生物质炭输入对葡萄果园土壤肥力和产量的影响

张计峰 ,蒲胜海 ,马雪琴 ,王则玉 ,丁 峰

(新疆农业科学院土壤肥料与农业节水研究所，乌鲁木齐 830091)

生物质炭输入对葡萄果园土壤肥力和产量的影响

张计峰 ,蒲胜海 ,马雪琴 ,王则玉 ,丁 峰

(新疆农业科学院土壤肥料与农业节水研究所，乌鲁木齐 830091)

【目的】了解果园肥力状况，设置不同有机物输入对土壤肥力的影响，为保持葡萄果园肥力提供理论依据。【方法】采用调查与大田试验相结合，设置不同的有机物料和用量水平，室外和室内测定土壤和植株相关指标。【结果】果园土壤中有机质含量与有机肥投入直接相关，其中可溶性有机碳含量与土壤中有机质含量呈正相关关系；生物质炭相比较农家肥羊粪对于增加土壤中有机质含量作用突出，在提高果树单产方面优势明显，但施入农家肥羊粪有利于提高土壤可溶性有机碳、微生物碳含量。【结论】果园土壤添加生物质炭可以提高土壤中有机质含量并提高作物产量，可以作为保持果园肥力的重要手段之一。

葡萄；生物质炭；土壤；肥力

0 引 言

【研究意义】种植葡萄是吐鲁番地区农民增收的重要来源之一，随着葡萄种植年限的增加，农民对果园田间管理和投入不均衡等原因造成果园土壤肥力下降不能满足葡萄产业持续发展的需要，而通过生物质炭对土壤作用的研究证明其对改善土壤结构、提升土壤肥力方面作用明显，因此研究将生物质炭引入到提升葡萄果园地力进行研究对于吐鲁番地区葡萄产业的健康发展有十分重要的意义，同时也是对生物质炭作用研究的重要补充。【前人研究进展】由于我国中低产田在耕地中比例较大，如何保持并提高土地产出水平尤为重要[1-2]。近年来，生物质炭农用方面研究较多，我国具有非常丰富的生物质炭资源，生物质炭不仅可以提高土壤肥力、提高土壤碳库水平、减少氮素流失，而且可以废弃物排放，促进循环农业发展[3-7]。生物质炭施入土壤中主要有改善土壤物理环境、增加土壤孔隙度、促进根系发育、提高矿质元素活性等作用，对于提高作物产量和保持地力有十分积极的作用[8-11]。【本研究切入点】选择葡萄作为研究对象，探索生物质炭在葡萄果园土壤中对于提高土壤肥力的作用，并与常规农家肥进行比较研究其对土壤有机质、可溶性有机碳、矿质元素以及果树产量方面的优势。【拟解决的关键问题】通过设置不同的有机物品种和用量，探明生物质炭对于提高作物产量的作用以及探索生物黑炭在果园中适宜的用量，

1 材料与方法

1.1 材 料

对新疆吐鲁番地区葡萄果园进行有针对性的农户调查。调查内容主要包括果园基本情况(建园时间、果树种类、树龄、株行距、种植面积及产量)、施肥情况(施入果园有机肥、化肥种类及施用量，果园施肥次数、施肥时期及农业用工量)、土壤肥力现状(土壤有机质、全量及速效氮、磷、钾含量、微量元素含量等)，果树树体养分状况(叶片和果实中矿质养分的含量)，综合调查结果和室内指标测定结果，结合农田土壤肥力分级标准，进行果园土壤肥力等级划分。对吐鲁番市主要7个乡镇种植的葡萄地，按照项目要求选择调查取样样板田，对样板区的地形地貌、土壤类型、地力等级等因素进行全面分析，合理规划，分高、中、低产田布置采样点位，共安排调查取样样板田100个，其中：胜金乡15个，二堡乡10个，三堡乡15个，恰特卡勒乡15个，艾丁湖乡10个，亚尔乡20个，葡萄乡15个。每个样板田面积不少于1 hm2，各乡镇样板田数量按照地力水平和产量水平高、中、低1∶1∶1比例取样。样品采集后，土壤样品测定土壤中有机质、全氮、碱解氮、速效磷、速效钾及微量元素含量，植株样品测定叶片氮磷钾含量，果实品质，商品性。

1.2 方 法

1.2 .1 试验设计

选择土壤肥力相对较低的无核白葡萄果园进行试验，选择不同来源有机物料：商品有机肥(生物质炭)、农家有机肥(羊粪)，每种有机物料设置4个不同梯度施用量，其中生物质炭有机碳含量495 g/kg,全氮7.4 g/kg,全磷12.8 g/kg,全钾50.1 g/kg，羊粪有机质含量为27%，全氮7.8 g/kg,全磷5.2 g/kg,全钾5.6 g/kg，共8个处理，每处理30棵果树，每处理3次重复，随机排列。有机物料在秋季果实收获后以环状施肥法一次性施入果园，磷肥、钾肥配合有机肥一次性全部基施，尿素施用量的60%配合有机肥基施，剩余40%在膨果前期追施。表1

表1 有机物投入方案

Table 1 The scheme of using organics matter to increase soil fertility

1.2.2 样品采集

依据果树生长特性，在果树生长关键期(萌芽期、开花期、生果期、果实膨大期、果实成熟期)，采集各处理0～30 cm、30～60 cm土层土样。表2

表2 土壤基本理化性质

Table 2 The basic physicochemical property of soil

深度Depth(cm)pH总盐Totalsalt(g/kg)全氮TotalN(g/kg)有机质Organic(g/kg)速效氮AvailableN(mg/kg)速效磷Olesen-P(mg/kg)速效钾AvailableK(mg/kg)0～307 661 20 5707 00735 113 513730～608 010 70 3456 06632 511 69260～908 012 50 2674 69142 15 485

1.2.3 测定指标

有机物料成分：全氮采用凯氏定氮法，有机质采用高锰酸钾氧化法，全钾采用硝酸-高氯酸钾法。土壤理化指标：有机质、可溶性碳采用高锰酸钾氧化法和速效氮采用碱解扩散法、速效磷采用钼提抗比色法、速效钾钾采用火焰光度计法及土壤pH值、盐分。

2 结果与分析

2.1 果园肥力调查

研究表明，高产田和中产田总体肥力显著高于低产田，高产田与低产田土壤全氮、有机质、碱解氮含量差异较小，高产田速效磷和速效钾含量高于中产田。0～60 cm深度土层土壤低产田有机质、速效磷含量显著低于高产田和中产田。因此，中产田地力水平与高产田相当，土壤养分含量不是中产田产量限制性因素，其产量低于高产田可能与田间管理、土壤质地和其他因素有关。表3

表3 不同地力水平土壤养分含量

Table 3 The soil fertilizer content by different treatments

地力划分Landlevel取样深度Depth(cm)全氮TotalN(g/kg)有机质Organic(g/kg)速效氮AvailableN(mg/kg)速效磷Olesen-P(mg/kg)速效钾AavailableK(mg/kg)高产田Highfield0～200 93018 92877 32140 515020～400 78215 47866 97151 917540～600 65012 76350 61733 9170中产田Middlefield0～200 94718 33470 30033 614820～400 72613 86160 19243 914840～600 72814 09165 64242 3152低产田Lowfield0～200 79314 64377 60928 314520～400 74113 64767 09032 515940～600 57510 77563 73323 3136

通过分析调查结果，将土壤有机质含量与土壤可溶性有机碳(DOC)含量进行相关性分析发现，土壤中有机质含量和有机肥料品种、施用量、田间操作等相关，但土壤有机质含量和DOC呈显著正相关关系，DOC是土壤有机质中最为活跃的部分，与植物生长直接相关，是判断土壤肥力的重要指标之一。图1

图1 土壤有机质含量与土壤中DOC含量

Fig.1 The relationship of soil organic matter and DOC

2.2 不同有机物料输入对土壤有机质含量的影响

通过向葡萄果园施入不同种类有机物料，不同有机物料种类和施入量对土壤有机质含量的影响为试验所选择的两种有机物料生物质炭和羊粪均可提高土壤中有机质的含量，在当年施入后，由于有机物质矿化程度低，在有机质测定结果中显示，土壤中有机质含量上升，2014相对于2012年，土壤中有机质含量下降，但仍显著高于空白处理。研究结果显示通过添加生物质炭的方式来提高土壤中有机质含量效果优于羊粪，但由于有机质变化缓慢，需要多年才可稳定下来，因此有机物料对土壤有机质含量的影响需要时间的进一步验证。图2

图2 不同处理土壤有机质含量

Fig. 2 The soil organic matter content of different treatmens

2.3 施用不用有机物对葡萄果园土壤DOC含量的影响

土壤中添加生物质炭和农家肥均可增加土壤中DOC含量，随着用量增加DOC随之增加。生物质炭处理M和1.5 M水平二者对增加土壤DOC作用差别不显著。在等有机物用量下，0.5 M和0.5 SM二者比较发现，羊粪对于增加土壤DOC作用优于生物质炭。图3

图3 2012和2014年土壤中DOC含量

Fig. 3 The content of soil DOC in differrent time

2.4 施用不用有机物对葡萄果园土壤速效磷含量影响

通过分析添加不同有机物各个处理下土壤矿质养分含量发现，有机物输入可以显著增加土壤表层土壤中有效磷含量，与对照相比，在生物质炭投入量达到1 000 kg/667m2量下葡萄根区土壤速效磷含量提高32%,在生物质炭投入量达到1 500 kg/667m2，根区土壤速效磷含量相对于对照相比提高83%。这很可能与生物质炭的吸附性强有关，生物质炭可将土壤中磷缓慢吸附后在灌水的作用下将磷缓慢释放，起到了缓释的作用，提高了磷肥的利用效率。通过比较生物质炭和羊粪对提高土壤中有机质和有效磷贡献，发现生物质炭作用突出。图4

图4 不同处理土壤有效磷含量

Fig. 4 The content of olsen-P in 0-40 cm depth soil

2.5 施用不用有机物对葡萄产量的影响

虽然生物质炭和农家肥在土壤中输入均可增加土壤中DOC含量，但生物质炭对于提高产量作用明显。 同时，有机物投入对作物产量增加作用呈递减趋势。通过对比2012和2013～2014年平均产量可以发现，土壤中添加生物质炭对于葡萄单产的增加效果优于羊粪。原因很可能与前面内容中生物质炭对于磷的活化有关。图5

图5 2012 和2013～2014年葡萄单株产量

Fig. 5 The grape yield of single plant from 2012 to 2014 year

3 讨 论

近年来，农业废弃物生物质炭转化和农业应用作为一种农业增汇减排和提高土壤生产力技术途径得到国际科学界的广泛重视，生物质炭在土壤中稳定性较高，可以很好的改善土壤物理性质，能够提高土壤保水保肥能力[12-15]。目前，生物质炭在果树上应用较少，由于果树施肥方式与大田作物明显不同[16-17]，如何在果树上合理应用生物质炭，发挥生物质炭改良土壤提高地力是研究的切入点。研究结果表明，生物质炭能够促进根区土壤磷素的利用效率，改善土壤物理环境，因此，生物质炭处理单位面积的经济产量高于其他处理。但是与常规农家肥相比，施入生物质炭后，土壤中可溶性有机碳含量较农家肥处理偏低，即农家肥处理可以增加土壤中活性有机碳含量，这与生物质炭的矿化速率低于农家肥有关。

4 结 论

4.1 果园根区土壤施入生物质炭通过改善土壤物理环境、提高磷素利用效率的作用提高单位面积土地产出，相对于对照处理田间施入生物质炭葡萄产量提高10%～15%。

4.2 施用生物质炭处理可以提高土壤有机质含量，但土壤有机质最为活跃部分可溶性有机碳含量并没有提高，而田间施用农家肥处理土壤中的可溶性有机碳含量显著增加。

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Fund project:Supported by Science and Technology Planning Program of Xinjiang Uygur Autonomous Region (201130102-2)

Effect of Applying Biochar on the Quality of Orchards Soil and Grape Cropping in Xinjiang, China

ZHANG Ji-feng, PU Sheng-hai, MA Xue-qin, WANG Ze-yu, DING Feng

(ResearchInstituteofSoil,FertilizerandAgriculturalWaterConservation,XinjiangAcademyofAgriculturalSciences,Urumqi830091,China)

【Objective】 To provide theoretical basis for retaining grape orchard soil fertility through investigating orchards fertility conditions and study the effect of biochar on orchards fertility. 【Method】 The research technique of investigation and field experiment was adopted to determine correlation index of soil and plant. 【Result】 The finding showed that the content of organic was related to organic fertilizer, and the solubility organic carbon was positively correlated to the content of soil organic; compared with farmyard manure, biochar could increase the organic matter of soil and increase the cropping of grape. Farmyard manure could increase the soil soluble organic and microbe carbon. 【Conclusion】 Adding biochar in orchard soil could increase the content of organic matter and crop output, and it could be one of methods to retain orchard fertility.

grape; biochar; soil; fertility

10.6048/j.issn.1001-4330.2016.01.023

2015-03-17

新疆维吾尔自治区科技计划项目(201130102-2)

张计峰(1981-),男，山东兖州人，副研究员，研究方向为土壤与植物营养，(E-mail)zhongfu1234@163.com

马雪琴(1961-),女，江苏镇江人，研究员，研究方向为土壤与植物营养，(E-mail)516115441@qq.com

S663.1;S606

A

1001-4330(2016)01-0170-07