园林绿化废弃物生物炭覆盖土壤对花木生长影响的研究*

钱新锋

常熟市住房和城乡建设局、常熟市绿委办　江苏常熟　215500

摘要：生物炭作为新型土壤改良剂正引起国内外的广泛关注，利用园林绿化废弃物制作生物炭在国内尚属起步阶段。采用小区试验方法，以紫娇花(Tulbaghia　violacea)和北美海棠(North　American　Begonia)为供试花卉和树木，研究生物炭土壤覆盖后对花木生长的影响。结果表明，生物炭覆盖土壤对紫娇花和北美海棠生长具有显著的促进作用，并能缓解其不良生长。与对照相比，生物炭覆盖使紫娇花的黄叶、枯叶和不良长势分别下降47.8%、20%和100%，北美海棠的不良长势和枯枝率和根基萌芽分别下降80%、62.5%和50%。

关键词：生物炭覆盖，紫娇花，北美海棠，生长影响

园林绿化废弃物生物炭覆盖土壤对花木生长影响的研究*

钱新锋

常熟市住房和城乡建设局、常熟市绿委办江苏常熟215500

摘要：生物炭作为新型土壤改良剂正引起国内外的广泛关注，利用园林绿化废弃物制作生物炭在国内尚属起步阶段。采用小区试验方法，以紫娇花(Tulbaghiaviolacea)和北美海棠(NorthAmericanBegonia)为供试花卉和树木，研究生物炭土壤覆盖后对花木生长的影响。结果表明，生物炭覆盖土壤对紫娇花和北美海棠生长具有显著的促进作用，并能缓解其不良生长。与对照相比，生物炭覆盖使紫娇花的黄叶、枯叶和不良长势分别下降47.8%、20%和100%，北美海棠的不良长势和枯枝率和根基萌芽分别下降80%、62.5%和50%。

关键词：生物炭覆盖，紫娇花，北美海棠，生长影响

收稿日期：*基金项目：公益性行业(社会发展)科研专项基金(CS201214)

作者简介：钱新锋，硕士，教授级高级工程师，从事风景园林、城市绿化、生态恢复、湖泊修复工作，E-mail：qxf6666@126.com

Abstract:Biocharhasarousedwideconcernsasanewsoilamendmentaroundtheworld,whilemakingbiocharbyusinggardeningwasteisstillatitsinitialstageinChina.Theeffectofsoilcoveredwithbiocharonplantgrowthwasstudiedusingplot-basedexperimentonTulbaghiaviolaceaandNorthAmericanBegonia.Theresultshowedthatthesoilcoveredbiocharcouldpromotetangiblythegrowthoftheabovetwoflowers,andcontainitsadversegrowth.Comparedwiththecontrolgroup,biocharcoveringreducedtheratesofyellowleaves,deadleavesandadversegrowthofT.violaceabyby47.8%,20%,and100%,whiletheratesofadversegrowth,deadwoodandgerminationofNorthAmericanBegoniadeclinedby80%，62.5%and50%.

EffectofGardeningWasteBiocharonPlantGrowth

QianXinfeng

(ChangshuHousingandUrban-RuralConstructionBureau,ChangshuOfficeofGreeningCommittee,

Changshu215500,Jiangsu,China)

Keywords:biocharcovering,Tulbaghiaviolacea,NorthAmericanBegonia,effectongrowth

生物炭是生物质在无氧或微氧条件下低温热转化后形成一种有机碳含量高、吸附能力强、多孔性和多用途的功能化环保材料[1]。已有的研究表明，生物炭具有多孔性和巨大的表面积，能够改善土壤的结构，增加土壤的持水量，减少营养元素流失；此外，生物炭本身含有丰富的营养元素并能够缓慢释放以供植物吸收。因此，生物炭能改善土壤肥力并促进植物生长[2]。Ogawa报道，将树皮生物炭施于黑松(Pinusthunbergii)幼林3个月后，新根从生物炭中长出；通过配施少量磷肥，9个月以后大量蘑菇长出；1年以后，松树根以及生物炭中的红菌根真菌(Rhizopogonrubescens)数量显著增加，发芽数量和针叶颜色得到显著改善。国外对利用生物炭进行名胜古迹、公园等地古树名木复壮已有报道[3]。目前，国内有关生物炭的土壤改良作用研究大多集中于农作物，有关生物炭对园林植物生长的影响研究较少。以园林绿化废弃物为原料，可将其粉碎后采用限氧热解制备生物炭[4]。本文将分析生物炭覆盖对草本花卉紫娇花和木本花卉北美海棠生长的影响，以期为园林绿化废弃物炭化处置与资源化利用提供科学依据。

1材料与方法

1.1　试验区概况

试验地点位于江苏省常熟市园林植物苗圃，地理位置为E120°43′，N31°35′。该地海拔4.0m，属亚热带季风气候。年平均气温15.4℃；年均降水量1054mm，年均总日照数2130.2h。试验地主要土壤理化指标为，全氮1.91g/kg，全钾18.25g/kg，全磷0.75g/kg，有机质32.62g/kg，CEC17.30cmol/kg，pH值6.27。

1.2　生物炭的制备

试验所用的生物炭由一个高3.5m、直径50cm的二重圆筒三段式无动力炭化炉制备。炭化炉内部采用耐高温不锈钢材料制作，外部用不锈钢材料，中间隔层用耐高温珍珠砂隔热。炉体分为上中下3段组成一个圆柱体，上段部分为进料仓，中段为进氧点火燃烧仓，下段为炭化后熄灭冷却仓。底层为出料口。料斗下方有一个活动闸板，控制下料和密封炉口。在炉体中段有8个点火口、一个加热圈，有4个进氧口、3个温度检测口，用进氧量和吸风量大小控制炉内炭化时间、温度、产量和质量。在炉体上端有一个排出管道，通过风机的吸力使烟、尘、气、焦油经过管道传输到水冷却箱内，以降低烟气焦油温度，并将烟尘与焦油以及木醋液经过分解后排放在水密封桶内。风机排出的烟与气体进入一个过滤装置，进行过滤处理，然后向外排放。在炭化炉内装有一个可拆卸的活动方兴筒，安装斜板落料装置。原料由上而下产生曲线状，不容易堵塞原料。在斜板下部产生一个35°角空间，有利于储氧增压，只要产品下料一松动，上段原料就会下滑。炭化时，将收集到的园林绿化废弃物经风干、粉碎后通过一个进料斗均匀送入炭化炉内，在相对缺氧的状态下进行自燃式暗火闷烧，在控制燃烧时间和温度的情况下，使生物质原料逐渐炭化，形成一种炭化产品。经初步检测，利用园林绿化废弃物制作的生物炭含氮37.8g/kg,含磷2.5g/kg,含钾14.1g/kg。

图1　生物炭生产装置1)风机；2)冷却器出水管；3)冷却器主体；4)冷却器进水管；5)除尘器；6)废液槽；7)进料口；8)炭化炉主体；9)保温夹层；10)点火口；11)中间氧气含量调节口；12)出水管；13)生物质炭冷却罐；14)进水管；15)生物质炭出料口

1.3　试验方法

试验于2012年3月至11月在江苏省常熟市园林植物苗圃进行。试验小区面积为2200m2。供试植物品种草本花卉为紫娇花，考察因子为分枝数、蓬径和高度；木本花卉为北美海棠，考察因子为地径、蓬径和高度。试验按生物炭每平方米15kg的用量设生物炭土壤覆盖、拌入土壤和空白对照3个处理方法，每个处理重复3次，每7天记录一次，包括落叶开始、落叶结束、芽萌动、第一张叶片抽生、开花开始、开花结束以及每一次芽的萌发。

2结果与分析

2.1　生物炭对紫娇花生长的影响

从7月25日开始至11月18日试验观察结果表明，生物炭覆盖土壤可以显著促进生长后期紫娇花的分枝数，生物炭覆盖土壤中紫娇花的分枝数分别比对照和拌土增加49.1%和42.7%，覆盖和拌土对紫娇花蓬径和高度的影响与对照无显著差异。生物炭对紫娇花生长势影响结果表明，生物炭覆盖可以显著缓解紫娇花的不良生长，与对照相比生物炭覆盖中紫娇花的黄叶、枯叶和不良长势分别下降47.8%、20%和100%。相反，生物炭覆盖土壤中紫娇花新叶、萌芽分别比对照增加74.1%和73.7%。生物炭覆盖和拌土对紫娇花开花无显著差异。可见，生物炭覆盖对紫娇花不良生长具有显著缓解和促进生长作用，这一结果与Ogawa(2010)生物炭对即将枯死松树具有康复作用的报道一致。

图2　生物炭对紫娇花生长发育的影响

2.2　生物炭对北美海棠生长的影响

3月15日完成土壤覆盖，从7月25日开始观察至11月18日。生物炭对北美海棠生长发育影响的试验结果表明，与对照相比生物炭覆盖对北美海棠地径、蓬径和高度的影响无显著差异；而拌土除对高度具有一定抑制作用外，对地径和蓬径也无显著影响。对北美海棠生长势研究表明，与对照相比，覆盖土壤中北美海棠的不良长势和枯枝率和根基萌芽分别下降80%、62.5%和50%。生物炭拌土土壤中北美海棠的枯枝数降低了60%，根基萌芽和不良长势分别提高了50%和20%。总体上，生物炭覆盖对北美海棠的不良生长具有显著的缓解作用。

图3　生物炭对北美海棠生长发育的影响

3讨论

本文研究表明，生物炭覆盖土壤比拌入土壤具有更多的优势，可以显著促进草本花卉紫娇花生长后期的分枝数，并对紫娇花和木本花卉北美海棠不良生长具有显著缓解和促进生长作用，打破了人们习惯性认为拌土比覆盖好的传统思维。土壤覆盖不仅可以起到美观、减少土壤水分蒸发、为土壤提供有机质、缓冲土壤温度变化、抑制杂草等作用，而且还可以阻止水和风对土壤的侵蚀，改善土壤结构，增加土壤中有益微生物的数量，提高土壤酶的活性等，从而促进园林植物生长。有机材料覆盖保水性强，温度变化小，软体动物数量多，还可为植物提供养分和有机质，但分解较快，需定期补充或更换[5]。生物炭具有高度羧酸酯化和芳香化结构，拥有较大的孔隙度和比表面积[6]。这些基本性质使其具备了吸附力、抗氧化力和抗生物分解能力强的特性，保水能力强，持续时间长，是低碳园林城市建设中一种不可多得的环保生态有机覆盖物。

参考文献

[1]LehmannJ,JosephS.Biocharforenvironmentalmanagement:scienceandtecnology[M].London,UK:EarthscanPublicationsLtd,2009.

[2]杨放，李心清，王兵，等.生物炭在农业增产和污染治理中的应用[J].地球与环境，2012，40(1)：100-107.

[3]OgawaM,OkimoriY.Pioneeringworksinbiocharresearch,Japan[J].SoilResearch,2010,48(7):489-500.

[4]钱新锋，赏国锋，沈国清.园林绿化废弃物生物质炭化与应用技术研究进展[J].中国园林,2012，28(11):101-104.

[5]时连辉，韩国华，张志国，等.秸秆腐解物覆盖对园林土壤理化性质的影响[J].农业工程学报，2010，26(1):113-117.

[6]McElligottKM.Biocharamendmentstoforestsoils:effectsonsoilpropertiesandtreegrowth[D].Moscow,Idaho,USA:UniversityofIdaho，2011.