不同生物炭用量对湘西植烟土壤养分的影响

宋 亮,任天宝,李 敏，周亚军,杨永锋，云 菲，刘国顺*

(1.河南农业大学 烟草学院，河南 郑州 450002； 2.广东中烟工业有限责任公司，广东 广州 510000)

不同生物炭用量对湘西植烟土壤养分的影响

宋 亮1,任天宝1,李 敏2，周亚军1,杨永锋1，云 菲1，刘国顺1*

(1.河南农业大学 烟草学院，河南 郑州 450002； 2.广东中烟工业有限责任公司，广东 广州 510000)

通过大田试验，设置不施肥(T1)，常规施肥(T2)，减氮5%、10%、15%、20%常规施肥基础上施生物炭450(T3)、900(T4)、1 350(T5)、1 800(T6) kg/hm26个处理，研究生物炭对土壤养分的影响，以确定最适合湘西烤烟的生物炭用量。结果表明，随着生物炭用量的增加，各生育时期土壤有机质含量总体均呈现增加的趋势，施用生物炭处理有机质含量均大于不施肥和常规施肥处理，总体以移栽后60 d时较大，此时T6处理有机质含量最高，达37.83 g/kg，比不施肥处理增加24.72%，比常规施肥处理增加22.11%；与不施肥和常规施肥处理相比，施用生物炭可增加土壤碱解氮、速效磷和速效钾含量，且其随着生物炭用量增加先增加后降低，总体上，土壤碱解氮、速效磷含量均以T4、T3处理较高，速效钾含量以T5处理效果最佳，T4处理次之；施用生物炭可以增加土壤pH值和C/N，且其均随生物炭用量增加而增加，施用生物炭处理土壤pH值平均各生育时期分别比不施肥和常规施肥处理增加7.65%～13.75%和5.28%～11.25%。综合分析，施用生物炭可提高土壤养分含量，以T4处理效果最好，适宜在产区进行示范应用。

生物质炭； 植烟土壤； 碳氮比; 土壤特性

1 材料和方法

1.1 试验材料

于2015年，在湖南省湘西州永顺县松柏镇西元村(海拔800 m)进行田间试验。试验田土壤类型为水稻土，含有机质18.14 g/kg、速效氮139.85 mg/kg、速效磷13.38 mg/kg、速效钾230.73 mg/kg，pH值6.43。所用生物炭是由花生壳于450 ℃条件下低氧、炭化30 min制得，粉碎后过2 mm筛备用，含全氮2.3 g/kg、全碳524.1 g/kg、全磷6.5 g/kg、全钾9.87 g/kg，pH值9.15。供试烤烟品种为当地主栽品种K326。

1.2 试验设计

试验共设计6个处理，分别为不施肥(T1)，常规施肥(T2)，减氮5%、10%、15%、20%常规施肥基础上施生物炭450(T3)、900(T4)、1 350(T5)、1 800(T6) kg/hm2。常规施肥总氮用量为 120 kg/hm2，N ∶P2O5∶K2O=1∶1.5∶2。生物炭和常规肥料作为底肥一次性施入，底肥施加后保持田间持水量平衡15 d后移栽。所有处理水肥管理与大田管理一致。

1.3 土壤样品采集

试验地起垄前，采用五点取样法，取各处理0～20 cm土样，常温避光条件下风干、磨细、过筛，测土壤基础肥力。在烤烟移栽后30、45、60、75、90 d，采用五点取样法在烟垄上取两株烟之间 0～20 cm土层土壤，常温避光条件下风干、磨细、过筛，进行土壤碱解氮、速效磷、速效钾、有机质、全碳含量及pH值的测定。

1.4 测定项目及方法

碱解氮含量采用扩散法测定，速效磷含量采用0.5 mol/L NaHCO3提取—钼锑抗比色法测定，速效钾含量采用乙酸铵浸提—火焰光度法测定，有机质含量采用重铬酸钾比色法测定，pH值采用水土比2.5∶1浸提—酸度计法测定[11-15]。

1.5 数据处理

试验数据采用Excel 2010进行处理，采用SPSS 17.0软件进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 不同生物炭用量对植烟土壤有机质含量的影响

从图1可以看出，随着生物炭用量的增加，各生育时期土壤有机质含量总体均呈现增加的趋势，施用生物炭处理有机质含量均大于不施肥和常规施肥处理，总体以移栽后60 d时较大，此时T6处理有机质含量最高，达37.83 g/kg，比不施肥处理增加24.72%，比常规施肥处理增加22.11%，说明施用生物炭对土壤有机质含量的影响比较大，可明显增加土壤有机质含量。此外，烤烟移栽后60 d，各处理有机质含量开始呈现下降趋势，尤其是T6处理，这可能与烟草碳氮代谢的转变有关，由于施加氮素相对较少，后期土壤氮素水平较低，导致烟株由氮代谢向碳代谢的转变提前，对碳的吸收增加，引起土壤有机质含量迅速降低。

图1 不同生物炭用量对植烟土壤有机质含量的影响

2.2 不同生物炭用量对植烟土壤碱解氮含量的影响

与不施肥和常规施肥处理相比，各生育时期施用生物炭处理土壤碱解氮含量均增加，总体以T4、T3处理较高(图2)。移栽后30 d，施用生物炭各处理之间差异较小，可能是因为生物炭的吸附作用导致肥料释放的滞后性；移栽后45 d，碱解氮含量达到第一个峰值，但随生物炭用量增加，施用生物炭处理的碱解氮含量有所降低；移栽后60 d，除T6处理外，其他处理碱解氮含量均有所下降，可能是因为烟株处于旺盛生长时期，氮代谢较强，烟株大量吸收土壤中可利用氮素引起碱解氮含量降低；移栽后75～90 d，碱解氮含量又出现缓慢增加趋势，可能与烟株碳氮代谢的转变有关，碱解氮含量以T4处理最高，说明适宜用量的生物炭对土壤氮素的吸收有促进作用。

图2 不同生物炭用量对植烟土壤碱解氮含量的影响

2.3 不同生物炭用量对植烟土壤速效磷含量的影响

由图3可以看出，施用生物炭可以增加土壤速效磷含量，以T3、T4处理效果较好。随着生育期的推进，土壤速效磷被烤烟吸收，在移栽后60 d各处理土壤速效磷含量总体均降到最低；移栽后75～90 d，各生物炭处理的土壤速效磷含量又表现出增加趋势，T4处理在移栽后75、90 d分别比移栽后60 d增加14.35%、17.91%，T3处理则分别增加9.5%、14.7%。上述结果说明，适宜用量的生物炭对肥料有缓释作用，在烤烟生育后期促进了土壤速效磷含量的增加，但随着生物炭用量的进一步增加，对土壤速效磷的增加作用减弱。

图3 不同生物炭用量对植烟土壤速效磷含量的影响

2.4 不同生物炭用量对植烟土壤速效钾含量的影响

土壤速效钾是指易被作物吸收利用的钾，尽管速效钾只占土壤全钾的1%～2%，但由于能被当季作物所吸收，对作物的钾素营养状况有直接影响，其含量高低是判断土壤钾素丰缺的重要指标。从图4可以看出，施用生物炭对土壤速效钾含量有明显影响，与不施肥和常规施肥处理相比，施用生物炭处理在烤烟各生育时期均提高了土壤速效钾含量。移栽后30 d，除不施肥处理T1外，各处理间差异并不大；从移栽后45 d起，随烟株生育期的推进，施用生物炭处理土壤速效钾含量总体呈现增加趋势。同一生育时期内，各处理土壤速效钾含量均随着生物炭用量的增加先增加后降低，与烟株对养分的吸收规律一致，总体表现为T5处理效果最佳，T4处理次之。

图4 不同生物炭用量对植烟土壤速效钾含量的影响

2.5 不同生物炭用量对植烟土壤pH值的影响

生物炭主要以六碳环芳族化合物形式存在，它是由无序排列的芳香碳构成的非晶质，含有少量矿物质和可挥发有机化合物，呈碱性，施加到土壤中可以增加土壤的pH值，具有改良酸化土壤的作用。湘西烟区降雨量较为丰沛，pH值介于5.5～7.0，土壤偏酸性。从图5可以看出，土壤pH值随生物炭用量增加而增加，且随烤烟生育期的推进总体呈增加趋势。施用生物炭处理平均各生育时期土壤pH值分别比不施肥和常规施肥处理增加7.65%～13.75%和5.28%～11.25%。T6处理土壤pH值介于7.72～8.17，明显改良了土壤酸度。

2.6 不同生物炭用量对土壤C/N的影响

从图6可以看出，施用生物炭对增加土壤C/N有显著作用，不施肥T1处理土壤C/N为10.50～12.99，常规施肥T2处理为11.51～14.45，施用生物炭处理为14.02～16.92。随生物炭用量增加，土壤C/N呈现增加趋势，且与不施肥和常规施肥处理差异显著(T3处理除外)。移栽后60 d，各生物炭处理与T1、T2处理相比差异尤为显著，可能是因为烟株处于旺盛生长时期，碳氮代谢较强，从土壤中吸收大量的养分用于自身生长发育及形态建成，导致土壤C/N下降，生物炭与氮肥配施处理由于生物炭固持的较多养分释放到土壤中，使土壤C/N增加。

图5 不同生物炭用量对植烟土壤pH值的影响

不同字母表示同一时期不同处理之间差异显著(P<0.05)图6 不同生物炭用量对植烟土壤C/N的影响

3 结论与讨论

本研究结果表明，施用生物炭提高了土壤有机质含量和pH值，提高幅度均随生物炭施用量的增加而增加，这可能是因为生物炭本身富含大量有机碳，施入土壤后与土壤中的有机质产生激发效应，从而提高了有机碳的矿化速率，这与Van等[16]、黄超等[17]的研究结果一致；各生物炭处理增加土壤pH值可能是因为生物炭pH值较高，而湘西雨水较充足，土壤偏酸性，从而改变了土壤酸度。施用生物炭可增加土壤碱解氮、速效磷和速效钾含量，且其随着生物炭用量增加先增加后降低，这是因为生物炭最为重要的功能是作为土壤修复剂和驱使土壤养分转化，其次才是作为养分的主要来源[18]，生物炭作为肥料的缓释载体以及土壤养分的“源”，存在一定的“度”，超过这个“度”后其激发效应会受到影响，一定程度上限制土壤养分的转化；也有研究认为是因为生物炭的碳氮比过高，施入土壤后降低了土壤养分的可利用性和氮素的有效性[19]，以及高pH值所致，具体原因还有待进一步研究。本研究结果表明，土壤碱解氮、速效磷、速效钾随生物炭用量增加呈现出先增加后降低的趋势，与曾爱等[15]的研究结果一致。

综上，施用生物炭促进了土壤有机碳的矿化，增加了土壤有机质及速效养分含量，改善了土壤的酸度，使土壤碳氮比提高，为土壤微生物活动提供了良好的条件，改善了土壤微生态环境。综合分析，以T4处理效果最好，适宜在产区进行示范应用。

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Effects of Different Amounts of Biochar on Soil Nutrients of Flue-cured Tobacco in West Hunan

SONG Liang1,REN Tianbao1,LI Min2,ZHOU Yajun1,YANG Yongfeng1,YUN Fei1,LIU Guoshun1*

(1.College of Tobacco Science，Henan Agricultural University，Zhengzhou 450002,China;2.China Tobacco Guangdong Industrial Co.,Ltd.,Guangzhou 510000，China)

In order to determine the most suitable biochar dosage for flue-cured tobacco in West Hunan,a field experiment was conducted with different amounts of biochar[T1：no fertilizer，T2：conventional fertilization，T3—T6：450(T3)、900(T4)、1 350(T5)、1 800(T6) kg/ha biochar based on conventional fertilization with nitrogen amount reduced by 5%，10%，15%，20%].The results showed that on the whole,with the increase of biochar amount,the soil organic content increased,and the organic content order was T3—T6>T1,T2，the organic content was the highest at 60 d after transplanting,the organic content of T6 treatment was the highest with 37.83 g/kg at this time,which increased by 24.72%,22.11% compared with T1,T2 treatments.Compared with T1 and T2 treatments,the application of biochar increased soil available nitrogen,phosphorus and potassium contents,which first increased and then decreased with the increase of biochar amount,soil available nitrogen,phosphorus contents of T3 and T4 treatments were higher,available potassium content of T5 treatment was the best,followed by T4 treatment.The pH value and the ratio of carbon to nitrogen of soil were increased with the application amount of biochar,and the pH value increased by 7.65%—13.75% and 5.28%—11.25% compared with T1 and T2 treatments respectively. In short,the application of biochar could notably improve the soil nutrients,and T4 treatment worked best to application for demonstration in the region.

biochar; tobacco-planting soil; ratio of carbon to nitrogen; soil characteristics

2016-08-10

广东中烟工业有限责任公司基金项目[粤烟工15XM-QK(2013)-01]

宋 亮(1991-)，男，吉林长春人，在读硕士研究生，研究方向：植物营养与烟草栽培。 E-mail：1530498029@qq.com

*通讯作者：刘国顺(1954-)，男，河南叶县人，教授，主要从事烟草栽培生理生化研究。E-mail:liugsh1851@163.com

S158;S153.6

A

1004-3268(2017)02-0043-06