摘要：為探明生物質炭對設施菜地土壤鹽漬化的改良效應，本研究以谷物殘茬（水稻秸稈、小麥秸稈）和木質材料（竹廢棄物、香樟樹殘茬）作為生物質炭的原材料，探討在不同原材料種類和施用量條件下，生物質炭施用對常州城郊設施菜地鹽漬化土壤的影響。結果表明，在供試鹽漬化土壤和栽培條件下，生物質炭可以被視為是一種值得推薦的土壤改良劑。相比于谷物殘茬制備的生物質炭，供試設施菜地鹽漬化土壤中施用木質材料制備的生物質炭（尤其是竹材料生物質炭），短期內顯著降低了土壤電導率EC值，對受鹽影響的設施菜地土壤中Na+、Cl-、NO3-濃度均起到了明顯的消減作用，并且該改良效應隨著竹材料生物質炭添加量的增加而增加〔添加量從0.5%（m/m）提升至1%（m/m）〕。

關鍵詞：生物質炭；土壤鹽漬化；土壤電導率；鹽基離子

設施蔬菜種植作為一種可人為調控、受自然因素影響較少、對季節(jié)、地域、土壤條件等依賴性較低的蔬菜栽培模式，打破了蔬菜供應的季節(jié)限制和地域限制，為蔬菜產(chǎn)品的周年供應提供了保障。然而，相比于傳統(tǒng)的露天種植，設施蔬菜是一種高溫高濕無降水、高復種指數(shù)和高肥料投入的集約化種植方式，極易造成設施菜地土壤板結、酸化、養(yǎng)分累積和鹽漬化，可能導致設施菜地減產(chǎn)，甚至絕產(chǎn)[1]。因此，改良設施菜地土壤，尤其是開展設施菜地土壤鹽漬化治理是保證設施菜地生產(chǎn)力和可持續(xù)發(fā)展的重要措施。

國內外研究學者針對設施菜地土壤鹽漬化改良已經(jīng)開展了大量的技術研究和推廣應用工作，主要的技術手段包括：機械化移除鹽漬化表層土壤、深耕深翻、砂化土壤、淋洗與人工排水、有機/無機改良劑的使用、耐鹽堿植物修復、均衡施肥、生物肥料應用等。在以上方法中，修復受鹽影響的設施菜地土壤最直接和最經(jīng)典的方法是機械移除鹽聚集的表層土壤，從而裸露出低鹽的底土，然而這樣的技術應用費時費力，且不可持續(xù)。事實上，利用含鹽量較低的灌溉水來淋洗設施菜地鹽漬化土壤被認為是最有效的改良策略，然而這必將造成水資源的大量浪費，尤其是在今天淡水資源日益短缺的情形下顯得難以接受。應用深耕深翻、砂化土壤、地膜覆蓋、耐鹽堿植物修復、均衡施肥、生物肥料應用等技術也存在經(jīng)濟成本較高、治理效果不顯著不持續(xù)、需耗費大量人力物力等限制因素。因此，亟需高效、經(jīng)濟、環(huán)保、可持續(xù)的技術手段來解決這一難題。

生物質炭作為一種綠色清潔的功能型土壤改良材料，在新型生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中已表現(xiàn)出了巨大的應用潛力，在固碳減排、治理土壤重金屬污染、改良土壤結構、提高土壤肥力、提升作物產(chǎn)量和品質、提高作物抗性上得到了國內外專家的普遍認可。作為一種由生物質材料在限氧或厭氧環(huán)境條件下，通過高溫裂解得到的有機連續(xù)體產(chǎn)品，生物質炭的生產(chǎn)應用不僅減少了秸稈等農(nóng)林廢棄物直接焚燒等問題，而且它作為一種多孔的炭質材料在實現(xiàn)設施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)高效管理、資源節(jié)約、環(huán)境友好、農(nóng)業(yè)增收方面發(fā)揮著重要作用[2]。已有的國內外研究結果表明，生物質炭對改善鹽漬化土壤的物理、化學和生物學特性有顯著的效果。然而，據(jù)了解目前基于生物質炭的設施菜地土壤鹽漬化改良技術在常州地區(qū)進行試驗研究和推廣應用較少，在江蘇省其他市區(qū)開展的應用研究所涉及的生物質炭種類也十分有限。為此，本試驗選取谷物殘茬（水稻秸稈、小麥秸稈）和木質材料（竹廢棄物、香樟樹殘茬）作為生物質炭的原材料，探討不同原材料種類和施用量條件下，生物質炭施用對常州城郊設施菜地土壤鹽漬化的影響，旨在篩選出對設施菜地土壤鹽漬化經(jīng)濟、有效的處理方式，以期為生物質炭改良設施菜地土壤鹽漬化的應用推廣提供參考與借鑒。

1 材料與方法

1.1 試驗概況

試驗于2022年6月至2023年11月在常州笙綠農(nóng)業(yè)科技有限公司簡易大棚內進行。供試作物為青菜，品種為上海青。上海青在南方地區(qū)可周年生產(chǎn)，一般移栽種植25～30 d即可陸續(xù)采收。

1.2 生物質炭制備

以谷物殘茬（水稻秸稈、小麥秸稈）和木質材料（竹廢棄物、香樟樹殘茬）為生物質炭原材料，經(jīng)破碎后放置于熱解回轉窯中，以大約20 ℃/min的熱解速率進行升溫熱解，最高熱解溫度設置為550～600 ℃，熱解過程持續(xù)25～30 min。

1.3 試驗設計

本試驗共設置9個處理，分別為：T1：香樟樹殘茬生物質炭0.5%（m/m）、T2：香樟樹殘茬生物質炭1%（m/m）、T3：竹材料生物質炭0.5%（m/m）、T4：竹材料生物質炭1%（m/m）、T5：水稻秸稈生物質炭0.5%（m/m）、T6：水稻秸稈生物質炭1%（m/m）、T7：小麥秸稈生物質炭0.5%（m/m）、T8：小麥秸稈生物質炭1%（m/m）、CK：空白對照（不使用生物質炭）。每個處理設置3個重復，共計27個小區(qū)，單個小區(qū)面積10" m2，四周設置保護行，于2022年9月1日整地前均勻撒施生物質炭于試驗小區(qū)表層土壤，然后翻耕整地做畦。生物質炭施用2周后將上海青移栽，上海青使用缽苗移栽，青菜行株距為20 cm×20 cm，移栽完成后澆定根水，試驗期間試驗地塊不使用任何肥料農(nóng)藥，其余田間管理與當?shù)爻Ｒ?guī)生產(chǎn)相同。待試驗實施1年后（且待蔬菜收獲后）采集0～10 cm表層土壤進行實驗室分析測定其化學性質。

1.4 測量指標

土壤電導率EC采用電導率電極在固體：水=1：5的比例懸浮液中測定；pH采用電位法測定；Na+和K+濃度采用微波等離子體原子發(fā)射光譜儀法測定；Cl-和NO3-濃度采用離子色譜法測定。

1.5 數(shù)據(jù)分析

試驗數(shù)據(jù)采用SPSS 23.0進行統(tǒng)計分析，采用Duncan’s進行差異顯著性分析。

2 結果與分析

由圖1可知，設施菜地添加生物質炭處理土壤pH值較CK均有所增加。T8處理的pH值最高，較CK增加9.74%，其次是T7處理，較CK增加9.16%，再就是T6、T5、T2、T4、T1、T3處理，但經(jīng)方差分析T2、T4、T5、T6、T7、T8處理土壤pH值均顯著高于CK，僅T1和T3處理與CK間土壤pH值差異不顯著。說明在該供試土壤和栽培條件下，添加供試生物質炭可提高中性設施菜地土壤pH值，尤其是谷物殘茬生物質炭（小麥秸稈、水稻秸稈等），因其富含更多鈣、鎂、鉀離子，可以交換降低土壤氫離子及交換性鋁離子水平，從而更能明顯地提高土壤的pH值。此外，本試驗供試生物質炭最高熱解溫度為550～600 ℃，相較于低溫熱裂解的生物質炭，其具備更少的酸性揮發(fā)物及更多的灰分[3]，因而自身pH更高，可能對提高土壤pH值的貢獻更加明顯。

不同小寫字母表示處理間差異顯著（P lt; 0.05），無標注表示差異不顯著。

由圖2可知，設施菜地添加生物質炭處理土壤EC值較CK均有所減少。T4處理的EC值最低，較CK減少62.9%，其次是T2處理，較CK減少42.4%，再就是T3、T8、T6、T1、T7、T5處理，方差分析顯示僅T5處理與CK間土壤EC值差異不顯著，其余處理土壤EC值均顯著低于CK。說明在該供試土壤和栽培條件下，添加供試生物質炭可降低設施菜地土壤鹽度，尤其是木制材料生物質炭（竹廢棄物、香樟樹殘茬等）。該試驗結果與Camps-Arbestain 的研究結果保持一致，即在所有種類的生物質炭中，木質材料制備生物質炭有著最少的灰分含量，其對土壤鹽度的改良效果最為優(yōu)異。

不同小寫字母表示處理間差異顯著（P lt; 0.05），無標注表示差異不顯著。

由圖3可知，除T7和T8處理土壤K+離子濃度值顯著大于CK，其余處理與CK間土壤K+離子濃度值差異均不顯著。說明在該供試土壤和栽培條件下，添加供試小麥秸稈生物質炭可提高設施菜地土壤K+離子濃度值，這可能與該材料制備的生物質炭灰分中富含更多的K+有關。

由圖4可知，T3和T4處理土壤Na+離子濃度值均顯著小于CK，T8處理土壤Na+離子濃度值顯著大于CK，其余處理與CK間土壤Na+離子濃度值差異不顯著。說明在該供試土壤和栽培條件下，添加供試竹材料生物質炭可消減設施菜地土壤Na+離子脅迫，這可能與竹材料生物質炭相比其他生物質炭有更高的表面電荷以及更強的陽離子吸附能力有關。另外，添加供試小麥秸稈生物質炭達到1%（m/m）添加量時，施菜地土壤Na+離子脅迫有可能會加劇，這可能與小麥秸稈生物質炭灰分中含有更多的Na+離子有關。

由圖5可知，僅有T3和T4處理土壤Cl-離子濃度值顯著小于CK，其余處理與CK間土壤Cl-離子濃度值差異不顯著。說明在該供試土壤和栽培條件下，添加供試竹材料生物質炭可消減設施菜地土壤Cl-離子脅迫，這可能與竹材料生物質炭相比其他生物質炭有更高的表面電荷有關。

由圖6可知，T1和T2處理與CK間土壤NO3-離子濃度值差異不顯著，其余處理土壤NO3-濃度值均顯著小于CK。說明在該供試土壤和栽培條件下，添加供試竹材料、水稻秸稈和小麥秸稈生物質炭均可消減設施菜地土壤NO3-離子脅迫，這可能與生物質炭中含硝化抑制化合物（α-pine烯）、微生物毒性芳香類化合物（PHCs）等物質，對AOB等微生物生長活動造成不利影響有關。

3 討論與結論

3.1 討論

本試驗發(fā)現(xiàn)，在供試鹽漬化土壤和栽培條件下，生物質炭可以被視為是一種值得推薦的土壤改良劑。然而，值得關注的是，不同原料制備的生物質炭、不同的添加量均會導致不同的鹽漬化改良效應。相比于谷物殘茬原料制備的生物質炭，供試設施菜地鹽漬化土壤中施用木質材料制備的生物質炭（尤其是竹材料生物質炭），短期內顯著降低了土壤電導率EC值，對受鹽影響的設施菜地土壤中Na+、Cl-、NO3-濃度均起到了明顯的消減作用，并且該改良效應隨著竹材料生物質炭添加量的增加而增加〔添加量從0.5%（m/m）提升至1%（m/m）〕。

3.2 結論

根據(jù)已有的國內外研究成果，生物質炭已被證明在固碳減排、治理土壤重金屬污染、改良土壤結構、提高土壤肥力、提升作物產(chǎn)量和品質方面表現(xiàn)出巨大的應用潛力。考慮到部分研究結果發(fā)現(xiàn)，高劑量施用生物質炭會帶來土壤鹽度與堿度增加的可能，且該影響隨著生物質炭制備原材料而變化。因此，如何制備及挑選合適的、可溶性鹽含量低的生物質炭應用于實際生產(chǎn)，將成為未來的一個研究方向。

參考文獻

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