時(shí)正倫， 郭雅倩， 周之棟， 朱 倩， 薛建輝，①， 吳永波

(南京林業(yè)大學(xué)： a. 生物與環(huán)境學(xué)院， b. 南方現(xiàn)代林業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心， 江蘇 南京 210037)

在中國，貴州省分布的喀斯特地貌面積最大、發(fā)育最復(fù)雜，裸露的碳酸鹽巖面積達(dá)15×104km2[1]，且該區(qū)域能源種類單一，以不可再生的煤炭能源為主，不利于經(jīng)濟(jì)的長期發(fā)展[2]，因而，開發(fā)新型能源成為貴州喀斯特地區(qū)可持續(xù)發(fā)展的重要舉措之一。 其中，建設(shè)林木生物質(zhì)能源林可兼顧生態(tài)和經(jīng)濟(jì)效益，既能改善喀斯特地區(qū)的生境，又可解決喀斯特地區(qū)的經(jīng)濟(jì)和能源現(xiàn)狀。 近年來，對喀斯特地區(qū)植被森林的研究主要集中在植被恢復(fù)模式、人工造林技術(shù)及生物工程措施等方面[3-4]。 但隨著水土流失和人類活動(dòng)的加劇，加之林木栽培成活率降低，喀斯特石漠化面積不斷擴(kuò)大，因此，選擇合適的能源樹種和經(jīng)營措施對于喀斯特地區(qū)能源林建設(shè)至關(guān)重要。 目前，發(fā)展森林生物質(zhì)能源已被置于能源替代戰(zhàn)略的重要地位[5]，但關(guān)于生物質(zhì)能源林的開發(fā)和選育技術(shù)則有待進(jìn)一步的深入研究[6]。

刺槐(RobiniapseudoacaciaLinn.)是一種適應(yīng)性較強(qiáng)的樹種，能夠適應(yīng)喀斯特地區(qū)貧瘠的土壤條件，已成為喀斯特地區(qū)植被恢復(fù)的適宜樹種[7]；刺槐也是典型的能源樹種，具有萌蘗力強(qiáng)、生長迅速、抗逆性強(qiáng)、生產(chǎn)成本低、飼料產(chǎn)量高和熱能高等特點(diǎn)[8-9]。施用生物炭基肥和實(shí)施平茬措施是目前能源林建設(shè)的重要經(jīng)營手段。 生物炭基肥作為新型的綠色緩釋肥，對土壤養(yǎng)分含量和植物生長具有積極的影響，可增加土壤養(yǎng)分、促進(jìn)植株生長、提高能源林產(chǎn)量[10-14]。 平茬可促進(jìn)植株萌芽，使植物生長旺盛、營養(yǎng)價(jià)值增高[15]，是植物熱能資源收獲的重要技術(shù)之一。

作者采用室外盆栽法，以喀斯特山地石灰土為基礎(chǔ)栽培基質(zhì)，以1 年生刺槐幼苗為實(shí)驗(yàn)材料，比較了不同生物炭基肥施用方案與不同平茬措施交互作用下刺槐幼苗枝、葉的灰分含量、干質(zhì)量和熱能相關(guān)指標(biāo)的差異，并同步分析了土壤養(yǎng)分含量的變化，以期明確施肥和平茬等栽培管理措施對喀斯特土壤養(yǎng)分含量以及刺槐幼苗生長和熱能的影響效應(yīng)，為貴州喀斯特地區(qū)刺槐能源林建設(shè)提供基礎(chǔ)研究數(shù)據(jù)。

1 材料和方法

1.1 材料

供試土壤采自貴州省安順市普定縣白巖鎮(zhèn)原生山地，具體地理坐標(biāo)為北緯26°09′～26°31′、東經(jīng)105°27′～105°58′，為典型的喀斯特地貌。 土壤為棕色石灰土，采自地表耕作層，取土深度0 ～20 cm。 土壤理化性質(zhì)：土壤容重1.48 g·cm-3，pH 7.72，有機(jī)質(zhì)含量為14.44 g·kg-1，速效氮、速效磷和速效鉀含量分別為134.88、10.62 和248.63 mg·kg-1。

供試生物炭為稻殼炭和木炭(熱解溫度500 ℃、燒制時(shí)間40 min)。 稻殼炭：pH 9.41，灰分、總碳、總氮、速效磷和速效鉀含量分別為13.5%、46.3%、0.6%、21.31 g·kg-1和2.54 g·kg-1，比表面積91.45m2·g-1。 木炭：pH 8.89，灰分、總碳、總氮、速效磷和速效鉀含量分別為63.5%、58.9%、1.3%、53.52g·kg-1和2.69 g·kg-1，比表面積380.83 m2·g-1。

供試堆肥為豬糞堆肥，pH 8.50，總養(yǎng)分含量為4.24%，有機(jī)質(zhì)、總氮、總磷和總鉀含量分別為82.3%、1.17%、1.82%和0.71%。

供試化肥為NPK 復(fù)合肥，由尿素(含46.7%N)、磷酸二氫銨(含61.7%P2O5)和氯化鉀(含63.2%K2O)按照質(zhì)量比3.6 ∶2.7 ∶1.8 的比例混合而成。

供試材料為1 年生刺槐幼苗，生長旺盛且長勢均勻，株高(60±5) cm、地徑(6.0±2.0) mm。

1.2 方法

1.2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 采用室外盆栽法進(jìn)行生物炭基肥與平茬交互實(shí)驗(yàn)，設(shè)置6 個(gè)生物炭基肥處理和3 個(gè)平茬處理，共18 個(gè)處理，每個(gè)處理設(shè)置6 個(gè)重復(fù)。

6 個(gè)生物炭基肥處理分別為BF0(CK)、BF1(堆肥-化肥)、BF2(2%稻殼炭-堆肥-化肥)、BF3(4%稻殼炭-堆肥-化肥)、BF4(2%木炭-堆肥-化肥)和BF5(4%木炭-堆肥-化肥)，其中生物炭添加量分別為2%和4%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。 BF0：以9 kg 石灰土作為栽培基質(zhì)；BF1：在9 kg 石灰土中分別加入136 g 堆肥和1 份化肥(包含3.6 g 尿素、2.7 g 磷酸二氫銨和1.8 g氯化鉀)；BF2：在9 kg 石灰土中分別加入180 g 稻殼炭、136 g 堆肥和1 份化肥。 BF3：在9 kg 石灰土中分別加入360 g 稻殼炭、136 g 堆肥和1 份化肥；BF4：在9 kg 石灰土中分別加入180 g 木炭、136 g 堆肥和1 份化肥；BF5：在9 kg 石灰土中分別加入360 g 木炭、136 g 堆肥和1 份化肥。

3 個(gè)平茬處理分別為S1、S2 和S3。 S1：在莖高10 cm 處進(jìn)行平茬；S2：在莖高15 cm 處進(jìn)行平茬；S3：在莖高20 cm 處進(jìn)行平茬。

1.2.2 處理方法和樣品采集 實(shí)驗(yàn)于2017 年1 月至10 月在南京林業(yè)大學(xué)下蜀林場進(jìn)行。

采用固液吸附法制作生物炭基肥，將生物炭、堆肥和化肥按上述實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)分別混合后溶于一定體積水中，充分?jǐn)嚢杌靹虿㈧o置平衡24 h，然后置于60 ℃烘箱中烘干至恒質(zhì)量，裝于自封袋中保存、備用。

按上述實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)將生物炭基肥與9 kg 石灰土充分混合均勻，裝入上口徑23 cm、高度32 cm 的花盆中，盆底墊托盤；平衡1 周后栽植刺槐幼苗，每盆1 株，同時(shí)進(jìn)行平茬。 栽植過程中采取常規(guī)栽培措施(除草和病蟲害防治等)，定期澆水并將托盤中滲漏的水分倒回盆中以減少養(yǎng)分流失。 于2017 年10 月結(jié)束處理。

處理結(jié)束后，采用四分法[16]1-3采集土壤樣品，取土深度0～15 cm，將土樣混合后作為1 個(gè)重復(fù)；于陰涼通風(fēng)處自然風(fēng)干，去除石礫后過篩(2 mm)，用于土壤養(yǎng)分含量測定。 同時(shí)用枝剪剪取刺槐幼苗的地上部分，用蒸餾水沖洗，分別收集各單株全部的枝、葉，于105 ℃殺青15 min，再于75 ℃烘干至恒質(zhì)量，粉碎后過篩(2 mm)，用于測定植物枝、葉的灰分含量、干質(zhì)量和熱能相關(guān)指標(biāo)。

1.2.3 土壤和植物樣品測定 采用低溫外熱重鉻酸鉀氧化-比色法[16]36-39測定土壤有機(jī)質(zhì)含量；采用堿解擴(kuò)散法[16]42-44測定土壤速效氮含量；采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法[16]54-56測定土壤速效磷含量；采用乙酸銨浸提-火焰光度法[16]67-68測定土壤速效鉀含量。 各指標(biāo)重復(fù)測定3 次，結(jié)果取平均值。

采用直接灰化法[17]46分別測定每株幼苗的枝、葉灰分含量；采用烘干稱重法[17]40分別測定每株幼苗的枝、葉干質(zhì)量，二者之和即為每株幼苗的總干質(zhì)量。分別稱取0.5 g 枝、葉樣品粉末，用DZLR 全自動(dòng)量熱儀(南京大展機(jī)電技術(shù)研究所)測定單位干質(zhì)量枝、葉完全燃燒所釋放的熱值(干質(zhì)量熱值)；按照公式“去灰分熱值=干質(zhì)量熱值/(1-灰分含量)”分別計(jì)算枝、葉去灰分熱值；按照公式“熱量=干質(zhì)量×干質(zhì)量熱值”分別計(jì)算每株幼苗的枝、葉熱量，二者之和即為每株幼苗的總熱量。

1.3 數(shù)據(jù)處理和分析

采用SPSS 19.0 和EXCEL 12.0 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、分析和作圖；采用Duncan's 新復(fù)極差法對各指標(biāo)進(jìn)行雙因素和單因素方差分析以及相關(guān)性分析和多重比較。

通過雙因素方差分析檢驗(yàn)，生物炭基肥處理對土壤養(yǎng)分指標(biāo)及熱能相關(guān)指標(biāo)的影響具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，而平茬措施對除枝、葉熱量外的其他指標(biāo)的影響均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，二者的交互作用僅對葉灰分含量、枝熱量和總熱量的影響有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，因此，每一生物炭基肥處理組的數(shù)據(jù)均由同一施肥水平下3 個(gè)平茬處理(S1、S2 和S3)的數(shù)據(jù)計(jì)算獲得，而每一平茬處理組的數(shù)據(jù)也由同一平茬措施下6 個(gè)生物炭基肥處理(BF0、BF1、BF2、BF3、BF4 和BF5)的數(shù)據(jù)計(jì)算獲得。

2 結(jié)果和分析

2.1 生物炭基肥和平茬措施對喀斯特土壤養(yǎng)分含量的影響

生物炭基肥和平茬措施對喀斯特土壤養(yǎng)分含量的影響見表1。 分析結(jié)果表明：生物炭基肥對土壤有機(jī)質(zhì)和速效養(yǎng)分含量有顯著(P＜0.05)影響，平茬措施對土壤有機(jī)質(zhì)和速效養(yǎng)分含量無顯著影響，生物炭基肥與平茬措施的交互作用對土壤有機(jī)質(zhì)和速效養(yǎng)分含量無顯著影響。

表1 生物炭基肥和平茬措施對喀斯特土壤養(yǎng)分含量的影響(±SD)1)Table 1 Effects of biochar based fertilizer and stumping measure on karst soil nutrient content (±SD)1)

表1 生物炭基肥和平茬措施對喀斯特土壤養(yǎng)分含量的影響(±SD)1)Table 1 Effects of biochar based fertilizer and stumping measure on karst soil nutrient content (±SD)1)

1)同列中同類處理間不同的小寫字母表示差異顯著(P＜0.05) Different lowercases among the same type of treatments in the same column indicate the significant(P＜0.05)difference.2)LS： 石灰土Lime soil； Co： 堆肥Compost； CF： 化肥(包含3.6 g 尿素、2.7 g 磷酸二氫銨和1.8 g 氯化鉀) Chemical fertilizer (including 3.6 g urea，2.7gmonoammoniumphosphateand1.8gpotassiumchloride)；RHB：稻殼炭Ricehuskbiochar；WB：木炭Woodbiochar.

編號(hào)No.處理2)Treatment2)有機(jī)質(zhì)含量/%Content of organic matter速效氮含量/(g·kg-1)Content of available nitrogen速效磷含量/(g·kg-1)Content of available phosphorus速效鉀含量/(g·kg-1)Content of available potassium BF0(CK) 9 kg LS 2.52±0.07f 101.59±3.23c 10.98±0.38c 163.52±9.73d BF1 9 kg LS，136 g Co-CF 2.86±0.06e 118.17±6.66ab 53.51±3.07b 383.44±9.55c BF2 9 kg LS，2%RHB-136 g Co-CF4.44±0.16c 110.60±4.16b 62.82±1.89ab 686.84±93.99b BF3 9 kg LS，4%RHB-136 g Co-CF5.14±0.02a 119.24±1.24a 71.34±6.17a 859.91±28.63a BF4 9 kg LS，2%WB-136 g Co-CF 4.08±0.21d 121.61±4.43a 63.26±7.50ab 603.82±32.27b BF5 9 kg LS，4%WB-136 g Co-CF4.93±0.03b 113.95±0.88ab 63.53±1.93ab 684.76±11.73b S1 平茬高度10 cm Stumping height at 10 cm 3.95±1.04a 113.79±9.02a 55.65±22.85a 566.19±226.16a S2 平茬高度15 cm Stumping height at 15 cm 4.01±0.98a 114.64±13.29a 55.54±22.73a 546.43±226.90a S3 平茬高度20 cm Stumping height at 20 cm 4.02±1.00a 114.14±7.03a 53.53±25.11a 580.53±269.29a

由表1 可見：各施肥處理組的土壤有機(jī)質(zhì)含量均顯著高于對照(BF0，CK) 組，增幅為13.49% ～103.97%；土壤有機(jī)質(zhì)含量隨生物炭施加量的增加而升高，其中，稻殼炭基肥對土壤有機(jī)質(zhì)含量的提升效果優(yōu)于木炭基肥。 各施肥處理組的土壤速效氮含量均顯著高于對照組，以BF4(2%木炭-堆肥-化肥)處理組的土壤速效氮含量最高(121.61 mg·kg-1)。 各施肥處理組的土壤速效磷和速效鉀含量均顯著高于對照組，其中，稻殼炭基肥處理組的土壤速效磷和速效鉀含量總體上高于木炭基肥處理組，且以BF3(4%稻殼炭-堆肥-化肥)處理組對土壤速效磷和速效鉀含量的提升效果明顯。

由表1 還可見：3 個(gè)平茬處理組的土壤有機(jī)質(zhì)、速效氮和速效磷含量均無明顯變化，僅速效鉀含量有一定程度的變化，以S3(平茬高度20 cm)處理組的土壤速效鉀含量最高，分別較S1(平茬高度10 cm)和S2(平茬高度15 cm)處理組提高2.53%和6.24%。

2.2 生物炭基肥和平茬措施對刺槐幼苗單株枝、葉的灰分含量和干質(zhì)量以及熱能相關(guān)指標(biāo)的影響

2.2.1 對灰分含量和干質(zhì)量的影響 生物炭基肥和平茬措施對刺槐幼苗單株枝、葉的灰分含量和干質(zhì)量的影響見表2。 分析結(jié)果顯示：生物炭基肥和平茬措施各自對枝、葉的灰分含量和干質(zhì)量以及總干質(zhì)量無顯著影響，生物炭基肥與平茬措施的交互作用僅對葉灰分含量有顯著(P＜0.05)影響。

由表2 可見：各施肥處理組的葉灰分含量顯著低于對照(BF0，CK)組，降幅為7.14%～14.72%，但各施肥處理組的枝灰分含量與對照組無顯著差異。 除BF4(2%木炭-堆肥-化肥)處理組的枝干質(zhì)量低于對照組外，各施肥處理組的枝、葉干質(zhì)量以及總干質(zhì)量均高于對照組。 其中，BF3(4%稻殼炭-堆肥-化肥)處理組的枝、葉干質(zhì)量和總干質(zhì)量均最高，較對照組分別提高28.41%、21.36%和24.84%，且其枝、葉干質(zhì)量和總干質(zhì)量與對照組差異顯著；BF5(4%木炭-堆肥-化肥)處理組的枝、葉干質(zhì)量以及BF1(堆肥+化肥)處理組的枝、葉干質(zhì)量也高于對照組，且與對照組差異顯著。

由表2 還可見：3 個(gè)平茬處理組的枝灰分含量無顯著變化，其他指標(biāo)存在一定差異。 其中，S3(平茬高度20 cm)處理組的枝、葉灰分含量以及枝干質(zhì)量和總干質(zhì)量均最低、葉干質(zhì)量最高，且其葉灰分含量和葉干質(zhì)量與S1(平茬高度10 cm)和S2(平茬高度15 cm)處理組差異顯著，而其枝干質(zhì)量和總干質(zhì)量僅與S1 處理組差異顯著。

表2 生物炭基肥和平茬措施對刺槐幼苗單株枝、葉的灰分含量和干質(zhì)量的影響(±SD)1)Table 2 Effects of biochar based fertilizer and stumping measure on ash content and dry mass of branch and leaf of individual of Robinia pseudoacacia Linn. seedlings (±SD)1)

表2 生物炭基肥和平茬措施對刺槐幼苗單株枝、葉的灰分含量和干質(zhì)量的影響(±SD)1)Table 2 Effects of biochar based fertilizer and stumping measure on ash content and dry mass of branch and leaf of individual of Robinia pseudoacacia Linn. seedlings (±SD)1)

1)同列中同類處理間不同的小寫字母表示差異顯著(P＜0.05) Different lowercases among the same type of treatments in the same column indicate the significant (P＜0.05) difference.2)LS： 石灰土Lime soil； Co： 堆肥Compost； CF： 化肥(包含3.6 g 尿素、2.7 g 磷酸二氫銨和1.8 g 氯化鉀) Chemical fertilizer (including 3.6 g urea， 2.7 g monoammonium phosphate and 1.8 g potassium chloride)； RHB： 稻殼炭Rice husk biochar； WB： 木炭Wood biochar.

編號(hào)No.處理2)Treatment2)灰分含量/% Ash content 干質(zhì)量/g Dry mass枝Branch 葉Leaf 枝Branch 葉Leaf 總計(jì)Total BF0(CK) 9 kg LS 4.22±0.62a 9.24±0.51a 10.91±1.09b 11.19±2.39b 22.10±2.52b BF1 9 kg LS，136 g Co-CF 4.11±0.51a 8.42±0.79b 11.82±2.31a 13.23±1.65a 25.04±2.48b BF2 9 kg LS，2%RHB-136 g Co-CF4.06±0.40a 8.52±0.30b 10.89±2.53b 12.32±0.97ab 23.21±2.61b BF3 9 kg LS，4%RHB-136 g Co-CF4.33±0.31a 7.88±0.57b 14.01±4.25a 13.58±1.04a 27.59±4.14a BF4 9 kg LS，2%WB-136 g Co-CF 4.67±0.86a 8.58±1.30b 9.83±2.30c 12.57±1.78ab 22.40±2.21b BF5 9 kg LS，4%WB-136 g Co-CF4.35±0.44a 8.39±0.60b 11.83±4.84a 12.68±1.31a 24.51±5.15b S1 平茬高度10 cm Stumping height at 10 cm 4.41±0.75a 8.64±0.58a 13.73±4.03a 11.86±1.81b 25.59±5.23a S2 平茬高度15 cm Stumping height at 15 cm 4.24±0.52a 8.69±0.78a 11.29±2.66ab 12.33±1.52b 23.62±2.78ab S3 平茬高度20 cm Stumping height at 20 cm 4.24±0.43a 8.18±1.02b 9.62±1.73b 13.59±1.48a 23.21±2.46b

2.2.2 對熱值和熱量的影響 生物質(zhì)炭基肥和平茬措施對刺槐幼苗單株枝、葉的熱值和熱量的影響見表3；18 個(gè)處理組的總熱量見圖1。 分析結(jié)果顯示：生物炭基肥處理對刺槐幼苗枝、葉的熱值和熱量以及總熱量均有顯著影響，平茬措施僅對枝、葉熱量有顯著影響，生物炭基肥和平茬措施的交互作用僅對枝熱量和總熱量有顯著影響。

由表3 可見：各施肥處理組枝、葉的干質(zhì)量熱值、去灰分熱值和熱量以及總熱量總體高于對照組。 其中，BF3 處理組枝、葉的干質(zhì)量熱值、去灰分熱值和熱量以及總熱量7 個(gè)指標(biāo)均最高，較對照組分別提高22.94%、21.82%、23.01%、19.80%、54.52%、46.74%和50.21%，且與對照組差異顯著。 此外，BF1(堆肥-化肥)處理組枝的干質(zhì)量熱值、去灰分熱值和熱量以及總熱量均顯著高于對照組；BF2(2%稻殼炭-堆肥-化肥)和BF4 處理組僅葉熱量顯著高于對照組；BF5處理組除葉去灰分熱值外的其他6 個(gè)指標(biāo)均顯著高于對照組。 另外，各施肥處理組葉的干質(zhì)量熱值、去灰分熱值和熱量均大于枝。

由表3 還可見：3 個(gè)平茬處理組枝、葉的干質(zhì)量熱值和去灰分熱值以及總熱量均無顯著差異，僅枝、葉熱量存在一定差異。 其中，S1 處理組的枝熱量最高(212.59 kJ)，與S2 和S3 處理組差異顯著；S3 處理組的葉熱量最高(251.98 kJ)，僅與S1 處理組差異顯著。 此外，各平茬處理組葉的干質(zhì)量熱值、去灰分熱值和熱量也均大于枝。

對刺槐幼苗單株總熱量的比較結(jié)果(圖1)表明：在18 個(gè)處理組中，T1(BF0-S1)處理組的總熱量最低，而T10(BF3-S1)處理組的總熱量最高(542.25 kJ)，且T16(BF5-S1)處理組的總熱量僅次于T10 處理組，說明在平茬高度10 cm 條件下，使用含4%稻殼炭或4%木炭的生物炭基肥有利于刺槐幼苗總熱量的提升。

表3 生物炭基肥和平茬措施對刺槐幼苗單株枝、葉熱值和熱量的影響(±SD)1)Table 3 Effects of biochar based fertilizer and stumping measure on calorific value and heat of branch and leaf of individual of Robinia pseudoacacia Linn. seedlings (±SD)1)

表3 生物炭基肥和平茬措施對刺槐幼苗單株枝、葉熱值和熱量的影響(±SD)1)Table 3 Effects of biochar based fertilizer and stumping measure on calorific value and heat of branch and leaf of individual of Robinia pseudoacacia Linn. seedlings (±SD)1)

1)同列中同類處理間不同的小寫字母表示差異顯著(P＜0.05) Different lowercases among the same type of treatments in the same column indicate the significant (P＜0.05) difference.2)LS： 石灰土Lime soil； Co： 堆肥Compost； CF： 化肥(包含3.6 g 尿素、2.7 g 磷酸二氫銨和1.8 g 氯化鉀) Chemical fertilizer (including 3.6 g urea， 2.7 g monoammonium phosphate and 1.8 g potassium chloride)； RHB： 稻殼炭Rice husk biochar； WB： 木炭Wood biochar.

編號(hào)No.處理2)Treatment2)干質(zhì)量熱值/(kJ·g-1)Dry mass calorific value去灰分熱值/(kJ·g-1)Ash free calorific value熱量/kJ Heat枝Branch 葉Leaf 枝Branch 葉Leaf 枝Branch 葉Leaf 總計(jì)Total BF0(CK) 9 kg LS 13.73±1.25b 16.45±2.79c 14.34±1.27b 18.13±3.09b 148.96±11.83c 185.13±53.00c 334.09±53.79d BF1 9 kg LS，136 g Co-CF 16.76±2.51a 17.76±1.02bc 17.48±2.57a 19.39±1.11ab 197.04±41.61b 234.64±30.00ab 431.69±46.53bc BF2 9 kg LS，2%RHB-136 g Co-CF14.53±1.39b 18.26±1.80abc 15.15±1.44b 19.96±1.94ab 158.90±42.14bc 226.33±40.96b 385.23±50.70bcd BF3 9 kg LS，4%RHB-136 g Co-CF16.88±2.38a 20.04±1.54a 17.64±2.78a 21.72±1.76a 230.17±52.06a 271.66±28.55a 501.84±55.37a BF4 9 kg LS，2%WB-136 g Co-CF 14.91±1.47ab 17.91±1.68abc 15.64±1.53b 19.60±1.88b 144.94±32.24c 226.74±47.62b 371.68±45.41cd BF5 9 kg LS，4%WB-136 g Co-CF16.82±2.18a 18.88±2.22ab 17.56±2.24a 20.61±2.39ab 201.54±93.76b 239.55±39.82ab 441.09±110.41b S1 平茬高度10 cm Stumping height at 10 cm 15.37±2.74a 17.93±2.15a 16.07±2.81a 19.62±2.32a 212.59±75.46a 215.10±52.89b 427.69±117.31a S2 平茬高度15 cm Stumping height at 15 cm 15.76±2.37a 18.11±1.94a 16.45±2.45a 19.84±2.14a 177.31±48.63b 224.94±43.15ab 402.25±68.06a S3 平茬高度20 cm Stumping height at 20 cm 15.68±1.67a 18.59±2.45a 16.37±1.76a 20.24±2.64a 150.88±32.74c 251.98±39.75a 402.86±50.13a

圖1 生物炭基肥和平茬措施的交互作用對刺槐幼苗單株總熱量的影響Fig. 1 Effect of interaction between biochar based fertilizer and stumping measure on total heat of individual of Robinia pseudoacacia Linn. seedlings

2.3 土壤養(yǎng)分含量以及刺槐幼苗干質(zhì)量和熱值指標(biāo)間的相關(guān)性分析

在施用不同生物炭基肥和采取不同平茬措施的條件下，土壤養(yǎng)分含量以及刺槐幼苗單株干質(zhì)量和熱值相關(guān)指標(biāo)間的相關(guān)性分析結(jié)果見表4。

由表4 可見：土壤有機(jī)質(zhì)、速效磷和速效鉀的含量與枝、葉的干質(zhì)量熱值和去灰分熱值均呈極顯著(P＜0.01)正相關(guān)，與總干質(zhì)量呈顯著(P＜0.05)正相關(guān)；土壤速效氮含量與枝、葉的干質(zhì)量熱值和去灰分熱值均呈顯著正相關(guān)，但與總干質(zhì)量呈不顯著正相關(guān)。 此外，總干質(zhì)量與枝的干質(zhì)量熱值和去灰分熱值均呈顯著正相關(guān)，與葉的干質(zhì)量熱值和去灰分熱值均呈極顯著正相關(guān)。

表4 生物炭基肥和平茬措施交互作用下土壤養(yǎng)分含量以及刺槐幼苗單株干質(zhì)量和熱值指標(biāo)間的相關(guān)系數(shù)1)Table 4 Correlation coefficient among nutrient content in soil and indexes of dry mass and caloric value of individual of Robinia pseudoacacia Linn. seedlings under interaction between biochar based fertilizer and stumping measure1)

3 討論和結(jié)論

土壤中有效養(yǎng)分是植物營養(yǎng)供給的直接來源，而施用生物炭基肥可顯著提高土壤有機(jī)質(zhì)和氮、磷、鉀等速效養(yǎng)分含量[10]。 張文玲等[18]和高海英等[19]的研究結(jié)果表明：與施用低量生物炭基肥相比，施用高量生物炭基肥對土壤養(yǎng)分含量的增加效應(yīng)更明顯，與生物炭具有較強(qiáng)的保肥能力有關(guān)。 本研究結(jié)果表明：稻殼炭基肥對土壤養(yǎng)分供給優(yōu)于木炭基肥，且添加4%稻殼炭的處理組土壤養(yǎng)分含量較高。 形成這一現(xiàn)象的原因?yàn)椋合鄬τ谀咎慷?，稻殼炭孔隙更多，對土壤養(yǎng)分的吸附作用更強(qiáng)，能夠更有效地避免養(yǎng)分的淋溶損失，從而使土壤養(yǎng)分含量顯著提高。 張冰瑩[20]認(rèn)為，土壤有機(jī)質(zhì)含量對灌木植物的熱值具有顯著促進(jìn)作用。 本研究結(jié)果表明：施用生物炭基肥除可提高土壤有機(jī)質(zhì)和速效養(yǎng)分含量外，對刺槐枝、葉熱值也具有不同程度的提高作用，且土壤有機(jī)質(zhì)含量以及速效養(yǎng)分含量與刺槐枝、葉熱值指標(biāo)呈極顯著或顯著正相關(guān)，表明施用生物炭基肥，可使土壤養(yǎng)分增加，進(jìn)而促進(jìn)刺槐枝、葉的生長和高能物質(zhì)積累，從而顯著提高枝、葉熱值。 此外，相關(guān)研究結(jié)果[21]表明：刺槐苗適宜的平茬株齡應(yīng)在3 a 左右。 在本研究中，采用不同的平茬措施對土壤養(yǎng)分含量無顯著影響，這可能是由于本研究采用1 年生刺槐實(shí)生苗，根系不發(fā)達(dá)，對土壤的培肥能力有限。

植物熱值和生物量是能源樹種質(zhì)量評價(jià)的2 個(gè)重要指標(biāo)[4，22]。 本研究結(jié)果表明：施用生物炭基肥可使刺槐幼苗枝、葉的熱值和熱量以及總熱量不同程度提高，其中，施用4%稻殼炭-堆肥-化肥可使刺槐幼苗枝、葉的干質(zhì)量熱值、去灰分熱值和熱量以及總熱量7 個(gè)指標(biāo)達(dá)到最高，且與對照組差異顯著，主要原因是生物炭基肥具有土壤改良劑的作用，施于石灰土中可增加土壤養(yǎng)分含量，促進(jìn)植物對營養(yǎng)元素的吸收，進(jìn)而促進(jìn)植物生長，并間接提高了植物的熱值[23]和熱能。

本研究結(jié)果表明：采取不同的平茬措施對刺槐幼苗枝、葉的干質(zhì)量和熱量的影響效應(yīng)存在差異，其中，平茬高度20 cm 可使刺槐幼苗葉的干質(zhì)量和熱量達(dá)到最高，而平茬高度10 cm 則可使刺槐幼苗枝的干質(zhì)量和熱量以及總干質(zhì)量和總熱量達(dá)到最高，這一現(xiàn)象與不同平茬高度對植物幼苗不同器官形態(tài)建成的效應(yīng)差異有關(guān)，其中，平茬高度10 cm 時(shí)枝條萌蘗能力最強(qiáng)，可顯著促進(jìn)刺槐枝條的直徑和長度[24-25]。 另外，相關(guān)研究結(jié)果還表明：刺槐幼苗葉熱值高于枝熱值，這主要是因?yàn)槿~是植物生理活動(dòng)最活躍的器官，含有較多的高能物質(zhì)(如蛋白質(zhì)、脂肪和纖維等)，且其自身也可以合成高能有機(jī)物[26-27]。 此外，生物炭基肥與平茬措施對刺槐幼苗枝熱量和總熱量的交互作用顯著，說明生物炭基肥和平茬措施的不同處理組合對刺槐枝熱量的影響效應(yīng)存在差異，因而，在選擇刺槐能源林栽培措施時(shí)，若以刺槐的枝熱值為生產(chǎn)經(jīng)營目標(biāo)，應(yīng)綜合考慮生物炭基肥和平茬措施的共同作用。

在刺槐種植過程中，施用生物炭基肥可顯著提高土壤的養(yǎng)分含量，以4%稻殼炭-堆肥-化肥處理的效果明顯；采取平茬措施可不同程度促進(jìn)刺槐幼苗的生長，增加枝、葉的干質(zhì)量，提升植株的總熱量，且以高度10 cm 的平茬措施為優(yōu)；此外，生物炭基肥與平茬措施對刺槐幼苗的總熱量有顯著的交互作用。 綜上所述，施用含4%稻殼炭的生物炭基肥并采取高度10 cm 的平茬措施，可作為喀斯特石漠化山地刺槐能源林的適宜栽培措施之一。