中生物炭對土壤的含水量不會有大的改變，可能與試驗地本身就屬于砂質壤土，具有較好的透性，如果在黏土上進行試驗有可能會發(fā)揮生物炭表面積大的優(yōu)勢，繼而能夠對土壤含水量起到調節(jié)作用。

2.3 生物炭的施入對溫室土壤pH值的影響

測定溫室土壤pH值時，在每個處理的小區(qū)選取3份土樣，每份土樣放入燒杯中加入蒸餾水，用玻璃棒充分攪拌1分鐘，待其靜止澄清后，用pH計測定。

表4 施入生物炭對供試土壤pH值影響

從表4可以看出，雖然各處理之間沒有顯著性差異，但從數(shù)據(jù)來看各處理之間的pH值大小依次為：花生殼稈＞水稻秸稈＞羊糞＞玉米秸稈＞復合肥＞CK的排列順序。該試驗結果可能與前茬種植作物品種有一定的關系，由于本試驗數(shù)據(jù)來自前茬種植有辣椒的試驗地，種植辣椒后的田地一般偏堿性。

2.4 生物炭對辣椒植株生長和產(chǎn)量的影響

通過在辣椒試驗地施入生物炭和肥料，在辣椒生長封頂時測量辣椒的主莖高和產(chǎn)量。結果見表5，主莖高度和產(chǎn)量都呈顯著性差異。主莖高度順序為：花生殼＞水稻秸稈＞羊糞＞玉米秸稈＞復合肥＞CK。產(chǎn)量的變化順序為：玉米秸稈＞花生殼＞水稻秸稈＞CK＞羊糞＞復合肥。不論是主莖高度，還是產(chǎn)量，施入生物炭后都比CK高，這可能與生物炭自身特性有關，所含的微量元素和礦物質對于產(chǎn)量和主莖高度有一定的影響。而不施入任何生物炭和肥料的辣椒主莖高度和產(chǎn)量呈極顯著差異，主莖高度只有48.7 cm和4009.6 kg/667m2。該次試驗的辣椒產(chǎn)量數(shù)據(jù)是在辣椒邊生長、邊采摘最后匯總所有產(chǎn)量后換算為畝產(chǎn)量。

表5 不同處理對辣椒植株生長和產(chǎn)量的影響

3 結論與討論

在辣椒幼苗期施入生物炭和羊糞，除了施入復合肥外，都能夠提高設施溫室土壤溫度。但也有研究表明，施入生物炭肥的處理幼苗期土壤溫度始終高于未施炭的對照，在小麥成株期施入生物炭也同樣有增溫效果［2］。在該試驗中生物炭對土壤的含水量改變不大，可能試驗地本身就屬于砂質壤土，具有較好的透性。生物炭的施入對土壤pH值影響也不大，而有相關研究表明，在茶樹中施入生物炭能使土壤pH值升高0.05-0.22，因為茶樹生長環(huán)境土壤偏酸性，因此施入生物炭能夠提高土壤的pH值［3］。也有研究表明，生物炭能明顯改善北方果園酸化土壤的性質，在酸化土壤改良上具有廣闊的應用前景［4-5］。研究發(fā)現(xiàn)，在溫室設施中，生物炭對辣椒的生長有明顯的促進作用，進而影響到產(chǎn)量。有研究證實在溫室設施中使用生物炭能夠促進茄子的生長［6］，以及促進鐵皮石斛、煙葉等的發(fā)育［7-8］。

因此，在西藏自治區(qū)農(nóng)村地區(qū)推廣生物炭技術，加速以秸稈炭化還田技術，不僅有利于促進農(nóng)民增收、就業(yè)以及農(nóng)業(yè)增產(chǎn)，還有助于提高農(nóng)業(yè)廢棄物綜合利用水平、減少散亂堆放和焚燒等面源污染，從而實現(xiàn)農(nóng)民增收、生活環(huán)境改善、減少二氧化碳等溫室氣體排放，為固碳減排任務做出貢獻。

［1］Goldberg E D.Black Carbon in the Environment：PropertiesandDistribution［J］.NewYork，JohnWiely，1985.

［2］劉紅杰,胡新,任德超,等.生物炭對黃淮麥區(qū)土壤溫度的影響［J］.農(nóng)學學報，2014，4（9）：47-49.

［3］李榮林，黃繼超，黃欣衛(wèi)，等.生物炭對茶園土壤酸性和土壤元素有效性的調節(jié)作用［J］.江蘇農(nóng)業(yè)科學，2012，40（12）：345-347.

［4］王震宇，徐振華，鄭浩，等.花生殼生物炭對中國北方典型果園酸化土壤改性研究［J］.中國海洋大學學報（自然科學版）自然科學版，2013，43（8）：86-91.

［5］張祥，王典，姜存?zhèn)}，等.生物炭及其對酸性土壤改良的研究進展［J］.湖北農(nóng)業(yè)科學，2013，52（5）：997-1000.

［6］李中陽，樊向陽，齊學斌，等.生物質炭對施用不同磷肥下溫室茄子生長及品質的影響［J］.中國農(nóng)村水利水電，2015（4）：34-37.

［7］陳慶飛.基質添加生物炭對鐵皮石斛生長及品質的影響［D］.浙江師范大學，2015.

［8］陳山，龍世平，崔新衛(wèi)，等.施用稻殼生物炭對土壤養(yǎng)分及烤煙生長的影響［J］.作物研究，2016，30（2）：141-147.