凌宏偉 李小英 周月惠

摘要：生物炭在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和環(huán)境保護(hù)方面具有廣泛的應(yīng)用前景，生物炭在高海拔區(qū)的應(yīng)用研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。結(jié)合生物炭單獨(dú)施用和混施2種方式，研究竹炭和木炭不同添加比例對(duì)蠶豆株高、生物量和土壤有機(jī)質(zhì)、全磷和全氮含量的影響。結(jié)果表明：不同生物炭對(duì)土壤養(yǎng)分和蠶豆生長具有一定的促進(jìn)作用。其中，就生物炭施加方式來看，混施優(yōu)于單施;在對(duì)土壤養(yǎng)分和蠶豆生長的影響方面，木炭大于竹炭;WBC2處理（2%木炭、2%竹炭按質(zhì)量比1 ∶ 1混施）對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量的影響顯著;BC2處理（添加2%木炭）對(duì)全磷含量的影響顯著?？傮w上看，WC3處理（添加3%木炭）對(duì)株高、生物量、有機(jī)質(zhì)及全氮含量等指標(biāo)的綜合影響比較好。在大棚盆栽條件下，添加3%木炭有利于提高土壤養(yǎng)分和促進(jìn)蠶豆生長。

關(guān)鍵詞：生物炭;土壤改良;蠶豆生物量;昆明高海拔區(qū)

中圖分類號(hào)： S156 ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A ?文章編號(hào)：1002-1302（2019）17-0110-03

生物炭（biochar）通常是指將農(nóng)作物秸稈、木屑、禽畜糞便等有機(jī)材料在缺氧或絕氧的條件下經(jīng)熱裂解而得到的一種具有細(xì)粒度、多孔性的碳質(zhì)材料[1]。常見的生物炭包括秸稈炭、竹炭、木炭、稻殼炭等，它們擁有較大的孔隙度和比表面積，含有豐富的表面官能團(tuán)[1-2]。國內(nèi)外諸多研究表明，生物炭在改良土壤理化性質(zhì)和提高作物產(chǎn)量方面具有廣泛的應(yīng)用前景。目前，生物炭的應(yīng)用研究主要以玉米、辣椒、小麥、水稻、紅薯、油菜、櫻桃、蘿卜、黃瓜、菠菜、白菜等為對(duì)象，且主要集中在南方較低海拔區(qū)域。

蠶豆生于溫暖濕地，耐-4 ℃低溫，但畏暑。云南是蠶豆種植面積最大的省份，占全國的23.7%。昆明地區(qū)2 500 m以上海拔土地撂荒現(xiàn)象嚴(yán)重，應(yīng)用生物炭作用于蠶豆的試驗(yàn)研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。目前，生物炭對(duì)云南昆明高海拔地區(qū)蠶豆生長的影響研究鮮見報(bào)道。本試驗(yàn)以云南紅壤土上的蠶豆為研究對(duì)象，通過溫室蠶豆盆栽試驗(yàn)，研究不同生物炭及不同生物炭施用量對(duì)土壤養(yǎng)分和蠶豆生長的影響，旨在為探尋更高效的生物炭用以改良昆明高海拔區(qū)土壤質(zhì)量提供理論和實(shí)踐依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試材料取自云南省昆明市祿勸彝族苗族自治縣則黑鄉(xiāng)民安樂村（102°40′38″ E 、26°0′26″ N），海拔2 540 m，供試土壤類型為棕紅壤，采樣深度為0～30 cm，土樣自然風(fēng)干，供盆栽試驗(yàn)用，其基本性質(zhì)如下：pH值6.62、有機(jī)質(zhì)含量 51.20 g/kg、土壤全磷含量2.31 g/kg、全氮含量1.41 g/kg、全鉀含量 10.10 g/kg。供試生物炭材料及基本性質(zhì)見表1，木炭和竹炭來源于市場(chǎng)商品炭。

1.2 試驗(yàn)方法

本試驗(yàn)采用溫室大棚栽培，共設(shè)8個(gè)處理：對(duì)照（CK）、2%木炭（WC2）、3%木炭（WC3）、2%竹炭（BC2）、3%竹炭（BC3）、2%木炭與2%竹炭按質(zhì)量比1 ∶ 1混合（WBC2）、3%木炭與3%竹炭按質(zhì)量比1 ∶ 1混合（WBC3）、1%菌肥（BM，用于與以上處理形成對(duì)比），添加量均為占土壤質(zhì)量的百分比，每個(gè)處理設(shè)置5個(gè)重復(fù)，共40盆，每個(gè)重復(fù)隨機(jī)放置。采用直徑 12 cm、高14 cm的圓柱形塑料花盆。

盆栽時(shí)間為2017年12月至次年3月底。蠶豆播種于供試土壤后，每盆定期澆水200～300 mL，澆水量為不讓水滲出花盆為限，在整個(gè)培養(yǎng)過程中保持每個(gè)盆內(nèi)無雜草生長。株高觀測(cè)自2018年1月20日開始，每隔7 d觀測(cè)1次。試驗(yàn)結(jié)束收獲蠶豆植株的整株樣品，每個(gè)處理隨機(jī)抽取5株，分別稱取地上部分（莖、葉）和地下部分（根系）的鮮質(zhì)量。盆栽結(jié)束后搗碎盆內(nèi)土壤并倒出分成2份，1份自然風(fēng)干用于測(cè)定土壤的基本性質(zhì)，另外1份放置在冰箱中冷藏用于備份。土壤和生物炭的基本理化性質(zhì)參照《土壤農(nóng)化分析》常規(guī)方法測(cè)定[3]，其中，生物炭中C、N、H 和S含量采用元素分析儀（vario Macro CNSCNS;Elementar，Germany）測(cè)定;土壤總有機(jī)碳（total organic carbon，簡稱TOC）含量采用K2Cr2O7氧化-外加熱法測(cè)定;土壤全氮（total nitrogen，簡稱TN）含量采用高氯酸-硫酸法測(cè)定。

1.3 統(tǒng)計(jì)分析

采用Excel 2016進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和圖表繪制，采用SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析（one-way ANOVA）和相關(guān)分析，多重比較采用最小顯著差異法（LSD），顯著性水平設(shè)為0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對(duì)蠶豆株高的影響

不同的處理方式對(duì)株高具有一定的促進(jìn)作用。表2顯示，WC3和WC2處理對(duì)蠶豆株高的影響顯著，分別高出對(duì)照（CK）54.04%和29.26%。同一生物炭處理下，3%的施入量比2%的施入量更有利于促進(jìn)蠶豆株高生長。同一添加量處理下，木炭較竹炭明顯增加了株高，竹炭和木炭混施較竹炭單獨(dú)施用顯著增加了株高。

圖1顯示，各處理與對(duì)照（CK）相比，株高在不同時(shí)間段都呈逐漸增長趨勢(shì)。其中，混施處理株高比單施處理增長更快且添加量為3%的混施處理更好;不同添加量竹炭對(duì)株高的影響不明顯，添加3%竹炭比添加2%竹炭對(duì)株高的增長影響更明顯;不同添加量木炭對(duì)株高的影響相對(duì)較大。在整個(gè)生長過程中，添加3%生物炭的株高比添加2%生物炭的株高大;添加2%木炭的株高比添加2%竹炭的株高大。WBC3處理株高最大，其次是WBC2處理，與對(duì)照（CK）相比，分別增加了29.35%、54.66%。

2.2 不同處理對(duì)蠶豆生物量的影響

不同處理對(duì)蠶豆的地上部分鮮質(zhì)量和總鮮質(zhì)量的影響具有很強(qiáng)的相似性。表3顯示，地上鮮質(zhì)量比較，WC3和BM處理較多，分別顯著高出對(duì)照（CK）41.82%、78.09%（P<0.05）。添加量為2%的混施處理蠶豆的地上鮮質(zhì)量均大于單施竹炭處理蠶豆的地上鮮質(zhì)量。添加量為3%的混施處理蠶豆的地下鮮質(zhì)量均大于單施處理蠶豆的地下鮮質(zhì)量。從地下鮮質(zhì)量來看，WC2處理高于其他處理，顯著高出對(duì)照（CK）43.70%（P<0.05）。從總鮮質(zhì)量來看，WC3處理和BM處理比較好，分別顯著高出對(duì)照（CK）44.02%和41.29%（P<005）。在2%添加量處理下，地上、地下鮮質(zhì)量比較，添加木炭較添加竹炭顯著增加了鮮質(zhì)量?？傮w看出，木炭較竹炭顯著增加了生物量;添加量為3%較添加量為2%顯著增加了生物量（P<0.05）;混施較單施顯著增加了生物量。

2.3 不同處理對(duì)土壤養(yǎng)分的影響

不同處理均對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)、全氮和全磷含量有一定的促進(jìn)作用。由表4看出，混施生物炭顯著增加了有機(jī)質(zhì)含量（P<0.05）;木炭較竹炭顯著增加了有機(jī)質(zhì)含量（P<0.05）;添加3%木炭較添加2%木炭顯著增加了有機(jī)質(zhì)含量（P<0.05）;與其他處理相比，WBC2處理明顯增加了有機(jī)質(zhì)含量，比對(duì)照（CK）顯著增加126.08%（P<0.05）。土壤全氮含量在WBC2處理下最高，顯著高出對(duì)照（CK）146.67%（P<005）。比較全磷含量，BC2和WBC2處理分別顯著高出對(duì)照（CK）580.85%和204.96%（P<0.05）。

3 討論

生物炭能夠有效促進(jìn)土壤對(duì)氮、磷等養(yǎng)分元素的吸收[4]，同時(shí)施用有機(jī)肥可提高土壤的生產(chǎn)能力[5]，能夠有效地促進(jìn)作物生物量的積累，增加有機(jī)質(zhì)的含量，進(jìn)一步促進(jìn)產(chǎn)量的提高[6]。本研究結(jié)果表明， 添加適量的生物炭可以提高蠶豆的株高和生物量，這與車艷朋等的研究結(jié)果[7-9]一致。3%木炭與3%竹炭按質(zhì)量比1 ∶ 1混合處理的株高一直較大，表明生物炭高比例投入對(duì)作物生物量及株高的影響明顯優(yōu)于單施處理，這與律其鑫等的研究結(jié)果[8]一致。在本試驗(yàn)中，生物炭對(duì)蠶豆地上部分生物量較蠶豆地下部分生物量的增長效果更突出，然而，高敬堯等的研究結(jié)果表明，生物炭對(duì)地下根系的生長發(fā)育效果更加突出[10]。

本研究結(jié)果顯示，生物炭對(duì)云南紅壤微酸性土壤蠶豆生長方面表現(xiàn)出一定的促進(jìn)作用，在改良蠶豆的土壤環(huán)境、增加土壤養(yǎng)分、提高蠶豆生物量等方面均有重要的意義。生物炭混施、生物炭單施、不同生物炭、不同添加量對(duì)土壤養(yǎng)分和蠶豆生長表現(xiàn)出不同的響應(yīng)效果。在本研究中，WC3處理與對(duì)照（CK）相比，蠶豆生物量增加了41.82%，可見施用生物炭較不施用生物炭顯著增加了作物的生物量，因此生物炭可作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐增產(chǎn)的有效途徑之一。WBC2處理顯著增加了土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量，說明混施生物炭較單獨(dú)施用生物炭更有利于提升土壤的肥力水平。BC2顯著增加了全磷含量，其原因是竹炭為土壤提供了充足的微量元素，并間接改變了土壤的理化性質(zhì)，減少了氮磷流失[11]。施加木炭較施加竹炭顯著增加了土壤養(yǎng)分和蠶豆生物量，主要原因是木炭本身所攜帶的養(yǎng)分元素含量比竹炭高。添加3%生物炭和添加2%生物炭對(duì)土壤養(yǎng)分和蠶豆生長的影響結(jié)果并不完全統(tǒng)一，因此今后應(yīng)該加強(qiáng)不同添加梯度生物炭對(duì)這方面的影響研究。

綜上所述，生物炭對(duì)植物生長和土壤微環(huán)境的影響是一個(gè)復(fù)雜的過程[12]。由于生物炭的種類與添加量、土壤類型等因素對(duì)氮素的淋溶損失有很大的影響[13]。其中不僅與生物炭制備條件、方法、施用量、施用時(shí)間、施用方式、生物炭類型、土壤類型、土壤質(zhì)地、土壤肥力、植物種類、植物的遺傳特性、植物的生長習(xí)性有關(guān)，更與耕作制度和管理措施有關(guān)。本試驗(yàn)僅研究了盆栽蠶豆在不同生物炭、不同施用量條件下，其株高、生物量及土壤養(yǎng)分的變化。而關(guān)于生物炭對(duì)土壤質(zhì)量及植物生長的影響機(jī)制還有待于進(jìn)一步研究。通過長期的大田試驗(yàn)和短期的溫室盆栽試驗(yàn)相結(jié)合，才能得出比較可靠研究成果。

4 結(jié)論

（1）生物炭添加于高海拔區(qū)土壤比不施生物炭更有利于提升土壤養(yǎng)分，對(duì)蠶豆生長均有一定的有利影響。

（2）木炭和竹炭混施比單獨(dú)施用對(duì)土壤養(yǎng)分和蠶豆生長的影響更顯著。在蠶豆整個(gè)生長過程中，3%木炭與3%竹炭1 ∶ 1混合處理的株高一直較大，2%木炭與2%竹炭 1 ∶ 1 混合處理有機(jī)質(zhì)含量最高，為130.04 g/kg。

（3）總體看出，同一生物炭，添加3%比添加2%對(duì)土壤養(yǎng)分和蠶豆生長的影響更明顯。添加2%生物炭更有利于蠶豆地下生物量的增加。

（4）土壤中添加木炭較添加竹炭顯著增加了土壤中有機(jī)質(zhì)、全氮的含量，然而竹炭顯著增加了土壤的全磷含量。

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