施用生物炭对红壤和潮土种植小白菜氮素利用的影响

方 明，任天志，赖 欣，王知文，2，宋婷婷，3，陈建汶，4，李 洁*，张贵龙*

（1．农业农村部环境保护科研监测所，天津 300191；2．东北农业大学资源与环境学院，黑龙江 哈尔滨 150030；3．沈阳农业大学植物保护学院，辽宁 沈阳 110866；4．天津农学院农学与资源环境学院，天津 300380）

近年来，作为一种优良的土壤改良剂，生物炭被广泛应用于改土培肥、协同增产等方面，对我国实现废弃物资源化利用和环境保护，以及发展环境友好型农业有重要意义［1-2］。

生物炭具有多孔性、比表面积大、离子交换量大［3］等特性，能够有效改善土壤结构，减小水分的渗滤速度，提高土壤持水性能［4］，刺激作物根系生长和养分吸收［5］，进而提高作物产量［6］。Spokas［7］指出，目前50%的研究中生物炭能够使作物增产，30%的研究显示其对作物没有增产效果，甚至20%发生减产。Rogovska 等［8］和王典等［9］的研究也显示，生物炭本身携带的养分、制备过程不完全燃烧、热解过程中产生的有毒物质，及施入土壤带来的pH 值、C/N 变化可能是导致作物生长差异的主要原因。Verheijen 等［10］进一步分析指出，在盆栽和田间条件下，施用生物炭对作物养分吸收和产量的影响与其施用量、土壤类型等因素显著相关。

潮土占我国耕地面积60%，是黄淮海平原的代表性土壤［11］。红壤占我国耕地面积的30%，是我国亚热带湿润地区分布的重要耕作土壤类型。这两类土壤均是我国大陆重要的土壤类型，空间分布上存在南北差异，成土母质不同，且质地、酸碱性相反。前期研究显示，生物炭施入对两类土壤养分利用、作物生长等影响不同，是由于生物炭表面具有的碱性基团，使其更易成为酸性土壤的改良剂，能够降低氮素损失，提高氮素利用效率，促进作物生长［9］。而在碱性农业土壤中施用生物炭，可能引发养分有效性降低的问题，影响作物生长［11］。

根系是作物吸收水分、养分的重要器官，其分布特征和发育情况不仅与作物地上部生长性状、产量关系密切，也与土壤氮素养分吸收紧密相关，形态结构优良且活力高的根系是作物生长发育、氮素吸收利用和产量形成的重要保证［12］。在农业上，氮素输入包括肥料氮、矿化氮和土壤残留氮，氮素输出包括作物吸收、土壤残留和表观损失，土壤-作物体系的氮素平衡是评价氮肥管理合理与否的关键。生物炭具有的疏松多孔特性可提高土壤通气性，有利于作物根系的生长［13-14］。以往生物炭对不同土壤氮素迁移和转化的作用主要集中在氮素转化过程、微生物作用机理等方面［15-16］，对作物根系的研究也主要集中在作物根系系统发育上［17］，缺乏将根系特征与氮素养分吸收和不同土壤-作物体系的氮素平衡相结合的研究。本研究以潮土和红壤为对象，利用500℃厌氧热解制备花生壳生物炭，设质量比为B1（0.5%），B2（1%），B3（2%），B4（4%）的生物炭均匀掺混梯度，以小白菜为供试作物：1）观测生物炭施用对作物根系形态和地上部产量的影响；2）对比研究生物炭对两类土壤氮素残留、种植小白菜氮素吸收和淋失量的影响；3）解析生物炭对土壤-作物体系氮素平衡的整体影响，及根系特征指数与氮素利用指标相关性，探讨生物炭对潮土和红壤小白菜生长和氮素利用的影响，以期丰富生物炭农田管理的理论基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试花生壳生物炭为500℃厌氧热解制备（河南三利新能源公司），其pH 值为9.72，比表面积为5.38m2/g，碳含量为719.26g/kg，氮含量为17.63g/kg。供试土壤为潮土和红壤。潮土采集地点为天津市武清区梅厂镇周庄村（39°36′12″N，117°13′06″E），其pH值为7.99，有机碳含量为7.22g/kg，硝态氮含量为27.90mg/kg，铵态氮含量为5.21mg/kg，容重为1.61g/cm3，土壤毛管持水量18.5%；红壤采集地点为湖南省长沙市长沙县金井镇脱甲村（28°25′04″N，113°21′48″E），其pH 值为4.82，有机碳含量为10.26g/kg，硝态氮含量为6.90mg/kg，铵态氮含量为1.72mg/kg，容重为1.62g/cm3，土壤毛管持水量19.4%。分层对0～20 和20～40cm 土壤采集，两处采集地点均长期种植露地蔬菜，主要种植小白菜、甘蓝等叶菜类蔬菜。土样分层风干、混合过5mm 筛，用于土柱填装。供试作物为小白菜（Brassica rapa L．chinensis），生长周期为40d左右，施用氮肥为尿素。

1.2 试验设计

试验采用土柱培养试验，设6 个处理，包括：空白对照处理（CK），单独施用氮肥处理（N），施用生物炭和施肥处理，生物炭与土壤的质量比设B1（0.5%）、B2（1%）、B3（2%）和B4（4%）4 个水平。红壤（R）各处理表示为RCK、RN、RB1N、RB2N、RB3N、RB4N；潮土各处理表示为MCK、MN、MB1N、MB2N、MB3N、MB4N，每个处理设3 次重复。

分两层将土壤装入淋溶土柱装置，土柱装置参见文献［18］，先装20～40cm 土层，后装0～20cm土层，其中0～20cm 土层为土壤与生物炭充分混匀后慢慢压实装入［18］。每个土柱内填装的生物炭和土壤总质量均为12kg，各处理之间土壤高度相差不超过2cm。将小白菜种子在育苗盘中进行培养。5 月初将育苗盘中长出2 片真叶的小白菜进行移植，10d左右待植株生长稳定后进行间苗，每个处理保留3 株小白菜。每个土柱加3.07g（约为450kg/hm2）尿素（CK 除外），尿素在植株移植后第二天溶解后施入。参照Hansen 等［19］的方法，配制并施入含有磷钾等多种养分的营养液。试验期间通过土壤水分传感器（Unism，In.，Beijing，China）监测土壤含水量，及时用蒸馏水浇灌以补充水分，保持土壤体积含水量为30%～40%。

1.3 样品采集

试验结束后，采集0～20cm 耕层土壤，土样采集后，一部分保存于-20℃冰箱，用于土壤NO3--N和NH4+-N 含量的测定，另一部分风干后研磨过筛，用于土壤全氮、有机质、pH 值等土壤理化性状的测定。植物在收获后完整取样，采用挖掘法取0～40cm 土层根系，根系和叶片部分用蒸馏水冲洗后，测量植物鲜重，同时进行根系扫描，测定根系形态特征。鲜样测定完成后，将根系和叶片部分经75℃、72h 烘干，测定植株干重，随后研磨过0.149mm 筛测定植株全氮含量。淋滤液通过土柱的集液装置进行收集，过滤，放入-20℃冰箱待测。

1.4 试验方法

利用EPSON EXPRESSION1680扫描仪将根系扫描成像后，通过根系分析软件WinRHIZO 对根系图像进行分析处理，测量根系特征参数。

植物硝酸盐含量采用水杨酸比色法测定［20］；植株全氮含量采用凯氏定氮法测定。

土壤全氮采用凯氏定氮法测定；土壤硝态氮和铵态氮、淋滤液无机氮含量采用AA3 型流动分析仪（AA3，Bran+Luebbe Corp，德国）测定。

生物炭的碳、氮含量由元素分析仪（Vario Micro cube，Elementar Corp，德国）进行测定。

1.5 土壤-作物体系氮素平衡与利用效率计算［21-22］

收获指数=地上部干重（g）/［地上部干重（g）+地下部干重（g）］×100%

根冠比（%）=地下部干重（g）/地上部干重（g）×100

氮肥偏生产力（kg/kg）=作物产量（kg/hm2）/施氮量（kg/hm2）×100%

氮素吸收（kg/hm2）=小白菜干物重（kg/hm2）×含氮率（g/kg）/1000

植物氮素吸收效率（%）=（施氮区植株总吸氮量-无氮区植株总吸氮量）（kg/hm2）/氮肥施用量（kg/hm2）×100

氮素表观矿化量（g）=对照区作物吸氮量（g）+对照区收获后无机氮量（g）-对照区播种前无机氮量（g）

表观无机氮残留（g）=收获后土壤无机氮含量（mg/kg）×12kg（土壤重量）/1000

氮素表观损失量（g）=氮素总投入量（g）-植株累积吸氮量（g）- 收获后土壤无机氮量（g）

氮肥表观残留率（%）=［施氮处理土壤无机氮残留（g）-对照土壤无机氮残留（g）］/施氮量（g）×100

氮肥表观利用率（%）=［施氮处理植株累积吸氮量（g）-不施氮处理植株累积吸氮量（g）］/施氮量（g）×100

氮肥表观损失率（%）=100%-氮肥表观利用率-氮肥表观残留率

氮素淋失量（mg）=淋滤液无机氮浓度（mg/L）×淋滤液体积（mL）×1000

小白菜吸氮量在计算氮素平衡时通过土柱面积进行定量折算。

1.6 数据处理分析

利用Excel2007 对数据进行处理以及图表的绘制，利用SPSS17.0 软件对试验数据进行方差和相关性统计分析，Duncan 多重比较判断处理间的差异显著性（P＜0.05）。

2 结果与分析

2.1 施用生物炭对小白菜生物量和根系形态指标的影响

2.1.1 施用生物炭对小白菜生物量的影响

图1 施用生物炭对不同土壤小白菜生物量及其分配的影响

如图1 所示，施用生物炭对小白菜地上部和地下部干重均影响显著。与单施氮肥处理（MN，RN）相比，施用生物炭在红壤上，小白菜地上和地下部的生物量分别提高了35.7%～69.0%、63.0%～77.1%；而施用在潮土上，小白菜地上和地下部的生物量则分别降低了59.1%～77.2%、70.6%～80.6%。但不同生物炭施用量之间没有显著差异，施用生物炭也未对小白菜的收获指数产生显著影响。在生物量分配上，潮土种植小白菜的根冠比在施用2%、4%生物炭时显著降低了24.6%和25.2%；而红壤种植小白菜根冠比整体上降低了48.6%～58.3%，说明超过一定量的生物炭施用显著降低了小白菜的根冠比。

2.1.2 施用生物炭对根系形态指标的影响

进一步分析可知，施用生物炭不仅显著影响小 白菜生物量，也对其根系形态特征指标影响显著（表1）。在红壤中随生物炭施用量的增加，小白菜主根长和根体积显著增加，根表面积则呈先显著增加后降低趋势，当生物炭施用量为0.5%和1%（RB1N，RB2N）时，小白菜根表面积最大，分别为65.53 和69.59cm2，较RN 处理分别提高47.5%和56.7%，而当生物炭施用量超过1%，根表面积迅速减小，其中RB4N 处理仅为34.44cm2，显著低于对照。而在潮土中施用生物炭时，与单施氮肥处理（MN）相比，小白菜主根长降低了11.5%～30.1%，根表面积减小了45.6%～55.9%。以上论述说明，在红壤施用一定量生物炭，可促进小白菜根系生长；而生物炭施用在潮土却一定程度上抑制了小白菜根系生长。

表1 施用生物炭对不同土壤小白菜根系形态指标的影响

2.2 施用生物炭对作物氮素吸收的影响

由图2 可知，施用生物炭显著影响小白菜对氮素的吸收效率和硝酸盐含量。与空白对照相比，不同处理小白菜植株全氮含量均有所提高，但仅红壤施用4%生物炭处理（RB4N）增幅达显著水平。然而，施用生物炭则显著降低植株硝酸盐含量，红壤和潮土各施用生物炭处理分别较单施氮肥处理降低了40.9%～84.6%和18.8%～75.0%。

与单施氮肥（RN）相比，红壤施用生物炭处理显著增加小白菜氮素吸收效率和氮肥偏生产力，增幅分别达44.7%～59.6%和32.0%～63.2%。而在潮土施用生物炭，其氮素吸收效率和氮肥偏生产力降幅分别达64.7%～73.5%和65.1%～79.3%，随生物炭施用量的增加，氮素吸收效率无显著变化，但氮肥偏生产力呈显著降低趋势。综上说明，施用生物炭虽然总体上增加小白菜氮素吸收效率和氮肥偏生产力，但过量施用生物炭，仍可能影响作物对氮素的吸收。

2.3 施用生物炭对红壤和潮土氮素残留和淋失量的影响

2.3.1 生物炭对潮土和红壤氮素淋滤液体积和淋溶动态的影响

图2 施用生物炭对不同土壤种植小白菜氮素利用率的影响

两种土壤淋滤液的体积如图3所示。与单施氮肥相比，施用生物炭显著降低了潮土和红壤的总淋失量，其中，潮土淋滤液体积显著降低了27.4%～48.2%，与单施氮肥（N）相比，在红壤中施用2%和4%生物炭处理（RB2N，RB3N）显著降低了淋滤液体积16.2%和17.5%。

图3 施用生物炭对不同土壤淋滤液的体积的影响

生物炭对淋滤液中无机氮浓度的影响主要发生在淋溶初期。由图4 可以看出，潮土的淋滤液中铵态氮浓度在0.05～0.47mg/L 之间，硝态氮的浓度在1.07～8.84mg/L 之间，并且单施氮肥处理MN 的淋滤液中无机氮浓度最高。红壤淋滤液中铵态氮的浓度在0.06～11.59mg/L 之间变化，硝态氮的浓度在1.73～15.59mg/L 之间变化。但不同的生物炭施用量对淋滤液无机氮浓度未产生显著影响。

2.3.2 施用生物炭对潮土和红壤无机氮淋溶和氮素残留的影响

施用生物炭对两种土壤氮素淋溶损失如图5a、b 所示。与单独添加氮肥相比，施用生物炭显著减少了红壤硝态氮和铵态氮淋失量25.8%～73.0%和26.3%～55.0%（添加0.5%生物炭处理RB1N 淋失量显著增加了20.8%）；降低潮土硝态氮和铵态氮淋失量为11.9%～34.2%和87.2%～97.1%，其中随生物炭施用量的增加，两种土壤铵态氮和硝态氮的淋失量均呈降低趋势。

施用生物炭对两种土壤氮素残留的影响如图5c、d 所示，与单施氮肥处理相比，红壤施用0.5%和1%生物炭处理（RB1N，RB2N），土壤硝态氮残留量显著降低，施用2%和4%生物炭处理（RB3N，RB4N），土壤硝态氮残留量则显著增加；土壤铵态氮残留量随生物炭施用量的增加而显著降低。潮土施用生物炭处理的硝态氮残留量在104.93～147.54mg/kg，整体上高于红壤施用生物炭处理35.72～140.85mg/kg。与单施氮肥处理相比，潮土硝态氮残留量在1%和2%生物炭处理较高，而添加0.5%生物炭处理铵态氮残留量最高，而后随生物炭施用量的增加显著降低。

图4 不同土壤施用生物炭的淋滤液无机氮含量动态变化

图5 施用生物炭对不同土壤氮素淋失和残留量的影响

2.4 土壤-作物体系的氮素平衡

表2 显示了施用生物炭对不同土壤-作物体系氮素平衡各项指标的影响。与单施氮肥处理相比，红壤施用生物炭显著增加作物氮素吸收38.5%～55.6%，而潮土则降低68.5%～77.1%，施用0.5%和1%生物炭处理（MB1N，MB2N）显著降低红壤无机氮残留62.3%和60.1%，施用1%和2%生物炭处理（MB2N，MB3N）显著增加潮土无机氮残留量25.6%和30.7%。同时，与单施氮肥（RN，MN）相比，施用生物炭显著增加潮土表观损失27.1%～47.7%，施用0.5%和1%生物炭（RB1N，RB2N）显著增加了红壤的表观损失25.7%和26.9%，但施用2%和4%（RB3N，RB4N）生物炭显著降低了氮素表观损失39.0%和15.4%。

表2 施用生物炭对土壤-作物体系氮素平衡的影响

与单施氮肥相比，施用生物炭显著提高了68.0%～74.6%的潮土表观残留率。施用1%和2%生物炭（MB2N，MB3N）显著提高了潮土的氮素表观损失率，分别提高了28.6%和34.5%，小白菜氮素表观利用率降低了83.3%～94.4%。施用生物炭显著降低了红壤的表观损失率25.0%～41.2%，不同生物炭施用量之间未表现出明显的差异，显著提高了红壤的氮肥表观利用率72.7%～83.3%，且随生物炭施用量的增加有降低趋势，与单施氮肥相比，红壤的氮素表观残留率降低了25.0%～41.1%。

2.5 根系特征指数与氮素利用指标偏相关性分析

作物根系特征与氮素吸收利用指标偏相关分析结果表明，小白菜主根长、根重和根表面积均与氮肥表观利用率、氮肥偏生产力和氮素吸收效率具有显著或极显著正相关关系。而根直径与根体积没有对氮素利用各指标产生显著影响。

表3 根系特征指数与作物氮素利用指标偏相关性分析

3 讨论

3.1 不同土壤施用生物炭对作物生长的影响

生物炭具有轻质、多孔、比表面积大等特点，生物炭施用能够增加土壤碳氮养分库，扰动土壤微生物群落，改变通气透水条件等，进而影响作物生长［23］。土壤类型是影响生物炭改良效果的重要因素，一些研究认为，施用生物炭对热带或亚热带地区分布的红壤或砖红壤具积极改土培肥效果，并对其种植作物具有显著的增产效应［24-25］。同时也有研究指出，对温带分布的养分含量较高农业土壤施用生物炭，可能会使土壤pH 值过高，降低养分有效性，从而对作物的生长产生消极影响［25］。

本研究中，对红壤施用生物炭显著提高小白菜产量，促进了其根系的发育，与对照相比，施用生物炭显著增加了小白菜的主根长、根表面积，这与Abiven 等［26］研究结果相似。作物产量增加首先得益于生物炭丰富的微观孔隙结构对红壤理化特性的改善，降低土壤容重、提高土壤孔隙率［21］，改变土壤团聚体特性，增强土壤持水性能。同时，生物炭富含多种作物生长所必要的营养元素，其较大比表面积和表面丰富的官能团可以提高土壤阳离子交换量，吸附更多养分离子，起到养分缓释作用［24］，此外，生物炭的输入还可以为土壤微生物提供碳源和栖息所需微环境，影响微生物群落分布［27］。这些都为小白菜提供了良好的生长环境，从而促进作物的生长。

而一些研究也显示，在养分含量相对较高的碱性钙质土中施用生物炭，对作物生长的影响仍存在争议［23］。在本研究中，潮土施用生物炭处理的小白菜地上部和地下部生物量分别降低了59.1%～77.2%、70.6%～80.6%， 主 根 长 降 低11.5%～30.1%，根表面积降低45.6%～55.9%，说明对潮土施用生物炭，显著抑制小白菜根系发育，降低作物产量，该结果与Gaskin 等［23］研究结论一致，但与刘园等［13］研究结果不同。刘园等［13］通过大田试验，发现潮土种植作物总产量较不施生物炭处理提高了4.54%～4.92%，未发现生物炭显著抑制作物生长的现象，其原因可能与生物炭所具有的孔隙结构可有效调控土壤水毛细管运移和提高土壤水分保持能力，及大田土壤较好的缓冲作用有关。此外也有研究提出，生物炭对作物生长的影响可能与制备材料、用量、种植作物种类有关［28］。施用生物炭对小白菜的抑制作用可能与生物炭表面含氧官能团吸附等阳离子，影响养分转化速率，及带入过多有机碳组分从而引起土壤微生物的固氮作用等有关［29］。本研究进一步对生物炭施用下两种土壤-作物体系氮素平衡进行分析（表2），可以看出，在潮土中施用生物炭处理显著提高土壤氮表观残留率68.0%～74.6%，但作物氮素利用率并未相应提升，说明虽然生物炭对潮土氮素起到固持作用，但作物并未有效吸收，从而一定程度上抑制了作物的生长，造成生物量的降低。

根冠比主要反映地上部和根系之间对光合产物的分配状况［30］，它与土壤中养分含量和土壤性质有关。本研究表明施用生物炭在红壤上显著降低了小白菜根冠比48.6%～58.3%（图1），Reich 等［31］研究表明施肥可减少生物量向根系的分配，这也与本研究的结论一致。生物炭对表层土壤无机氮残留量产生了影响（图5c、d），可能是生物炭降低两种土壤种植小白菜根冠比的原因（图1）。Spokas等［32］发现生物炭加入土壤中导致植物体内乙烯含量的增加，这也可能是促进植物地上部生长，降低根冠比的原因之一。但是，施用生物炭对作物地上-地下部的调节作用，仍有待进一步研究。

3.2 施用生物炭对不同土壤氮素转化和利用效率的影响

菜地肥料氮的大量施用，带来了严重的土壤酸化、养分淋失、地下水污染风险加剧等环境问题。而大量研究显示，施用生物炭可有效缓解土壤酸化的趋势，改善土壤环境状况，影响土壤氮素的循环和转化过程［25］，阻控氮素养分损失，降低施化肥带来的氮素淋失风险，提高养分利用效率［33］。

本研究结果显示，相对于单施氮肥处理，随生物炭施用量的增加，两种供试土壤无机氮（NH4+-N和NO3--N）淋失量显著降低（图5a，b），红壤施用生物炭处理的硝态氮和铵态氮淋失量分别降低25.8%～73.0%和26.3%～55.0%（添加0.5%生物炭处理除外），潮土施用生物炭处理硝态氮和铵态氮淋失量分别降低11.9%～34.2%和87.2%～97.1%，该结果与肖茜等［34］和Haider［35］的研究结果一致。前期研究指出，生物炭减少土壤NH4+-N 淋失，主要与生物炭增加土壤CEC 量有关［36］，使带正电荷的NH4+-N 易被呈负电性的土壤颗粒或生物炭表面带负电荷的官能团通过离子交换所吸附［37］。而生物炭阻控硝态氮的淋失主要受控于两方面因素：一是生物炭增加土壤持水能力［38］，二是生物炭通过表面含氧官能团吸附作用将NO3--N 固持［39］，因此，生物炭通过离子交换和静电引力将氮素吸附在其表面，可能是其阻控土壤无机氮淋失的主要机制。

施用生物炭有效缓解了红壤酸化，改良红壤的理化性质，提高氮肥吸收利用率。在本研究中，在红壤中施用生物炭显著提高小白菜氮素吸收效率44.7%～59.6%，提高氮素表观利用率72.7%～83.3%，氮肥偏生产力增加32.0%～63.2%。而在潮土中施用生物炭，则降低小白菜氮素吸收效率64.7%～73.5%，氮素表观利用率降低83.3%～94.4%，氮肥偏生产力降低了65.1%～79.3%，总体上，红壤施用生物炭促进小白菜对氮素的吸收，但潮土施用生物炭则抑制小白菜对氮素的吸收。供试潮土本身呈碱性，加之旱地土壤硝化作用剧烈［40］，施肥后NH4+-N 短期内被转化，在土壤中多以NO3--N 形态残留［41］，因此，本研究中潮土施用生物炭显著提高表层土壤硝态氮残留量，但其氮素吸收效率均随生物炭施用量的增加显著降低。

此外，本研究显示，在红壤和潮土施用生物炭均可显著降低小白菜叶片硝酸盐含量40.9%～84.6%和18.8%～75.0%（图2）。这种降低可能与生物炭调节土壤pH 值，缓解化肥施用引发的酸化过程，减缓作物根系对阴离子NO3--N 的吸收有关，也可能是由于施用生物炭促进植物体内硝态氮向铵态氮的转化合成氨基酸，使植物体内氮素贮存形态改变［35］，说明生物炭的施用不仅影响土壤氮转化过程和作物对土壤氮的吸收，也影响植株氮素贮存形态，并有利于改善供试作物品质。

综上所述，对红壤和潮土施用生物炭，显著影响供试小白菜生长及其氮素养分利用效率。对红壤施用生物炭，降低红壤氮素残留，提高氮肥的吸收效率，促进小白菜根系发育，提高产量，具有良好的生产和生态效益；而对潮土施用生物炭，则降低其氮肥的吸收效率，抑制小白菜根系发育，降低其产量，因此，仍需进一步探讨生物炭用量、作物种类对作物养分吸收的影响，为生物炭的高效安全施用提供理论基础。

4 结论

本文通过在红壤和潮土中施用不同量生物炭，观测生物炭施用对作物产量、根系形态和土壤-作物体系氮素平衡的整体影响：

（1）在红壤施用生物炭显著提高了的小白菜地上部和地下部生物量，与单施氮肥相比，分别提高35.7%～69.0%、63.0%～77.1%。在潮土施用生物炭，与单施氮肥相比，小白菜地上部和地下部生物量分别降低了59.1%～77.2%、70.6%～80.6%，其主根长、根表面积分别降低11.5%～30.1%、45.6%～55.9%。此外，施用生物炭显著降低了两种土壤种植小白菜的根冠比和硝酸盐含量，一定程度上影响作物地上-地下生物量配比和可食用部分品质。

（2）两种土壤施用生物炭对作物氮素吸收利用率、淋溶损失和土壤残留养分均产生显著影响。施用生物炭显著降低了潮土作物的氮素吸收效率、表观利用率和氮肥偏生产力，但提高了红壤氮素吸收效率、表观利用率和氮肥偏生产力。