生物炭對黃淮麥區土壤溫度的影響

劉紅杰　胡新　任德超　黃建英　葛君　張福絹

摘 要：為了降低低溫凍害發生時土壤溫度對小麥植株的危害，通過2010、2011年生物炭在麥田應用，研究了生物炭對黃淮麥區土壤溫度的影響。結果表明，施炭與不施炭相比，施炭可以提高凍害天氣下最低溫度，降低最高土壤溫度，增加土壤積溫，對小麥提高抗霜性具有一定積極的作用。

關鍵詞：生物炭；小麥；溫度；影響

中圖分類號：S-3 文獻標志碼：A 論文編號：2014-0073

0 引言

隨著中國工農業經濟的飛速發展，中國面臨著CO2減排的巨大壓力。2005年2月16日《京都議定書》正式生效，并提出可以通過增加生態系統炭庫來補償經濟發展中的炭排放[1-3]。為此，中國眾多學者開始了炭的深入研究[4-8]。河南商丘三利新能源公司適應目前的形勢，開展了秸稈熱解炭化技術的研究和生產，目前已利用小麥及其他作物秸稈在零排放的條件下連續工廠化生產出炭、木醋、生物氣體和焦油。炭在工農業生產中有著巨大的市場潛力，生物炭可以用作保溫材料、防潮材料、污水處理、空氣吸附材料等，而且在農業的生產中也開始顯現其重要的作用[9-10]。

大量研究表明，生物炭具有改善土壤理化性質及微生物的活性，培肥土壤肥力[11]，改善土壤持水能力[12-13]，延緩肥料養分釋放，降低肥料及土壤養分的損失[14-15]，減輕土壤污染的作用[16]。然而，目前未見關于生物炭對土壤溫度的研究論文。因此，本研究從生物炭對土壤溫度效果方面著手，探討其對土壤溫度的影響，以期為緩解或降低小麥低溫凍害的研究提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

生物炭肥是由商丘三利新能源公司提供的加有木醋液的小麥秸稈炭。供試小麥品種為‘周麥22。溫度計是日產的自動記錄溫度計——HIOKI。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗設計 試驗設在商丘市農林科學院試驗田，采用大區對比和池栽的方法進行，2009—2010年采用大區試驗，面積90 m2，播種采用寬幅播種機統一播種，播量127.5 kg/hm2。1次重復，行距23.1 cm。2010—2011年采用池栽試驗，面積1.5 m2，行距20 cm，基本苗225萬/hm2。溫度計均于2月8號前掩埋于各試驗區中部地面下5 cm處，小麥收獲期取出。每個處理1個溫度計。溫度記錄間距為30 min 1個數據。

2009—2010年設6個處理：處理1、2、3、4、5、6（對照）的每666.7 m2施用炭量（炭自然吸濕的濕炭）分別為440、280、200、100、20、0 kg（對照）。2010—2011年處理1、2、3、4、5分別為每666.7 m2施用碳量分別為600 kg、480 kg、320 kg、160 kg、20 kg、對照為0 kg。

1.2.2 測試項目與方法 2009—2010年采取對角線法，取長勢均勻一致的3個點，每個點1 m2進行考種。2010—2011年全池全部收獲，并取10株進行考種。

1.2.3 統計分析 應用DPS 6.5軟件進行分析。

2 結果與分析

2.1 生物炭對地表溫度的影響

2009年對不同施炭量各處理越冬期間午后的表土溫度測定結果，見圖1。施炭量較高的處理1、2溫度比處理3低，處理3最高為8.3℃，以后隨施炭量的減少迅速下降。處理5較處理6（對照）高0.1℃。可見，隨施炭量的提高，表土溫度提高，最高的處理3比對照（處理6）溫度高0.5℃，表明施炭有提高地溫的作用。

2.2 小麥苗期低溫下土壤溫度的日變化

2010年3月10號，商丘發生了一次早春凍害過程，當日最低氣溫為-5℃，最高氣溫11.5℃，平均溫度2.8℃。本研究選擇與對照臨近的處理5的地溫日變化進行對比（見圖2）。由圖2可以看到，在低溫條件下施炭處理比不施炭的溫度高；在白天太陽照射下，施炭處理的溫度上升比不施炭的速度慢，下降的也慢。表明土壤中施入炭有儲熱和平抑地溫的作用。

2.3 小麥孕穗期低溫下土壤溫度的日變化

2010年4月15號商丘發生晚霜凍害過程（最高氣溫11.5℃、最低氣溫1.4℃、平均溫度5.3℃），此時小麥達到孕穗期，因此對造成了小麥一定的凍害。但是，本研究測定的土壤溫度仍然是施炭的溫度高于不施炭的處理，同樣表現為施炭量增加，溫度提高量增加，將15號當日地溫合計平均結果，處理1、3、4、5分別比處理6（對照）高分別為0.4、0.7、0.7、0.2℃。

2.4 生物碳對月平均溫度和積溫的影響

土壤施用生物炭可以提高土壤溫度。2009—2010年從放入溫度計到取出溫度計之間的溫度分析結果（見表1），平均各處理積溫為1217.6℃（1209.6～1221.1℃），比對照1178.9℃提高38.7℃，平均溫度比對照高0.4℃。2010—2011年度池栽試驗的溫度結果（見表2）與2009—2010相同，表明土壤施炭可以改善土壤環境，提高土壤儲熱的作用。

3 結論與討論

（1）黃淮麥區小麥面積0.15億hm2，每年有大量的小麥秸稈，除小部分用于造紙和飼料添加外，大部分堆放在田間地頭，不僅污染環境，而且也有失火的隱患。部分群眾則在田間進行焚燒，造成空氣污染，直接還田則雖可提高土壤有機質含量，但也存在著病、蟲危害加重的負面影響，如何合理地利用作物秸稈是一個長期存在于農業生產的大問題。

（2）生物炭施入土壤不僅可提高地溫，還可以平抑土壤溫度的日變化，對小麥抗御低溫災害有一定的作用。本研究中，施入生物炭肥的處理幼苗期土壤溫度始終高于未施炭的對照。施炭小麥成株期也有同樣的增溫效果，4月15號日平均地溫較對照提高了0.2～0.8℃，日溫度變化規律與幼苗期基本相同。

（3）從放入溫度計開始到取出溫度計止，130天地溫積溫處理比對照提高了30.7～114.1℃，表明生物炭作為肥料可以提高地溫，有利于小麥的生長和發育。

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