萬(wàn)海濤 劉國(guó)順　田晶晶 邢雪霞

摘 要：通過(guò)盆栽試驗(yàn)，研究了生物炭不同施用量對(duì)植煙土壤容重、pH值、有機(jī)質(zhì)和速效養(yǎng)分含量及其在烤煙生長(zhǎng)期內(nèi)變化規(guī)律的影響。結(jié)果表明，每盆施用生物炭1～2 kg能顯著降低土壤的容重，降幅在12%～20%，并且能提高土壤的pH值。土壤有機(jī)質(zhì)含量與生物炭的施用量呈線性相關(guān)關(guān)系。施用生物炭能降低土壤堿解氮的含量，限制了土壤的氮素利用度；對(duì)土壤速效磷沒(méi)有顯著影響，能顯著提高土壤速效鉀的含量，并使土壤具備持續(xù)提供鉀素的能力。

關(guān)鍵詞：生物炭；植煙土壤；改良；土壤理化性狀；動(dòng)態(tài)變化

中圖分類(lèi)號(hào)：S156.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào)：A 文章編號(hào)：1001-4942（2014）04-0072-05

長(zhǎng)期連作和連續(xù)施用化肥以及機(jī)械耕作使煙田土壤環(huán)境逐漸惡化，肥力下降，營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)不均衡，板結(jié)嚴(yán)重，容重持續(xù)增加，導(dǎo)致煙株生長(zhǎng)發(fā)育不良，煙田病蟲(chóng)害加劇，煙葉質(zhì)量下降。常規(guī)的培肥方式對(duì)土壤的性狀改良效果很低，尤其是土壤有機(jī)質(zhì)的含量[1] 。生物炭是近年來(lái)農(nóng)林、環(huán)境等諸多領(lǐng)域研究關(guān)注的焦點(diǎn)，20世紀(jì)90年代中后期以來(lái)，以熱裂解生物質(zhì)生產(chǎn)生物炭，并將其用作土壤改良劑及固碳劑的研究日益增多。國(guó)外在生物炭的性質(zhì)和特征及其對(duì)土壤理化性質(zhì)和微生物的作用、作物肥效及土壤固碳等方面展開(kāi)了較廣泛的研究，并取得許多進(jìn)展[2～6]。而國(guó)內(nèi)生物炭研究剛剛起步[7～9]，生物炭農(nóng)用研究尚未足夠重視，目前在小麥[10] 、玉米[11] 、水稻[12] 、大豆[10] 及牧草[13] 等作物上研究較多，但在生物炭的施用量和生物炭對(duì)作物產(chǎn)量及作物不同指標(biāo)的影響結(jié)論不一致，甚至有些研究結(jié)果互相矛盾。生物炭在煙草上的研究目前還相對(duì)較少。本試驗(yàn)通過(guò)對(duì)植煙土壤添加不同量的生物炭，研究生物炭對(duì)煙株生長(zhǎng)各個(gè)時(shí)期的土壤理化性質(zhì)及變化規(guī)律的影響，以期為生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)濃香型煙葉提供一定的理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗(yàn)于2012年5～10月在河南農(nóng)業(yè)大學(xué)許昌校區(qū)進(jìn)行，供試土壤為壤質(zhì)潮土，采自許昌校區(qū)試驗(yàn)田0～30 cm土層，過(guò)1 cm孔徑篩。土壤pH值7.48，有機(jī)質(zhì)12.10 g/kg，堿解氮50.20 mg/kg，速效磷7.80 mg/kg，速效鉀130.70 mg/kg。供試作物為中煙100。

本試驗(yàn)選用的生物炭為花生殼炭，在400℃無(wú)氧條件下裂解制成，容重為0.46 g/cm3。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及方法

盆栽試驗(yàn)，盆大小為（外口徑×高×底徑）48.3 cm×32 cm×26.5 cm，每盆裝土+生物炭或土30 kg。試驗(yàn)設(shè)4個(gè)處理，每處理10盆，重復(fù)3次，另每個(gè)處理設(shè)置3盆無(wú)生物炭土作對(duì)照。試驗(yàn)處理見(jiàn)表1。

烤煙于5月16日移栽，每盆按6 g純氮量施氮磷鉀復(fù)合肥（N∶P2O5∶K2O=1∶1.5∶3），將70%肥料于栽前均勻基施，剩余30%在移栽后20天再次施入，增施黃腐酸鉀25 g/盆，其他田間管理按常規(guī)方法進(jìn)行。對(duì)照T1進(jìn)行正常田間管理。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.3.1 測(cè)定指標(biāo) 在烤煙移栽前及移栽后30、45、60天和75天測(cè)量各個(gè)處理的土壤容重。于烤煙移栽后45、60、75、90天和煙葉采收完成后取土樣測(cè)定土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷、速效鉀及pH值。

1.3.2 測(cè)定方法 土壤容重用環(huán)刀法；有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀法；堿解氮用堿解擴(kuò)散法；速效磷用0.5 mol/L NaHCO3法；速效鉀用乙酸銨浸提，火焰光度法；pH值測(cè)定用電位法。

采用Microsoft Excel 2003和DPS分析軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 對(duì)土壤容重動(dòng)態(tài)變化的影響

土壤容重等物理性狀是影響土壤肥力的重要指標(biāo)。從圖1可以看出，隨著生物炭用量的增加土壤容重逐漸降低，植煙土壤各處理容重大小依次為：T1>T2>T3>T4，移栽前施用生物炭的處理T2、T3和T4的土壤容重比對(duì)照T1分別降低12.0%、16.8%和20.0%。在移栽后0～45天各個(gè)處理的容重逐漸增大，在45天時(shí)達(dá)到最大值；在移栽后45～75天，T1容重逐漸降低，T2、T3和T4的容重先減小后增大。在移栽后75天，T2、T3和T4的容重分別比T1低6.5%、13.8%和14.6%。低容重由于澆水，土壤逐漸沉實(shí)，容重有所增大，而高容重則因土壤本身的濕脹干縮性能，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)及土壤水分作用而有所降低，與李潮海[14]結(jié)論相符合。

圖1 施用生物炭對(duì)植煙土壤容重的影響

從圖2可以看出，土壤施用生物炭處理的T2、T3和T4土壤容重與T1相比降低，且施用生物炭的量越大，容重降低的幅度越大。在移栽后0～60天各處理土壤容重逐漸增加，在60～75天容重降低，且所有處理土壤容重均高于移栽前。

2.2 對(duì)土壤理化性狀的影響

2.2.1 對(duì)土壤pH、有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷、速效鉀含量的影響 從表2可以看出，除移栽后60天T1和T2及采收結(jié)束T2和T3的土壤pH無(wú)顯著差異外，T2、T3和T4各時(shí)期的土壤pH及有機(jī)質(zhì)、堿解氮和速效鉀含量均與T1有顯著性差異，且T2、T3和T4處理間也呈顯著性差異，說(shuō)明生物炭的使用能顯著改變土壤的性狀。

圖2 施用生物炭對(duì)無(wú)煙土壤容重的影響

煙株移栽后，各處理的有機(jī)質(zhì)含量及pH大小依次為：T4>T3>T2>T1，說(shuō)明施用生物炭能顯著提高土壤有機(jī)質(zhì)含量及pH值。以移栽后45天數(shù)據(jù)為例，土壤有機(jī)質(zhì)的含量（y）與生物炭的使用量（x）呈線性相關(guān)的關(guān)系：y=18.77x+14.92（R2=0.958）。

土壤堿解氮的含量在移栽后45天表現(xiàn)為：T1>T2>T3>T4，施用生物炭的處理T2、T3和T4的堿解氮含量比T1分別降低4.4%、14.9%和23.6%，且處理間差異顯著；在移栽后60天至采收結(jié)束則表現(xiàn)為T(mén)1>T3>T2>T4，處理間也達(dá)到顯著差異。施用生物炭能降低土壤堿解氮的含量，高用量影響程度更大，可能是由于施用生物炭能增加土壤C/N比而導(dǎo)致土壤有效氮降低。endprint

土壤速效磷含量在不同時(shí)期各處理波動(dòng)較大，未體現(xiàn)出明顯規(guī)律。土壤速效鉀含量各個(gè)時(shí)期施用生物炭的處理比T1均有大幅度提高，且處理間差異顯著。在移栽后45～90天各處理速效鉀的含量大小表現(xiàn)為：T2>T3>T4>T1。

2.2.2 對(duì)土壤pH、有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷、速效鉀動(dòng)態(tài)變化的影響 從表2可以看出，在烤煙生長(zhǎng)期內(nèi)各處理的土壤pH動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)大致相同，但也有差異。T1、T2和T3在整個(gè)生長(zhǎng)期內(nèi)土壤pH呈先變大后減小的趨勢(shì)，不同的是T1在移栽后60天達(dá)到最大值，T2和T3在移栽后90天達(dá)到峰值，T4則呈現(xiàn)出先升高再降低然后再升高的變化趨勢(shì)，T4的pH變化與T2、T3不同可能是由于T4生物炭的施用量較大，已經(jīng)超過(guò)某一閾值，超過(guò)土壤緩沖的自我調(diào)節(jié)能力。

各處理及土壤有機(jī)質(zhì)含量變化趨勢(shì)與土壤pH變化類(lèi)似，T1生長(zhǎng)期內(nèi)變動(dòng)幅度較小；T2、T3則表現(xiàn)為：增加-降低-增加-降低的趨勢(shì)，且兩處理各時(shí)期變化幅度基本相同，T4處理大體上表現(xiàn)為先增加再減小，變化幅度較大。土壤有機(jī)質(zhì)含量一般相對(duì)穩(wěn)定，土壤腐殖質(zhì)碳周轉(zhuǎn)期一般為25～50年[15]，土壤腐殖質(zhì)含量很難提高。英國(guó)洛桑試驗(yàn)站施用廄肥150年的土壤有機(jī)碳量?jī)H提高了1倍[1]。施用生物炭能快速提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，且保持較為穩(wěn)定。

在烤煙整個(gè)生育期內(nèi)，各處理土壤堿解氮的動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)相同，在移栽后60天堿解氮含量達(dá)到最大值，60～75天迅速降低，移栽后75天至采收結(jié)束，堿解氮含量緩慢降低至最小。在煙株生長(zhǎng)前期，由于追肥及煙株對(duì)氮素吸收的量較小，土壤堿解氮的含量增加達(dá)到峰值，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，煙株生長(zhǎng)進(jìn)入旺長(zhǎng)期，對(duì)氮素的吸收量增加，導(dǎo)致土壤中堿解氮含量迅速降低，進(jìn)入成熟期，煙株衰老，對(duì)氮素的吸收速率及吸收量都減少，土壤中堿解氮的含量緩慢降低。

土壤速效磷的含量在烤煙生長(zhǎng)期內(nèi)的變化則不規(guī)律，各處理間差異不明顯。在烤煙的生育期內(nèi)，T1處理土壤速效鉀的含量隨著煙株的生長(zhǎng)而逐漸降低；T2和T3土壤速效鉀的含量呈先降低再升高然后再降低的趨勢(shì)，T4則表現(xiàn)為升高-降低-再升高的趨勢(shì)。移栽后60～75天由于煙株進(jìn)入旺長(zhǎng)期，大量吸收鉀，所有處理土壤速效鉀含量降幅最大。施用生物炭的處理在移栽后75天土壤速效鉀的含量又有所回升是由于生物炭吸附的K+釋放到土壤的緣故。

3 結(jié)論與討論

容重是土壤物理特性的一個(gè)重要指標(biāo)，土壤容重降低能體現(xiàn)出土壤結(jié)構(gòu)得到改善。本試驗(yàn)結(jié)果表明施用生物炭土壤容重顯著降低，總體上，隨著生物炭的施用量增加，容重呈下降趨勢(shì)，其原因除了生物炭密度較低且具有稀釋作用外，施用生物炭還可能與導(dǎo)致土壤團(tuán)聚性增強(qiáng)[16]、土壤微生物活性增加有關(guān)。Glaser等[15]研究表明，施用生物炭使土壤容重降低，意味著總孔隙度和大孔隙度增加，從而可能增大土壤水分入滲速率。土壤容重降低、結(jié)構(gòu)改善對(duì)煙株根系的發(fā)育起著極大的促進(jìn)作用，為生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)煙葉打下良好的生理基礎(chǔ)。

土壤有機(jī)質(zhì)是土壤肥力的重要指標(biāo)之一，施用生物炭能提高土壤有機(jī)碳的含量水平，提高幅度與生物炭的用量及穩(wěn)定性有關(guān)。雖然生物炭的化學(xué)結(jié)構(gòu)不同于有機(jī)質(zhì)，但是生物炭與有機(jī)質(zhì)一樣可以改良土壤。土壤有機(jī)碳含量增高可提高土壤的C/N比，從而提高土壤對(duì)氮素及其他養(yǎng)分元素吸持量[18]，有利于通過(guò)施肥培肥土壤。

生物炭施入土壤能提高土壤pH值，且施入的量越多影響越明顯。一方面是由于生物炭一般顯堿性；另一方面是生物炭中含有很多鹽基離子，如鈣、鎂、鉀、鈉等，它們可以交換降低土壤氫離子及交換性鋁離子水平[19，20]，從而提高土壤鹽基離子的飽和度而導(dǎo)致土壤pH值增高。這種影響在酸性土壤上比較明顯，能顯著提高酸性土壤的pH值。

本試驗(yàn)結(jié)果表明，施用生物炭能降低土壤堿解氮的含量，使土壤中氮的利用率降低，可能原因是施入生物炭后，土壤pH值提高導(dǎo)致土壤養(yǎng)分有效性降低以及土壤中C/N比提高，從而限制了土壤氮素的利用度。在有效養(yǎng)分低或低氮土壤[21]上容易出現(xiàn)低用量生物炭促進(jìn)作物生長(zhǎng)和增產(chǎn)，而在高用量下作物生物量及產(chǎn)量降低。因此在實(shí)際生產(chǎn)中要對(duì)土壤肥力有詳細(xì)的了解，合理確定使用生物炭的量和施肥量。

重施一次磷肥其后效可以持續(xù)10年以上[22]，目前普遍認(rèn)為土壤磷素含量主要決定于磷肥的施入量，生物炭對(duì)土壤速效磷含量的影響沒(méi)有一致的結(jié)論，本試驗(yàn)結(jié)果表明，生物炭對(duì)土壤有效磷含量沒(méi)有顯著影響。鉀是影響煙葉品質(zhì)的重要元素，土壤中鉀的含量及供鉀能力對(duì)生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)煙葉起著重要作用。生物炭含有一定量的K+，所以施入土壤后會(huì)增加土壤中速效鉀的含量；另一方面，生物炭還可以提高土壤鉀的淋洗量[23]，能在煙株生長(zhǎng)后期釋放出吸附的鉀素，從而提高土壤速效鉀含量。

本試驗(yàn)只是研究了在400℃條件下制備的花生殼炭在豫中潮土上對(duì)植煙土壤改良的影響，實(shí)際生產(chǎn)上需要綜合考慮生物炭的材料、制備條件、土壤性質(zhì)、施肥條件和水分情況等諸多因素。目前許多試驗(yàn)結(jié)果都來(lái)自短期試驗(yàn)，存在一定的偶然性，還需要研究生物炭對(duì)土壤影響的長(zhǎng)期效果。

參 考 文 獻(xiàn)：

[1] Lim Li Ching. Mitigating climate change through organic agriculture and localized food systems[EB/OL].Http：//www.organicfoodcouncil.org/files/downloads/Organic_Ag_and_Climate_Change-ISIS_report.pdf. ISIS Press Release， 2008.

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