施用不同配比生物炭對橡膠樹根系生長的短期響應

貝美容 黃艷艷 井玉丹 茶正早 林清火 羅微

摘 ?要 ?本研究探討施用4種用量的生物炭對橡膠根系短期的影響。結(jié)果表明：隨著生物炭用量的增加，土壤有機質(zhì)、全氮、速效磷、速效鉀含量和pH呈增加趨勢，而容重呈下降趨勢;施用不同用量生物炭處理對橡膠樹根重、根長、根面積和根體積的影響各異，與對照相比，生物炭低配比（1%）和高配比（10%和15%）的施用量短期內(nèi)對橡膠樹根鮮重、根長、根表面積和根體積均無顯著影響，而施用配比含量為5%的生物炭處理短期內(nèi)顯著提高了橡膠樹根鮮重、根長、根表面積和根體積;同時，不同施用量生物炭處理的橡膠樹吸收根占總根重的比例介于64.8%～76.1%之間。綜上所述，施用配比含量為5%的生物炭可在短期內(nèi)顯著促進橡膠根系的生長。

關鍵詞 ?生物炭;橡膠樹;根系;土壤養(yǎng)分

中圖分類號 ?S794.1 ?????文獻標識碼 ?A

Abstract ?The short-term effect of four rates of biochar on the root growth of rubber trees （Hevea brasiliensis） were investigated. The contents of soil organic matter， total N， available phosphorus and potassium， and the soil pH were all promoted by the application of biochar. However， soil bulk density decreased using the biochar. In addition， the weight， length， surface area and volume of root were affected in different trends by different amount application of biochar， i.e. compared to CK， the short-term effect of biochar application only at the content of 5% had significantly increased root weight， length， surface area and volume of H. brasiliensis， and there were no significant effects on these items by application of other contents with 1%， 10% or 15%. Meanwhile， the weight of fine root was accounted for 64.8%-76.1% of the total weight of root. Based on the above results， it indicated that the application amount of biochar to have better short-term effect on the growth promotion of the roots of H. brasiliensis was 5%.

Keywords ?biochar; rubber tree; root system; soil nutrient

DOI ?10.3969/j.issn.1000-2561.2019.06.001

生物炭（biochar）是生物質(zhì)在無氧環(huán)境條件下緩慢高溫分解得到的富含碳的有機物質(zhì)，是一種優(yōu)良土壤改良劑、肥料緩釋載體[1-3]。生物炭在土壤中能夠保持長期穩(wěn)定，可以改善土壤理化性質(zhì)，提高土壤有機質(zhì)、速效磷、速效鉀和堿解氮等養(yǎng)分的含量，促進根系生長，提高作物產(chǎn)量等，在多種作物上均有一定的應用研究[4-7]。例如，土壤中施入生物炭能增加水稻生育前期根系的主根長、根體積和根鮮重，提高水稻根系總吸收面積和活躍吸收面積。在水稻生育后期，生物炭在一定程度上延緩了根系衰老[6]。施加生物炭可促進番茄根系發(fā)育并提高產(chǎn)量[7]。與純施氮肥相比，生物炭和氮肥配施可顯著提高土壤全氮和有機質(zhì)含量，促進玉米根系生長以及對氮素的吸收[8]。生物炭與化肥配施3?a后顯著增強了連作大豆土壤團聚結(jié)構(gòu)，提高土壤總孔隙度，改善土壤物理性狀[9]。

橡膠樹（Hevea brasiliensis）原產(chǎn)于高溫潮濕的亞馬遜流域，是最重要產(chǎn)膠作物。我國的巴西橡膠樹主要在海南、云南和廣東三省栽培，是熱帶地區(qū)主要的人工林之一[10]。我國自20世紀50年代開始大規(guī)模植膠，經(jīng)過60多年的發(fā)展，無論是天然橡膠總產(chǎn)量還是植膠面積都增長迅速。施肥是保證橡膠樹增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的基本措施，然而經(jīng)過多年的植膠生產(chǎn)，各植膠區(qū)已面臨單產(chǎn)提升困難、土壤酸度下降和土壤肥力總體呈下降趨勢等重大問題[11-12]。在海南島，許多膠園土壤有機質(zhì)、全氮和速效鉀含量較20世紀50年代降低了41%～48%[11， 13]。穴（溝）施肥料是一種局部施肥，主要利用橡膠樹根系的趨肥特性培育龐大的營養(yǎng)根系，采用穴施的施肥穴中細根可占總細根的94.7%，而施肥穴外細根較少，主要為輸導根[14]。其中，直徑<2 mm的細根被認為是最重要的養(yǎng)分吸收根[15]。實際生產(chǎn)中，每年膠園管理要求采用大量壓青的方式向膠園土壤補充養(yǎng)分，即將植物有機物施于施肥穴中。生物炭作為一種優(yōu)良土壤改良劑和肥料緩釋載體，對于生長在高溫多雨、微生物活動活躍的熱帶地區(qū)磚紅壤上的橡膠樹是否可以促進其根系生長，并作為部分替代傳統(tǒng)有機物料施用，目前尚未見有關報導。因此，開展這方面的研究具有重要意義。本研究以生物炭為原料，設置不同生物炭配比肥料，探討施用生物炭對橡膠根系生長和橡膠園土壤理化性質(zhì)的影響。

1 ?材料與方法

1.1 ?試驗點概述

本試驗地位于中國熱帶農(nóng)業(yè)科學院試驗場五隊基地（19°32′N，109°14′E），該地區(qū)為典型的熱帶海洋季風氣候，年降雨量約為1600 mm，降雨主要集中在5—10月，年均溫度為20.8～26.0?℃。試驗地土壤為片麻巖發(fā)育的質(zhì)地較黏重的磚紅壤，其基本理化性質(zhì)為：容重1.41?g/cm3、有機質(zhì)8.85?g/kg、全氮（N）0.73?g/kg、速效磷（P）15.11?mg/kg、速效鉀（K）55.03 mg/kg、pH 4.73。

1.2 ?方法

1.2.1 ?試驗設計 ?試驗于2015年6月—2015年11月進行。橡膠種植品種為熱研7-33-97（1996年定植）。試驗設置不同生物炭添加量，共5個處理，分別為常規(guī)橡膠專用肥（CK，對照）、1%生物炭+橡膠專用肥（1% BF）、5%生物炭+橡膠專用肥（5% BF）、10%生物炭+橡膠專用肥（10% BF）和15%生物炭+橡膠專用肥（15% BF）。生物炭購自河南三利源生物質(zhì)炭公司（養(yǎng)分狀況：全氮10.38 g/kg、全磷1.97 g/kg、全鉀28.85 g/kg）。橡膠專用肥的配比為尿素、磷酸二銨和氯化鉀的復混肥（N∶P2O5∶K2O=14∶7∶9），每個處理施肥量為59.2 g（折合為47.4 kg/667?m2）。橡膠樹雖然為高大喬木，但吸收養(yǎng)分的根系主要分布在土壤表層[16]。本研究中，試驗處理在原有施肥溝對面離橡膠樹半徑1?m處向外開挖2個相鄰的施肥穴，長寬深為0.2?m×0.2?m×0.3?m，一個用于測定容重，另一個用于測定根系、土壤養(yǎng)分和pH。近樹干的一面刮平整，切斷根系，遠離樹干一面及側(cè)面用油氈紙隔開，各處理與風干土（過1 cm篩）以不同的質(zhì)量比例混合均勻后施于施肥穴中。試驗采用完全隨機區(qū)組設計，每個處理重復6次。試驗處理6個月后取樣? 。

1.2.2 ?測定指標與方法 ?采用環(huán)刀法在觀測點中間取0～5 cm土壤，取得樣品后將環(huán)刀中的土壤轉(zhuǎn)移至鋁盒后蓋上蓋子密封，送至實驗室，在105?℃下烘干測定容重。根系取樣時，將油氈紙外側(cè)的土壤挖去，把油氈紙輕輕取下，用牙簽由土塊外側(cè)開始輕輕地把根系附近的土壤剝離，避免弄斷根系，直至到近樹干的切面，用剪刀剪下根系放入冰盒中帶回實驗室，剝離的土壤放入布袋中帶

回實驗室，用于土壤養(yǎng)分和pH的測定，取回的根系在空調(diào)控溫的實驗室內(nèi)用流水沖洗，水槽中放置100目的篩子，防止根系被水沖走。洗干凈的根系用軟紙擦干其表面水分，然后用Epson掃描儀掃描，WinRHIZO圖形分析軟件分析，獲得直徑、根長、根體積、根表面積的數(shù)據(jù)，再稱量測定鮮重。其中，根系直徑<2 mm的劃定為吸收根，>2 mm為非吸收根[11]。土壤養(yǎng)分測定指標為土壤有機質(zhì)、全氮、速效磷和速效鉀，分別采用重鉻酸鉀容量法外加熱法、半微量凱氏定氮儀蒸餾法、HClNH4F浸提鉬藍比色法和醋酸銨浸提火焰光度計法測定[13];土壤pH采用pH計測定[17]。

1.3 ?數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2010軟件和SPSS 17.0軟件進行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計分析，采用最小顯著差異法進行方差分析（P<0.05）。

2 ?結(jié)果與分析

2.1 ?不同生物炭用量下對橡膠樹根鮮重的影響

由圖2可知，隨著生物炭用量的增加，橡膠根鮮重呈先增加后降低的趨勢，其中5% BF濃度下根鮮重顯著高于對照F處理，亦顯著高于10% BF和15% BF的處理。吸收根鮮重占總根鮮重的比例介于64.8%～76.1%之間;不同處理吸收根鮮重的變化趨勢及處理間的顯著性差異與總根鮮重的變化相一致，而不同處理之間的非吸收根根重則無顯著差異（P>0.05）。

2.2 ?不同生物炭用量下對根長、表面積和體積的影響

由表1可以看出，隨著生物炭用量增加，吸收根總長、表面積和體積呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢。添加生態(tài)炭的處理較CK處理促進了吸收根的生長，但僅在5% BF處理下達到顯著差異水平。其中，15%?BF處理明顯抑制了根系的根長。除15% BF處理非吸收根根長顯著高于10% BF處理外，不同處理間非吸收根的根長、表面積和體積不存在顯著差異（P>0.05）。

2.3 ?不同生物炭用量下對土壤理化性狀的影響

生物炭中由于含有較多的養(yǎng)分，因此，隨著生物炭量的增加，土壤有機質(zhì)、全氮、速效磷和速效鉀的含量和pH呈逐漸增加趨勢，而容重相

大寫字母代表不同生物炭用量下根鮮重存在顯著差異（P<0.05）;小寫字母代表不同生物炭用量下不同級別的根鮮重存在顯著差異（P<0.05）。

反（表2）。施用添加5%或10%的生物炭時，有機質(zhì)、全氮、速效磷和速效鉀含量顯著高于F或1% BF處理;土壤pH在添加至10%的生物炭時才顯著高于對照處理。容重變化受生物炭的添加量的影響更明顯，除1% BF和5% BF處理外，其余各處理間均存在顯著差異（P<0.05）。

2.4 ?土壤理化性狀與吸收根的關系

吸收根作為根系吸收養(yǎng)分的主要部位，其生長、形態(tài)與受土壤理化性質(zhì)影響。因土壤理化指標隨著生物炭用量的增加均呈單一的增加或減少趨勢，而吸收根重、形態(tài)變化則呈先升高后降低的趨勢。相關分析表明（表3），吸收根重、形態(tài)變化與土壤容重呈正相關，而與其他理化指標呈負相關，均無顯著相關性（P>0.05）。

3 ?討論

3.1 ?施用生物炭對土壤養(yǎng)分的影響

生物炭作為一種優(yōu)良土壤改良劑、肥料緩釋載體，在多種作物上已有廣泛施用的研究[18]，如陳心想等[19]研究表明，隨著生物炭施用量的增加，可顯著增加種植糜子和小麥土壤有機碳含量，增幅為31.1%～272.2%，此外還可提高土壤速效養(yǎng)分含量，其中礦質(zhì)態(tài)氮含量、有效磷和速效鉀含量增幅分別為6.0%～112.8%、3.8%～38.5%和6.1%～47.2%。袁晶晶等[20]3年的研究結(jié)果亦表明施用生物炭可顯著提高土壤有機質(zhì)、全氮、全磷和全鉀的含量。同時也提高了土壤中速效氮、磷、鉀的養(yǎng)分含量。土壤養(yǎng)分含量隨著生物炭施用量的增加而增加。橡膠樹施肥通常采用挖施肥穴（溝）集中施肥，誘導根系生長，一般每年都采用施用有機肥、化肥、壓青的方式補充橡膠樹所需養(yǎng)分[14]，但尚未見有關施用生物炭研究的報導。本研究結(jié)果與上述其他作物生物炭施用研究效果一致。即：表明施用生物炭能提高土壤養(yǎng)分含量，可為橡膠樹提供必要的養(yǎng)分。

3.2 ?施用生物炭對橡膠根系生長的影響橡膠根系的生長受土壤養(yǎng)分、容重和pH等的影響[21-22]。隨著生物炭施用量的增加，土壤養(yǎng)分含量明顯提高，土壤容重逐漸下降，均有利于誘導根系生長。然而，隨著生物炭用量的增加，吸收根鮮重、根長等形態(tài)指標則是先升高后降低，根系生長與土壤環(huán)境因子無顯著相關性，造成該現(xiàn)象的原因可能與生物炭用量較高而導致土壤pH提高有關。橡膠樹適宜生長的土壤pH范圍在4.5～5.5之間[23]，因生物炭呈堿性，施用后可導致土壤pH提高[24]，張文等[25]在生菜地施用0.5%～3.0%的生物炭提高了0.49～0.94個單位。而本研究提高了0.07～1.65個單位，當用量達到10%時，土壤pH接近6，超出橡膠樹生長的最適宜范圍，盡管土壤養(yǎng)分含量較高，容重下降，亦沒有較對照顯著促進根系生長。但施用5%時，pH為5.29，土壤養(yǎng)分含量較高，容重亦較適宜，根系較對照增長明顯，亦優(yōu)于其他處理。可見，施用5%的生物炭短期內(nèi)可顯著促進根系生長，但用量過大，反而起不到效果。因此，若在橡膠生產(chǎn)上施用生物炭，須注意用量控制。另外，施用生物炭對橡膠樹根系的長期影響有待進一步研究。

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