生物炭对辣椒根际土壤的改良效果及疫病防控研究进展

王 姣 黄仁敏 任红艳 李晓红

（铜仁市农业科学院，贵州 铜仁 554300）

辣椒是我国栽培面积最大的蔬菜作物之一，具有较高的经济价值。但是，在辣椒栽培过程中，人们为了追求经济效益，不合理耕作、过度使用肥料和农药等，易造成土壤退化［1］。土壤退化不仅会导致土壤肥力、生产力下降，而且会加重病虫害的发生，从而影响蔬菜产量及品质。为了防止土壤退化带来不良后果，近年来许多研究者对土壤修复进行了大量研究。生物炭是农作物秸秆等有机原材料在无氧或部分缺氧条件下，经过高温裂解所产生的一类高度芳香化、含碳丰富、稳定的固态物质，其具有高度的稳定性和较强的吸附性能。研究证明，生物炭土壤改良剂能改善辣椒根际土壤理化性状、微生态环境等，从而起到防控辣椒疫病、提高辣椒产量与品质的效果。

1 生物炭的性质

生物炭的主要组成元素为碳、氢、氧、氮等，含碳量多在70%以上，碳主要由芳香烃、单质碳或具有类石墨结构的碳构成。这样的表面结构特性决定了其具有较高的化学稳定性和生物学稳定性。生物炭可溶性极低，具有高度羧酸酯化和芳香化结构［1-2］。生物炭中存在金属氧化物、碳酸盐和碱性官能团，导致生物炭多呈碱性。然而，由于生物质来源和热解条件存在差异，使得部分生物炭呈酸性［3-5］。

生物炭具有小容重、大比表面积、多孔特性，吸附能力强，有利于土壤聚集水分、提高土壤孔隙度、降低土壤容重，从而改善土壤水、气、热等状况，为植物生长提供良好的环境［6］。生物碳表面含有丰富的含氧官能团，吸附、亲水性良好，因而施入土壤后可以在一定程度上增强土壤的持水保肥能力，改良重金属污染土壤。此外，生物炭阳离子交换量（CEC）与同热解温度呈负相关，即热解温度低，CEC值大，热解温度高，CEC值小；与生物炭施入土壤中的时间呈正相关，时间越长，交换量越大［7］。

不同种类生物炭的性质存在显著差异，造成这种差异的主要因素是生物炭的生物质来源和制备生物炭时的热解条件（如加热速率、热解时间、热解温度等）。

2 生物炭对辣椒根际土壤理化性质的影响

生物炭对土壤理化性质的影响主要表现在改变土壤孔隙度、团聚体结构、水分含量、pH 值、氮磷钾含量等方面［6］。随着研究的不断深入，人们不再单一施用生物炭。例如，张福建等研究发现，在辣椒连作土壤中添加适量的生物质炭和生石灰能显著促进辣椒生长发育，改善辣椒根际土壤环境，而单施生石灰或生物质炭对辣椒各项生长指标的促进效果差异较大［8］。王岩等研究生物炭和丛枝菌根对连作辣椒生长和土壤养分的影响，结果表明施加生物炭和接种丛枝菌根处理促进了连作辣椒生长，提高了辣椒叶片净光合速率、蒸腾速率、气孔导度和叶绿素含量；与单一处理相比，生物炭和丛枝菌根配施在促进连作辣椒生长、改善连作土壤养分方面具有显著的协同增效作用［9］。张萌等采用大田试验，探究生物炭与不同土壤添加剂配施在贵州黄壤辣椒上的施用效果，结果表明在常规施肥基础上，生物炭、脲酶抑制剂和保水剂三者同时配施产生的协同效应优于单独施用或两两配施，更有利于提高辣椒的产量与品质［10］。

3 生物炭对辣椒根际土壤微生物及酶活性的影响

微生物是土壤中一切肉眼看不见或看不清楚的微小生物的总称，包括真菌、细菌、病毒、原生动物和显微藻类等。微生物在土壤中的主要作用如下：分解有机质，改善土壤理化性质；分解矿物质，提高土壤中的养分含量，有利于植物吸收养分；部分微生物有固氮能力，如根瘤菌等。一般土壤中微生物的数量与肥力呈正相关。土壤酶是土壤中各类酶的总称，参与土壤中有机质分解、氧化、硝化等全部过程，与土壤的理化性质、结构、养分含量有着密切的关系。

生物炭在土壤中的施用可以明显改变土壤微生态环境，改变微生物群落优劣形势，增加微生物群落多样性。李嫚等采用田间小区试验研究配施生物炭肥、减施化肥对辣椒生长及根际土壤微生态环境的影响，结果表明配施生物炭肥能促进辣椒生长，显著提高叶片叶绿素含量和根系活力，提高果实中蛋白质、维生素C和可溶性糖含量，产量比常规施用化肥显著增加13.04%；配施生物炭肥能提高辣椒根际土壤脲酶、磷酸酶、蔗糖酶和过氧化氢酶活性，显著增加根际土壤中细菌和放线菌数量，减少真菌数量，提高根际土壤中速效氮、磷、钾含量，对辣椒根际土壤微生态具有良好的调节效果［11］。杜佳燕通过木醋液、生物炭、益生菌复配对辣椒连作土壤的作用效应进行研究，结果表明单施生物炭、生物炭+益生菌、生物炭+木醋液+益生菌处理可以显著增加开花期根际和非根际土壤放线菌数量［12］。

4 生物碳对辣椒疫病的防控效果

辣椒疫病俗称黑杆，是由辣椒疫霉菌（Phytophthora capsiciLeonian）侵染引起的土传病害，在苗期与成株期均可发生，是制约辣椒产业发展的主要因素之一。有研究发现在土壤中施用生物炭，对辣椒疫病有一定的防控作用。王光飞等在盆栽试验条件下，研究2 种不同热解温度（500、600 ℃）制备的、以麦秸为原料的生物炭对辣椒疫病的防控作用，结果表明2 种热解温度下制备的生物炭对辣椒疫病均有一定的防控作用，但500 ℃制备的生物炭防控作用高于600 ℃制备的生物炭，同时发现生物炭的施用能促进辣椒生长［13］。王光飞等还研究了不同用量秸秆生物炭对辣椒疫病防控效果及土壤性状的影响，结果表明不同用量的生物炭对辣椒疫病的防控作用不同，其中最佳用量为1.33%，生物炭的用量与辣椒疫病防控呈现出先上升后下降的关系，即在一定范围内随着生物炭使用量的增加，防控作用逐渐增强，可能是因为生物炭对土壤性状的改善作用，而随后防效下降，则与高用量生物炭对土壤性状产生的负面影响有关［14］。马艳等研究了生物炭施用时间对病害防效和土壤微生物性状的影响，结果表明生物炭施加时间不同，对疫病的防控效果也不同，辣椒移栽前生物炭施入土壤时间越短，对土壤微生物区系产生的正面影响越大，对病害的防治效果越高［15］。

5 结语

今后，生物炭在辣椒生产中的应用需注意4个方面：一是不同配比的生物炭和添加剂施用将是生物炭应用的大方向；二是生物炭施入土壤后对辣椒根际土壤理化性质、辣椒生长发育和产量、品质的影响依然是生物炭应用的主要研究方向；三是生物炭通过改变土壤微生态环境与理化性质来防控辣椒疫病的机制尚不明确，需要进一步加强研究；四是不断深入研究生物炭改良辣椒根际土壤性质的同时，对生物炭内在作用机制的研究要进一步加强。