秸秆生物炭对小白菜生长发育及土壤性质的影响

余端 冯牧野 李燕 罗友进

摘   要   通过盆栽对比试验研究了不同生物炭添加量对小白菜生长发育及土壤理化性质的影响。结果初步表明：1）适量的秸秆生物炭添加量（4%～8%）有助于小白菜生长发育，而较高的添加量（12%～16%）反而有抑制作用;2）随着生物炭含量水平的提高，小白菜对氮、磷、钾的吸收呈现先增加后减少的趋势;3）添加秸秆生物炭可以使土壤容重降低，同时增加土壤孔隙度，使土壤具有较好的持水能力;4）生物炭本身含有丰富的有机碳、氮、磷、钾元素，能使土壤中相应的元素含量上升。

关键词   秸秆生物炭;小白菜;生物量;土壤;理化性质

中图分类号：S634.3;S15    文献标志码：A    DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2019.34.012

秸秆生物炭施入农田不仅能补充土壤有机质，有效减少氮素淋溶损失，提高土壤肥力[1]，而且可以有效提升土壤中的水分含量，增强植物对土壤中养分的吸收能力，对植物的生长发育也有非常良好的促进作用。

本试验将重庆紫色土当作研究的主要对象，通过对盆栽小白菜施用生物炭后的生长、产量情况及土壤理化性质变化进行研究，以评估秸秆生物炭施用对小白菜生长和土壤理化性质的影响。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试土壤：盆栽试验用土壤取自重庆市现代农业高科技园区内，于2018年3月采集表土（0～20 cm）基础混合样土50个，土壤类型为沙溪庙组紫色水稻土。采用随机取样，测试出供试土壤基本理化性质如下：pH=5.93，阳离子交换量（CEC）114 mmol·kg-1，有机碳4.28 g·kg-1，全氮0.45 g·kg-1，速效钾19.41 g·kg-1，速效磷0.16 mg·kg-1。

供试生物炭：生物炭来源于高科技园区生产现有玉米秸秆制备而成。其理化性质为：pH=8.9，C37.95%，N0.98%，C/N=38.72，有效磷225.3 g·kg-1，速效钾2 031.11 mg·kg-1。秸秆生物炭粉碎过2 mm筛后，与称量好的土壤及肥料充分混匀装入塑料盆，再施等量N、P、K底肥，施肥量为：N150 mg·kg-1土，P2O5 100 mg·kg-1土，K2O 150 mg·kg-1土。

小白菜：品种为金品快菜308，叶色深绿，叶数多，生长周期为40～50 d。

1.2 试验方法

1.2.1 试验设计

盆栽试验设计，在重庆市现代农业高科技园区温室大棚中进行，每钵定植长势相近幼苗10株。每隔3～5 d进行补水，保持土壤60%的田间持水量，并做好病虫草害防控。

单因素试验，共设置5个不同用量生物炭处理，分别为每季0%（T0：0 g·kg-1干土），4%（T40：40 g·kg-1干土），8%（T80：80 g·kg-1干土），12%（ T120：120 g·kg-1干土），16%（T160：160 g·kg-1干土）生物炭施用量。每个处理设置长势一致的小白菜幼苗5盆，5个处理均设重复3次。

1.2.2 测定方法

秸秆生物炭对小白菜生长量影响检测：主要测定根长、株高、地上鲜重、地下鲜重及总生物量等指标。

秸秆生物炭对小白菜主要营养元素含量影响检测：主要测定N、P、K吸收量及含量。

土样的采集与测定：在小白菜成熟期，分别采集根际土和根外土，对样本进行土壤pH值，有机质、碱解氮、速效磷和速效钾含量等指标检测。

1.3 数据处理

试验数据通过Excel处理，用SPSS软件进行分析。

2 结果与分析

2.1 秸秆生物炭对小白菜生长量的影响

小白菜的生长情况见表1，随着生物炭含量水平的提高，小白菜产量呈现先增后减，T80添加量最适宜小白菜生长。可见，秸秆生物炭的适量加入可以促进小白菜生长。

2.2 秸秆生物炭对小白菜主要营养元素的影响

秸秆生物炭不同添加量对小白菜主要营养元素含量的影响见表2。随着生物炭含量水平的提高，小白菜对N、P、K的吸收均呈现出先增加后减少的趋势，即在一定范围内，秸秆生物炭能促进小白菜对N、P、K的吸收。

2.3 秸秆生物炭对土壤理化性状的影响

秸秆生物炭不同添加量对土壤物理性状的影响见表3。由于生物炭本身较低的容重和大孔隙，随着秸秆生物炭添加量增加，最大持水量、田间持水量、有效水含量、毛管孔隙度和总孔隙度等各个指标都有不同程度的提高[2]。与T0相比各添加处理的土壤容重同比下降6.66%、20.00%、26.67%、36.97%，毛细管孔隙度由43.45%增加到49.61%，总孔隙度由51.23%增加到59.28%。可见，添加秸秆生物炭可以使土壤容重减少，同时也可以增加土壤孔隙度，提高土壤含水量和田间持水量。

通常而言，对于植物生长最合适的pH值范围应该是6.5～7.5，而供试土壤的原始pH值为5.93，其实这样的环境是不适宜植物进行完全的生长和发育的，随着生物炭含量水平的提高，土壤由偏酸性调节到中性，从而改善了土壤的pH值状况[2]。由表4可以看出，在试验的五个生物炭添加处理中，阳离子交换量呈现先增加后减小的趋势。相较于T0处理的阳离子交换量值而言，T40处理最大，其值為128 mmol·kg-1。随着生物炭含量水平的提高，土壤养分含量明显增加。与T0相比，T160处理的土壤有机碳含量从4.28 g·kg-1增加至74.43 g·kg-1，增加了约16倍，速效磷含量从19.41 mg·kg-1增加到78.85 mg·kg-1，增加了约3倍，这种含量的增长主要是因为生物炭本身含有非常多的活性炭分子，增强了土壤储存碳原子的能力。T160处理的土壤全氮量达到2.09 g·kg-1，表明土壤含氮量非常丰富。随着生物炭含量水平的提高，土壤速效钾含量呈现较大的增长，到T160处理时土壤速效钾含量达到5.17 g·kg-1，充分说明秸秆生物炭的施入促进了钾元素的还田。

3 小结

1）适量的秸秆生物炭添加量（4%～8%）有助于小白菜生长发育，而较高的添加量（12%～16%）反而有抑制作用。

2）随着生物炭含量水平的提高，小白菜对氮、磷、钾的吸收呈现先增加后减少的趋势，即在一定范围内，秸秆生物炭促进了小白菜对土壤中氮、磷、钾元素的吸收。

3）添加秸秆生物炭可以使土壤容重降低，同时增加土壤孔隙度，使土壤具有较好的持水能力。

4）生物炭本身含有丰富的有机碳、氮、磷、钾元素，能使土壤中相应的元素含量上升，从而起到储存碳、氮、磷、钾的作用。

参考文献：

[1] 邓丛静，邹积微，张齐生，等.新型改良剂对土壤性质及小白菜生长的影响[J].科学技术与工程，2015，15（4）：171-174.

[2] 刘宇娟，谢迎新，董成，等.秸秆生物炭对潮土区小麦产量及土壤理化性质的影响[J].华北农学报，2018，33（3）：232-238.

（责任编辑：丁志祥）