豬糞生物質(zhì)炭對土壤肥效及小白菜生長的影響

孫　雪，劉琪琪，郭　虎，付祥峰，張?zhí)焓妫顟偾?，潘根興

（南京農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)資源與生態(tài)環(huán)境研究所，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，南京 210095）

豬糞生物質(zhì)炭對土壤肥效及小白菜生長的影響

孫雪，劉琪琪，郭虎，付祥峰，張?zhí)焓?，李戀?，潘根興

（南京農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)資源與生態(tài)環(huán)境研究所，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，南京 210095）

針對我國畜禽養(yǎng)殖業(yè)飛速發(fā)展，畜禽糞便產(chǎn)生量迅速增加造成的環(huán)境問題及其再利用問題，以豬糞生物質(zhì)炭為研究對象，探究豬糞廄肥炭化前后對土壤肥力和小白菜生長的影響，以期為畜禽糞便的農(nóng)業(yè)資源化利用提供新思路新途徑。采用盆栽試驗，設(shè)置3個豬糞生物質(zhì)炭施用量梯度0.5%、1%和2%，并按49.8%的炭化產(chǎn)率折算，設(shè)置風(fēng)干豬糞廄肥施用量梯度1%、2%和4%，比較炭化前后的施用效應(yīng)。試驗結(jié)果表明，豬糞廄肥熱裂解炭化后灰分、有機碳、全磷、全鉀和速效鉀的含量較豬糞廄肥有所提高，而全氮、堿解氮和速效磷含量有所降低。豬糞生物質(zhì)炭處理顯著增加了土壤有機質(zhì)、全氮、速效磷和速效鉀的含量，但增加幅度低于對應(yīng)量的豬糞廄肥處理。施用豬糞生物質(zhì)炭較相應(yīng)量豬糞廄肥處理的小白菜產(chǎn)量提高26.50%～49.98%，氮素偏生產(chǎn)力提高119.32%～162.81%，葉面積提高20.84%～21.58%；與豬糞廄肥相比，豬糞生物質(zhì)炭可顯著提高小白菜可溶性蛋白質(zhì)和維C含量，增幅33.11%～42.93%和15.16%～46.06%，硝酸鹽含量顯著降低17.80%～22.08%。畜禽糞便熱裂解炭化是養(yǎng)殖業(yè)廢棄物處理和資源化利用的一種有效途徑。

豬糞炭；豬糞廄肥；土壤肥效；小白菜；產(chǎn)量；品質(zhì)

孫雪，劉琪琪，郭虎，等.豬糞生物質(zhì)炭對土壤肥效及小白菜生長的影響［J］.農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2016，35（9）：1756-1763.

SUN Xue，LIU Qi-qi，GUO Hu，et al.Effects of swine manure biochar on soil fertility and cabbage（Brassica chinensis）growth［J］.Journal of Agro-Environment Science，2016，35（9）：1756-1763.

近年來，隨著我國居民生活水平的逐步提高和飲食結(jié)構(gòu)的不斷改善，畜肉類消費需求的持續(xù)攀升推動著畜禽養(yǎng)殖業(yè)的高速發(fā)展。高度規(guī)?；⒓s化的畜禽養(yǎng)殖業(yè)在取得巨大的經(jīng)濟效益和社會效益的同時，也產(chǎn)生了大量的畜禽廢棄物。據(jù)統(tǒng)計，我國畜禽糞便產(chǎn)生量已經(jīng)由1980年的14億t，增加到2011年的21.21億t，預(yù)計到2020年和2023年將分別達到28.75億t和37.43億t［1］。畜禽糞便產(chǎn)生量日益增加，對生態(tài)環(huán)境安全構(gòu)成了嚴重的威脅。當(dāng)前，畜禽糞便資源化利用主要包括有機肥化利用、飼料化利用、能源化利用以及栽培食用菌利用等［2］，但仍有大量的畜禽糞便未得到及時有效的處理和利用，已嚴重制約畜禽養(yǎng)殖業(yè)持續(xù)高效發(fā)展。全國第一次污染源普查數(shù)據(jù)顯示，畜禽糞便已與工業(yè)源、生活源成為水污染的三大主要來源［3］。因此，畜禽糞便資源化利用和無害化處理技術(shù)的開發(fā)是目前我國亟待解決的問題。

生物質(zhì)炭化技術(shù)是指將生物質(zhì)廢棄物在缺氧或無氧狀態(tài)下經(jīng)熱裂解產(chǎn)生的一種生物學(xué)穩(wěn)定性極高的有機組分［4］，是近年來快速發(fā)展起來的一項碳封存技術(shù)［5］。生物質(zhì)炭含有豐富有機碳，還含有大量鈣、鉀等礦物質(zhì)以及無機碳酸鹽［6］，同時具有疏松多孔的結(jié)構(gòu)特性和較高的表面吸附性能［7］，這些特性使其具有疏松土壤、改良土壤結(jié)構(gòu)和保水保肥的良好農(nóng)藝效果［8-10］，能夠顯著提高低肥力土壤的質(zhì)量［11］。隨著研究的不斷深入，畜禽糞便生物質(zhì)炭的研究也日益受到關(guān)注。畜禽糞便熱裂解炭化后，既能通過高溫快速殺死病原菌，去除畜禽糞便的惡臭，極大地減少糞肥體積，又能大幅鈍化畜禽糞便中銅、鋅、砷等重金屬的生物有效性［12］，減少對環(huán)境的危害，而且畜禽糞便生物炭具有相對較高的pH和養(yǎng)分含量，是理想的土壤調(diào)理劑和有機肥生產(chǎn)輔料［13］。Keri等［14］研究指出，動物糞便生物質(zhì)炭含大量穩(wěn)定芳香族結(jié)構(gòu)及豐富無機礦物質(zhì)，并濃縮了非揮發(fā)的礦物質(zhì)如P、K等元素。黃婷等［15］通過田間試驗發(fā)現(xiàn)，雞糞炭比棉花秸稈炭、玉米穗軸炭對棉花的增產(chǎn)效果好。當(dāng)前的研究多集中在畜禽糞便生物質(zhì)炭的制備及理化性質(zhì)的分析，而其在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用中的研究報道還較少。

生物質(zhì)炭作為土壤改良劑和養(yǎng)分調(diào)節(jié)劑在蔬菜生產(chǎn)中的應(yīng)用已有許多的報道。張瑞等［16］研究表明竹炭具有改良鹽漬化土壤、促進小白菜產(chǎn)量增加和品質(zhì)提高的作用。俞映倞等［17］研究發(fā)現(xiàn)生物質(zhì)炭的添加對土壤氮素具有“削峰填谷”的調(diào)節(jié)功能，能夠有效促進氮素的吸收和轉(zhuǎn)化作用，顯著增加小白菜的產(chǎn)量及氮素累積量，有利于維持高產(chǎn)。但畜禽糞便生物質(zhì)炭在蔬菜生長中的應(yīng)用目前還少見報道。本文以豬糞生物質(zhì)炭為研究對象，選擇肥力較低的土壤，比較豬糞生物質(zhì)炭和相應(yīng)量的豬糞廄肥對土壤肥力及小白菜產(chǎn)量與品質(zhì)的影響，以期為畜禽糞便的炭化處理和高效資源化循環(huán)利用提供理論依據(jù)。

1　材料與方法

1.1試驗材料

供試豬糞廄肥采自南京市六合區(qū)某集約型養(yǎng)豬場，使用前經(jīng)自然風(fēng)干后粉碎過10目篩備用。用小型炭化爐將部分豬糞廄肥在缺氧、450℃高溫條件下裂解4 h，冷卻后取出，過20目篩備用。豬糞廄肥的炭化產(chǎn)率為49.8%。

盆栽試驗土壤為砂姜黑土，采自山東省萊蕪市郊區(qū)，為城市建設(shè)用地廢棄地改造的蔬菜地。土壤pH 7.56，有機質(zhì)含量6.55 g·kg-1，全氮含量0.47 g·kg-1，速效磷含量1.66 mg·kg-1，速效鉀含量118.01 mg·kg-1。供試土壤于室內(nèi)自然風(fēng)干，在挑去土壤中殘留的植物根系、雜草種子和砂石后，壓碎過5 mm篩后混勻備用。盆栽試驗小白菜品種選用上海青（B.chinensis L.），由南京市綠領(lǐng)種業(yè)有限公司提供，宜7月下旬至9月下旬作為秋菜栽培種植。

1.2盆栽試驗

試驗共設(shè)置7個處理，豬糞炭（PMB）設(shè)置0.5%、1%和2%三個施用量水平，根據(jù)豬糞廄肥（PM）炭化得率49.8%，計算對應(yīng)的豬糞廄肥施用量梯度1%、2%、4%三個施用量水平，以純施化肥（CK）為對照，依據(jù)小白菜的最佳施肥比例N∶P2O5∶K2O=1∶0.35∶0.6［18-19］，化肥施用量為N 150 mg·kg-1、P2O552.5mg·kg-1和K2O 90 mg·kg-1，分別折算為相應(yīng)量的尿素、過磷酸鈣和硫酸鉀。CK、豬糞炭和豬糞廄肥各處理均以等量化肥作基肥施入，小白菜生長期內(nèi)不再追肥，每個處理設(shè)4次重復(fù)。試驗選用250 mm×180 mm（上口徑×高）塑料盆，每盆裝2 kg風(fēng)干土壤。將稱好的土壤、肥料分別與豬糞炭、豬糞廄肥按設(shè)定用量混合均勻后，轉(zhuǎn)入底部鋪有網(wǎng)紗的塑料花盆中。播種前按田間最大持水量70%澆透水，放置24 h后每盆播種20粒。待出苗1周后間苗，每盆保留生長健壯幼苗4株，將盆栽隨機排列放置，每天變換盆栽的位置，以確保每盆得到均勻光照。

試驗在南京農(nóng)業(yè)大學(xué)溫室大棚內(nèi)進行，于2015年8月20日種植，9月30日收獲。溫室內(nèi)溫度變化幅度23～30℃，每天進行日常的澆水管理與除蟲工作。收獲后，取樣測定土壤的理化性質(zhì)和植物的生理生化指標。

1.3豬糞炭、豬糞廄肥、土壤基本理化性質(zhì)與小白菜營養(yǎng)品質(zhì)測定

豬糞炭、豬糞廄肥樣品pH值的測定采用水浸提（生物質(zhì)炭/去離子水=1/10，W/V）pH計法；有機碳含量的測定采用重鉻酸鉀氧化-外加熱法；灰分含量的測定參照農(nóng)業(yè)行業(yè)標準NY/T 1881.5—2010［20］；全量氮、磷、鉀含量的測定采用硫酸-過氧化氫消化法；堿解氮采用堿解擴散法；速效磷含量的測定采用NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法；速效鉀含量的測定采用乙酸銨浸提-火焰光度計法；豬糞炭及豬糞廄肥的比表面積是以氮氣為吸附介質(zhì)，采用V-Sorb 2800比表面積分析儀進行測定。

土壤全氮含量的測定采用凱氏定氮法；土壤有機質(zhì)含量的測定采用重鉻酸鉀氧化-外熱法；速效磷含量的測定采用0.5 mol·L-1碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法；速效鉀含量的測定采用乙酸銨浸提-火焰光度計法；土壤pH的測定采用2.5∶1水土比浸提，pH計電位法。

在小白菜收獲前一天測定小白菜的株高和葉面積。小白菜生物量測定采用經(jīng)典質(zhì)量法，收獲時將小白菜緊貼土壤表層剪下，分別截取地上部植株樣和地下部根系，沖洗干凈，甩干附著水分后稱取鮮重。將每盆隨機選取的兩株小白菜地上部植株樣，和地下部根系一并置于烘箱中，105℃殺青30 min后，60℃烘干至恒重后稱重，得到地上部生物量和地下部生物量，并計算其收獲指數(shù)。收獲指數(shù)由每盆地上部干重（g）除以地上部和地下部干重總和（g）得到。

小白菜維C測定采用2，6-二氯酚靛酚滴定法；小白菜可溶性糖采用蒽酮比色法；可溶性蛋白質(zhì)采用考馬斯亮藍G-250比色法；硝酸鹽含量采用水楊酸比色法。

氮素偏生產(chǎn)力（PFPN，g·g-1）表示單位施氮量的作物產(chǎn)量，由地上部生物量鮮重（g）除以總施氮量（g）得到。

1.4數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 18.0統(tǒng)計軟件進行方差分析（LSD法），處理之間的顯著性分析均為P＜0.05水平，平均值比較采用最小顯著差異法（LSD）。

2　結(jié)果與分析

2.1豬糞生物質(zhì)炭的養(yǎng)分含量

豬糞生物質(zhì)炭和豬糞廄肥的養(yǎng)分含量見表1。豬糞炭化后pH提高了0.5個單位，灰分含量提高了1.38倍，有機碳、全磷、全鉀和速效鉀含量較豬糞分別提高13.50%、79.6%、90.66%和43.38%，而全氮、堿解氮和速效磷含量降低了17.28%、96.14%和30.19%。

2.2豬糞生物質(zhì)炭對土壤養(yǎng)分的影響

施用豬糞炭和豬糞廄肥對土壤養(yǎng)分的影響見表2。與CK相比，施用豬糞炭和豬糞廄肥可明顯提高土壤有機質(zhì)、全氮、速效磷和速效鉀含量，且豬糞廄肥比豬糞炭增加的幅度要高。施用1%、2%和4%豬糞廄肥處理的土壤有機質(zhì)含量比施用相應(yīng)量的豬糞炭處理分別提高16.19%、16.94%和43.54%，土壤全氮含量較施用相應(yīng)量的豬糞炭處理顯著提高12.70%、27.27%和45.21%，土壤速效鉀含量顯著提高7.91%、21.37%和15.36%。2%和4%的豬糞廄肥處理土壤速效磷含量較施用相應(yīng)量豬糞炭處理提高25.93%和17.10%，而施用0.5%豬糞炭和1%豬糞廄肥處理間沒有顯著差異。

表2　豬糞炭和豬糞廄肥對土壤養(yǎng)分含量的影響Table 2 Effects of swine manure and its biochar on soil nutrient content

表1　豬糞炭和豬糞廄肥的養(yǎng)分含量Table 1 Content of nutrients in swine manure and its biochar

2.3豬糞生物質(zhì)炭對小白菜生長的影響

2.3.1對小白菜產(chǎn)量的影響

如圖1所示，不同處理間小白菜的產(chǎn)量具有明顯的差異。豬糞炭處理的小白菜產(chǎn)量是化肥處理的5.39～6.06倍。施用0.5%、1%的豬糞炭處理比施用1%、2%的豬糞廄肥處理小白菜產(chǎn)量顯著提高了44.63%、49.98%；2%豬糞炭處理比4%豬糞廄肥處理的小白菜增產(chǎn)26.50%。

豬糞炭、豬糞廄肥對小白菜氮素偏生產(chǎn)力的影響見圖2。隨著豬糞炭、豬糞廄肥施用量的增加，小白菜氮素偏生產(chǎn)力呈現(xiàn)出遞減的趨勢。與CK處理相比，豬糞炭顯著提高了小白菜氮素偏生產(chǎn)力，增幅為112.12%～307.31%，而豬糞廄肥僅在1%的施用水平下顯著高于CK處理，增幅達85.24%。豬糞炭處理小白菜氮素偏生產(chǎn)力較相應(yīng)量的豬糞廄肥處理顯著提高119.32%～162.81%。

2.3.2對小白菜氮磷鉀吸收量的影響

圖1　豬糞炭和豬糞廄肥對小白菜產(chǎn)量的影響Figure 1 Effects of swine manure and its biochar on cabbage yield

圖2　豬糞炭和豬糞廄肥對小白菜氮素偏生產(chǎn)力的影響Figure 2 Effects of swine manure and its biochar on partial factor productivity of nitrogen

豬糞炭、豬糞廄肥對小白菜氮磷鉀吸收量的影響見表3。隨著豬糞炭、豬糞廄肥施用量的增加，小白菜氮磷鉀吸收量均表現(xiàn)出增加的趨勢。與CK相比，豬糞炭和豬糞廄肥處理的小白菜全氮吸收量分別增加396.28%～552.89%和353.76%～390.77%，且1%、2%豬糞炭處理較相應(yīng)量豬糞廄肥處理（2%、4%）的小白菜全氮吸收量顯著提高27.05%、33.03%。豬糞炭和豬糞廄肥處理的小白菜全磷吸收量較CK分別增加707.03%～1 408.26%和688.37%～1 128.12%，且1%、2%豬糞炭處理較相應(yīng)量豬糞廄肥處理（2%、4%）的小白菜全磷吸收量顯著提高24.77%、22.81%；豬糞炭和豬糞廄肥處理的小白菜全鉀吸收量較CK分別增加300.93%～549.69%和235.58%～494.40%，豬糞炭和豬糞廄肥處理的小白菜全鉀吸收量間無顯著差異。

表3　豬糞炭和豬糞廄肥處理小白菜氮磷鉀的吸收量Table 3 Uptake of nutrients by Chinese cabbage in swine manure and its biochar treatments

2.3.3對小白菜農(nóng)藝性狀的影響

不同處理對小白菜農(nóng)藝性狀影響的結(jié)果見表4。隨著豬糞炭、豬糞廄肥施用量的增加，小白菜葉面積、地上部干重均表現(xiàn)出增加的趨勢。與CK相比，豬糞炭和豬糞廄肥處理下小白菜平均株高增加76.51%～78.89%和56.49%～70.56%，且0.5%、1%和2%的豬糞炭處理小白菜平均株高較相應(yīng)量的豬糞廄肥處理顯著提高14.31%、12.38%和3.49%。與CK相比，豬糞炭和豬糞廄肥處理下小白菜葉面積增加幅度為374.13%～450.36%和292.37%～353.21%，且0.5%、1% 和2%的豬糞炭處理下小白菜葉面積較相應(yīng)量的豬糞廄肥處理顯著提高了20.84%、21.58%、21.44%。

豬糞炭、豬糞廄肥處理下小白菜地上部干重較CK處理增加了3.94～5.02倍和2.74～3.20倍，且0.5%、1% 和2%的豬糞炭處理下小白菜地上部干重較相應(yīng)量的豬糞廄肥處理顯著提高了32.18%、43.80%、43.17%。豬糞炭、豬糞廄肥處理下小白菜地下部干重比化肥處理增加了2.67～3.67倍和1.67～2.67倍，0.5%和1%的豬糞炭處理小白菜地下部干重較相應(yīng)量的豬糞廄肥處理顯著提高了75.00%和44.44%。

表4　豬糞炭和豬糞廄肥對小白菜植株農(nóng)藝性狀的影響Table 4 Effects of swine manure and its biochar on plant agronomic properties of Chinese cabbage

2.3.4對小白菜品質(zhì)的影響

不同處理對小白菜品質(zhì)指標的影響如表5所示。與CK和豬糞廄肥處理相比，施用相應(yīng)量的豬糞炭可使小白菜可溶性蛋白質(zhì)含量顯著增加，增加幅度分別為57.58%～88.87%和33.11%～42.93%，而豬糞廄肥僅在4%的施用水平下顯著高于化肥處理，增幅達41.65%。施用相應(yīng)量的豬糞炭可顯著提高小白菜維C含量，比化肥和豬糞廄肥處理分別提高50.93%～71.33%和15.16%～46.06%，而豬糞廄肥僅在2%的施用水平下顯著高于化肥處理，增幅達48.78%。施加0.5%和2%豬糞炭顯著降低了小白菜硝酸鹽含量，與化肥和豬糞廄肥處理相比，分別降低20.67%～22.08% 和17.80%～22.08%。0.5%的豬糞炭可使小白菜可溶性糖含量較化肥處理顯著增加30.56%，而施加4%的豬糞廄肥使小白菜可溶性糖含量降低17.36%，其他處理間沒有顯著差異。

3　討論

豬糞炭和豬糞廄肥的養(yǎng)分含量不同（表1），按照豬糞廄肥的得炭率49.8%來計算，豬糞廄肥所帶入土壤中的磷、鉀含量與相應(yīng)量的豬糞炭基本接近，而1%、2%、4%豬糞廄肥帶入土壤的有機碳比對應(yīng)量豬糞炭（0.5%、1%、2%）平均提高76.22%，帶入的氮量是對應(yīng)量豬糞炭（0.5%、1%、2%）的2.42倍。而研究結(jié)果顯示，豬糞炭對小白菜產(chǎn)量的提高幅度顯著高于豬糞廄肥，并且小白菜的地下部生物量、株高和葉面積均高于豬糞廄肥。生物質(zhì)炭可提高作物的產(chǎn)量已有許多研究報道［21-23］。生物質(zhì)炭對大田糧食作物和蔬菜作物均有不同幅度的增產(chǎn)效應(yīng)。張萬杰等［24］發(fā)現(xiàn)生物質(zhì)炭與氮肥配施可提高菠菜產(chǎn)量6.6%～57.3%。這一方面可能與生物質(zhì)炭的有機物質(zhì)組成有關(guān)，Lou等［25］研究表明，噴施生物質(zhì)炭熱水浸提液能顯著提高小白菜的產(chǎn)量和品質(zhì)，可能是因為生物質(zhì)炭中的可溶性有機碳90%以上為親水性有機碳，主要包含腐殖質(zhì)、小分子中性物質(zhì)及小分子酸等物質(zhì)，其中腐殖質(zhì)含量組分最高，約占60%，對作物的生長有顯著的促進效應(yīng)。另一方面可能是由于生物質(zhì)炭中富含多種礦物質(zhì)，為作物生長提供了豐富的礦質(zhì)養(yǎng)分。Bird等［26］研究表明，在300～500℃下制備的海藻炭具有灰分、N及可提取的P、K、Ca、Mg等無機養(yǎng)分。Major等［27］研究表明，在哥倫比亞熱帶草原氧化土中施用生物質(zhì)炭，除第1年外，后3年玉米產(chǎn)量連續(xù)提高，且玉米增產(chǎn)與玉米吸收的鈣、鎂含量呈顯著正相關(guān)關(guān)系。豬糞被炭化后灰分含量相對較高，施入土壤后，可提供相當(dāng)量的鹽基離子如鉀、鈣、鈉、鎂、硅等離子以滿足作物生長的需要［28］，從而進一步提高作物產(chǎn)量。

表5　豬糞炭和豬糞廄肥對小白菜品質(zhì)的影響Table 5 Effects of swine manure and its biochar on quality of Chinese cabbage

此外，本研究結(jié)果表明，豬糞生物質(zhì)炭促進小白菜地下部的生長，可能也是提高小白菜產(chǎn)量的又一重要因素。生物質(zhì)炭可改善土壤物理性狀，促進作物根系生長。李玉梅等［29］通過桶柱和盆栽試驗發(fā)現(xiàn)施加生物質(zhì)炭可降低土壤容重、調(diào)節(jié)土壤孔隙特性，為作物根系生長提供了良好的伸展空間，從而促進生物量的增加。鄧叢靜等［30］通過小青菜研究試驗發(fā)現(xiàn)，施用生物質(zhì)炭可降低土壤容重，增加土壤毛細管孔隙度、總孔隙度、土壤最大持水量、田間持水量和有效水含量。生物質(zhì)炭表面還帶有羥基、酚羥基、羧基等豐富的官能團［31］，既可提高土壤對水分和養(yǎng)分的固持能力，也可提高土壤供給養(yǎng)分的能力［32］。本研究表明，豬糞炭較豬糞廄肥顯著提高了小白菜氮素偏生產(chǎn)力。這可能是由于豬糞被炭化后擁有更大的比表面積和孔隙度，提高了對土壤中氮素的吸持，而被吸持的氮素又可被緩慢釋放出來［33］，在作物的生長過程中可持續(xù)提供養(yǎng)分，從而提高作物的氮素利用率和產(chǎn)量。

豬糞炭與豬糞廄肥相比，可顯著降低小白菜可食用部分硝酸鹽含量。一方面因為植物體內(nèi)硝酸鹽含量的變化與土壤硝態(tài)氮、銨態(tài)氮含量有關(guān)。張登曉等［19］研究表明植物體內(nèi)硝酸鹽含量與土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量呈正相關(guān)關(guān)系，添加生物質(zhì)炭與對照相比降低土壤中銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量分別達60%和77%以上。一般情況下，植物在氮素供應(yīng)過剩時以超過自身需要的速度吸收硝態(tài)氮，并造成硝態(tài)氮的積累［34］。而豬糞炭本身含有較大的孔隙結(jié)構(gòu)和較多的表面官能團，能夠吸附土壤中的氮素，較好地協(xié)調(diào)土壤氮素的保蓄和供給，減少土壤氮素對小白菜植株的奢侈供應(yīng)，從而減少了由過多的速效氮肥引起小白菜植株中硝酸鹽的累積。另一方面植物體內(nèi)硝酸鹽含量的變化還可能與土壤C/N有關(guān)。劉玉學(xué)等［35］研究發(fā)現(xiàn)施用40 t·hm-2竹炭和秸稈炭可使小青菜硝酸鹽含量分別降低15.0%和16.4%，可能與生物炭的添加提高了土壤C/N，導(dǎo)致土壤中有效性氮素含量降低，進而引起小青菜硝酸鹽含量降低有關(guān)。小白菜可食用部分維C、可溶性蛋白和可溶性糖含量均為蔬菜品質(zhì)的重要指標，施用豬糞炭可顯著提高小白菜維C和可溶性蛋白質(zhì)含量。馬嘉偉等［36］研究結(jié)果表明，竹炭顯著改善青菜作物的營養(yǎng)狀況，增加青菜作物產(chǎn)量，同時植株維生素C質(zhì)量分數(shù)得到顯著提高。維生素C的形成可能與鉀肥的施用有關(guān)，鉀作為酶的激活劑，顯著影響氮的代謝［37］，適宜的鉀、氮配施能有效提高蔬菜維生素C含量［38］。雖然本研究結(jié)果也表明豬糞炭和豬糞廄肥中氮素和鉀素的含量存在一定的差異，但生物質(zhì)炭對小白菜維C、可溶性蛋白和可溶性糖含量影響的機理還有待進一步深入研究。

4　結(jié)論

豬糞熱裂解炭化后灰分、有機碳、全磷、全鉀和速效鉀的含量有所提高，而全氮、堿解氮和速效磷含量有所降低。施用豬糞生物質(zhì)炭顯著增加了土壤有機質(zhì)、全氮、速效磷和速效鉀的含量，但增加幅度低于對應(yīng)量的豬糞廄肥處理。豬糞炭較相應(yīng)量的豬糞廄肥顯著增加小白菜產(chǎn)量、葉面積、地下部生物量和氮素偏生產(chǎn)力。豬糞炭可提高小白菜可溶性蛋白質(zhì)含量和維C含量，顯著降低小白菜硝酸鹽含量，在一定程度上改善了小白菜品質(zhì)。

因此，將畜禽糞便熱裂解制成生物質(zhì)炭用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)是養(yǎng)殖業(yè)廢棄物處理和資源化利用的有效途徑之一。

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Effects of swine manure biochar on soil fertility and cabbage（Brassica chinensis）growth

SUN Xue，LIU Qi-qi，GUO Hu，F(xiàn)U Xiang-feng，ZHANG Tian-shu，LI Lian-qing*，PAN Gen-xing
（Institute of Resource，Ecosystem and Environment of Agriculture，Nanjing Agricultural University，Nanjing 210095，China）

Reusing animal manure not only reduces environmental pollution caused by livestock and poultry industries，but also promotes agricultural sustainable development.Pyrolyzing manure has been proved to be an effective way to recycle animal waste.However，there is little information available about the effects of manure biochar on vegetable growth and soil fertility.A pot experiment was designed to examine soil fertility and cabbage growth following applications of swine manure biochar at 0.5%，1%and 2%and swine manure at 1%，2%and 4%，with chemical fertilizer as control.Compared with swine manure，biochar contained higher ash，organic carbon，total phosphorus，total potassium and available potassium，but lower total nitrogen，available nitrogen and available phosphorus.Soil organic matter，soil TN，available P and K increased significantly in both swine manure biochar and swine manure treatments，with higher values in swine manure than in its biochar，as compared with the control.Relative to the swine manure treatments，biochar applications increased the yield of Chinese cabbage by 26.50%～49.98%，N partial factor productivity by 119.32%～162.81%，leaf area by 20.84%～21.58%，soluble protein by 33.11%～42.93%，and vitamin C by 15.16%～46.06%，but decreased plant nitrate content by 17.80%～22.08%.Therefore，pyrolysis of manure may be a promising and effective way to reduce animal waste pollution and recycle waste.

swine manure biochar；swine manure；soil fertility；cabbage；yield；quality

X713

A

1672-2043（2016）09-1756-08doi：10.11654/jaes.2016-0180

2016－02－09

江蘇省有機固體廢棄物資源化協(xié)同創(chuàng)新中心項目；科技部農(nóng)業(yè)科技成果轉(zhuǎn)化資金項目（2013GB23600666）

孫雪（1988—），女，山東萊蕪人，碩士研究生，主要從事生物質(zhì)炭綠色農(nóng)業(yè)研究。E-mail：15150535091@163.com

李戀卿E-mail：lqli@njau.edu.cn