生物炭施入对温室土壤性质以及辣椒生长的影响*

赵贯飞

（西藏自治区农牧科学院蔬菜研究所，西藏 拉萨 850001）

生物炭（Biochar）也称生物质炭，一般指生物质原材料在完全或部分缺氧条件下，经高温热裂解产生一种含碳元素的固态物质。主要由芳香烃和单质碳或具有类石墨结构的碳组成，一般含有60%以上的碳元素［1］。相比焦炭、活性炭等其他类型黑炭，生物炭主要应用于生态环境修复、气候变化和农业土壤改良等方面。生物炭的多孔特性和表面积有利于土壤聚集水分、提高孔隙度、提高保水能力、降低土壤酸度、增加有机质、提高养分含量、增加土壤阳离子交换能力和降低土壤容重，从而为植物生长提供良好的生长发育环境。

随着西藏自治区设施园艺迅猛发展，仅拉萨地区截至2013年底，共有大棚种植面积1.85万亩，其中日光温室面积1.05万亩，塑料大棚8000亩，形成了城关区、蔡公堂乡、堆龙德庆区乃琼镇、达孜县邦堆乡、曲水县南木乡等16个集中连片设施农业基地。为保障西藏本地蔬菜的供应起到了重要的支撑作用。然而，设施温室土壤由于常年处于封闭或半封闭状态，缺少雨水淋溶，从而形成了一个非常特殊的生态系统，普遍存在盲目过量施入化学肥料、养分比例失调、肥效利用不高、资源浪费、土壤板结等严重问题，给农牧民设施生产也带来了巨大损失，已成为限制西藏设施农业作物发展的重要因素，因此，寻求解决方法，恢复土壤生产力，对促进西藏自治区设施农业产业的发展、农牧民增收致富、实现设施农业作物的可持续发展具有重要意义。

1 试验材料与方法

1.1 试验材料

为了探究在高原设施温室中生物炭对设施园艺作物生长的影响，试验选择了以玉米秸秆、花生壳和水稻秸秆等为原料的3种生物炭制品，同时以施入羊粪、复合肥以及不做任何处理作为对照（CK）。在园艺作物辣椒（Capsicum annuum）上进行试验（品种为航椒五号）。

1.2 试验方法

上述作物在定植前按照100 kg/667m2施入生物炭和试验肥料开展相关实验，并做好相关试验记录。试验采用小区实验为主，小区面积6m2，长为6 m，宽1 m，行距0.3 m，设6个处理，3次重复，小区之间间隔5 m，采用随机区组排列。通过上述试验，拟试图探究生物炭的施入对温室土壤温度、含水量、pH值和对园艺作物的株高和产量的影响。

试验地土壤为沙壤土，土壤容重为1.68 g/cm。土壤温度采用地温计于每天早晨10：00进行测定，采集深度为10 cm；pH值采用pH计测定，水土比例为2.5：1；园艺作物的株高采用普通卷尺测定；作物产量按照每个小区的产量计算，最后折算为kg/667m2。生物炭的全碳组分和灰分见表1。

表1 生物炭全碳组分和灰分分析表

1.3 数据处理

数据处理均采用SPSS 20.0软件，绘图软件采用Excel 2013。

2 结果与分析

2.1 生物炭的施入对温室土壤温度的影响

该试验在生物炭施入后，在辣椒的幼苗期测定10cm深土壤温度变化，每种园艺作物随机选取3个点作为数据测定点。

表2 不同处理对土壤温度变化影响mean±SD（℃）

表3 不同处理对辣椒土壤温度变化的方差分析（ANOVA）

对种植辣椒施入不同的生物炭和肥料，对10cm深的土壤温度进行测量，并对种植辣椒的土壤温度进行方差分析。结果表明，种植辣椒温室土壤温度均存在极显著性差异（P=0.014＜0.05）（表3）。从表2可以看到，在辣椒幼苗期施入生物炭和羊粪，除了施入复合肥外，都能够提高设施温室土壤温度的作用，但是以水稻为原料的生物炭提升地温的作用最为明显，具体提升土壤温度的排列顺序为：水稻秸秆＞玉米秸秆＞花生壳＞羊粪＞复合肥＞CK。

2.2 生物炭施入对温室土壤含水量的影响

当生物炭和肥料施入到种植辣椒温室后，不论是生物炭还是肥料均对土壤的pH变化没有影响，在统计学上没有显著性差异。说明在该试验中生物炭对土壤的含水量不会有大的改变，可能与试验地本身就属于砂质壤土，具有较好的透性，如果在黏土上进行试验有可能会发挥生物炭表面积大的优势，继而能够对土壤含水量起到调节作用。

2.3 生物炭的施入对温室土壤pH值的影响

测定温室土壤pH值时，在每个处理的小区选取3份土样，每份土样放入烧杯中加入蒸馏水，用玻璃棒充分搅拌1分钟，待其静止澄清后，用pH计测定。

表4 施入生物炭对供试土壤pH值影响

从表4可以看出，虽然各处理之间没有显著性差异，但从数据来看各处理之间的pH值大小依次为：花生壳秆＞水稻秸秆＞羊粪＞玉米秸秆＞复合肥＞CK的排列顺序。该试验结果可能与前茬种植作物品种有一定的关系，由于本试验数据来自前茬种植有辣椒的试验地，种植辣椒后的田地一般偏碱性。

2.4 生物炭对辣椒植株生长和产量的影响

通过在辣椒试验地施入生物炭和肥料，在辣椒生长封顶时测量辣椒的主茎高和产量。结果见表5，主茎高度和产量都呈显著性差异。主茎高度顺序为：花生壳＞水稻秸秆＞羊粪＞玉米秸秆＞复合肥＞CK。产量的变化顺序为：玉米秸秆＞花生壳＞水稻秸秆＞CK＞羊粪＞复合肥。不论是主茎高度，还是产量，施入生物炭后都比CK高，这可能与生物炭自身特性有关，所含的微量元素和矿物质对于产量和主茎高度有一定的影响。而不施入任何生物炭和肥料的辣椒主茎高度和产量呈极显著差异，主茎高度只有48.7 cm和4009.6 kg/667m2。该次试验的辣椒产量数据是在辣椒边生长、边采摘最后汇总所有产量后换算为亩产量。

表5 不同处理对辣椒植株生长和产量的影响

3 结论与讨论

在辣椒幼苗期施入生物炭和羊粪，除了施入复合肥外，都能够提高设施温室土壤温度。但也有研究表明，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，在小麦成株期施入生物炭也同样有增温效果［2］。在该试验中生物炭对土壤的含水量改变不大，可能试验地本身就属于砂质壤土，具有较好的透性。生物炭的施入对土壤pH值影响也不大，而有相关研究表明，在茶树中施入生物炭能使土壤pH值升高0.05-0.22，因为茶树生长环境土壤偏酸性，因此施入生物炭能够提高土壤的pH值［3］。也有研究表明，生物炭能明显改善北方果园酸化土壤的性质，在酸化土壤改良上具有广阔的应用前景［4-5］。研究发现，在温室设施中，生物炭对辣椒的生长有明显的促进作用，进而影响到产量。有研究证实在温室设施中使用生物炭能够促进茄子的生长［6］，以及促进铁皮石斛、烟叶等的发育［7-8］。

因此，在西藏自治区农村地区推广生物炭技术，加速以秸秆炭化还田技术，不仅有利于促进农民增收、就业以及农业增产，还有助于提高农业废弃物综合利用水平、减少散乱堆放和焚烧等面源污染，从而实现农民增收、生活环境改善、减少二氧化碳等温室气体排放，为固碳减排任务做出贡献。

［1］Goldberg E D.Black Carbon in the Environment：PropertiesandDistribution［J］.NewYork，JohnWiely，1985.

［2］刘红杰,胡新,任德超,等.生物炭对黄淮麦区土壤温度的影响［J］.农学学报，2014，4（9）：47-49.

［3］李荣林，黄继超，黄欣卫，等.生物炭对茶园土壤酸性和土壤元素有效性的调节作用［J］.江苏农业科学，2012，40（12）：345-347.

［4］王震宇，徐振华，郑浩，等.花生壳生物炭对中国北方典型果园酸化土壤改性研究［J］.中国海洋大学学报（自然科学版）自然科学版，2013，43（8）：86-91.

［5］张祥，王典，姜存仓，等.生物炭及其对酸性土壤改良的研究进展［J］.湖北农业科学，2013，52（5）：997-1000.

［6］李中阳，樊向阳，齐学斌，等.生物质炭对施用不同磷肥下温室茄子生长及品质的影响［J］.中国农村水利水电，2015（4）：34-37.

［7］陈庆飞.基质添加生物炭对铁皮石斛生长及品质的影响［D］.浙江师范大学，2015.

［8］陈山，龙世平，崔新卫，等.施用稻壳生物炭对土壤养分及烤烟生长的影响［J］.作物研究，2016，30（2）：141-147.