不同生物炭配比對小青菜生長及土壤改良效果的影響

郭帥，楊梢娜，黃芳晨，賀敏，吳志榮，徐秋芳

(1.杭州植物園(杭州市園林科學研究院)，浙江 杭州 310012； 2.舟山市農業(yè)技術推廣中心，浙江 舟山 316021；3.浙江農林大學 環(huán)境與資源學院，浙江 杭州 311300)

近年來，生物炭作為一種新型材料在農業(yè)、環(huán)境領域均得到廣泛關注。生物炭是農業(yè)廢棄物在缺氧或少氧條件下高溫熱解而成的穩(wěn)定高碳產物[1]，具有疏松多孔、比表面積大、吸附能力強等特征，是一種理想的農用基質[2]。生物炭與肥料配施，可以改善土壤結構并增加土壤養(yǎng)分持留[3]，有效減少土壤硝態(tài)氮和磷素的淋溶損失，降低地下水污染風險[4]。生物炭的應用不但能解決農業(yè)廢棄物污染環(huán)境的問題，而且能減少肥料施用量，提高肥料利用率的同時增加作物產量，改善土壤性質，是發(fā)展可持續(xù)生態(tài)農業(yè)的新途徑[5]。

長期以來園林綠化植物廢棄物大部分隨生活垃圾填埋，或者進行自然堆放、焚燒處理等粗放處理，導致全球氣候變暖、加劇城市霧霾、產生土地資源污染等問題。尋找園林綠化植物廢棄物合理的多元化利用途徑己經成為我國亟待解決的問題之一。

為探究在不同生物炭及其不同施用率配施復合肥條件下對植物生長和土壤的改良效果，本試驗以杭州植物園(杭州市園林科學研究院)日常養(yǎng)護產生香樟枝條粉碎后制成的生物炭和商業(yè)竹炭為不同生物炭進行比較試驗，探尋園林綠化植物廢棄物制成的生物炭改良土壤的最佳配比，為園林綠化植物廢棄物資源化利用和生物炭改良土壤提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試品種為小青菜(紹興大江蔬菜種子有限公司)。試驗于2019年在浙江農林大學環(huán)境與資源學院試驗基地進行，試驗在浙江農林大學研究基地進行。該地區(qū)平均海拔39 m，屬中亞熱帶氣候，年平均氣溫17 ℃，年日照時數(shù)1 847 h，年降水量1 628.6 mm，全年無霜期237 d。

供試土壤。土壤取自校區(qū)邊的平山基地，該土壤較為貧瘠，供試土壤為紅壤，pH值4.88，堿解氮為86.8 mg·kg-1，有效磷12.0 mg·kg-1，速效鉀125.0 mg·kg-1，有機碳10.6 g·kg-1。

供試生物炭。自制生物炭是利用杭州植物園(杭州市園林科學研究院)日常養(yǎng)護產生香樟枝條經粉碎機粉碎，由杭州植物園園林綠化質量檢測中心在400 ℃條件下，通過低溫熱解園林綠化植物廢棄物炭化技術自制；商業(yè)生物炭由浙江臨安柴氏竹炭科技有限公司生產的新型環(huán)保竹炭。

供試肥料為45%復合肥(N、P2O5、K2O各15%，浙江惠多利肥料科技有限公司)。

1.2 處理設計

試驗采用大棚內盆栽試驗，選取平山基地較為貧瘠的土壤，生物炭與其混勻后，以每盆5 kg鮮土分裝至盆中。試驗共設5個處理。①空白(不加生物炭)；②自制生物炭1.0%(生物炭與盆土質量比，下同)；③自制生物炭0.5%；④商業(yè)生物炭1.0%；⑤商業(yè)生物炭0.5%。自制生物炭和商業(yè)生物炭粉碎后過0.85 mm篩，按照不同生物炭的配施量加入盆中并與盆土混合均勻。所有盆栽隨機區(qū)組排列，每處理重復3次，共15盆。選用青菜品種為小青菜，于4月29日播種，5月5日移栽，各盆栽栽植密度、青菜苗大小和每盆株數(shù)一致(每盆6株)，5月20日收獲。每盆試驗材料保持統(tǒng)一施肥，以復合肥為基肥，按每盆肥料和土壤質量比為3%施入，試驗其他管理措施均相同，盆栽日常管理保持常規(guī)田間持水量。

1.3 測定項目與數(shù)據(jù)處理

青菜收獲時，每盆處理采取單采單收單烘，每盆分別按常規(guī)進行整株取樣，測量每株青菜株高，并稱取每盆青菜的整株鮮重，烘干后稱取每株植株的干重、地上部干重和地下部干重，同時測量每盆土壤樣品的pH、堿解氮、有效磷、速效鉀、有機質、硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量，具體測定方法參照文獻[6]。數(shù)據(jù)處理采用Excel 2010和SPSS軟件。

2 結果與分析

2.1 對青菜生長的影響

由表1結果可以看出，5種處理間青菜株高和鮮重均未達顯著差異水平，但相比對照處理，生物炭的配施均使青菜株高和鮮重有所提高，且不同處理間青菜株高和鮮重排序均為處理3>處理4>處理2>處理5>處理1。相比對照，各處理青菜株高增幅為0.09%～6.10%，青菜鮮重增幅為10.7%～38.1%，其中，處理3的青菜株高和鮮重增幅最大。在施用生物炭的處理中，處理3青菜株高和鮮重最高，處理2、處理4、處理5的產量較處理3有所減少。由此表明，通過自制生物炭和復合肥配施能提高植株產量。

表1 不同生物炭配比對青菜性狀及生物量積累的影響

根據(jù)表1中青菜植株干重和地上部干重數(shù)據(jù)分析，施用率為1.0%的自制生物炭對青菜干重提升效果明顯。根據(jù)地上部干重顯著性分析，施用率為1.0%的自制生物炭與施用率為1.0%的商業(yè)生物炭之間有顯著性差異。在相同施用率條件下，青菜植株干重、地上部干重和地下部干重均為自制生物炭優(yōu)于商業(yè)生物炭。由此表明，自制生物炭和復合肥配施條件下，青菜生產可實現(xiàn)穩(wěn)產、增產，且自制生物炭優(yōu)于商業(yè)竹炭。

2.2 對土壤理化性狀的影響

由表2可知，不同處理對土壤pH的影響較小，青菜生產對于土壤養(yǎng)分含量影響較大。相比對照處理，其他處理的土壤養(yǎng)分含量普遍高于對照，其中土壤有機質含量變化較為顯著。在不同生物炭及施用率條件下，土壤速效鉀、有效磷和有機質的增幅分別為3.1%～9.6%、4.6%～15.5%和33.3%～77.9%。4個施用生物炭的處理中，以處理2的土壤堿解氮、速效鉀、有效磷和有機質的含量最高，土壤有機質含量與其他3個處理間具有顯著性差異，說明配施生物炭有利于提高土壤養(yǎng)分含量，以及肥料在土壤中的積累，減少化肥流失，提高肥料利用率。

表2 不同生物炭配比對土壤理化性狀的影響

從總體情況分析可知，在同種生物炭施用條件下，自制生物炭施用率為1.0%的土壤各養(yǎng)分含量高于施用率為0.5%的，商用竹炭施用率為0.5%的土壤各養(yǎng)分含量高于施用率為1.0%。在生物炭施用率相同條件下，施用率為1.0%的自制生物炭的土壤各養(yǎng)分含量高于商業(yè)生物炭，其中土壤有機肥含量有顯著差異。在生物炭施用率相同條件下，施用率為0.5%的自制生物炭和商業(yè)生物炭的土壤各養(yǎng)分含量之間各有不同，差異不顯著。由此表明，在青菜種植中配施自制生物炭更有利于土壤養(yǎng)分含量積累，以自制生物炭施用率為1.0%的條件下最優(yōu)。

2.3 對土壤無機態(tài)氮素形態(tài)的影響

土壤中氮素形態(tài)可分為無機態(tài)和有機態(tài)兩大類，土壤氣體中存在的氣態(tài)氮一般不計在土壤氮素之內[7]。土壤中未與碳結合的含氮化合物包括銨態(tài)氮、亞硝態(tài)氮、硝態(tài)氮、氨態(tài)氯、氨氣及氣態(tài)氮氧化物，一般多指銨態(tài)氮和硝態(tài)氮。土壤中無機態(tài)氮是微生物活動的產物，它易被植物吸收，而且易揮發(fā)和流失，所以其含量變化很大[8]。

如表3所示，土壤中的銨態(tài)氮含量高于硝態(tài)氮含量，不同處理間土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)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處理，4個配施處理的土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的增幅分別為1.5%～4.4%和15.0%～91.4%。由此表明，生物炭還田用作土壤改良劑可以減少土壤中硝態(tài)氮和銨態(tài)氮的淋失，增強土壤保水保肥能力進而增加土壤對養(yǎng)分的吸附能力。

表3 不同生物炭配比對土壤無機態(tài)氮素形態(tài)的影響

3 小結

試驗結果表明，在施肥量一致的條件下，施用生物炭的土壤中植株的性狀和產量明顯優(yōu)于不配施生物炭。在生物炭配施條件下，植物生產可實現(xiàn)穩(wěn)產、增產，且自制生物炭優(yōu)于商業(yè)竹炭。在本試驗中，自制生物炭0.5%施用率最適宜植物生長和產量增加，青菜鮮重增產38.1%。

從收獲后土壤化驗分析結果看出，施用生物炭肥可有效提高土壤速效鉀、有效磷和有機質含量。本試驗條件下，自制生物炭1.0%施用率最有利于土壤養(yǎng)分含量積累，土壤速效鉀、有效磷和有機質的增幅分別為9.6%、15.5%和77.9%。

生物炭配施能增加土壤無機態(tài)氮素含量的增加，對土壤中硝態(tài)氮的含量變化影響較大。本試驗條件下，自制生物炭的配施更有利于土壤無機態(tài)氮素的積累，以自制生物炭1.0%施用率最佳，增幅為27.5%，說明生物炭能有效減少土壤中硝態(tài)氮和銨態(tài)氮的淋失，增強土壤保水保肥能力，降低對農田環(huán)境的污染。