郭帥，楊梢娜，黃芳晨，賀敏，吳志榮，徐秋芳

(1.杭州植物園(杭州市園林科學(xué)研究院)，浙江 杭州 310012； 2.舟山市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，浙江 舟山 316021；3.浙江農(nóng)林大學(xué) 環(huán)境與資源學(xué)院，浙江 杭州 311300)

近年來(lái)，生物炭作為一種新型材料在農(nóng)業(yè)、環(huán)境領(lǐng)域均得到廣泛關(guān)注。生物炭是農(nóng)業(yè)廢棄物在缺氧或少氧條件下高溫?zé)峤舛傻姆€(wěn)定高碳產(chǎn)物[1]，具有疏松多孔、比表面積大、吸附能力強(qiáng)等特征，是一種理想的農(nóng)用基質(zhì)[2]。生物炭與肥料配施，可以改善土壤結(jié)構(gòu)并增加土壤養(yǎng)分持留[3]，有效減少土壤硝態(tài)氮和磷素的淋溶損失，降低地下水污染風(fēng)險(xiǎn)[4]。生物炭的應(yīng)用不但能解決農(nóng)業(yè)廢棄物污染環(huán)境的問(wèn)題，而且能減少肥料施用量，提高肥料利用率的同時(shí)增加作物產(chǎn)量，改善土壤性質(zhì)，是發(fā)展可持續(xù)生態(tài)農(nóng)業(yè)的新途徑[5]。

長(zhǎng)期以來(lái)園林綠化植物廢棄物大部分隨生活垃圾填埋，或者進(jìn)行自然堆放、焚燒處理等粗放處理，導(dǎo)致全球氣候變暖、加劇城市霧霾、產(chǎn)生土地資源污染等問(wèn)題。尋找園林綠化植物廢棄物合理的多元化利用途徑己經(jīng)成為我國(guó)亟待解決的問(wèn)題之一。

為探究在不同生物炭及其不同施用率配施復(fù)合肥條件下對(duì)植物生長(zhǎng)和土壤的改良效果，本試驗(yàn)以杭州植物園(杭州市園林科學(xué)研究院)日常養(yǎng)護(hù)產(chǎn)生香樟枝條粉碎后制成的生物炭和商業(yè)竹炭為不同生物炭進(jìn)行比較試驗(yàn)，探尋園林綠化植物廢棄物制成的生物炭改良土壤的最佳配比，為園林綠化植物廢棄物資源化利用和生物炭改良土壤提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試品種為小青菜(紹興大江蔬菜種子有限公司)。試驗(yàn)于2019年在浙江農(nóng)林大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院試驗(yàn)基地進(jìn)行，試驗(yàn)在浙江農(nóng)林大學(xué)研究基地進(jìn)行。該地區(qū)平均海拔39 m，屬中亞熱帶氣候，年平均氣溫17 ℃，年日照時(shí)數(shù)1 847 h，年降水量1 628.6 mm，全年無(wú)霜期237 d。

供試土壤。土壤取自校區(qū)邊的平山基地，該土壤較為貧瘠，供試土壤為紅壤，pH值4.88，堿解氮為86.8 mg·kg-1，有效磷12.0 mg·kg-1，速效鉀125.0 mg·kg-1，有機(jī)碳10.6 g·kg-1。

供試生物炭。自制生物炭是利用杭州植物園(杭州市園林科學(xué)研究院)日常養(yǎng)護(hù)產(chǎn)生香樟枝條經(jīng)粉碎機(jī)粉碎，由杭州植物園園林綠化質(zhì)量檢測(cè)中心在400 ℃條件下，通過(guò)低溫?zé)峤鈭@林綠化植物廢棄物炭化技術(shù)自制；商業(yè)生物炭由浙江臨安柴氏竹炭科技有限公司生產(chǎn)的新型環(huán)保竹炭。

供試肥料為45%復(fù)合肥(N、P2O5、K2O各15%，浙江惠多利肥料科技有限公司)。

1.2 處理設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用大棚內(nèi)盆栽試驗(yàn)，選取平山基地較為貧瘠的土壤，生物炭與其混勻后，以每盆5 kg鮮土分裝至盆中。試驗(yàn)共設(shè)5個(gè)處理。①空白(不加生物炭)；②自制生物炭1.0%(生物炭與盆土質(zhì)量比，下同)；③自制生物炭0.5%；④商業(yè)生物炭1.0%；⑤商業(yè)生物炭0.5%。自制生物炭和商業(yè)生物炭粉碎后過(guò)0.85 mm篩，按照不同生物炭的配施量加入盆中并與盆土混合均勻。所有盆栽隨機(jī)區(qū)組排列，每處理重復(fù)3次，共15盆。選用青菜品種為小青菜，于4月29日播種，5月5日移栽，各盆栽栽植密度、青菜苗大小和每盆株數(shù)一致(每盆6株)，5月20日收獲。每盆試驗(yàn)材料保持統(tǒng)一施肥，以復(fù)合肥為基肥，按每盆肥料和土壤質(zhì)量比為3%施入，試驗(yàn)其他管理措施均相同，盆栽日常管理保持常規(guī)田間持水量。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與數(shù)據(jù)處理

青菜收獲時(shí)，每盆處理采取單采單收單烘，每盆分別按常規(guī)進(jìn)行整株取樣，測(cè)量每株青菜株高，并稱取每盆青菜的整株鮮重，烘干后稱取每株植株的干重、地上部干重和地下部干重，同時(shí)測(cè)量每盆土壤樣品的pH、堿解氮、有效磷、速效鉀、有機(jī)質(zhì)、硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量，具體測(cè)定方法參照文獻(xiàn)[6]。數(shù)據(jù)處理采用Excel 2010和SPSS軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 對(duì)青菜生長(zhǎng)的影響

由表1結(jié)果可以看出，5種處理間青菜株高和鮮重均未達(dá)顯著差異水平，但相比對(duì)照處理，生物炭的配施均使青菜株高和鮮重有所提高，且不同處理間青菜株高和鮮重排序均為處理3>處理4>處理2>處理5>處理1。相比對(duì)照，各處理青菜株高增幅為0.09%～6.10%，青菜鮮重增幅為10.7%～38.1%，其中，處理3的青菜株高和鮮重增幅最大。在施用生物炭的處理中，處理3青菜株高和鮮重最高，處理2、處理4、處理5的產(chǎn)量較處理3有所減少。由此表明，通過(guò)自制生物炭和復(fù)合肥配施能提高植株產(chǎn)量。

表1 不同生物炭配比對(duì)青菜性狀及生物量積累的影響

根據(jù)表1中青菜植株干重和地上部干重?cái)?shù)據(jù)分析，施用率為1.0%的自制生物炭對(duì)青菜干重提升效果明顯。根據(jù)地上部干重顯著性分析，施用率為1.0%的自制生物炭與施用率為1.0%的商業(yè)生物炭之間有顯著性差異。在相同施用率條件下，青菜植株干重、地上部干重和地下部干重均為自制生物炭?jī)?yōu)于商業(yè)生物炭。由此表明，自制生物炭和復(fù)合肥配施條件下，青菜生產(chǎn)可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)、增產(chǎn)，且自制生物炭?jī)?yōu)于商業(yè)竹炭。

2.2 對(duì)土壤理化性狀的影響

由表2可知，不同處理對(duì)土壤pH的影響較小，青菜生產(chǎn)對(duì)于土壤養(yǎng)分含量影響較大。相比對(duì)照處理，其他處理的土壤養(yǎng)分含量普遍高于對(duì)照，其中土壤有機(jī)質(zhì)含量變化較為顯著。在不同生物炭及施用率條件下，土壤速效鉀、有效磷和有機(jī)質(zhì)的增幅分別為3.1%～9.6%、4.6%～15.5%和33.3%～77.9%。4個(gè)施用生物炭的處理中，以處理2的土壤堿解氮、速效鉀、有效磷和有機(jī)質(zhì)的含量最高，土壤有機(jī)質(zhì)含量與其他3個(gè)處理間具有顯著性差異，說(shuō)明配施生物炭有利于提高土壤養(yǎng)分含量，以及肥料在土壤中的積累，減少化肥流失，提高肥料利用率。

表2 不同生物炭配比對(duì)土壤理化性狀的影響

從總體情況分析可知，在同種生物炭施用條件下，自制生物炭施用率為1.0%的土壤各養(yǎng)分含量高于施用率為0.5%的，商用竹炭施用率為0.5%的土壤各養(yǎng)分含量高于施用率為1.0%。在生物炭施用率相同條件下，施用率為1.0%的自制生物炭的土壤各養(yǎng)分含量高于商業(yè)生物炭，其中土壤有機(jī)肥含量有顯著差異。在生物炭施用率相同條件下，施用率為0.5%的自制生物炭和商業(yè)生物炭的土壤各養(yǎng)分含量之間各有不同，差異不顯著。由此表明，在青菜種植中配施自制生物炭更有利于土壤養(yǎng)分含量積累，以自制生物炭施用率為1.0%的條件下最優(yōu)。

2.3 對(duì)土壤無(wú)機(jī)態(tài)氮素形態(tài)的影響

土壤中氮素形態(tài)可分為無(wú)機(jī)態(tài)和有機(jī)態(tài)兩大類，土壤氣體中存在的氣態(tài)氮一般不計(jì)在土壤氮素之內(nèi)[7]。土壤中未與碳結(jié)合的含氮化合物包括銨態(tài)氮、亞硝態(tài)氮、硝態(tài)氮、氨態(tài)氯、氨氣及氣態(tài)氮氧化物，一般多指銨態(tài)氮和硝態(tài)氮。土壤中無(wú)機(jī)態(tài)氮是微生物活動(dòng)的產(chǎn)物，它易被植物吸收，而且易揮發(fā)和流失，所以其含量變化很大[8]。

如表3所示，土壤中的銨態(tài)氮含量高于硝態(tài)氮含量，不同處理間土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量均以不配施生物炭的含量最低。相比于不配施生物炭處理，4個(gè)配施處理的土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的增幅分別為1.5%～4.4%和15.0%～91.4%。由此表明，生物炭還田用作土壤改良劑可以減少土壤中硝態(tài)氮和銨態(tài)氮的淋失，增強(qiáng)土壤保水保肥能力進(jìn)而增加土壤對(duì)養(yǎng)分的吸附能力。

表3 不同生物炭配比對(duì)土壤無(wú)機(jī)態(tài)氮素形態(tài)的影響

3 小結(jié)

試驗(yàn)結(jié)果表明，在施肥量一致的條件下，施用生物炭的土壤中植株的性狀和產(chǎn)量明顯優(yōu)于不配施生物炭。在生物炭配施條件下，植物生產(chǎn)可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)、增產(chǎn)，且自制生物炭?jī)?yōu)于商業(yè)竹炭。在本試驗(yàn)中，自制生物炭0.5%施用率最適宜植物生長(zhǎng)和產(chǎn)量增加，青菜鮮重增產(chǎn)38.1%。

從收獲后土壤化驗(yàn)分析結(jié)果看出，施用生物炭肥可有效提高土壤速效鉀、有效磷和有機(jī)質(zhì)含量。本試驗(yàn)條件下，自制生物炭1.0%施用率最有利于土壤養(yǎng)分含量積累，土壤速效鉀、有效磷和有機(jī)質(zhì)的增幅分別為9.6%、15.5%和77.9%。

生物炭配施能增加土壤無(wú)機(jī)態(tài)氮素含量的增加，對(duì)土壤中硝態(tài)氮的含量變化影響較大。本試驗(yàn)條件下，自制生物炭的配施更有利于土壤無(wú)機(jī)態(tài)氮素的積累，以自制生物炭1.0%施用率最佳，增幅為27.5%，說(shuō)明生物炭能有效減少土壤中硝態(tài)氮和銨態(tài)氮的淋失，增強(qiáng)土壤保水保肥能力，降低對(duì)農(nóng)田環(huán)境的污染。