不同材料生物質(zhì)炭施用對果園土壤性狀及活性有機碳的影響

王成己 王義祥 劉岑薇 黃毅斌

摘?要：為了解不同材料生物質(zhì)炭施用對果園土壤質(zhì)量的改良效果，采用田間試驗，研究了不同生物質(zhì)炭施用對果園土壤性狀及活性有機碳的影響。結(jié)果表明：施用生物質(zhì)炭提高了果園土壤含水量及pH值，降低了土壤容重，提高了土壤微生物生物量碳含量。相比對照，生物質(zhì)炭處理的土壤含水量提高1.05%～55.77%，pH值提高0.03～1.68個單位，土壤容重降低5.00%～32.50%，土壤微生物生物量碳含量提高10.24%～90.94%。不同材料生物質(zhì)炭對土壤含水量、容重、pH值及微生物生物量碳含量的影響幅度不同。

關(guān)鍵詞：生物質(zhì)炭;土壤理化性質(zhì);微生物生物量碳;果園

DOI：10.13651/j.cnki.fjnykj.2019.03.016

Abstract：In order to understand the improvement effect of different biochars on soil quality in orchard， a field experiment was conducted to study the effects of different biochars on soil properties and labile organic carbon. The results showed that the application of biochars to the orchard soil not only enhanced field moisture holding capacity， pH value， but also increased the content of microbial biomass carbon （MBC） ， while decreasing soil bulk density. Compared with the control， the moisture content， pH value and MBC content of the biochar treated soil increased by 1.05%-55.77%， 0.03-1.68 unit and 10.24%-90.94%， respectively， while soil bulk density decreased by 5.00%-32.50%. Altogether， the effects of different biochars on soil water content， bulk density， pH value and MBC content were different.

Key words：Biochar; Soil property; Microbial biomass carbon; Orchard

我國東南紅壤丘陵區(qū)土地面積113萬km2，占全國土地總面積的11.8%，是熱帶、亞熱帶經(jīng)濟林果、茶葉的重要生產(chǎn)基地。福建省果園面積54.21萬hm2，年產(chǎn)水果495.40萬t，位居全國前列。但是，生物質(zhì)炭用于果園土壤質(zhì)量改良及固碳增匯的研究還很薄弱，因此，本研究從農(nóng)業(yè)廢棄物（作物秸稈、果茶枝等）生物質(zhì)炭生產(chǎn)及轉(zhuǎn)化還田出發(fā)，以我國東南丘陵區(qū)桔柚為研究對象，對比研究不同材料生物質(zhì)炭施用對果園土壤性質(zhì)及微生物生物量碳的影響，為改善果園土壤質(zhì)量、促進果樹種植業(yè)健康發(fā)展提供技術(shù)支撐。

1?材料與方法

1.1?試驗地概況

試驗地位于福建省南平市建陽區(qū)溪口山（東經(jīng)118°07′，北緯27°20′），占地0.8 hm2。2011年2月種植桔柚，并布置生物質(zhì)炭還田長期試驗。試驗地土壤為山地黃壤，有機質(zhì)30.22 g·kg-1，全氮1.35 g·kg-1，堿解氮135.78 mg·kg-1，速效磷118.06 mg·kg-1，速效鉀169.01 mg·kg-1，pH值5.20。該地海拔高度150 m，屬中亞熱帶季風(fēng)性氣候，光熱資源豐富。年均氣溫18℃，無霜期282 d，年均降雨量1700～2400 mm，年均日照1802 h。

1.2?試驗材料

生物質(zhì)炭由牧草秸稈、茶樹枝條、果樹枝條、小麥秸稈炭化而成（分別以GB、TB、FB、WB表示），炭化溫度為450℃左右，生產(chǎn)廠家為河南商丘三利新能源有限公司。

1.3?試驗設(shè)計

試驗設(shè)生物質(zhì)炭施用水平0、10、20、40、80 t·hm-2（記為T0、T1、T2、T3、T4）5個處理。將生物質(zhì)炭沿株距方向條狀翻耕到土壤里混勻（40 cm深，離果樹水平距離20 cm，果樹周圍及株間空地均施生物質(zhì)炭），各處理基肥及氮磷鉀肥均一致。果園所用化肥均為市售商品，氮肥為尿素，磷肥為過磷酸鈣，鉀肥為硫酸鉀，基肥為豬糞。磷肥配豬糞作為基肥施入，氮、鉀肥分2～3次施入，其用量和當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶用量一致。果樹為桔柚，行距4 m，株距3 m。按隨機區(qū)組設(shè)計，每個處理3次重復(fù)。小區(qū)面積108 m2，每個小區(qū)種植9株果樹。采集0～20 cm土壤樣品測定土壤理化指標(biāo)。各處理田間管理方式一致。

1.4?測定項目及方法

1.4.1?土壤理化性狀?土壤容重、水分含量及pH等測定參照魯如坤[1]的方法進行。

1.4.2?土壤微生物生物量碳（MBC）?參照Wu等[2]的方法：稱取過1 mm篩的新鮮土樣（相當(dāng)于干土25.0 g）3份分別放入3個100 mL燒杯中，用無醇氯仿熏蒸24 h。熏蒸結(jié)束后，將土壤全部轉(zhuǎn)移到250 mL三角瓶中，加入100 mL 0.5 mol·L-1 K2SO4溶液，在振蕩機上振蕩浸提30 min（25℃），過濾。熏蒸開始時，稱取等量土樣3份，同上用硫酸鉀溶液浸提。浸提液立即測定。同時做不加土壤的空白對照。浸出液用TOC儀（島津TOCV CPH）測定。

微生物生物量碳（ωC）的計算：

式中：ω（C）-微生物生物量碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)，mg·kg-1;EC-熏蒸土樣有機碳量與未熏蒸土樣有機碳之差，mg·kg-1;KEC-微生物體中碳（C）被浸提出來的比例，一般取0.38（上機測取0.45）[3]。

1.5?數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2007進行統(tǒng)計，利用t檢驗進行差異顯著性分析。

2?結(jié)果與分析

2.1?不同材料生物質(zhì)炭對土壤理化性質(zhì)的影響

由圖1可知，隨著生物質(zhì)炭施用量的增加，果園土壤容重呈降低趨勢，相對于對照T0（1.20 g·cm-3）降低幅度為5.00%～32.50%。不同材料生物質(zhì)炭對土壤容重的影響幅度不同，施用小麥秸稈炭土壤容重降幅最大（平均降幅20.00%），果樹枝條炭降幅最小（平均降幅11.25%）。

由圖2可知，隨著生物質(zhì)炭施用量的增加，果園土壤含水量呈升高趨勢，相對于對照T0（16.19%）提高幅度為1.05%～55.77%。不同材料生物質(zhì)炭的保水能力不同，施用小麥秸稈炭土壤含水量增幅最大（平均增幅28.74%），茶樹枝條炭增幅最?。ㄆ骄龇?.16%），說明施用小麥秸稈炭更有利于土壤保水，這與小麥秸稈炭特性有關(guān)。

由圖3可知，施用生物質(zhì)炭均增加了土壤pH值，相對于對照T0（5.20）增幅為0.03～1.68個單位，且隨其用量的增加，pH值呈增加趨勢。不同材料生物質(zhì)炭對土壤pH值的影響幅度不同，施用茶樹枝條炭土壤pH值增幅最大（平均增幅1.21個單位），小麥秸稈炭增幅最小（平均增幅0.41個單位）。

2.2?不同材料生物質(zhì)炭對土壤活性有機碳的影響

土壤微生物生物量碳（MBC）和潛在的土壤可利用態(tài)氮之間存在顯著正相關(guān)，它與土壤肥力和土壤健康有十分緊密的關(guān)系。土壤微生物量碳具有極高的靈敏性，可以在土壤全碳變化之前反映出土壤微小的變化，同時也可以反映土壤能量循環(huán)和養(yǎng)分轉(zhuǎn)移與運輸。

由圖4可知，施用生物質(zhì)炭均增加了土壤MBC含量，各處理土壤MBC含量為123.47～213.85 mg·kg-1，相對于對照T0（112.00 mg·kg-1）增幅為10.24%～90.94%，且隨著生物質(zhì)炭施用量的增加，土壤MBC含量總體呈增加趨勢。不同材料生物質(zhì)炭對土壤MBC含量的影響幅度不同，在T2、T3、T4水平下，施用小麥秸稈炭的果園土壤MBC含量顯著低于另外3種生物質(zhì)炭（P<0.05）。

3?結(jié)論與討論

本研究結(jié)果表明，施用生物質(zhì)炭可以改善果園土壤理化性狀，提升果園土壤質(zhì)量，這與生物質(zhì)炭的特性有關(guān)。本研究中制備的生物質(zhì)炭具有較高的pH值，呈堿性，可中和果園土壤中的酸性物質(zhì)，降低土壤交換性酸的數(shù)量，提高土壤pH值。生物質(zhì)炭含有的灰分元素（如K、Ca、Mg）多呈可溶態(tài)，施入土壤后能提高酸性土壤的鹽基飽和度。施用生物質(zhì)炭提高土壤pH值已為不少研究所證實。張瑞清等[4]研究表明，添加果樹枝條炭和稻殼炭均降低了果園土壤交換性酸（氫、鋁）總量，土壤pH值分別提高0.10～0.76個單位和0.15～0.64個單位。Hoshi[5]在土壤pH值為4.3的茶園土壤中施0.5 kg·m-2竹炭，連續(xù)施用2年后土壤pH值提高了0.5～1.0個單位;Glaser等[6]研究表明，加入竹炭后可明顯增加土壤可交換性鹽基離子。劉會等[7]研究表明，施用生物質(zhì)炭促進了蘋果根系和地上部的生長，增加了土壤對氮的固定，提高了氮肥利用率。

生物質(zhì)材料轉(zhuǎn)變?yōu)樯镔|(zhì)炭后，產(chǎn)生了較多的可溶性礦物養(yǎng)分（如 N、P、K、Ca等），因此，生物質(zhì)炭不僅是土壤的調(diào)節(jié)劑，而且還起著肥料的作用，施入土壤后可提高土壤中的養(yǎng)分水平。傅秋華等[8]研究表明，施用竹炭顆粒改善了土壤理化性狀，水解氮、有效磷、速效鉀、交換性鈣和鎂等元素含量均明顯提高。生物質(zhì)炭中含有豐富的有機大分子和空隙結(jié)構(gòu)，施入土壤后又較易形成大團聚體，改善了土壤的物理性狀[9]，提高了土壤的保水性，促進了土壤團聚體的形成[10]。Glaser等[11]研究表明，含黑色炭豐富的土壤，其表面積是周圍無炭土壤的3倍，可使田間持水量增加18%，這有力地支持了本研究的結(jié)果。生物質(zhì)炭提高土壤肥力是因為：（1）生物質(zhì)炭本身具有較高的速效養(yǎng)分，在施用生物質(zhì)炭的同時，也把養(yǎng)分引入到了土壤;（2）生物質(zhì)炭通過孔隙結(jié)構(gòu)為微生物提供住所，提高了土壤的保肥性能，有利于將速效養(yǎng)分保持在土壤中。

本研究結(jié)果還表明，生物質(zhì)炭施入有助于提高土壤微生物生物量碳的含量，其原因在于：（1）生物質(zhì)炭的加入提高了微生物可利用的養(yǎng)分，促進了微生物的生長;（2）生物質(zhì)炭能夠吸附土壤中一些不利于微生物生長的物質(zhì)。但黃超等研究結(jié)果則表明，過量施用生物質(zhì)炭可降低土壤中低分子有機物質(zhì)和土壤微生物生物量碳含量[12]。因此，合理利用生物質(zhì)炭為改善果園土壤質(zhì)量的重要途徑。

參考文獻(xiàn)：

[1]魯如坤.土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法[M].北京：中國農(nóng)業(yè)科技出版社，2000.

[2]WU J，JOERGENSEN R G，POMMERENING B，et al.Measurement of soil microbial biomass carbon by fumigationextractionan automated procedure[J].Soil Biology and Biochemistry，1990，22（8）：1167-1169.

[3]OCIO J A，BROOKES P C.An evaluation of methods for measuring the microbial biomass in soils following recent additions of wheat straw and the characterization of the biomass that develops[J].Soil Biology and Biochemistry，1990，22（5）：685-694.

[4]張瑞清，楊劍超，孫曉，等.兩種生物質(zhì)炭對果園酸化土壤改良效果的研究[J].山東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2016，48（2）：74-79.

[5]HOSHI T.A Practical Study on Bamboo Charcoal Use to Tea Trees[R].Japan：Tokyo University，2001.

[6]GLASER B，HAUMAIER L，GUGGEN BERGER G，et al.Black carbon in soils：the use of benzene carboxylic acids as specific markers[J].Organic Geochemistry，1998，29（4）：811-819.

[7]劉會，朱占玲，彭玲，等.生物質(zhì)炭改善果園土壤理化性狀并促進蘋果植株氮素吸收[J].植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報，2018，24（2）：454-460.

[8]傅秋華，張文標(biāo)，鐘泰林，等.竹炭對土壤性質(zhì)及草坪型高羊茅生長的影響[J].浙江林學(xué)院學(xué)報，2004，21（2）：159-163.

[9]王成己，王義祥，林宇航，等.生物黑炭輸入對果園土壤性狀及活性有機碳的影響[J].福建農(nóng)業(yè)學(xué)報，2012，27（2）：196-199.

[10]PICCOLO A，PIETRAMELLARA G，MBAGWU J S C.Effects of coal derived humic substances on water retention and structural stability of Mediterranean soils[J].Soil Use and Management，1996，12（4）：209-213.

[11]GLASER B，LEHMANN J，ZECH W.Ameliorating physical and chemical properties of highly weathered soils in the tropics with charcoala review[J].Biology and Fertility of Soils，2002，35（4）：219-230.

[12]黃超，劉麗君，章明奎.生物質(zhì)炭對紅壤性質(zhì)和黑麥草生長的影響[J].浙江大學(xué)學(xué)報（農(nóng)業(yè)與生命科學(xué)版），2011，37（4）：439-445.

（責(zé)任編輯：柯文輝）