烟秆炭对白及连作地的改良效果研究

汪瑞， 李泽成， 王豪吉， 王昆艳，俞乃琪， 李思民， 徐武美， 官会林

(1.云南师范大学 能源与环境科学学院，云南 昆明 650500; 2.昆明英武农业科技有限公司，云南 昆明 650500)

白及(Bletillastriata(Thunb.ex A.Murray)Rchb.f.)是我国名贵药材，根据中国药典记载，其具有收敛止血，消肿生肌的功效，常用于咯血、吐血、外伤出血、疮疡肿毒和皮肤皲裂等[1]，具有重要的经济价值.同许多药用植物一样[2-4]，白及存在较为严重的连作障碍问题，表现为连作后植株长势差、病害严重且产量低下.当前，关于白及药理方面的研究较多[5-8]，而针对连作土壤改良与障碍消减方面的研究少有报道.

生物炭是生物质材料在高温(<700 ℃)缺氧环境下热解而成的富碳材料[9].研究表明，生物炭在耕地土壤改良与连作障碍消减等方面具有较好的潜力[10-14]，如程效义等[15]以连作15年土壤为研究对象，以黄瓜为供试作物，研究了不同生物炭施用量对土壤理化性质、酶活性及黄瓜根系性状的影响，表明施用生物炭显著提高了土壤pH值和脲酶、过氧化氢酶、酸性磷酸酶活性以及土壤有效磷、速效钾和有机碳含量，并促进了黄瓜根系发育.孙大荃等[16]研究了生物炭对棕壤大豆根际微生物群落的影响，表明施加生物炭提高大豆根际土壤中细菌数量，而真菌和放线菌数量减少，指出生物炭可能是缓解大豆连作障碍的土壤改良剂.牟苗等[17]研究表明，施加生物炭显著提高了三七幼苗存活率，对其连作障碍具有一定的消减作用.

根据曾令祥等[18]的调查，白及主要受块茎腐烂病、叶褐斑病、叶斑灰霉病等的侵害，以块茎腐烂病最为严重，而对白及种植土壤进行改良，有望减轻作物病害，促进白及生长.因此，本研究以烟秆炭为试验原料，探讨其对白及连作地土壤理化特征、酶活性与白及生长的影响，为白及连作障碍消减与产量提升提供试验依据.

1 材料与方法

1.1 田间试验设置

研究在昆明英武农业科技有限公司科研基地内进行，地处昆明市呈贡新区，土壤类型为酸性红壤，白及连作6年.采用随机区组设计，试验小区面积为3.00 m2(1.20 m×2.50 m)，烟秆炭施加量设3.00、4.50 t/hm2和7.50 t/hm23个梯度，以不施加为对照，每个处理设3个重复.将烟秆炭与土壤均匀混合和浇水，一周后移栽白及幼苗，每个小区种植112株(16行×7株/行)，于2019年5月13日移栽.

1.2 土壤分析与白及生长调查

幼苗栽种3个月后，于8月中旬采集土壤并对白及生长状况进行调查.各小区土样按照五点法进行采集，自然风干后研磨过筛，待测.土壤pH值根据标准NY/T 1377-2007，用pH计(雷磁 PHS-25)进行测定；有机质含量根据标准NY/T 1121.6-2006，用滴定法进行测定；总氮含量用全自动凯氏定氮仪(海能K1100)进行测定；硝态氮与铵态氮含量根据标准LY/T 1228-2015，用流动分析仪(AA3，Seal Analytical，ltd.Germany)进行测定；有效磷含量利用钼锑抗分光光度法进行测定[19].脲酶和蔗糖酶参照姚槐应和黄昌勇[20]的方法进行测定，磷酸酶参照赵兰坡[21]的方法进行测定，蛋白酶参照关松荫[22]的方法进行测定.每个小区随机选取15株白及，测定株高与最大叶宽，并用植物叶绿素测定仪(Minolta Camera Co.，Osaka，Japan)测定叶绿素含量.

1.3 数据处理

数据分析用SPSS 16.0进行.用Shapiro-Wilk检验探讨各变量的正态性，对于不服从正态分布的变量进行对数转换后再开展后续分析.用双因素方差分析与Duncan多重比较检验不同处理对土壤理化特征、酶活性与白及生长的影响；结果以“平均值±标准误”表示.

2 研究结果

2.1 施加烟秆炭对白及连作土壤理化性质的影响

施加烟秆炭对土壤容重、电导率、总氮、硝态氮和有效磷含量具有显著影响(P<0.05)(表1和图1).与对照组相比，施加3.00 t/hm2的烟秆炭对白及连作地土壤容重无显著影响，而4.50 t/hm2和7.50 t/hm2的烟秆炭则显著降低了土壤容重(P<0.05)；不同施加量的烟秆炭均显著提高了土壤总氮含量(P<0.05)，以7.50 t/hm2施加量效果最佳；7.50 t/hm2的烟秆炭显著提高了土壤硝态氮含量和电导率(P<0.05)，而3.00 t/hm2和4.50 t/hm2的烟秆炭则施加对土壤硝态氮含量和电导率无显著影响；4.50 t/hm2和7.50 t/hm2的烟秆炭显著提高了土壤有效磷含量(P<0.05)，然而这两个处理之间土壤有效磷含量的差异不显著(P>0.05)；施加生物炭对土壤铵态氮含量无明显影响(P>0.05).

表1不同烟秆炭施加量对连作地土壤特征与白及生长的影响

Table1EffectsoftobaccostalkbiocharapplicationonthesoilpropertiesandgrowthofB.striataundercontinuouscropping

土壤与白及生长特征SSdfs2FPr>FpH1.3830.4637.31 <0.01土壤容重0.0530.025.880.03电导率17 250.1435 750.0517.08<0.01总氮1.0730.3623.68<0.01铵态氮1.1530.380.920.49硝态氮1 445.933481.9823.30<0.01有效磷1 220.843406.954.620.05脲酶8.2332.740.630.62酸性磷酸酶0.0430.019.770.01中性磷酸酶0.0030.007.470.02蔗糖酶11.7233.9135.76<0.01蛋白酶0.0030.000.050.99株高52.31317.4463.78<0.01最大叶宽1.5330.5138.93<0.01叶绿素含量136.15345.386.190.03

叶绿素含量用SPAD值表示.

图1 烟秆炭对白及连作地土壤理化性质的影响

Fig.1EffectsoftobaccostalkbiocharapplicationonthesoilphysicochemicalpropertiesundercontinuouscroppingofB.striata

2.2 施加烟秆炭对白及连作土壤pH与酶活性的影响

施加烟秆炭对白及连作土壤pH及酸性磷酸酶、中性磷酸酶和蔗糖酶活性具有显著影响(P<0.05)(表1和图2)，且随着施炭量的增加，土壤pH及酸性磷酸酶、中性磷酸酶和蔗糖酶活性均呈上升趋势.与对照组相比，三个施加量的烟秆炭均显著提高了土壤pH和蔗糖酶活性(P<0.05)，4.50 t/hm2和7.50 t/hm2的烟秆炭显著提高了土壤酸性磷酸酶和中性磷酸酶活性(P<0.05).但施加烟秆炭对土壤脲酶与蛋白酶活性的影响不显著(P>0.05).

2.3 施加烟秆炭对连作地白及生长的影响

不同施加量的烟秆炭对白及生长具有显著影响，与对照组相比，施加烟秆炭后白及株高与最大叶宽显著增加(P>0.01)，施加3.00、4.50 t/hm2和7.50 t/hm2的烟秆炭使白及平均株高分别增加了2.82、4.70 cm和5.39 cm，最大叶宽分别提高了0.28、0.61 cm和0.95 cm.此外，施加烟秆炭还提高了白及叶片的叶绿素含量(P<0.05),但烟秆炭不同施加量处理之间的差异不显著(表1，图3).

图2 烟秆炭对白及连作地土壤pH与酶活性的影响

Fig.2EffectsoftobaccostalkbiocharapplicationonthesoilpHandenzymeactivitiesundercontinuouscroppingofB.striata

图3 烟秆炭对连作地白及生长与叶片叶绿素含量的影响

3 讨 论

3.1 施用烟秆炭与土壤理化性质

施加烟秆炭显著降低了白及连作土壤容重(P<0.05)，而显著提高土壤电导率(P<0.01).由于生物炭具有较低的密度，施入土壤后导致容重降低，可改善土壤板结、排水、透气方面的问题[29]，然而，由于生物炭一方面对盐基离子具有吸附作用，另一方面其本身又含有一定量的盐基离子[9]，因此施入土壤后，短期内可能导致土壤可溶性盐分含量增加，电导率提高，这在利用生物炭修复土壤盐渍化问题方面需要引起注意[29].施加3.00、4.50 t/hm2秆炭使白及连作土壤电导率分别提高了15.15、17.90 μS/cm，而施加7.50 t/hm2炭后土壤电导率则大幅增至97.15 μS/cm，说明施加烟秆炭短期内对土壤电导率的影响不是线性的，这在应用过程中需要引起注意.

3.2 施用烟秆炭与土壤pH和酶活性

3.3 施用烟秆炭与连作地白及的生长

施加烟秆炭显著提高了白及的株高、最大叶宽和叶片叶绿素含量(P<0.05)，说明其对白及的生长具有一定的促进作用.生物炭促进连作地作物生长已有大量的研究报道，如王玫等[12]研究表明，施用稻壳炭显著提高了连作地苹果常用砧木—平邑甜茶的生物量；武春成等[35]研究表明，施用玉米秸秆炭显著改善了黄瓜根区土壤微生态环境，促进了黄瓜生长和产量的提高.结合3.1和3.2的讨论可知，施加烟秆炭可有效改善白及连作地土壤理化性质，提高部分土壤酶活性，因此，根据连作土壤特征施加一定量的烟秆炭可对白及连作障碍问题起到一定的消减作用，但同时需要指出的是，白及为多年生草本植物，而本研究中白及的种植时间相对较短，因此施加烟秆炭对白及病害及其长期效应还有待进一步深入探讨.