不同改良劑對黃棕壤和紅壤上白菜生長及 土壤肥力影響的差異

呂波，王宇函，夏浩，姚子涵，姜存?zhèn)}

?

不同改良劑對黃棕壤和紅壤上白菜生長及 土壤肥力影響的差異

呂波，王宇函，夏浩，姚子涵，姜存?zhèn)}

（華中農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院/微量元素研究中心，武漢 430070）

【目的】分析對比黃棕壤和紅壤上施用不同改良劑對白菜生長狀況及土壤肥力影響的差異，為改良劑的合理利用提供依據(jù)?！痉椒ā恳陨锾浚–）、腐殖酸鉀（HA-K）和生石灰（CaO）為試驗材料，不施改良劑為對照，分別以黃棕壤和紅壤為供試土壤，通過土培盆栽試驗，研究不同改良劑對白菜的生物量、養(yǎng)分含量、可溶性蛋白和丙二醛含量的影響，以及對不同土壤pH、養(yǎng)分含量、交換性鋁含量和酶活性的差異?！窘Y(jié)果】（1）與對照相比，黃棕壤和紅壤上施用生物炭和生石灰均能促進(jìn)白菜生長，增強其抗性，主要是提高了白菜產(chǎn)量、葉片氮磷鉀養(yǎng)分含量及積累量、可溶性蛋白含量，顯著降低丙二醛含量。但黃棕壤和紅壤上施用腐殖酸鉀對白菜生長影響不同，黃棕壤上施用腐殖酸鉀使得白菜產(chǎn)量顯著增加，達(dá)到25.93 g/株，然而紅壤上施用腐殖酸鉀對白菜的生長無明顯改善，產(chǎn)量僅為0.18 g/株。（2）3種改良劑對黃棕壤和紅壤的肥力效應(yīng)不同，與對照相比，生物炭增加土壤pH、有效磷、速效鉀、有機(jī)質(zhì)含量以及脲酶與酸性磷酸酶活性，顯著降低堿解氮和交換性鋁含量，對土壤蔗糖酶活性無顯著影響，土壤肥力得以增強，其中黃棕壤的pH 增加1.39個單位，交換性鋁含量減少了89.3%，有機(jī)質(zhì)含量提高了168.4%；紅壤的pH增加0.82個單位，交換性鋁含量降低了93.9%，有機(jī)質(zhì)含量提高了775.6%。對于施用腐殖酸鉀和生石灰，二者均顯著提高土壤pH及蔗糖酶活性，減少交換性鋁含量，但腐殖酸鉀對有效磷、速效鉀、有機(jī)質(zhì)含量以及脲酶與酸性磷酸酶活性無顯著影響，顯著降低堿解氮含量，交換鋁含量依然很高；而施用生石灰降低土壤堿解氮、速效鉀、有機(jī)質(zhì)含量，對有效磷含量、脲酶與酸性磷酸酶活性無顯著影響?！窘Y(jié)論】不同改良劑對兩種類型土壤上白菜生長與土壤肥力的影響有較大差異，生物炭和生石灰能改善兩種土壤肥力和提高白菜的產(chǎn)量，而腐殖酸鉀在黃棕壤中的施用效果好于紅壤。

生物炭；腐殖酸鉀；生石灰；白菜生長；土壤肥力；黃棕壤；紅壤

0 引言

【研究意義】我國酸性土壤分布廣泛，遍及湖北、湖南和江西等14個省區(qū)，總面積達(dá)203×104km2，約占全國耕地面積的21%[1]。酸性土壤養(yǎng)分有效性低，鋁活性較高，鋁毒害和肥力低下是對作物生長和環(huán)境造成嚴(yán)重負(fù)面影響的主要因素[2]。隨著我國工業(yè)發(fā)展和社會進(jìn)步，土壤酸化程度進(jìn)一步加劇，對我國糧食總量造成巨大威脅，因此改良酸性土壤對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)意義重大。【前人研究進(jìn)展】研究發(fā)現(xiàn)，施用石灰是目前改良酸性土壤的普遍措施，它可直接降低土壤酸度，顯著提高蔬菜類作物的產(chǎn)量[3]。腐殖酸鉀在促進(jìn)作物營養(yǎng)代謝，增強作物抵抗外界變化的能力以及改良土壤性狀等[4]方面都有良好作用。生物炭在改良酸性土壤和促進(jìn)作物生長等[5-6]方面有明顯的效果，其富含礦質(zhì)養(yǎng)分可提高土壤中速效磷鉀等養(yǎng)分含量，較強的吸附能力可減少養(yǎng)分的淋失及固定等損失[7]。胡敏等[8]通過比較生石灰、油菜秸稈等5種不同改良劑，發(fā)現(xiàn)其對酸性土壤的改良效果以生石灰較好。張濟(jì)世等[9]分析比較不同改良劑對濱海鹽漬化土壤理化性質(zhì)及小麥生長的影響，表明含鈣物料的改良劑對土壤改良效果較好，腐殖酸類物質(zhì)對小麥生長的作用明顯。張祥等[10]研究表明，生物炭對酸性黃棕壤和紅壤理化性質(zhì)的影響不同，對紅壤的改良效應(yīng)優(yōu)于黃棕壤。植物可溶性蛋白及丙二醛含量通常作為衡量抗逆能力大小的指標(biāo)，可更好地體現(xiàn)多種改良劑對不同類型土壤上作物的生長狀況，已有研究[11]證實作物可溶性蛋白及丙二醛含量與其抗逆性有關(guān)。此外，試驗通過測定土壤酶活性以及速效養(yǎng)分含量[12]作為土壤肥力的指標(biāo)。于寒青等[13]以及包耀賢等[14]研究均說明有機(jī)質(zhì)、速效氮、速效磷和速效鉀可作為土壤肥力綜合評價指標(biāo)。陳心想等[15]研究發(fā)現(xiàn)土壤酶活性也常作為土壤肥力指標(biāo)之一，土壤酶活性的高低能夠反映土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化能力的大小?！颈狙芯壳腥朦c】在不同類型酸性土壤上，多種改良劑對作物生長及土壤肥力的影響存在差異。目前關(guān)于不同改良劑對單一類型土壤或某一改良劑對不同類型土壤改良的研究較多，而多種改良劑在不同類型土壤上的作用機(jī)制及施用效果的對比研究相對缺乏。【擬解決的關(guān)鍵問題】在這項研究中，選取我國南方典型的兩種酸性土壤（黃棕壤和紅壤）作為試驗材料，綜合考慮酸性土壤上白菜的生長狀況及土壤肥力，對比生物炭、生石灰和腐殖酸鉀等對酸性土壤改良效應(yīng)的差異，從而揭示3種改良劑對酸性土壤改良的機(jī)制，為其實際應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試作物為魯白六號白菜。供試土壤分別為黃棕壤（Yellow-brown Soil，YS）和紅壤（Red Soil，RS），其黃棕壤取自華中農(nóng)業(yè)大學(xué)校內(nèi)大田耕層，紅壤取自咸寧市賀勝橋鎮(zhèn)土壤耕層，均為第四紀(jì)黏土沉積物母質(zhì)發(fā)育，質(zhì)地黏重。土壤自然風(fēng)干后，除去石塊及植物未腐爛殘體，全部研磨過2 mm篩，混勻后儲存?zhèn)溆谩９┰嚫牧紕┓謩e為生物炭（C）、腐殖酸鉀（HA-K）和生石灰（CaO）。生物炭由沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)提供，以花生殼為原料在400℃下熱解制備而成，全碳含量321.9 g·kg-1，全氮18.8 g·kg-1，全磷2.6 g·kg-1，全鉀8.5 g·kg-1。腐殖酸鉀（K2O含量為10%）易溶于水，黑色粉末。供試土壤和改良劑基本性質(zhì)如表1所示。

表1 供試土壤及改良劑的基本性質(zhì)

1.2 試驗設(shè)計

試驗以土培盆栽的方式進(jìn)行，黃棕壤（YS）和紅壤（RS）2種土壤共設(shè)8個處理，分別采用腐殖酸鉀（HA-K）、生物炭（C）和生石灰（CaO）與基肥配施。具體為：（1）CK+NPK(YS)；（2）0.3%HA-K +NPK (YS)；（3）3%C+NPK(YS)；（4）0.3%CaO +NPK(YS)；（5）CK+NPK(RS)；（6）0.3%HA-K+NPK(RS)；（7）3%C+NPK(RS)；（8）0.3%CaO+NPK(RS)，每個處理4次重復(fù)，改良劑的百分比（%）=改良劑重量/干土重量×100%。試驗所用塑料盆底部有孔，排水通氣良好，高12 cm，外口直徑21 cm，內(nèi)口直徑17.7 cm。具體步驟為：取過2 mm篩的風(fēng)干土樣2.0 kg于盆中，稱取基肥：NH4NO30.57 g·kg-1，KH2PO40.44 g·kg-1，KCl 0.48 g·kg-1（其中N 0.20 g·kg-1干土，P2O50.10 g·kg-1干土，K2O 0.38 g·kg-1干土）。腐殖酸鉀、生物炭、生石灰分別和基肥分別施入各不同處理土壤且均勻混合，微量元素用阿農(nóng)營養(yǎng)液（pH為6.0）。種子晾曬后浸泡于純水中過夜（4℃），挑選飽滿一致的種子播種于塑料盆中，每盆約20顆，均勻分散。發(fā)芽后間苗培養(yǎng)，每盆定植2株長勢一致的幼苗繼續(xù)培養(yǎng)。試驗于8月1日播種，8月31日收獲，期間定時澆水，通過重量差減法控制為75%的田間持水量。收獲時把白菜地上部齊土剪下，備用。收獲后的土壤去除根系后風(fēng)干磨碎且分別過20目和100目篩備用。

1.3 測試方法

收獲的植株測定株高、葉片數(shù)和鮮重等農(nóng)藝性狀后，在105℃下殺青，75℃烘干至恒重后稱干重，干樣磨碎后儲存?zhèn)溆?。采用硫代巴比妥酸反?yīng)法[16]測定葉片丙二醛含量；采用考馬斯亮藍(lán)比色法測定葉片中可溶性蛋白含量[16]；采用濃H2SO4-H2O2消煮，蒸餾定氮法測定植株全氮含量[17]，鉬銻抗比色法測定植株全磷含量[17]、火焰光度法測定植株全鉀含量[17]。

土壤基本理化性質(zhì)參照鮑士旦[17]《土壤農(nóng)化分析》測定：使用pH計測定土壤pH（土水比1﹕2.5），10.0 g土+25.0 mL水；堿解擴(kuò)散法測定土壤堿解氮；NH4OAc浸提，火焰光度法測定土壤速效鉀；NaHCO3浸提，鉬銻抗比色法測定土壤速效磷。采用靛酚藍(lán)比色法測定土壤脲酶活性[18]；采用3，5二硝基水楊酸比色法測定土壤蔗糖酶活性[18]；采用磷酸苯二鈉比色法測定土壤酸性磷酸酶活性[18]；用龐叔薇等[19]浸提方法測定土壤交換性鋁的含量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

養(yǎng)分積累量[20]（total accumulation amount, TAA）=養(yǎng)分含量×植株干物質(zhì)積累量。

采用Microsoft Excel 2010對數(shù)據(jù)整理，ANOVA進(jìn)行顯著性差異比較，用SAS 9.1軟件進(jìn)行單因素方差分析，所有數(shù)值均為3次重復(fù)的平均值（±標(biāo)準(zhǔn)誤差，<0.05）。

2 結(jié)果

2.1 不同改良劑對兩種類型土壤上白菜農(nóng)藝性狀及生物量的影響

如表2所示，相對于黃棕壤上各處理，紅壤上白菜的株高、葉片數(shù)及產(chǎn)量較低。與對照相比，添加3種改良劑均可以有效促進(jìn)白菜的生長。黃棕壤上添加生物炭，白菜的株高、產(chǎn)量和葉片數(shù)均高于對照處理，其中株高和產(chǎn)量達(dá)到顯著水平，分別增加了44.7%和49.9%；與腐殖酸鉀或生石灰處理相比，生物炭處理的株高、產(chǎn)量和葉片數(shù)較低，且均達(dá)到顯著水平；就產(chǎn)量而言，與對照相比，施用生物炭后增加量最低，施用生石灰后增加幅度最大，達(dá)到了66.7%，其次是腐殖酸鉀，增加了63.1%。紅壤上施用生物炭后，相對于對照處理白菜株高增加了3.4倍，產(chǎn)量也大幅提升，均達(dá)到顯著水平。這些結(jié)果表明，無論是對紅壤還是黃棕壤，添加生石灰時白菜的生長和產(chǎn)量均最好；添加生物炭在黃棕壤上效果最差，但在紅壤上對白菜生長的促進(jìn)作用顯著高于腐殖酸鉀。

表2 不同改良劑對兩種類型土壤上白菜農(nóng)藝性狀及生物量的影響

不同小寫字母之間表示各處理間差異顯著（＜0.05）。下同

Different small letters in the same column meant significant difference at 0.05 level. The same as below

2.2 不同改良劑對兩種類型土壤上白菜養(yǎng)分吸收的影響

相對于黃棕壤各處理，紅壤上白菜對養(yǎng)分的吸收受到抑制（表3）。黃棕壤上添加改良劑后白菜的氮磷鉀含量及積累量均高于對照處理，促進(jìn)白菜對養(yǎng)分的吸收；相對于對照處理，生物炭的施用效果最差，其氮磷鉀積累量分別增加了53.7%、74.0%和49.3%；施用腐殖酸鉀與生石灰的效果相近，施用生石灰對白菜氮磷鉀含量及積累量的提升幅度最大，其氮磷鉀積累量分別增加了77.5%、102.0%和40.5%。紅壤上添加生物炭或生石灰后，白菜的氮磷鉀含量及積累量顯著高于對照處理；但施用腐殖酸鉀后，其氮磷鉀含量及積累量與對照相比無顯著差異。無論是在紅壤還是黃棕壤上，添加生物炭或生石灰均可以促進(jìn)白菜對養(yǎng)分的吸收；在紅壤上添加腐殖酸鉀效果最差，但黃棕壤上其效果顯著優(yōu)于生物炭。

表3 不同改良劑對兩種類型土壤上白菜養(yǎng)分吸收的影響

NC：養(yǎng)分含量；TAA：養(yǎng)分總積累量NC: Nutrient content; TAA: Total accumulation amount

不同小寫字母之間表示各處理間差異顯著（P＜0.05）。下同

2.3 不同改良劑對白菜葉片可溶性蛋白與丙二醛含量的影響

圖1所示，相對于對照處理，黃棕壤上施用生物炭使白菜葉片的可溶性蛋白含量顯著增加，增加了25.4%，其效果較腐殖酸鉀和生石灰處理差，腐殖酸鉀和生石灰處理分別增加了47.2%和51.7%；紅壤上添加不同改良劑使白菜葉片可溶性蛋白含量均顯著提高，其影響效果以生石灰最好，增加了85.9%，其次是生物炭，增加了43.7%，施用腐殖酸鉀影響效果最差，僅增加了24.4%。與對照相比，黃棕壤上施用生物炭可以降低白菜葉片丙二醛含量，但未達(dá)到顯著水平，施用腐殖酸鉀與生物炭效果相近，但生石灰處理使白菜葉片丙二醛含量顯著降低，降低了36.2%。相對于對照處理，紅壤上施用生物炭和生石灰均顯著降低丙二醛含量，分別降低了46.2%和56.5%；但腐殖酸鉀處理的白菜葉片丙二醛含量顯著增加了27.4%，加重了白菜遭受逆境脅迫的程度。結(jié)果表明，無論是在黃棕壤還是紅壤上，添加生石灰改良劑對于提高白菜抗逆性均有最好的效果；在黃棕壤上添加腐殖酸鉀和生物炭無顯著影響，但在紅壤上添加生物炭有很好的效果。

2.4 不同改良劑對兩種類型土壤養(yǎng)分的影響

如表4所示，與對照相比，各處理土壤堿解氮含量均顯著降低，黃棕壤上添加生物炭、腐殖酸鉀和生石灰分別降低了20.4%、7.0%和26.8%，紅壤上添加生物炭、腐殖酸鉀和生石灰分別降低了28.5%、9.3%和56.0%。不同改良劑對土壤有效磷含量的影響不同，黃棕壤上施用生物炭和腐殖酸鉀均使土壤有效磷含量顯著增加，分別增加了17.3%和59.6%，但施用生石灰使有效磷含量顯著降低，其中施用生物炭的優(yōu)勢更加突出；而在紅壤各處理中，3種改良劑處理的土壤有效磷含量相對于對照無顯著差異。相對于對照處理，黃棕壤上施用生物炭對土壤速效鉀含量影響最好，增加了8.5%，腐殖酸鉀處理與對照無顯著差異，而添加生石灰使速效鉀含量顯著降低；紅壤上各處理間差異較大，施用生物炭使速效鉀含量顯著增加，增加了38.6%；腐殖酸鉀處理與對照無顯著差異；但施用生石灰使速效鉀含量顯著降低，降低了17.0%。相對于對照處理，施用生物炭和腐殖酸鉀均分別提高兩種類型土壤的有機(jī)質(zhì)含量，但影響效果不同，其中以生物炭處理效果最好，黃棕壤上有機(jī)質(zhì)含量提高了168.4%，紅壤上有機(jī)質(zhì)含量提高了775.6%，說明生物炭可以促進(jìn)土壤有機(jī)質(zhì)的積累；腐殖酸鉀處理與對照無顯著差異；但施用生石灰使兩種土壤上有機(jī)質(zhì)含量顯著降低，分別降低了43.6%和19.5%。總體而言，兩種類型酸性土壤下，施用生物炭對堿解氮、有效磷、速效鉀和有機(jī)質(zhì)的作用最明顯，其作用效果優(yōu)于腐殖酸鉀或生石灰。

表4 不同改良劑對兩種類型土壤養(yǎng)分的影響

2.5 不同改良劑對兩種類型土壤pH及交換性鋁的影響

圖2顯示，各處理土壤pH均較對照提高，但提高幅度相差較大，其中黃棕壤上生物炭處理提高1.39個單位，其效果高于腐殖酸鉀處理，但較生石灰處理的低，施用生石灰提高3.25個單位；紅壤上生物炭處理提高0.82個單位，腐殖酸鉀和生石灰處理分別提高0.52和3.22個單位?？偟膩碚f，各處理對黃棕壤和紅壤兩種典型土壤pH的影響表現(xiàn)出一致性，均以生石灰效果最好，其次是生物炭，最差的是腐殖酸鉀。交換性Al3+對植物生長的影響最大。黃棕壤和紅壤上添加生物炭均顯著降低交換性鋁含量，分別降低了89.3%和93.9%，其效果優(yōu)于腐殖酸鉀處理，但與生石灰處理無顯著差異。添加腐殖酸鉀對黃棕壤和紅壤上交換性鋁含量影響不同，黃棕壤交換性鋁含量有所增加，但紅壤交換性鋁含量顯著減少，其中紅壤上對照處理為448.72 μg·g-1，腐殖酸鉀處理為371.81 μg·g-1，腐殖酸鉀對紅壤交換性鋁含量的減少幅度較小，其含量仍很高。無論是在黃棕壤上還是紅壤上，添加生物炭和生石灰均提高土壤pH，降低交換性鋁含量；黃棕壤上施用腐殖酸鉀提高土壤pH，增加交換性鋁含量，紅壤上施用腐殖酸鉀使土壤pH增加且使交換性鋁含量降低。

圖2 不同改良劑對兩種類型土壤pH及交換性鋁的影響

2.6 不同改良劑對兩種類型土壤酶活性的影響

如表5所示，相對于對照處理，黃棕壤上各處理均增加了脲酶活性，施用生物炭增加幅度最大，增加了24.2%，生物炭處理顯著優(yōu)于生石灰和腐殖酸處理，其中生石灰處理顯著增加了11.1%，而腐殖酸鉀處理與對照無顯著差異；紅壤上各處理與黃棕壤不同，施用生物炭和腐殖酸鉀均未達(dá)到顯著水平，其中生物炭處理僅增加了19.0%，而生石灰處理降低脲酶活性，達(dá)到顯著水平，降低了28.6%。相對于對照處理，施用生物炭對兩種土壤蔗糖酶活性無顯著影響；黃棕壤和紅壤上施用腐殖酸鉀和生石灰均顯著增加了蔗糖酶活性，其中在黃棕壤上分別增加了44.7%和99.0%，在紅壤上分別增加了152.7%和303.6%，且均以施用生石灰效果最好。相對于對照處理，施用生物炭顯著增加了黃棕壤和紅壤的酸性磷酸酶活性，分別增加了51.9%和132.4%；施用腐殖酸鉀對兩種類型土壤酸性磷酸酶活性均未顯著影響；施用生石灰對黃棕壤的酸性磷酸酶活性無顯著影響，但顯著降低了紅壤的酸性磷酸酶活性，降低了70.5%。

表5 不同改良劑對兩種類型土壤酶活性的影響

3 討論

3.1 改良劑施用對兩種類型土壤上白菜生長的影響

本試驗中，兩種酸性土壤上施用生物炭、生石灰和腐殖酸鉀后，白菜的生長狀況在一定程度上均得以改善，諸多研究[5-6,8]有類似的結(jié)果。相比于黃棕壤，紅壤上白菜的生物量減少，葉片丙二醛含量較高，受逆境脅迫程度大，對比兩種土壤的性質(zhì)發(fā)現(xiàn)紅壤中各處理的有效磷含量與pH均低于黃棕壤，其交換性鋁含量均遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于黃棕壤，因此這可能與紅壤中低有效磷含量、低pH及鋁毒害等因素[21]密切相關(guān)。黃棕壤上施用生物炭、腐殖酸鉀和生石灰均顯著提高了白菜產(chǎn)量，促進(jìn)其對氮磷鉀養(yǎng)分吸收與積累，增加葉片可溶性蛋白含量且顯著降低丙二醛含量，增強其抗逆性；3種改良劑中以生物炭的改良效果較小，可能是生物炭自身含有少量有毒物質(zhì)使其對作物產(chǎn)量的提升局限于一定范圍之內(nèi)，王欣等[22]的研究有相同的結(jié)果。值得注意的是，腐殖酸鉀在兩種土壤上的改良效果表現(xiàn)不同，黃棕壤上施用腐殖酸鉀對白菜的影響較好，可能是由于腐殖酸鉀作為一種生理活性物質(zhì)，促進(jìn)白菜根系生長發(fā)育，進(jìn)而對白菜生長的促進(jìn)作用較為明顯。梁太波等[23]對生姜的研究以及王宇函等[24]對白菜的研究有相同的結(jié)果；然而紅壤上施用腐殖酸鉀對白菜的生長無明顯改善作用，對比腐殖酸鉀和生物炭處理不難發(fā)現(xiàn)，施用腐殖酸鉀后紅壤pH 提升0.52個單位，交換性鋁含量為371.81 μg·g-1，白菜長勢較好的生物炭處理的紅壤pH 提升0.82個單位，交換性鋁含量僅為27.48 μg·g-1，說明腐殖酸鉀處理的白菜生長受到抑制主要與鋁毒害有密不可分的聯(lián)系；但KALIS等[25]研究認(rèn)為腐殖酸鉀可與鋁結(jié)合降低其生物利用度和毒性，與本結(jié)果不太一致，對此，DOBRANSKYTE等[26]認(rèn)為腐殖酸鉀僅部分減少鋁毒害，且形成的腐殖酸-鋁復(fù)合物仍對作物有毒害作用，因此腐殖酸鉀并不能較好地改善土壤肥力，只是很大程度上利于作物根系發(fā)育從而促進(jìn)其生長，其作用存在一定局限性。

3.2 改良劑的施用對兩種類型土壤肥力的影響

本研究中，與對照和腐殖酸鉀處理相比，施用生物炭后，土壤堿解氮含量顯著降低，這與張晗芝等的研究[27]結(jié)果一致，其可能是由于生物炭具有很高的C/N以及不穩(wěn)定碳分解導(dǎo)致氮的固定，從而降低了堿解氮的含量；然而，宋大利等[28]研究表明生物炭提高潮土土壤速效氮含量，其結(jié)果與本研究相矛盾，這可能與土壤性質(zhì)以及生物炭用量有關(guān)。生物炭與其他改良劑對土壤有效磷含量的影響不同。施用腐殖酸鉀和生石灰較施用生物炭其土壤有效磷含量減少，這可能與改良劑性質(zhì)和土壤pH變化[29]有密切聯(lián)系。一方面，生物炭自身含有豐富的磷素，添加后不僅會直接提高土壤有效磷的含量，還會促進(jìn)磷酸根在土壤中的溶解[30]，但腐殖酸鉀和生石灰的磷素含量較低；另一方面，生物炭對土壤pH起緩沖作用[10]，提高了黃棕壤和紅壤的pH，進(jìn)而減少了磷素在土壤中的固定；雖生石灰也顯著提高了土壤pH，但胡敏等[8]認(rèn)為生石灰pH較高，使得土壤pH過高，交換鋁水解產(chǎn)生對磷具有強吸附作用的羥基鋁聚合物，從而降低磷的有效性。雖然生物炭施用均增加了土壤有效磷含量，但在黃棕壤和紅壤中表現(xiàn)不一致，其在黃棕壤中達(dá)到顯著水平，但在紅壤中未達(dá)到顯著水平。這可能是由于紅壤中鐵氧化物對磷的吸附以及養(yǎng)分易淋失等[31]原因造成的。各處理中土壤速效鉀含量均較高，3種改良劑中以生物炭施用影響效果最好，是因為生物炭含有礦質(zhì)養(yǎng)分且由于孔隙結(jié)構(gòu)和巨大的表面積使其易吸附鉀離子[5]，從而提高了土壤速效鉀含量；但值得注意的是，腐殖酸鉀雖然含有大量速效鉀養(yǎng)分，但其對土壤鉀養(yǎng)分的提高較生物炭差，腐殖酸可與金屬離子絡(luò)合影響金屬離子的可用性[32]，而且其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可能導(dǎo)致金屬結(jié)合位點的類型和數(shù)量分布發(fā)生變化[33]，從而降低土壤速效鉀含量。

在兩種土壤上，與對照處理相比，施用生物炭均增加脲酶、酸性磷酸酶的活性，施用腐殖酸鉀對脲酶、酸性磷酸酶無顯著影響，而施用生石灰顯著降低脲酶、酸性磷酸酶的活性。蔗糖酶與其他酶不同，施用生石灰和腐殖酸鉀均顯著增加蔗糖酶活性，而生物炭對該酶活性無顯著影響。相關(guān)研究[15,34]表明生物炭可以改變土壤微生物的數(shù)量和活性，在提高土壤酶促反應(yīng)速率的同時，增加酶-底物復(fù)合物的穩(wěn)定性，從而提高土壤脲酶、酸性磷酸酶活性；然而蔗糖酶的輔基會受到某些陰離子的封阻[35]，在提高酶活性的同時也被一些因素限制，因此生物炭對蔗糖酶活性無顯著影響；而生石灰使得土壤養(yǎng)分降低、pH過高[36]也會間接影響土壤酶活性的大小。

4 結(jié)論

4.1 施用生石灰和生物炭均顯著增加兩種土壤上白菜產(chǎn)量，且增強其抗逆性。添加腐殖酸鉀在黃棕壤和紅壤上的效果不同，其明顯促進(jìn)黃棕壤上白菜生長，提升其抗逆性并提高產(chǎn)量，但對紅壤上白菜的生長無明顯改善作用。

4.2 施用生物炭、生石灰和腐殖酸鉀均提高了兩種土壤的pH，降低了堿解氮含量；施用生物炭增加了土壤的有效磷、速效鉀、有機(jī)質(zhì)的含量、增強脲酶及酸性磷酸酶的活性，減少了交換性鋁含量；施用生石灰促進(jìn)了蔗糖酶活性提升，減少了有效磷、速效鉀、有機(jī)質(zhì)含量、降低脲酶與酸性磷酸酶活性以及交換性鋁含量；添加腐殖酸鉀提高了土壤的pH、有機(jī)質(zhì)含量和蔗糖酶活性，降低了有效磷含量。

因此，生物炭、生石灰和腐殖酸鉀對兩種酸性土壤上白菜生長和土壤肥力的改良效果有較大差異，但其在長期應(yīng)用中的具體機(jī)制有待進(jìn)一步探索。

[1] 趙天龍, 解光寧, 張曉霞, 邱林權(quán),王娜, 張素芝. 酸性土壤上植物應(yīng)對鋁脅迫的過程與機(jī)制. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報, 2013, 24(10): 3003-3011.

ZHAO T L, XIE G N, ZHANG X X, QIU L Q, WANG N, ZHANG S Z. Process and mechanism of plants in overcoming acid soil aluminum stress., 2013, 24(10): 3003-3011. (in Chinese)

[2] ZHAO M Q, JIN F L, SUN Z W, SHI Y F. Effects of pyrolysis condition on basic group of biochar and amelioration of acid soil. Journal of Soil & Water Conservation, 2014, 28(4): 288-299.

[3] MENG C, LU X, CAO Z, HU Z, MA W. Long-term effects of lime application on soil acidity and crop yields on a red soil in central Zhejiang. Plant & Soil, 2004, 265(1/2):101-109.

[4] KUMAR D, SINGH A P, RAHA P, RAKSHIT A, SINGH C M, VERMA R, SINGH S, MAURYA B R, KUMAR A G. Potassium humate: A potential soil conditioner and plant growth promoter. International Journal of Agriculture Environment & Biotechnology, 2013, 6(3): 441.

[5] MANYA J J. Pyrolysis for biochar purposes: A review to establish current knowledge gaps and research needs., 2012, 46(15): 7939.

[6] NOVAK J M, BUSSCHER W J, LAIRD D L, AHMEDNA M, NIANDOU M A, WATTS D W. Impact of biochar amendment on fertility of a southeastern coastal plain soil., 2009, 174(2): 105-112.

[7] XU G, WEI L L, SUN J N, SHAO H B, CHANG S X. What is more important for enhancing nutrient bioavailability with biochar application into a sandy soil: direct or indirect mechanism?, 2013, 52(2): 119-124.

[8] 胡敏, 向永生, 魯劍巍. 不同調(diào)理劑對酸性土壤降酸效果及大麥幼苗生長的影響. 中國土壤與肥料, 2017(3): 118-124.

HU M, XIANG Y S, LU J W. Effects of soil conditioner on acid reduction and the seeding growth of barley., 2017(3):118-124. (in Chinese)

[9] 張濟(jì)世, 于波濤, 張金鳳, 劉玉明, 蔣曦龍, 崔振嶺. 不同改良劑對濱海鹽漬土土壤理化性質(zhì)和小麥生長的影響. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報, 2017, 23(3): 704-711.

ZHANG J S, YU B T, ZHANG J F, LIU Y M, JIANG X L, CUI Z L. Effects of different amendments on soil physical and chemical properties and wheat growth in a coastal saline soil., 2017, 23(3): 704-711. (in Chinese)

[10] 張祥, 王典, 姜存?zhèn)}, 朱盼, 雷晶, 彭抒昂. 生物炭對我國南方紅壤和黃棕壤理化性質(zhì)的影響. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報, 2013, 21(8): 979-984.

ZHANG X, WANG D, JIANG C C, ZHU P, LEI J, PENG S A. Effect of biochar on physicochemical properties of red and yellow brown soils in the south China region., 2013, 21(8): 979-984. (in Chinese)

[11] LIU F, ZHANG J, ZHANG W. The physiological effects of calcium oxide on rice seedlings., 2001, 18(4): 490-495.

[12] LIU Z, RONG Q, ZHOU W, LIANG G. Effects of inorganic and organic amendment on soil chemical properties, enzyme activities, microbial community and soil quality in yellow clayey soil., 2017, 12(3): e0172767.

[13] 于寒青, 孫楠, 呂家瓏, 高菊生, 王伯仁, 徐明崗. 紅壤地區(qū)三種母質(zhì)土壤熟化過程中有機(jī)質(zhì)的變化特征. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報, 2010, 16(1): 92-98.

YU H Q, SUN N, Lü J L, GAO J S, WANG B R, XU M G. Organic matter changes in three parent soils with different long-term fertilizations in red soil regions of southern China.2010, 16(1): 92-98. (in Chinese)

[14] 包耀賢, 徐明崗, 呂粉桃, 黃慶海, 聶軍, 張會民, 于寒青. 長期施肥下土壤肥力變化的評價方法. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2012, 45(20): 4197-4204.

BAO Y X, XU M G, Lü F T, HUANG Q H, NIE J, ZHANG H M, YU H Q. Evaluation method on soil fertility under long-term fertilization., 2012, 45(20): 4197-4204. (in Chinese)

[15] 陳心想, 耿增超, 王森, 趙宏飛. 施用生物炭后塿土土壤微生物及酶活性變化特征. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報, 2014, 33(4): 751-758.

CHEN X X, GENG Z C, WANG S, ZHAO H F. Effects of biochar amendment on microbial biomass and enzyme activities in loess soil., 2014, 33(4): 751-758. (in Chinese)

[16] 王學(xué)奎. 植物生理生化實驗原理和技術(shù). 2版. 北京: 高等教育出版社, 2015.

WANG X K.. Beijing: Higher Education Press, 2015. (in Chinese)

[17] 鮑士旦. 土壤農(nóng)化分析. 3版. 北京: 中國農(nóng)業(yè)出版社, 2000.

BAO S D.,.Beijing: China Agriculture Press, 2000. (in Chinese)

[18] 周禮愷. 土壤酶學(xué). 北京: 科學(xué)出版社, 1987.

ZHOU L K.. Beijing: Science Press, 1987. (in Chinese)

[19] 龐叔薇, 康德夢, 王玉保, 林鐵. 化學(xué)浸提法研究土壤中活性鋁的溶出及形態(tài)分布. 環(huán)境化學(xué), 1986(3): 70-78.

PANG S W, KANG D M, WANG Y B, LIN T. Studies on the leaching of active aluminum from soil and the distribution of aluminum species by chemical extraction., 1986(3): 70-78. (in Chinese)

[20] 王永華, 黃源, 辛明華, 苑沙沙, 康國章, 馮偉, 謝迎新, 朱云集, 郭天財. 周年氮磷鉀配施模式對砂姜黑土麥玉輪作體系籽粒產(chǎn)量和養(yǎng)分利用效率的影響. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2017, 50(6): 1031-1046.

WANG Y H, HUANG Y, XIN M H, YUAN S S, KANG G Z, FENG W, XIE Y X, ZHU Y J, GUO T C. Effects of the year-round management model of N,P and K combined application on grain yield and nutrient efficiency of wheat-maize rotation system in lime concretion black soil., 2017, 50(6): 1031-1046. (in Chinese)

[21] 張德閃, 王宇蘊, 湯利, 鄭毅, 左建花. 小麥蠶豆間作對紅壤有效磷的影響及其與根際pH值的關(guān)系. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報, 2013, 19(1): 127-133.

ZHANG D S, WANG Y Y, TANG L, ZHENG Y, ZUO J H. Effects of wheat and fababean intercropping on available phosphorus of red soils and its relationship with rhizosphere soil pH., 2013, 19(1):127-133. (in Chinese)

[22] 王欣, 尹帶霞, 張鳳, 譚長銀, 彭渤. 生物炭對土壤肥力與環(huán)境質(zhì)量的影響機(jī)制與風(fēng)險解析. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報, 2015, 31(4): 248-257.

WANG X, YIN D X, ZHANG F, TAN C Y, PENG B. Analysis of effect mechanism and risk of biochar on soil fertility and environmental quality., 2015, 31(4): 248-257. (in Chinese)

[23] 梁太波, 王振林, 王汝娟, 劉蘭蘭, 史春余. 腐殖酸鉀對生姜根系生長發(fā)育及活性氧代謝的影響. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報, 2007, 18(4): 813-817.

LIANG T B, WANG Z L, WANG R J, LIU L L, SHI C Y. Effects of potassium humate on ginger root growth and its active oxygen metabolism., 2007, 18(4):813-817. (in Chinese)

[24] 王宇函, 姜存?zhèn)}, 呂波, 閆磊. 腐殖酸鉀對小白菜產(chǎn)量、生理特性及養(yǎng)分利用效率的影響. 華中農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報, 2018(1): 58-63.

WANG Y H, JIANG C C, Lü B, YAN L. Effects of potassium humate on yield, physiological characteristics and nutrient use efficiency of pakchoi., 2018(1): 58-63. (in Chinese)

[25] KALIS E J, TEMMINGHOFF E J, WENG L, RIEMSDIJK W H. Effects of humic acid and competing cations on metal uptake by lolium perenne., 2010, 25(3): 702-711.

[26] DOBRANSKYTE A, JUGDAOHSINGH R, MCCROHAN C R, STUCHLIK E, POWELL J J, WHITE K N. Effect of humic acid on water chemistry, bioavailability and toxicity of aluminum in the freshwater snail, lymnaea stagnalis, at neutral pH., 2006, 140(2): 340-347.

[27] 張晗芝, 黃云, 劉鋼, 許燕萍, 劉金山, 卑其誠, 藺興武, 朱建國, 謝祖彬. 生物炭對玉米苗期生長、養(yǎng)分吸收及土壤化學(xué)性狀的影響. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報, 2010, 19(11): 2713-2717.

ZHANG H Z, HUANG Y, LIU G, XU Y P, LIU J S, BEI Q C, LIN X W, ZHU J G, XIE Z B. Effects of biochar on corn growth, nutrient uptake and soil chemical properties in seeding stage., 2010, 19(11): 2713-2717. (in Chinese)

[28] 宋大利, 習(xí)向銀, 黃紹敏, 張水清, 袁秀梅, 黃伏森, 劉陽, 王秀斌. 秸稈生物炭配施氮肥對潮土土壤碳氮含量及作物產(chǎn)量的影響. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報, 2017, 23(2): 369-379.

SONG D L, XI X Y, HUANG S M, ZHANG S Q, YUAN X M, HUANG F S, LIU Y, WANG X B. Effects of combined application of straw biochar and nitrogen on soil carbon and nitrogen contents and crop yields in a fluvo-aquic soil., 2017, 23(2): 369-379. (in Chinese)

[29] ZHAO X R, DAN L I, KONG J, LIN Q M. Does biochar addition influence the change points of soil phosphorus leaching?, 2014, 13(3): 499-506.

[30] ZHAI L, CAIJI Z, LIU J, WANG H Y, REN T Z, GAI X P, XI B, LIU H B. Short-term effects of maize residue biochar on phosphorus availability in two soils with different phosphorus sorption capacities., 2015, 51(1): 113-122.

[31] 馬良, 徐仁扣. pH和添加有機(jī)物料對3種酸性土壤中磷吸附-解吸的影響. 生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報, 2010, 26(6): 596-599.

MA L, XU R K. Effects of regulation of pH and application of organic material on adsorption and desorption of phosphorus in three types of acid soils., 2010, 26(6): 596-599. (in Chinese)

[32] HALIM M, CONTE P, PICCOLO A. Potential availability of heavy metals to phytoextraction from contaminated soils induced by exogenous humic substances., 2003, 52(1):265-275.

[33] PRADO A G, AIROLDI C, ZHANG Z. Humic acid-divalent cation interactions., 2003, 405(2): 287-292.

[34] ZHU X, CHEN B, ZHU L, XING B. Effects and mechanisms of biochar-microbe interactions in soil improvement and pollution remediation: A review., 2017, 227: 98.

[35] 趙軍, 耿增超, 尚杰, 耿榮, 王月玲, 王森, 趙宏飛. 生物炭及炭基硝酸銨對土壤微生物量碳、氮及酶活性的影響. 生態(tài)學(xué)報, 2016, 36(8): 2355-2362.

ZHAO J, GENG Z C, SHANG J, GENG R, WANG Y L, WANG S, ZHAO H F. Effects of biochar and biochar-based ammonium nitrate fertilizers on soil microbial biomass carbon and nitrogen and enzyme activities., 2016, 36(8): 2355-2362. (in Chinese)

[36] 李兆林, 趙敏, 王建國, 潘相文, 陳淵, 丁希武. 施用生石灰對土壤酶活性及大豆產(chǎn)量的影響. 土壤與作物, 2008, 24(4): 480-484.

LI Z L, ZHAO M, WANG J G, PAN X W, CHEN Y, DING X W. Effect of quicklime application on soil enzymes activity and soybean yield., 2008, 24(4): 480-484. (in Chinese)

（責(zé)任編輯 李云霞）

Effects of Biochar and Other Amendments on the Cabbage Growth and Soil Fertility in Yellow-brown Soil and Red Soil

Lü Bo, WANG YuHan, XIA Hao, YAO ZiHan, JIANG CunCang

(College of Resources and Environment, Huazhong Agricultural University/Microelement Research Center, Wuhan 430070)

【Objective】A pot experiment of cabbage was conducted to investigate the various effects of 3 soil amendments (biochar (C), potassium humate (HA-K) and lime (CaO)) on plant growth and soil fertility of yellow-brown soil and red soil, so as to provide information for reasonable use of soil amendments.【Method】The present research set 4 different treatments in 2 different types of soil to study biomass, nutrient content, soluble protein and malondialdehyde content of cabbage and pH, available nutrients content, exchange-aluminum (Al) content and enzyme activity in soil.【Result】The results showed that: (1) compared with control treatment, the application of biochar and lime promoted the growth and stress-tolerance of cabbage in yellow-brown soil and red soil, in consequence of improved cabbage yield, nitrogen (N) and potassium (K) content, soluble protein content, and reduced malondialdehyde content in leaf. However, after HA-K application, the cabbage yield in yellow-brown soil was increased to 25.93 g/plant, while only 0.18 g/plant in red soil; (2) the effects of the 3 amendments on soil fertility differed in yellow-brown soil and red soil were different. Biochar application increased soil pH, available phosphorus (P), available K, organic matter, activities of urease and acid phosphatase, which improved soil fertility of the two types of soil. In addition, the supply of C significantly decreased alkaline hydrolysis N and exchange-Al content in soil. The soil pH and organic matter content in yellow-brown soil increased by 1.39 units and 168.4%, respectively, and the exchange-Al content decreased by 89.3%, while the pH value and organic matter content in red soil increased by 0.82 and 775.6%, respectively, and the exchange-Al content decreased by 93.9%. What was more, the application of HA-K and CaO significantly increased soil pH and invertase activity, and reduced exchange-Al content in both two types of soil. However, there were no significant effects of HA-K on available P, available K, organic matter, urease and acid phosphatase activities, and exchange-Al content, while significantly reduced the content of alkali-hydrolyzed N. The application of CaO only reduced soil alkaline N, available P and organic matter.【Conclusion】Generally, All of the 3 different soil amendments had great effects on the growth of cabbage and soil fertility in two different types of soil. Lime and biochar were recommended soil amendments, which could improve not only the soil fertility but also the yield of cabbage, and the application effect of humate potassium in yellow brown soil was better than that in red soil.

biochar; humate potassium; lime; cabbage growth; soil fertility; yellow-brown soil; red soil

2018-04-08；

2018-07-17

國家重點研發(fā)計劃（2017YFD0200803）、中央高校基本科研業(yè)務(wù)費專項資金（2017PY055）

呂波，E-mail：lvbo2017@webmail.hzau.edu.cn。

姜存?zhèn)}，E-mail：jcc2000@mail.hzau.edu.cn