生物炭对黄淮麦区土壤温度的影响

刘红杰　胡新　任德超　黄建英　葛君　张福绢

摘 要：为了降低低温冻害发生时土壤温度对小麦植株的危害，通过2010、2011年生物炭在麦田应用，研究了生物炭对黄淮麦区土壤温度的影响。结果表明，施炭与不施炭相比，施炭可以提高冻害天气下最低温度，降低最高土壤温度，增加土壤积温，对小麦提高抗霜性具有一定积极的作用。

关键词：生物炭；小麦；温度；影响

中图分类号：S-3 文献标志码：A 论文编号：2014-0073

0 引言

随着中国工农业经济的飞速发展，中国面临着CO2减排的巨大压力。2005年2月16日《京都议定书》正式生效，并提出可以通过增加生态系统炭库来补偿经济发展中的炭排放[1-3]。为此，中国众多学者开始了炭的深入研究[4-8]。河南商丘三利新能源公司适应目前的形势，开展了秸秆热解炭化技术的研究和生产，目前已利用小麦及其他作物秸秆在零排放的条件下连续工厂化生产出炭、木醋、生物气体和焦油。炭在工农业生产中有着巨大的市场潜力，生物炭可以用作保温材料、防潮材料、污水处理、空气吸附材料等，而且在农业的生产中也开始显现其重要的作用[9-10]。

大量研究表明，生物炭具有改善土壤理化性质及微生物的活性，培肥土壤肥力[11]，改善土壤持水能力[12-13]，延缓肥料养分释放，降低肥料及土壤养分的损失[14-15]，减轻土壤污染的作用[16]。然而，目前未见关于生物炭对土壤温度的研究论文。因此，本研究从生物炭对土壤温度效果方面着手，探讨其对土壤温度的影响，以期为缓解或降低小麦低温冻害的研究提供理论支持。

1 材料与方法

1.1 试验材料

生物炭肥是由商丘三利新能源公司提供的加有木醋液的小麦秸秆炭。供试小麦品种为‘周麦22。温度计是日产的自动记录温度计——HIOKI。

1.2 试验方法

1.2.1 试验设计 试验设在商丘市农林科学院试验田，采用大区对比和池栽的方法进行，2009—2010年采用大区试验，面积90 m2，播種采用宽幅播种机统一播种，播量127.5 kg/hm2。1次重复，行距23.1 cm。2010—2011年采用池栽试验，面积1.5 m2，行距20 cm，基本苗225万/hm2。温度计均于2月8号前掩埋于各试验区中部地面下5 cm处，小麦收获期取出。每个处理1个温度计。温度记录间距为30 min 1个数据。

2009—2010年设6个处理：处理1、2、3、4、5、6（对照）的每666.7 m2施用炭量（炭自然吸湿的湿炭）分别为440、280、200、100、20、0 kg（对照）。2010—2011年处理1、2、3、4、5分别为每666.7 m2施用碳量分别为600 kg、480 kg、320 kg、160 kg、20 kg、对照为0 kg。

1.2.2 测试项目与方法 2009—2010年采取对角线法，取长势均匀一致的3个点，每个点1 m2进行考种。2010—2011年全池全部收获，并取10株进行考种。

1.2.3 统计分析 应用DPS 6.5软件进行分析。

2 结果与分析

2.1 生物炭对地表温度的影响

2009年对不同施炭量各处理越冬期间午后的表土温度测定结果，见图1。施炭量较高的处理1、2温度比处理3低，处理3最高为8.3℃，以后随施炭量的减少迅速下降。处理5较处理6（对照）高0.1℃。可见，随施炭量的提高，表土温度提高，最高的处理3比对照（处理6）温度高0.5℃，表明施炭有提高地温的作用。

2.2 小麦苗期低温下土壤温度的日变化

2010年3月10号，商丘发生了一次早春冻害过程，当日最低气温为-5℃，最高气温11.5℃，平均温度2.8℃。本研究选择与对照临近的处理5的地温日变化进行对比（见图2）。由图2可以看到，在低温条件下施炭处理比不施炭的温度高；在白天太阳照射下，施炭处理的温度上升比不施炭的速度慢，下降的也慢。表明土壤中施入炭有储热和平抑地温的作用。

2.3 小麦孕穗期低温下土壤温度的日变化

2010年4月15号商丘发生晚霜冻害过程（最高气温11.5℃、最低气温1.4℃、平均温度5.3℃），此时小麦达到孕穗期，因此对造成了小麦一定的冻害。但是，本研究测定的土壤温度仍然是施炭的温度高于不施炭的处理，同样表现为施炭量增加，温度提高量增加，将15号当日地温合计平均结果，处理1、3、4、5分别比处理6（对照）高分别为0.4、0.7、0.7、0.2℃。

2.4 生物碳对月平均温度和积温的影响

土壤施用生物炭可以提高土壤温度。2009—2010年从放入温度计到取出温度计之间的温度分析结果（见表1），平均各处理积温为1217.6℃（1209.6～1221.1℃），比对照1178.9℃提高38.7℃，平均温度比对照高0.4℃。2010—2011年度池栽试验的温度结果（见表2）与2009—2010相同，表明土壤施炭可以改善土壤环境，提高土壤储热的作用。

3 结论与讨论

（1）黄淮麦区小麦面积0.15亿hm2，每年有大量的小麦秸秆，除小部分用于造纸和饲料添加外，大部分堆放在田间地头，不仅污染环境，而且也有失火的隐患。部分群众则在田间进行焚烧，造成空气污染，直接还田则虽可提高土壤有机质含量，但也存在着病、虫危害加重的负面影响，如何合理地利用作物秸秆是一个长期存在于农业生产的大问题。

（2）生物炭施入土壤不仅可提高地温，还可以平抑土壤温度的日变化，对小麦抗御低温灾害有一定的作用。本研究中，施入生物炭肥的处理幼苗期土壤温度始终高于未施炭的对照。施炭小麦成株期也有同样的增温效果，4月15号日平均地温较对照提高了0.2～0.8℃，日温度变化规律与幼苗期基本相同。

（3）从放入温度计开始到取出温度计止，130天地温积温处理比对照提高了30.7～114.1℃，表明生物炭作为肥料可以提高地温，有利于小麦的生长和发育。

参考文献

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