生物炭改良棉花-甜菜间作土壤理化性质与盐分效果分析

王小芳 李 毅, 姚 宁 刘洪光 樊向阳 张 选

(1.中国农业科学院农田灌溉研究所，新乡 453002；2.西北农林科技大学水利与建筑工程学院，陕西杨凌 712100;3.石河子大学水利建筑工程学院，石河子 832003；4.新疆生产建设兵团第三师农业科学研究所，图木舒克 843900)

0 引言

土壤盐渍化已成为制约干旱半干旱地区农业发展的一个主要因素[1-2]。据报道，世界上近20%的灌溉农业土壤受到盐渍化威胁,在干旱和半干旱地区情况更为严重，约有30%的灌溉农业土壤为盐渍化土壤[3]。土壤盐渍化导致农田作物大幅减产，土壤资源难以得到高效利用，农业综合生产能力下降[4]。

新疆维吾尔自治区(以下简称新疆)是我国最大的棉产区，据新疆维吾尔自治区统计局报道，2020年新疆棉花种植面积2.51×106hm2，棉花产量达5.16×106t。自1996年以来，膜下滴灌技术在新疆地区得到广泛应用，在推动新疆地区棉花生产、实现棉花生产精准化管理发挥了重要作用。但在长期膜下滴灌条件下，会引发土壤次生盐渍化，加重新疆土壤盐渍化问题[5-6]。新疆目前已有盐碱化耕地面积1.2×107hm2，约占耕地总面积的32%，造成该地区粮食年产量平均损失高达2×109～2.5×109kg，其中棉花产量损失高达5×108kg[7-8]。耕地盐渍化造成大量土地资源浪费，降低农业综合生产能力，限制新疆农业生产的发展。因此，改良盐碱土质量对新疆农业发展具有重要意义[9-10]。

近年来生物炭在改良土壤质量方面发挥极大的优势[11-12]。生物炭是指固体残留物在缺氧或无氧的条件下，经高温热解形成的固态产物。生物炭在改良土壤特性方面的作用主要有：①提高土壤总孔隙率、持水能力、饱和导水率、有效含水率和降低土壤容重[13]。GITHINJI[14]将不同量的生物炭与砂壤土混合，发现添加25%生物炭的土壤容重较对照组降低了18%。②调节土壤pH值，增加土壤有机碳含量和养分，增加土壤表面积，优化土壤物理结构[15-16]。刘术均等[17]发现，施用1、2、3、4 kg/m2生物炭后，土壤pH值和土壤有机质含量平均为对照的1.27、1.58倍。ZHAO等[18]通过施用生物炭改善松嫩平原盐碱地土壤功能养分利用率，与CK相比，生物炭处理的阳离子交换量显著增大，pH值和土壤含盐量显著降低，有机质含量显著提高。③促进土壤团粒结构形成，进而加速土壤盐分淋洗，将盐分含量降低到适合植物生长的水平[19-20]。KIM等[21]研究生物炭对复垦潮地土壤性质的影响，发现生物炭降低了土壤碱化度，提高了土壤团粒百分比，降低了玉米对钠的吸收，从而降低了盐胁迫。生物炭对土壤的改良效果取决于生物炭原料、热解温度、施加量、土壤性质以及当地气候条件[22]。

间作种植模式可以调节农业小气候，有效提高农业生产中水、土、光、热等资源的利用效率，增加单位面积作物产值，提高农民收入[23]；间作还可以缓解干旱风险，维持半干旱条件下的农业生产[24]。在新疆特殊的农业生态系统中，间作是一种重要的种植模式。

本文基于2018—2020年在新疆维吾尔自治区巴音郭楞蒙古自治州中部的尉犁县进行的棉花-甜菜间作膜下滴灌试验，分析不同生物炭添加量对盐渍化土壤pH值、有机质含量和土壤含盐量的影响，以期为生物炭改良盐渍化土壤提供依据和借鉴。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验在新疆维吾尔自治区巴音郭楞蒙古自治州中部的尉犁县进行。该区位于孔雀河和塔里木河两河冲积平原，地势平缓，平均海拔为990 m。试验区昼夜温差大，温度年际变化较大，冬寒夏热，干旱少雨，光热资源充足但不稳定。多年平均气温10.9℃，平均日照时数2 941.8 h；多年平均降水量34 mm左右，其中棉花生育期内平均降水量30.6 mm；多年平均蒸发量2 417 mm，其中棉花生育期内2 082.9 mm，同期蒸发量是降水量的50～80倍；无霜期180～220 d；试验区内主风向为北偏东，风力较大，属于典型北温带大陆性干旱荒漠气候。

1.2 试验设计

1.2.1试验区土壤初始理化性质

2018年试验开始前，在试验区挖取深100 cm的土壤剖面，使用环刀(100 cm3)取土样，测定土壤的理化性质。采用激光粒度仪(Mastersizer 2000型)对土壤进行颗粒分析，根据美国农业部土壤质地分类，试验区耕地0～60 cm土壤以壤土为主，60～100 cm土壤以砂性土为主。在0～100 cm的土壤剖面上，土壤干容重变化范围为1.52～1.62 g/cm3，土壤田间持水率为26%，土壤饱和含水率为44%。将土样与去离子水按质量比5∶1混合，振动过滤得到上层清液，在25℃时，使用pH计和DDS-303型电导率仪测量土壤pH值和电导率。土壤pH值的变化范围为8.3～8.9，土壤含盐量在1.33～1.84 g/kg之间。土壤初始理化性质如表1所示。

表1 试验区0～100 cm土壤初始理化性质Tab.1 Physical and chemical properties of tested soils at depth range of 0～100 cm in experimental field

1.2.2生物炭性状

生物炭购于郑州永邦新能源设备技术有限公司。原材料为马来西亚棕榈空果串纤维，是一种棕榈油加工的剩余物。空果串纤维经过破碎、除杂以及过筛后，在缺氧的条件下，经800℃高温热解活化10 h后，加入硫酸亚铁酸化，得到生物炭成品。酸化处理后的生物炭pH值低，可用于试验地的土壤改良。生物炭理化指标见表2。可以看出，生物炭粒径较小，比表面积较大，碳含量丰富。

表2 生物炭基本指标Tab.2 Basic properties of biochar

1.3 膜下滴灌试验方案

试验于2018—2020年进行，种植作物为棉花(新陆中66号)-甜菜(德甜2号)间作种植。棉花为当地典型经济作物，经过前期实地调研，甜菜可以与棉花间作种植，以期起到降低盐碱地土壤含盐量的效果。试验地灌溉水源来自孔雀河流域恰拉水库，平均灌水矿化度为0.8 g/L。种植模式为当地 “一膜两管四行”的栽培模式，即1条覆膜下铺设2根滴灌带，2根滴灌带外侧分别对称播种2行棉花，每4行棉花间种1行甜菜，如图1所示。单膜宽106 cm，两株棉花窄行间距10 cm，膜中宽行间距66 cm，膜间间距30 cm。滴灌带为当地典型薄壁迷宫式滴灌带，内径15 mm，滴头间距为30 cm，滴灌带滴头流量为1.8 L/h。

图1 棉花-甜菜间作以及滴灌带布置示意图Fig.1 Schematic of cotton-sugarbeet intercropping pattern and drip-line arrangements

2018年试验设置4个生物炭水平，分别为0(B0处理)、10 t/hm2(B10处理)、50 t/hm2(B50处理)、100 t/hm2(B100处理)。2019年增加设置25 t/hm2(B25处理)。根据2018、2019年的试验结果，分析土壤理化性质和棉花产量，初步发现生物炭施用量为100 t/hm2时水盐热及棉花产量的综合效应不佳。因此考虑到生物炭施用的经济成本，适宜的生物炭施用量在10～50 t/hm2之间，因此2020年生物炭施用量调整为0(B0处理)、10 t/hm2(B10处理)、25 t/hm2(B25处理)、30 t/hm2(B30处理)。B10、B25、B30、B50和B100处理生物炭与土壤质量比分别为0.22、0.54、0.65、1.10、2.20 g/g。每个处理重复3次，每个试验小区面积为6 m×6 m，采用完全随机区组设计。

播种前在田间通过旋耕机按小区将不同施用量生物炭与土壤混合，混合深度30 cm，静置7 d进行棉花播种。3年试验分别在2018年4月16日、2019年4月20日和2020年4月20日通过机器播种的方式进行棉花播种，同时通过人工播种的方式在试验地膜间处播种甜菜，收获日期分别为2018年9月24日、2019年9月24日和2020年9月20日。

按照当地管理模式，在冬季(11月左右)进行漫灌，灌水量为300 mm，对土壤盐分进行淋洗。3年试验过程中均采用当地农户对棉花的耕种与管理方式，灌溉时间为6—8月。所有试验小区实行统一的灌溉制度和施肥制度，2018年生育期内灌水11次，2019年和2020年均为10次，每年棉花生育期内灌溉总量为260 mm。生育期内施用肥料购自当地合作社，每年的施肥总量为尿素(N质量分数大于等于46%)450 kg/hm2、磷酸二铵(N质量分数大于等于46%，P2O5质量分数大于等于46%)265 kg/hm2以及钾肥(K2O质量分数大于等于52%)100 kg/hm2。具体灌溉施肥数据见表3。

表3 膜下滴灌的灌溉制度Tab.3 Irrigation schedules of plastic-film mulched drip irrigation

1.4 田间观测

1.4.1气象数据

试验区内安装有小型气象站，型号为Davis wireless Vantage Pro 2(Davis Instruments,Hayward,美国)，用于测定作物生育期内气象数据。气象站每15 min自动记录一组数据，测定数据包括空气相对湿度、风速、风向、气压、最高气温、最低气温和降雨量等。

1.4.2土壤pH值、有机质含量及电导率

试验期间，在各个生育期灌水后3 d用土钻在棉花膜下宽行、窄行和膜间的位置采集土样，取土深度为100 cm，取土方式为在0～40 cm内每隔10 cm取一次土，在40～100 cm内每隔20 cm取一次土。将土样研磨并过2 mm筛，土壤样品与去离子水按质量比1∶5混合，振动过滤获得上清溶液。使用DDS-307A型电导率仪和pH计分别测定土样电导率和pH值，采用重铬酸钾-外加热法测定土壤中的有机质含量。

1.4.3XOZ平面土壤盐分含量计算

土壤含盐量与电导率之间存在线性关系

Ssoil=3.432 8EC1∶5+1.051 3

(1)

式中Ssoil——土壤含盐量，g/kg

EC1∶5——土壤电导率，mS/cm

膜下滴灌盐分呈三维分布，因三维情况下土壤盐分测量困难，难以如实反映土壤盐分变化情况，本文基于LIANG等[25]对二维平面加权含水率的研究，提出了一个新的概念：XOZ平面加权土壤含盐量(WPSSS)，用以描述XOZ二维平面上土壤的分布情况，这一概念的计算方法综合考虑了横向(宽行、窄行、膜间)和纵深的盐分信息，能较为全面地反映试验地土壤盐分分布。WPSSS计算公式为

(2)

式中SW——宽行土壤含盐量，g/kg

激光多普勒测速仪以其测速精度高、动态响应快、空间分辨率高等优点，广泛应用于航空、航天、交通等领域，也可用于卫星间的通信，测距等应用中[1-4]。激光多普勒测速仪大多直接利用激光的多普勒效应来获取目标速度，激光的多普勒频移较大，待测速度为1 m/s时，多普勒频率就能达到兆赫兹量级，当待测速度达1 000 m/s以上时，多普勒频移将超过108Hz，极大增加了测速系统的信号处理难度[3]。

SN——窄行土壤含盐量，g/kg

SNM——膜间土壤含盐量，g/kg

LW——宽行宽度，cm

LN——窄行宽度，cm

LNM——膜间宽度，cm

H——取土深度，cm

1.5 数据处理与统计分析

利用Excel 2016和SPSS 23.0进行数据处理与统计分析，其中不同处理间差异显著性检验分析采用LSD法(P<0.05)，采用Surfer 12.0和SigmaPlot 12.5制图软件绘制图形。

2 结果与分析

2.1 试验区气象数据

2018—2020年棉花-甜菜生育期内逐日气象数据见图2。2018—2020年生育期内气温先增高后降低，7月中旬达到最高。3年生育期内平均气温分别为23.6、24.3、24.2℃。平均太阳辐射量分别为217.1、235.2、253.6 W/m2。试验区风量较多，平均风速分别为1.32、0.81、0.91 m/s。2018—2020年生育期内降雨稀少，总降雨量分别为22.1、20.2、32.4 mm，降雨主要集中在棉花种植后的60～120 d内，其中2020年的降雨量相比前2年多10 mm左右；3年相对湿度变化范围分别为19.7%～68.2%、24.0%～60.6%、23.2%～71.2%，生育期内平均相对湿度分别为47.8%、45.8%、43.7%。

图2 2018—2020年棉花-甜菜间作生育期内的逐日气象要素Fig.2 Daily meteorological elements of cotton-sugarbeet intercropping from 2018 to 2020

2.2 施用生物炭对土壤pH值的影响

图3(图中不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05))为2018—2020年试验期间棉花生育初期和末期根区土壤(0～40 cm)pH值变化情况。添加生物炭显著降低了生育初期和生育末期0～30 cm土层pH值，降低幅度与生物炭施用量成正比。生物炭对30～40 cm土层pH值有降低作用，但效果不显著，尤其在生育初期。对于B0处理，施用生物炭处理对2018—2020年生育初期pH值分别降低0.9%～3.0%、0.3%～2.3%和1.1%～1.5%；对2018—2020年生育末期pH值降低了1.2%～3.9%、1.3%～4.5%、0.4%～1.8%。

图3 2018—2020年棉花生育初末期不同处理根区土壤pH值Fig.3 Soil pH values in root zone under different treatments at beginning and end of cotton growth from 2018 to 2020

总体来看，生育末期各处理的土壤pH值相对于生于初期均有所降低。2018年B0、B10、B50、B100处理生育末期土壤pH值相比于生育初期分别降低了6.9%、7.8%、6.3%、5.4%；2019年B0、B10、B25、B50和B100处理生育末期土壤pH值相比生育初期降低了4.1%、4.6%、7.5%、6.6%、5.3%；2020年B0、B10、B25和B30处理生育末期土壤pH值相比于生育初期分别降低了3.8%、3.7%、3.7%、5.2%。

2.3 施用生物炭对棉花-甜菜间作土壤有机质含量的影响

图4为3年棉花-甜菜间作试验，在不同施量生物炭作用下各处理生育初期和末期根区土壤中有机质含量的变化情况。总体来看，由于生物质炭本身有机质丰富，土壤有机质含量与生物炭施用量呈正比。在2018年生育初期，B10、B50以及B100处理相对于B0处理的土壤有机质含量分别提升35.6%、96.1%和115.5%；生育末期分别提升31.8%、94.3%和135.8%。2019年各处理在生育初期和生育末期土壤有机质含量与2018年规律相似，其中新增加的B25处理有机质含量与B10处理接近。2020年施用生物炭的处理在生育初期相比于未施用生物炭处理的土壤有机质含量分别增加38.3%、48.4%以及60.8%，2020年各处理生育末期土壤有机质含量规律与生育初期基本一致。

图4 2018—2020年棉花生育初末期不同处理根区土壤有机质含量Fig.4 Soil organic matters in root zone under different treatments at beginning and end of cotton growth from 2018 to 2020

3年试验期间生育初期土壤有机质含量均高于生育末期土壤有机质含量，这可能与作物生长发育有关。2018年各处理生育末期土壤有机质含量相比于生育初期分别降低了13.7%、16.0%、14.6%、5.6%；2019年各处理生育末期相比于生育初期分别降低13.5%、20.5%、16.7%、14.1%、8.6%；2020年各处理生育末期相比于生育初期分别降低6.3%、16.7%、17.6%、7.7%。可以看出，有机质含量在生育末期的下降幅度呈现先增后减趋势。

2.4 施用生物炭对土壤盐分分布的影响

由于2018—2020年盐分的时空分布整体规律一致，以2019年不同处理在棉花各个生育期内土壤盐分的空间分布规律为例，绘制等值线图(图5)。等值线图是在水平距离上宽行中间位置为起始点，膜间中间位置为终止点绘制而成。

图5 2019年不同施量生物炭处理下棉花-甜菜间作土壤含盐量分布Fig.5 Soil salt content distributions of cotton-sugarbeet intercropping under different biochar application amounts in 2019

在棉花整个生育期内，生物炭添加显著增加土壤含盐量，且增加量与生物炭施用量呈正比。对于0～40 cm土层中，苗期B0、B10、B25、B50、B100的土壤含盐量分别为2.09、2.34、2.97、3.38、5.01 g/kg，施用生物炭处理相比B0增加了11.9%、42.1%、61.7%、139.7%；蕾期各处理含盐量分别为2.53、2.81、3.32、3.60、4.39 g/kg，相比于B0处理，各处理含盐量分别增加了11.1%、31.2%、42.3%、73.5%；花铃期各处理土壤含盐量分别为2.38、2.73、3.92、4.07、4.97 g/kg，施用生物炭处理相比于B0含盐量分别增加了14.7%、64.7%、71.0%和108.0%；吐絮期各处理土壤含盐量分别为2.71、2.67、4.01、5.00、6.10 g/kg，施用生物炭处理相比于B0含盐量分别增加了-1.4%、48.0%、84.5%和125.1%。对于同一处理，土壤含盐量在生育期内，整体上随着时间的推移呈现增加的趋势。

2.5 施用生物炭对土壤平面含盐量的影响

图6为不同生物炭施用量不同深度土壤XOZ平面加权土壤含盐量时序变化。总体来看，不同生物炭施用量对0～10 cm、0～40 cm、0～100 cm深度的XOZ平面加权土壤含盐量均有不同程度的增加效果，增加作用与生物炭的施用量呈正相关。

图6 2018—2020年不同深度XOZ平面加权土壤含盐量变化曲线Fig.6 Weighted planar soil salt content at different depths from 2018 to 2020

表4为2018—2020年各个处理在不同深度不同生育期XOZ平面加权土壤含盐量与B0处理的相对变化率。与其他施加生物炭处理相比，B10处理的土层XOZ平面加权土壤含盐量增加幅度最小，3年增加的范围分别为18.8%～27.9%、-4.3%～6.6%、4.7%～11.6%。

表4 2018—2020年各处理在不同深度不同生育期XOZ平面加权土壤含盐量与B0处理的相对变化率Tab.4 Relative change of WPSSS at different depth compared with B0 treatment at different growth periods for different treatments from 2018 to 2020

综上，由于生物炭施用在土壤表层0～30 cm的原因，生物炭对浅层XOZ平面加权土壤含盐量影响大于深层土壤。生物炭施用增加了土壤0～10 cm、0～40 cm、0～100 cm的XOZ平面加权土壤含盐量，且上述土层的土壤储盐量变化随生物炭施用量的增加整体上呈正相关。对于生育期初末的XOZ平面加权土壤含盐量，总体来看，3年试验期间，每个处理生育末期均明显大于生于初期，例如，在2018年的0～40 cm土层中，B0、B10、B50和B100生育末期XOZ平面加权土壤含盐量相比于生育初期分别增加了61.9%、64.8%、60.5%和60.0%。这与盐分随土壤水分的蒸发向上运移有关。同一生物炭施用量试验处理的XOZ平面加权土壤含盐量在生育初期与末期的变化与试验施加生物炭量没有明显的一致性关系，土壤含盐量在生育期内的变化受蒸发、灌溉、作物生长以及地下水的综合影响。

2.6 施用生物炭对灌水前后土壤含盐量的影响

分别于2018年和2019年在花铃期的灌水前和灌水后取土，比较在不同生物炭施用量处理下土壤含盐量的变化情况。表5为2018年和2019年根区土壤(0～40 cm)在灌水前后含盐量的变化情况。

如表5所示，在2018年和2019年灌水前后，土壤含盐量均在生物炭施用量为100 t/hm2时取得最大值，在B0处理处取得最小值，含盐量与生物炭施用量呈正相关。2018年灌水前，B10、B25、B50含盐量相较于B0分别增加了43.9%、52.0%、60.9%；灌水后分别增加13.6%、28.5%、45.0%；2019年灌水前使用生物炭处理相比于B0增加13.5%、24.2%、38.1%和65.6%；灌水后增加了0.7%、15.1%、31.7%和62.6%。

表5 2018年和2019年灌水前后根区(0～40 cm)土壤含盐量Tab.5 Soil salt content in root zone (0～40 cm)before and after irrigation during 2018 and 2019

由于水分的淋洗作用，使得灌水后的土壤含盐量小于灌水前。2018年B0、B10、B50和B100处理灌水后土壤含盐量相比于灌水前分别减少了1.6%、22.3%、16.8%和11.4%；2019年各处理在灌水后土壤含盐量相较于灌水前分别减少了7.9%、18.4%、14.7%、12.2%和9.6%。施用生物炭后，可以促进盐分的淋洗，脱盐率随着生物炭施用量的增加呈现先增加后减小的趋势，其中生物炭施用量在10、25 t/hm2时，盐分淋洗率较其他处理高。考虑生物炭的经济性，当生物炭施用量为10 t/hm2时，脱盐率取得最大值。

3 讨论

根据已有的研究，生物炭影响土壤pH值大多与自身性质和生物炭的硝化作用有关[26]，同时取决于土壤的性质，可以增大或降低土壤的pH值[27]。MEHDIZADEH等[28]发现，在盐碱土中施加生物炭可以调节土壤pH值，从而改善盐碱土的营养状况，克服盐分过高带来的不利影响。而QAYYUM等[29]

研究生物炭对盐碱土的改良效果发现，施加生物炭对土壤的pH值没有显著影响。本研究经过3年试验表明，施用生物炭可以降低土壤的pH值，主要是由于所用生物炭是经硫酸亚铁酸化后的生物炭，略小于当地土壤pH值，所以一定程度上降低了土壤的pH值。生物炭是比较稳定的芳香环结构碳，虽然分子化学结构与有机质或腐殖质不同，但是由于生物炭自身含有丰富的有机质，且自身吸附性较强，所以施用生物炭可以增加土壤中有机质含量，且在本研究中随着生物炭施用量的增加，土壤有机质含量增加，生物炭施用量从10 t/hm2增加到100 t/hm2时，土壤有机质含量增加幅度为31.8%～135.8%。这与以往的研究结果一致。刘术均等[17]研究表明，施用1、2、3、4 kg/m2生物炭后，土壤有机质含量分别比对照增加1.27、1.47、1.68、1.90倍。李秀云[30]研究了生物炭施用量0、10、20、30、50 t/hm2对黄土塬区土壤有机碳的影响，结果表明，生物炭增加了农田土壤有机碳含量，且以施用生物炭50 t/hm2的处理增加最为显著。KIM等[21]以1%、2%和5%的比例施加生物炭后，土壤有机质含量从14.6 g/kg增加至20.5 g/kg。宋丹丹[31]的研究也表明，生物炭处理能提高土壤的有机质含量，且生物炭施用比例和土壤有机质含量呈极显著正相关关系。

土壤含盐量在不同处理、不同生育期、不同深度的土壤中均表现出一定差异。整体来看，不同处理0～100 cm剖面内，土壤含盐量表现为浅层大、深层小的一致性规律，这是由于试验所在地区蒸发量大，盐分随土壤水分的大量蒸发上移，盐分在表面出现积盐的现象。新疆当地的“反盐”现象便是前期大水漫灌压盐后，经过后期的蒸发作用盐分在表面又出现积聚。在60～100 cm范围内，土壤含盐量会出现高-低-高的现象，可能由于60 cm是土壤从壤土变为砂土的过渡层，出现砂层阻水现象，土壤含水率在此处较高进而土壤含盐量较高。90～100 cm，由于地下水含盐量较高，因此土壤含盐量高于上层土壤。在水平方向上，受到土壤蒸发和灌溉水分淋洗的影响，膜间土壤含盐量大于滴头附近土壤含盐量。

生物炭添加对土壤中盐分含量有不同程度的影响，这取决于生物炭的性质和生物炭的施用量。生物炭具有多孔结构及较大表面积，会降低土壤容重，增加土壤孔隙度，促进土壤水分运动，所以盐分更容易被淋洗到土壤下层[32]。岳燕等[33]进行的室内土柱模拟试验结果表明，向盐渍化土壤中加入生物质炭，不仅能够缩短盐分洗脱时间，而且提高洗盐效率。陈心想等[34]利用土柱模拟和田间试验，对比不同用量的生物质炭对土壤硝铵态氮素淋失的影响，结果表明，施用生物炭可降低氮素累积淋溶量。黄明逸等[35]研究表明，生物炭促进了咸淡轮灌下土壤盐分淋洗，提高脱盐率和脱盐深度系数，进而降低了微咸水利用风险，生物炭施用量为15 t/hm2时的淋洗效果优于30 t/hm2，随着生物炭添加量增加淋洗效果有所下降。在本研究中，生物炭的施用使土壤中的盐分含量特别是根区土壤有一定程度的增加，这可能与生物炭自身的盐分和生物炭的多孔结构对盐分的吸附有关，但是生物炭本身包含K+、Ca2+和Mg2+等可溶性盐分离子，反而增加了土壤含盐量[36]。生物炭施用量为10、25 t/hm2时，灌水后对盐分的淋洗效果优于30、50、100 t/hm2。土壤pH值的轻微降低和电导率的轻微增加有助于土壤养分的调动，特别是微量元素的调动，有助于植物从碱性土壤中吸收养分[29]。

LIANG等[25]研究试验区内生物炭对棉花单作土壤性质以及水分的影响，发现当生物炭的施用量在10～25 t/hm2时，土壤田间持水率、饱和含水率和根区平面储水量较施用量为30、50、100 t/hm2时高，通过高斯4参数方程对2018—2020年土壤田间持水率、饱和含水率和根区平面储水量与生物炭施用量进行拟合，最终确定21.9 t/hm2为适宜的生物炭施用量。但是以上研究忽略了生物炭施用的经济成本。根据本文的研究结果，基于生物炭对盐分淋洗的效果，考虑生物炭施用的经济成本，适宜的生物炭施用量推荐为10 t/hm2，最终的生物炭施用量需结合作物产量以及经济效益作进一步的分析。

4 结论

(1)土壤中施用生物炭可以在一定程度上降低根区土壤pH值，土壤pH值的变化量与施用生物炭量呈正相关。

(2)施用生物炭增加了根区土壤有机质含量。生物炭施用量越大，有机质含量越高。生育末期土壤有机质含量较生育初期呈现下降的趋势。

(3)土壤中的盐分含量在生育末期较生育初期增加，滴头下方的土壤盐分含量较膜间低。施用生物炭增加了根区土壤中的盐分含量，且盐分含量的增加与生物炭的施用量呈正比。

(4)施用生物炭增加了根区土壤的脱盐率，其中生物炭施用量为10、25 t/hm2时，脱盐率较其他处理高。考虑经济成本，10 t/hm2为推荐的适宜生物炭施用量。