不同生物炭配比对小青菜生长及土壤改良效果的影响

郭帅，杨梢娜，黄芳晨，贺敏，吴志荣，徐秋芳

(1.杭州植物园(杭州市园林科学研究院)，浙江 杭州 310012； 2.舟山市农业技术推广中心，浙江 舟山 316021；3.浙江农林大学 环境与资源学院，浙江 杭州 311300)

近年来，生物炭作为一种新型材料在农业、环境领域均得到广泛关注。生物炭是农业废弃物在缺氧或少氧条件下高温热解而成的稳定高碳产物[1]，具有疏松多孔、比表面积大、吸附能力强等特征，是一种理想的农用基质[2]。生物炭与肥料配施，可以改善土壤结构并增加土壤养分持留[3]，有效减少土壤硝态氮和磷素的淋溶损失，降低地下水污染风险[4]。生物炭的应用不但能解决农业废弃物污染环境的问题，而且能减少肥料施用量，提高肥料利用率的同时增加作物产量，改善土壤性质，是发展可持续生态农业的新途径[5]。

长期以来园林绿化植物废弃物大部分随生活垃圾填埋，或者进行自然堆放、焚烧处理等粗放处理，导致全球气候变暖、加剧城市雾霾、产生土地资源污染等问题。寻找园林绿化植物废弃物合理的多元化利用途径己经成为我国亟待解决的问题之一。

为探究在不同生物炭及其不同施用率配施复合肥条件下对植物生长和土壤的改良效果，本试验以杭州植物园(杭州市园林科学研究院)日常养护产生香樟枝条粉碎后制成的生物炭和商业竹炭为不同生物炭进行比较试验，探寻园林绿化植物废弃物制成的生物炭改良土壤的最佳配比，为园林绿化植物废弃物资源化利用和生物炭改良土壤提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试品种为小青菜(绍兴大江蔬菜种子有限公司)。试验于2019年在浙江农林大学环境与资源学院试验基地进行，试验在浙江农林大学研究基地进行。该地区平均海拔39 m，属中亚热带气候，年平均气温17 ℃，年日照时数1 847 h，年降水量1 628.6 mm，全年无霜期237 d。

供试土壤。土壤取自校区边的平山基地，该土壤较为贫瘠，供试土壤为红壤，pH值4.88，碱解氮为86.8 mg·kg-1，有效磷12.0 mg·kg-1，速效钾125.0 mg·kg-1，有机碳10.6 g·kg-1。

供试生物炭。自制生物炭是利用杭州植物园(杭州市园林科学研究院)日常养护产生香樟枝条经粉碎机粉碎，由杭州植物园园林绿化质量检测中心在400 ℃条件下，通过低温热解园林绿化植物废弃物炭化技术自制；商业生物炭由浙江临安柴氏竹炭科技有限公司生产的新型环保竹炭。

供试肥料为45%复合肥(N、P2O5、K2O各15%，浙江惠多利肥料科技有限公司)。

1.2 处理设计

试验采用大棚内盆栽试验，选取平山基地较为贫瘠的土壤，生物炭与其混匀后，以每盆5 kg鲜土分装至盆中。试验共设5个处理。①空白(不加生物炭)；②自制生物炭1.0%(生物炭与盆土质量比，下同)；③自制生物炭0.5%；④商业生物炭1.0%；⑤商业生物炭0.5%。自制生物炭和商业生物炭粉碎后过0.85 mm筛，按照不同生物炭的配施量加入盆中并与盆土混合均匀。所有盆栽随机区组排列，每处理重复3次，共15盆。选用青菜品种为小青菜，于4月29日播种，5月5日移栽，各盆栽栽植密度、青菜苗大小和每盆株数一致(每盆6株)，5月20日收获。每盆试验材料保持统一施肥，以复合肥为基肥，按每盆肥料和土壤质量比为3%施入，试验其他管理措施均相同，盆栽日常管理保持常规田间持水量。

1.3 测定项目与数据处理

青菜收获时，每盆处理采取单采单收单烘，每盆分别按常规进行整株取样，测量每株青菜株高，并称取每盆青菜的整株鲜重，烘干后称取每株植株的干重、地上部干重和地下部干重，同时测量每盆土壤样品的pH、碱解氮、有效磷、速效钾、有机质、硝态氮和铵态氮含量，具体测定方法参照文献[6]。数据处理采用Excel 2010和SPSS软件。

2 结果与分析

2.1 对青菜生长的影响

由表1结果可以看出，5种处理间青菜株高和鲜重均未达显著差异水平，但相比对照处理，生物炭的配施均使青菜株高和鲜重有所提高，且不同处理间青菜株高和鲜重排序均为处理3>处理4>处理2>处理5>处理1。相比对照，各处理青菜株高增幅为0.09%～6.10%，青菜鲜重增幅为10.7%～38.1%，其中，处理3的青菜株高和鲜重增幅最大。在施用生物炭的处理中，处理3青菜株高和鲜重最高，处理2、处理4、处理5的产量较处理3有所减少。由此表明，通过自制生物炭和复合肥配施能提高植株产量。

表1 不同生物炭配比对青菜性状及生物量积累的影响

根据表1中青菜植株干重和地上部干重数据分析，施用率为1.0%的自制生物炭对青菜干重提升效果明显。根据地上部干重显著性分析，施用率为1.0%的自制生物炭与施用率为1.0%的商业生物炭之间有显著性差异。在相同施用率条件下，青菜植株干重、地上部干重和地下部干重均为自制生物炭优于商业生物炭。由此表明，自制生物炭和复合肥配施条件下，青菜生产可实现稳产、增产，且自制生物炭优于商业竹炭。

2.2 对土壤理化性状的影响

由表2可知，不同处理对土壤pH的影响较小，青菜生产对于土壤养分含量影响较大。相比对照处理，其他处理的土壤养分含量普遍高于对照，其中土壤有机质含量变化较为显著。在不同生物炭及施用率条件下，土壤速效钾、有效磷和有机质的增幅分别为3.1%～9.6%、4.6%～15.5%和33.3%～77.9%。4个施用生物炭的处理中，以处理2的土壤碱解氮、速效钾、有效磷和有机质的含量最高，土壤有机质含量与其他3个处理间具有显著性差异，说明配施生物炭有利于提高土壤养分含量，以及肥料在土壤中的积累，减少化肥流失，提高肥料利用率。

表2 不同生物炭配比对土壤理化性状的影响

从总体情况分析可知，在同种生物炭施用条件下，自制生物炭施用率为1.0%的土壤各养分含量高于施用率为0.5%的，商用竹炭施用率为0.5%的土壤各养分含量高于施用率为1.0%。在生物炭施用率相同条件下，施用率为1.0%的自制生物炭的土壤各养分含量高于商业生物炭，其中土壤有机肥含量有显著差异。在生物炭施用率相同条件下，施用率为0.5%的自制生物炭和商业生物炭的土壤各养分含量之间各有不同，差异不显著。由此表明，在青菜种植中配施自制生物炭更有利于土壤养分含量积累，以自制生物炭施用率为1.0%的条件下最优。

2.3 对土壤无机态氮素形态的影响

土壤中氮素形态可分为无机态和有机态两大类，土壤气体中存在的气态氮一般不计在土壤氮素之内[7]。土壤中未与碳结合的含氮化合物包括铵态氮、亚硝态氮、硝态氮、氨态氯、氨气及气态氮氧化物，一般多指铵态氮和硝态氮。土壤中无机态氮是微生物活动的产物，它易被植物吸收，而且易挥发和流失，所以其含量变化很大[8]。

如表3所示，土壤中的铵态氮含量高于硝态氮含量，不同处理间土壤硝态氮和铵态氮含量均以不配施生物炭的含量最低。相比于不配施生物炭处理，4个配施处理的土壤铵态氮和硝态氮的增幅分别为1.5%～4.4%和15.0%～91.4%。由此表明，生物炭还田用作土壤改良剂可以减少土壤中硝态氮和铵态氮的淋失，增强土壤保水保肥能力进而增加土壤对养分的吸附能力。

表3 不同生物炭配比对土壤无机态氮素形态的影响

3 小结

试验结果表明，在施肥量一致的条件下，施用生物炭的土壤中植株的性状和产量明显优于不配施生物炭。在生物炭配施条件下，植物生产可实现稳产、增产，且自制生物炭优于商业竹炭。在本试验中，自制生物炭0.5%施用率最适宜植物生长和产量增加，青菜鲜重增产38.1%。

从收获后土壤化验分析结果看出，施用生物炭肥可有效提高土壤速效钾、有效磷和有机质含量。本试验条件下，自制生物炭1.0%施用率最有利于土壤养分含量积累，土壤速效钾、有效磷和有机质的增幅分别为9.6%、15.5%和77.9%。

生物炭配施能增加土壤无机态氮素含量的增加，对土壤中硝态氮的含量变化影响较大。本试验条件下，自制生物炭的配施更有利于土壤无机态氮素的积累，以自制生物炭1.0%施用率最佳，增幅为27.5%，说明生物炭能有效减少土壤中硝态氮和铵态氮的淋失，增强土壤保水保肥能力，降低对农田环境的污染。