生物炭对连作土壤性质及菊花生长和品质的影响

张新俊,杨芳绒,张书文,高博垚

生物炭对连作土壤性质及菊花生长和品质的影响

张新俊1,杨芳绒2*,张书文2,高博垚2

1. 河南农业职业学院, 河南 中牟 451450 2.河南农业大学风景园林与艺术学院, 河南 郑州 450002

为了缓解菊花（Ramat.）设施栽培中，连作障碍对生产造成的损失，本试验以连作菊花3年的土壤为研究对象，考察不同生物炭施加量（1%，5%，10%和20%）对连作土壤性质和菊花生长的影响。结果表明：施用生物炭处理使连作菊花土壤的容重降低，含水量增加，土壤温度略有增加；生物炭处理连作菊花土壤的pH值、氧化还原电位和土壤中的养分元素（全碳、全氮、全磷和全钾）含量均不同程度增加；生物炭促进连作菊花土壤细菌、真菌和放线菌数量的增加。施用生物炭对菊花生长和产品品质有促进和提高的作用。研究结果表明，生物炭施用量为15%的处理，对连作菊花土壤性质改善和菊花生长、产品品质的促进效果最好，是缓解连作菊花栽培中的土壤障碍问题的有效手段。

生物炭; 菊花; 土壤

作为四大切花之一的菊花（Ramat.），是菊科多年生的草本植物，近年来随着园林绿化和装饰美化的需求越来越多，设施栽培菊花的面积不断地扩大，生产专业化的程度不断地提高，菊花的连作也成了不可避免的问题。连作障碍是在同一土壤中连续多年栽培同种或同科作物时产生的，即使栽培管理措施相同也不可避免地产生作物长势变弱、品质和产量下降的现象。连作障碍现象广泛地存在于蔬菜、果实、花卉等园艺作物的设施栽培生产中[1]。连作导致菊花生长发育不良，病虫害多发，常表现为植株的矮化、叶片的腐烂和花型的畸变，不仅严重降低了菊花的观赏性，也对菊花产业的经济效益造成巨大的影响[2-4]。

土传病虫害的增加和土壤理化性质的恶化是连作障碍的重要成因。连作使得作物根系病害可以容易获得寄主和繁殖的场所，进而导致土壤中病原菌的数量不断地增加，尤其是生产上频繁使用化肥导致的病原接抗菌减少，更促进了土传病虫害的发生。前人研究结果表明，土壤物理性质（如空隙度、水分含量、通透性等）对植物的根系生长以及养分吸收具有重要的影响，连年施用化肥导致土壤非活性空隙比例相对降低，通水透气性能降低，进而影响植物根系的伸长生长，最终表现为连作障碍[5-7]。为了克服连作障碍的种种弊端，生产上常用轮作和间套作的栽培方式，以及利用抗病品种和采用嫁接技术等，但对于菊花的研究报道并不多。

有机物原料在完全缺氧或者部分缺氧的条件下，经过高温热裂解而产生的一类富碳、高度芳香化和高稳定性的有机物质称为生物炭。生物炭可作为土壤改良剂，且对环境没有污染，因而被广泛应用在农业生产中，以应对农业障碍土壤的修复和改良[8]。近年来有大量的试验研究结果表明，农田施用生物炭后，土壤的物理、化学和生物学性质均得到显著的改善。施用生物炭可以降低土壤容重，增加土壤的孔隙度，提高土壤的持水力，并有利于保持土壤温度的恒定[9]。而生物炭对土壤pH值的影响主要取决于施用生物炭的种类和含量[10]。生物炭可以减少土壤养分的流失，进而增加作物对土壤养分的利用效率。生物炭对土壤性质的改良和土壤微环境的改善，给作物根系提供了更适合的生长环境条件，进而表现为对作物生长发育和产量形成的促进效应[11]。但有关施用生物炭对连作菊花土壤的改善效果和对菊花生长发育的影响研究报道的不多。本试验考察小麦秸秆生物炭对菊花连作3年土壤的理化性质以及对菊花生长发育的影响效果，以期为菊花生产中科学应用生物炭进行土壤改良提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试生物质炭为河南三利新能源公司生产，炭化原料是小麦秸秆，在350～550 ℃条件下限氧热裂解炭化制成。使用前将小麦秸秆生物炭磨碎并过2 mm筛，并混合均匀。生物质炭的理化性质为：pH=10.4，有机碳含量为467 g·kg-1，全氮含量为5.9 g·kg-1。

供试切花菊品种为优香，采用盆栽试验进行处理；供试连作土壤取自菊花种植基地连作3年菊花的土壤，土壤基本理化性质为：pH=7.3，有机质含量为20.5 g·kg-1，碱解氮含量为140 mg·kg-1，速效磷含量为120.3 mg·kg-1，速效钾含量为118.5 mg·kg-1。

细菌采用牛肉膏蛋白胨培养基，真菌采用马丁氏培养基，放线菌采用高氏一号培养基进行培养。

1.2 试验方法

选取长势健壮一致的脚芽，种植在20 cm×20 cm的塑料花盆中。塑料花盆装土高度为浇水后距离盆口约2 cm，每盆种植1株切花菊。以不施加生物炭为对照，试验设生物炭添加量分别为1%，5%，10%，20%共4个处理，分别记为CK、T1、T2、T3和T4。小麦秸秆生物炭按质量比均匀混入连作土壤中。每个处理20盆菊花，试验设3次重复。正常田间栽培管理，处理40 d后取样进行土壤性质和菊花生长指标测定。

1.2.1 施用生物炭处理后连作菊花土壤物理性质的变化施用生物炭处理40 d时每处理取土壤样品5.0 g，用于土壤容重、水分含量和温度的测定，考察不同生物炭施用量处理对连作菊花土壤物理性质的影响。采用环刀法测定土壤容重，采用烘干法测定土壤含水量，参照文献中的方法测定土壤饱和持水量和土壤温度[12]。

1.2.2 施用生物炭处理后连作菊花土壤化学性质的变化施用生物炭处理40 d时，每处理取土壤样品1.0 g，用于土壤pH值、氧化还原电位（Eh）和土壤养分元素含量的测定，考察不同生物炭施用量处理对连作菊花土壤化学性质的影响。土壤pH值和氧化还原电位（Eh）采用便携式pH计测定，水:土=2.5:1，室温下振荡30 min后进行测定。土壤取样后风干过筛，用微波消解仪进行消解后，全磷（P）含量采用钼锑抗比色法测定，全钾（K）含量采用原子吸收分光光度计测定，土壤全氮和全炭含量均采用元素分析仪进行测定，并计算土壤的碳氮比[12]。

1.2.3 施用生物炭处理后连作菊花土壤微生物含量的变化取土样5.0 g，加入无菌水，室温下振荡30 min，促使土壤中的微生物充分分散。制备系列浓度梯度稀释液共涂布平板计数微生物数量使用。

采用平板涂抹法分离土壤悬浊液中的细菌、真菌和放线菌[12]。取0.1 mL土壤悬浊液稀释液置于平板中央，用涂布器涂抹均匀，室温下培养3～5 d后，显微镜下计数。

1.2.4 施用生物炭处理对菊花生长的影响处理60 d测定菊花的株高和茎粗，以及菊花花径、小花总数和畸形花率，比较不同生物炭施用量对菊花生长和产品品质的影响。处理60 d取菊花第3叶采用乙醇/丙酮混合提取法测定叶片中叶绿素的含量[12]。

2 结果与分析

2.1 施用生物炭处理后连作菊花土壤物理性质的变化

由表1可知，施用生物炭后，连作菊花土壤的容重降低，土壤含水量增加，土壤温度变化不大。随着生物炭施用量的增加，连作菊花土壤的容重明显降低，T4处理的土壤容重最低，为1.02 g·cm-3，比对照（1.39 g·cm-3）降低了26.7%。随着生物炭施用量的增加，连作菊花土壤的含水量逐渐增加，T1处理的含水量与对照差异不大，T4处理的土壤含水量显著高于对照，比对照增加了40%左右。不同生物炭施入量处理间，土壤温度的差异不大。

表1 不同生物炭施用量对连作菊花土壤物理性质的影响

2.2 施用生物炭处理后连作菊花土壤化学性质的变化

由表2可以看出，施用生物炭后，连作菊花土壤pH值、氧化还原电位和土壤中的养分元素含量均不同程度增加。随着生物炭施用量的增加，连作菊花土壤的pH值逐渐增大，T2、T3处理和T4处理的pH值均显著高于对照和T1处理。随着生物炭施用量的增加，土壤氧化还原电位逐渐增加，T3处理的氧化还原电位最高，达136 mV，比对照升高了63.9%。随着生物炭施用量的增加，土壤养分元素含量呈逐渐增加的趋势，T1处理全碳含量略高于对照，T3处理和T4处理全碳含量显著高于对照，且T3处理和T4处理间全碳含量差异不大；T1处理全氮含量略高于对照，T3处理的全氮含量最高，达1.83 g·kg-1，比对照增加了15.8%；T4处理的碳氮比最高（11.13），施用生物炭处理的碳氮比均显著高于对照。T3处理的全钾和全磷含量均最高，T4和T2的全钾和全磷含量比较接近。

表2 不同生物炭施用量对连作菊花土壤化学性质的影响

2.3 施用生物炭处理后连作菊花土壤微生物含量的变化

由图1可知，施用生物炭处理后，菊花连作土壤细菌含量升高。随着生物炭施用量的增加，土壤细菌数量呈先增加后降低的趋势，T3处理的土壤细菌数量最多，T2处理与T4处理土壤细菌数量差异不大，均略低于T3处理。由图2可知，施用生物炭处理菊花连作土壤中真菌的数量升高。不同生物炭施用量处理中，T3处理的土壤真菌数量最高，达5.6×107CFU·g-1，T4和T1处理次之，T2处理的土壤真菌数量最低。由图3可知，施用生物炭处理使连作菊花土壤中放线菌数量显著增加。随着生物炭施用量的增加，土壤放线菌数量呈先增加后降低的趋势，其中T3处理的放线菌数量最高。

图1 不同生物炭施用量对连作菊花土壤细菌数量的影响

图2 不同生物炭施用量对连作菊花土壤真菌数量的影响

图3 不同生物炭施用量对连作菊花土壤放线菌数量的影响

2.4 施用生物炭处理对菊花生长的影响

由表3可知，施用生物炭处理对菊花的生长和花朵品质有明显的促进作用。T1处理的株高与对照相比略有升高，随着生物炭施用量的增加，菊花的株高逐渐增高，T3处理的株高最高，比对照高5.2%。随着生物炭施用量的增加，菊花的茎粗也逐渐增粗，T4处理的茎粗最大。菊花叶片中的叶绿素含量也随着生物炭施用量的增加呈增加趋势，T3和T4处理的叶绿素含量均较高。

由表3可知，菊花的花径随着生物炭施用量的增加，明显增大。T3处理的花径最大，比对照增幅达28.5%。菊花的小花总数随生物炭施用量的增加逐渐增加，T4处理小花总数最高，达229朵。随着生物炭施用量的增加，菊花畸形花率逐渐降低，T4处理的畸形花率最低，比对照小24.1%。

表3 不同生物炭施用量对连作菊花生长和花朵品质的影响

3 讨论与结论

随着菊花生产集约化程度的逐渐提高，设施栽培中化肥施用量的逐渐增长，设施菊花连作栽培土壤问题越来越严重，成为限制菊花产值进一步提高的重要瓶颈[13-15]。前人研究结果表明，生物炭的表面多孔特性可以为微生物的生长和繁殖提供适宜的环境，并且对植物根际土壤的理化性质起到改善的作用，进而促进作物的生长和发育[16]。生物炭的多孔特性使其对土壤中的养分元素具有更强的吸附作用，对土壤中水分的保持能力更强[17]。本试验结果表明，施用15%生物炭的处理，连作菊花土壤的容重和含水量均较对照有显著的升高。此外，连作菊花土壤的温度也随生物炭的施用略有升高。

本试验结果表明，施用小麦秸秆生物炭能显著改善连作菊花土壤的化学性质。生物炭施用量为15%的处理，连作菊花土壤pH值和氧化还原电位均较高，有效改善了设施连作土壤的酸化问题，增加了土壤中养分元素的有效性。施用生物炭处理后，连作菊花土壤中的养分元素含量也明显增加，其中以施用15%生物炭的处理，全碳、全氮、全磷和全钾的含量最高。黄超等[18]的研究结果表明，施用生物炭处理后，土壤水稳定性团聚体数量增加，土壤速效养分含量增加，增强了土壤保水保肥能力，改善了黑麦的生长环境进而促进黑麦生长。本研究通过实验也表明，施用生物炭处理后，连作菊花土壤的物理性质和化学性质明显改善，且菊花的生长和产品品质也得到了改善。

综上可知，生物炭施用量为15%时，连作菊花土壤的物理性质（容重、含水量和温度）、化学性质（pH值、氧化还原电位和养分元素含量）及微生物数量均较高，菊花生长和产品质量均有明显改善，是设施菊花连作栽培土壤改良的适宜施用量。

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Effect of Biochar on Soil Properties of ContinuousRamat. Cropping and Plant Growth as well as Flower Quality

ZHANG Xin-jun1, YANG Fang-rong2*, ZHANG Shu-wen2, GAO Bo-yao2

1.451450,2.450002,

In order to overcome continuous cropping obstacles, biochar was used as soil conditioner in agricultural production widely. In this study, soils of continuous croppingRamat for 3 years were taken as material to investigate the effects of different application amount( 0, 1%,5%,10%,15% and 20%) by biochar on soil properties and plant growth as well as flower quality. The results showed that the biochar application decreased the soil bulk density, increased the water content, and slightly increased the soil temperatures. The soil pH values and Eh, as well as nutrient elements contents increased with the application of biochar. The microorganism quantities of bacteria, fungi and actinomycetes were increased, too. The applications of biochar were good for plant growth and flower quality of. In conclusion, biochar application amount of 15% was suitable for continuouscropping to improve soil property and improve plant growth and flower quanlity.

Biochar;Ramat; soil

S682.11

A

1000-2324(2022)01-0034-05

10.3969/j.issn.1000-2324.2022.01.006

2021-12-04

2022-01-26

河南省科技厅科技攻关重点研发与推广专项(212102110188)

张新俊(1982-),女,本科,讲师,主要从事园艺栽培研究. E-mail:zhangxinjun0630@163.com

Author for correspondence. E-mail:1140344807@qq.com