秸秆生物炭对土壤含水量、有机碳及速效养分含量的影响

屠娟丽+费伟英+张洁慧

摘要：为改良设施栽培土壤理化性质，进行了在鸭儿芹设施栽培土壤中添加不同量的秸秆生物炭的试验，对比试验结果表明：适量添加生物炭有利于提高土壤有机碳、有效磷、速效钾、碱解氮的含量。

关键词：秸秆生物炭；土壤；有机碳；含水量；养分

中图分类号：S158

文献标识码：A 文章编号：1674-9944（2017）17-0104-03

1 引言

设施栽培已成为中国蔬菜生产的重要方式，其与露地栽培相比，土地生产力和光能利用率高，有利于促进农业土地集约化经营，加快农业产业化步伐。然而，近年来，由于管理不善，造成设施土壤理化性质变差，土地生产力和农业生产持续性下降。众多研究表明，生物炭施用于土壤后可提高土壤有机碳含量，降低土壤容重，提高土壤保水能力，增加土壤离子交换量，减少养分损失，提高土壤中养分利用率等作用。生物炭施用于土壤后产生的效果又跟生物炭种类、土壤类型、作物种类以及生产经营管理措施等多种因素有关。本项目将不同量的杭白菊秸秆生物炭用于鸭儿芹设施栽培，研究秸秆生物炭对土壤含水量、有机碳、效速钾、有效磷和碱解氮的影响，为改良设施栽培土壤，促进资源综合利用提供依据。

2 材料与方法

2.1 试验区概况

试验于2016 年12月中旬至2017年4月中旬在嘉兴市南湖区嘉兴农业投资发展有限公司农业园区内进行。试验地海拔2.5～2.8 km，属亚热带季风气候，年均温 15.9℃，极端最高气温41.4℃，极端最低气温-7.9℃。年平均有效积温4772 ℃，年平均降水量1200 mm，年平均日照时数2017 h，无霜期235 d。

2.2 试验材料

选用的生物炭由项目组自己研制，以杭白菊秸秆为原料，采用水热炭化工艺，生物炭的基本理化性质：有机碳467.5 g/kg，全氮5.2 g/kg，全磷0.63 g/kg，全钾29.5 g/kg，钙12.2 g/kg，灰分含量23.3%，pH值9.2。材料见图1。

试验地种植蔬菜为鸭儿芹，采用标准塑料大棚。11月1日播种，12月15日（土壤添加生物炭后15 d）选择高度和地径相近的苗定植，株行距为15 cm×15 cm，如图2。

2.3 试验设计

试验设置3个处理，每平方米施用量分别为100 g，200 g和300 g，3次重复，对照为不施用生物炭，小区面积10 m×1 m。12月1日将秸秆生物炭均匀撒苗床，结合翻耕将其混入种植层，深度20 cm左右。

2.4 试验方法

当移植苗恢复生长后，每隔1个月（1月15日，2月15日，3月15日和4月15日）在各小区耕层土壤（0～20 cm）随机钻取土样，每小区取10个点，混合均匀后再取样土作为检测材料。本试验共测6项指标，分别为土壤含水量、有机碳、速效钾、碱解氮、有效磷和pH 值。

3 结果与分析

3.1 不同施用量对土壤含水量的影响

土壤保水能力受土壤质地、结构和土壤有机质含量的影响。生物炭施入土壤后改变土壤孔隙度和团聚程度，最终影响到土壤的保水能力，影响程度取决于土壤比表面积的相对变化。本试验中不同处理土壤含水量与生物炭施用量的相关性不明显，见图3，这与高海英等研究结果不完全一致。

造成这种现象的原因可能是生物炭施用量低，低量生物炭通过增加土壤的孔隙度和土壤团聚体形成而增大的土壤比表面积不足以抵償土壤结构破坏引起的土壤比表面积的下降。差异不明显的还有一个原因是由于鸭儿芹喜湿，栽培过程中浇水量充足，基质一直处于湿润状态，也就是由于人为干涉太多，导致试验结果不明确。同一处理在不同时段测得的土壤含水量上存在差异，主要原因是不同时期天气不同加上测定前浇水量也存在差异，2017年4月中旬，雨水较多，因此4月测出的土壤含水量普遍高于其他几个月。

3.2 不同生物炭施用量对土壤有机碳含量的影响

生物炭通常含碳40%～75%，具有高度羧酸酯化和芳香化结构，表现出高度的化学和微生物稳定性，施入土壤能够提高土壤的有机碳含量，土壤有机碳含量的提高幅度取决于生物炭的施用量。本试验中土壤有机碳含量随着生物炭施用量增多而显著增加（如图4），明显高于对照。造成这种现象的原因可能是本试验所用生物炭中有机碳含量为46.75%，混入土壤后提高了土壤总有机碳含量，且提高的幅度与施用量呈正相关。

3.3 不同生物炭施用量对土壤速效钾含量的影响

生物炭中钾的有效性较高，施入后能直接提高土壤速效钾含量。此外生物炭施入土壤能增强土壤离子交换量，有效减少土壤中钾的淋溶损失。本试验用生物炭钾含量为29.5 g/kg，生物炭施入土壤后可能是通过直接提供速效钾和间接减少土壤中钾的淋溶，显著提高了土壤中速效钾的含量，如图5，与曾爱等的研究结果一致。

3.4 不同生物炭施用量对土壤有效磷含量的影响

由图6可知，1月15日测得结果3个处理与对照差异不明显，之后三个日期测得结果是不同添加量生物炭对土壤有效磷含量有显著影响，而且明显高于对照。生物炭中磷的有效性也较低，生物炭施入土壤对土壤有效磷含量的直接贡献可能很小。生物炭的效应以吸附土壤溶液中的磷酸根，减少土壤有效磷的淋溶，促进土壤有机态磷的矿化为主，因此未添加生物炭的土壤有效磷一直降低，而添加生物炭的土壤有效磷先升高，而后随着植物生长吸收呈下降趋势。

3.5 不同生物炭施用量对土壤碱解氮含量的影响

从图7可以看出，随着生物炭添加量的增加土壤碱解氮先升高再降低，当生物炭施加量达到300 g/m2时，土壤中碱解氮的含量反而降低，甚至低于对照。这一研究成果与曾爱等的研究不一致，但与周桂玉等的研究结果相同。造成这种现象的原因可能是在生物炭低施用量的条件下，生物炭的效应以吸附土壤溶液中的铵态氮和硝态氮，减少土壤氮的淋溶损失，和促进土壤中有机态氮的矿化，释放出铵态氮和硝态氮为主，表现出增加土壤碱解氮含量；而生物炭高施用量条件下，导致土壤C/N 过高，引起土壤碱解氮的生物固定，拮抗生物炭对土壤碱解氮的增加作用，致使高生物炭施用量处理土壤碱解氮反而降低。endprint

4 结论与讨论

4.1 结论

本试验研究从土壤含水量、土壤有机碳、速效钾、有效磷、碱解氮5个因素考虑，比较了不同秸秆添加量对土壤理化性质的影响。就试验的结果看，生物炭添加对土壤含水量影响不明显，土壤有机碳、速效钾、有效磷的含量随生物炭添加量的增加而增加，生物炭对土壤碱解氮的影响表现为先升高再降低，也就是说合理的生物炭添加量有利于提高土壤中碱解氮含量，但过多的生物炭添加则会降低土壤中碱解氮的含量。从本试验结果看，生物炭的添加在一定程度上能改变土壤的理化性质，增加土壤中的养分。

4.2 讨论

本试验结果与曾爱、占秀梅、房彬等人研究结果并不完全一致，主要原因是土壤理化性质受多种因素影响，本试验地环境条件，包括土壤物化性质、气候、水文条件具有独特性，其上栽培的作物也跟其他研究不同，加上人为的影响等多种因素，导致结果上有一定差异。土壤理化性质标志因素很多，本试验只检测 5项指标，生物炭添加对其他指标的影响有待研究。另外本试验只用了一种生物炭，而且只有3个处理，其他不同作物生物炭、不同添加量对土壤理化性质的影响也待验证。

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Abstract：In order to improve the soil physical and chemical properties，this experiment added different amounts of straw biochar in the facility cultivation soil of Cryptotaenia japonica Hassk.The results showed that the addition of biochar could increase the content of soil organic carbon，available phosphorus，available potassium and alkali nitrogen.

Key words： straw biochar；soil；organic carbon；moisture content；nutrientendprint