生物炭施入对温室土壤性质以及辣椒生长的影响_赵贯飞.pdf

西藏科技 2018 年 1 期 （ 总第 298 期 ） 科技兴农 生物炭施入对温室土壤 性质以及辣椒生长的影响 * 赵贯飞 （ 西藏自治区农牧科学院蔬菜研究所 ， 西藏 拉萨 850001 ） 摘 要 ： 为 了 探 究 在 高 原 设 施 温 室 中 生 物 炭 的 施 入 对 土 壤 的 温 度 、 含 水 率 、 pH 值 以 及 对 设 施 园 艺 作 物 生 长 的 影 响 ， 该 试 验 选 择 了 以 玉 米 秸 秆 、 花 生 壳 和 水 稻 秸 秆 等 为 原 料 的 3 种 生 物 炭 制 品 ， 同 时 以 施 入 羊 粪 、 复 合 肥 以 及 不 做 任 何 处 理 作 为 对 照 （ CK ） 。 分 别 在 辣 椒 上 进 行 试 验 。 结 果 表 明 ， 生 物 炭 能 够 显 著 提 高 温 室 土 壤 的 温 度 ， 但 对 温 室 土 壤 含 水 量 和 pH 值 的 影 响 不 明 显 ， 而 生 物 炭 施 入 对 温 室 辣 椒 生 长 和 产 量 的 影 响 显 著 。 适 宜 在 设 施 温 室 中 进 行生物炭推广 ， 以改变土壤性质和提高单位面积产量 。 关键词 ： 生物炭 设施温室 土壤 辣椒 生 物 炭 （ Biochar ） 也 称 生 物 质 炭 ， 一 般 指 生 物 质 原 材 料 在 完 全 或 部 分 缺 氧 条 件 下 ， 经 高 温 热 裂 解 产 生 一 种 含 碳 元 素 的 固 态 物 质 。 主 要 由 芳 香 烃 和 单 质 碳 或 具 有 类 石 墨 结 构 的 碳 组 成 ， 一 般 含 有 60% 以 上 的 碳 元 素 1 。 相比焦炭 、 活性炭等 其他类型 黑炭 ， 生物炭主 要 应 用 于 生 态 环 境 修 复 、 气 候 变 化 和 农 业 土 壤 改 良 等 方 面 。 生 物 炭 的 多 孔 特 性 和 表 面 积 有 利 于 土 壤 聚 集 水 分 、 提 高 孔 隙 度 、 提 高 保 水 能 力 、 降 低 土 壤 酸 度 、 增 加 有 机 质 、 提 高 养 分 含 量 、 增 加 土 壤 阳 离 子 交 换 能 力 和 降 低 土 壤 容 重 ， 从 而 为 植 物 生 长 提 供 良 好 的 生 长 发 育 环境 。 随 着 西 藏 自 治 区 设 施 园 艺 迅 猛 发 展 ， 仅 拉 萨 地 区 截 至 2013 年 底 ， 共 有 大 棚 种 植 面 积 1. 85 万 亩 ， 其 中 日 光 温 室 面 积 1 . 05 万 亩 ， 塑 料 大 棚 8000 亩 ， 形 成 了 城 关 区 、 蔡 公 堂 乡 、 堆 龙 德 庆 区 乃 琼 镇 、 达 孜 县 邦 堆 乡 、 曲 水 县 南 木 乡 等 16 个 集 中 连 片 设 施 农 业 基 地 。 为 保 障 西 藏 本 地 蔬 菜 的 供 应 起 到 了 重 要 的 支 撑 作 用 。 然 而 ， 设 施 温 室 土 壤 由 于 常 年 处 于 封 闭 或 半 封 闭 状 态 ， 缺 少 雨 水 淋 溶 ， 从 而 形 成 了 一 个 非 常 特 殊 的 生 态 系 统 ， 普 遍 存 在 盲 目 过 量 施 入 化 学 肥 料 、 养 分 比 例 失 调 、 肥 效 利 用 不 高 、 资 源 浪 费 、 土 壤 板 结 等 严 重 问 题 ， 给 农 牧 民 设 施 生 产 也 带 来 了 巨 大 损 失 ， 已 成 为 限 制 西 藏 设 施 农 业 作 物 发 展 的 重 要 因 素 ， 因 此 ， 寻 求 解 决 方 法 ， 恢 复 土 壤 生 产 力 ， 对 促 进 西 藏 自 治 区 设 施 农 业 产 业 的 发 展 、 农 牧 民 增 收 致 富 、 实 现 设 施 农 业 作 物 的 可 持 续 发 展 具 有 重 要 意 义 。 试验材料与方法 1. 1 试验材料 为 了 探 究 在 高 原 设 施 温 室 中 生 物 炭 对 设 施 园 艺 作 物 生 长 的 影 响 ， 试 验 选 择 了 以 玉 米 秸 秆 、 花 生 壳 和 水 稻 秸 秆 等 为 原 料 的 3 种 生 物 炭 制 品 ， 同 时 以 施 入 羊 粪 、 复 合 肥 以 及 不 做 任 何 处 理 作 为 对 照 （ CK ） 。 在 园 艺 作 物 辣 椒 （ Capsicum annuum ） 上 进 行 试 验 （ 品 种 为 航椒五号 ） 。 1. 2 试验方法 上 述 作 物 在 定 植 前 按 照 100 kg/ 667 m 2 施 入 生 物 炭 和 试 验 肥 料 开 展 相 关 实 验 ， 并 做 好 相 关 试 验 记 录 。 试 验 采 用 小 区 实 验 为 主 ， 小 区 面 积 6m 2 ， 长 为 6 m ， 宽 1 m ， 行 距 0. 3 m ， 设 6 个 处 理 ， 3 次 重 复 ， 小 区 之 间 间 隔 5 m ， 采 用 随 机 区 组 排 列 。 通 过 上 述 试 验 ， 拟 试 图 探 究 生 物 炭 的 施 入 对 温 室 土 壤 温 度 、 含 水 量 、 pH 值 和 对 园 艺 作物的株高和产量的影响 。 试 验 地 土 壤 为 沙 壤 土 ， 土 壤 容 重 为 1 . 68 g/cm 。 土 壤 温 度 采 用 地 温 计 于 每 天 早 晨 10: 00 进 行 测 定 ， 采 集 深 度 为 10 cm ； pH 值 采 用 pH 计 测 定 ， 水 土 比 例 为 2 . 5 ： 1； 园 艺 作 物 的 株 高 采 用 普 通 卷 尺 测 定 ； 作 物 产 量 按 照 每 个 小 区 的 产 量 计 算 ， 最 后 折 算 为 kg/ 667m 2 。 生 物 炭 的全碳组分和灰分见表 1 。 *基金项目： 西藏自治区自然科学基金 （ 2016ZR- 15 - 53 ） 7 西藏科技 2018 年 1 期 （ 总第 298 期 ） 科技兴农 表 1 生物炭全碳组分和灰分分析表 种类 原料类型 温度 （ ） 碳含量 （ % ） 灰组分 秸秆 玉米秸秆 250- 700 51. 8 - 78. 1 5. 4 - 37 . 3 水稻秸秆 250- 600 38. 39 - 71. 86 23 . 13 - 30 . 1 壳类 花生壳 300- 600 45 . 2 - 68 . 19 3. 2 - 28 . 6 1. 3 数据处理 数 据 处 理 均 采 用 SPSS 20 . 0 软 件 ， 绘 图 软 件 采 用 Excel 2013 。 2 结果与分析 2. 1 生物炭的施入对温室土壤温度的影响 该 试 验 在 生 物 炭 施 入 后 ， 在 辣 椒 的 幼 苗 期 测 定 10 cm 深 土 壤 温 度 变 化 ， 每 种 园 艺 作 物 随 机 选 取 3 个 点 作为数据测定点 。 表 2 不 同 处 理 对 土 壤 温 度 变 化 影 响 meanSD （ ） 作物 玉米秸秆 花生壳 水稻秸秆 羊粪 复合肥 CK 辣椒 17 . 1 0. 3 bc 16. 9 0 . 6 bc 17 . 3 0. 5 c 16. 5 0 . 3 ab 16. 1 0 . 3 a 15. 9 0. 4 a 注 ： 采 用 Duncan s multiple range test 方 法 分 析 ， 同 一 行 不 同 字 母表示显著性差异 （ P 0. 05， n = 3 ） 表 3 不 同 处 理 对 辣 椒 土 壤 温 度 变 化 的 方 差 分 析 （ ANOVA ） 平方和 df 均方 F 显著性 组间 4 . 829 5 0. 966 4 . 636 0 . 014 组内 2 . 500 12 0. 208 总数 7 . 329 17 对 种 植 辣 椒 施 入 不 同 的 生 物 炭 和 肥 料 ， 对 10 cm 深 的 土 壤 温 度 进 行 测 量 ， 并 对 种 植 辣 椒 的 土 壤 温 度 进 行 方 差 分 析 。 结 果 表 明 ， 种 植 辣 椒 温 室 土 壤 温 度 均 存 在 极 显 著 性 差 异 （ P = 0 . 014 0. 05 ） （ 表 3 ） 。 从 表 2 可 以 看 到 ， 在 辣 椒 幼 苗 期 施 入 生 物 炭 和 羊 粪 ， 除 了 施 入 复 合 肥 外 ， 都 能 够 提 高 设 施 温 室 土 壤 温 度 的 作 用 ， 但 是 以 水 稻 为 原 料 的 生 物 炭 提 升 地 温 的 作 用 最 为 明 显 ， 具 体 提 升 土 壤 温 度 的 排 列 顺 序 为 ： 水 稻 秸 秆 玉 米 秸 秆花生壳羊粪复合肥 CK 。 2. 2 生物炭施入对温室土壤含水量的影响 当 生 物 炭 和 肥 料 施 入 到 种 植 辣 椒 温 室 后 ， 不 论 是 生 物 炭 还 是 肥 料 均 对 土 壤 的 pH 变 化 没 有 影 响 ， 在 统 计 学 上 没 有 显 著 性 差 异 。 说 明 在 该 试 验 中 生 物 炭 对 土 壤 的 含 水 量 不 会 有 大 的 改 变 ， 可 能 与 试 验 地 本 身 就 属 于 砂 质 壤 土 ， 具 有 较 好 的 透 性 ， 如 果 在 黏 土 上 进 行 试 验 有 可 能 会 发 挥 生 物 炭 表 面 积 大 的 优 势 ， 继 而 能 够 对土壤含水量起到调节作用 。 2. 3 生物炭的施入对温室土壤 pH 值的影响 测 定 温 室 土 壤 pH 值 时 ， 在 每 个 处 理 的 小 区 选 取 3 份 土 样 ， 每 份 土 样 放 入 烧 杯 中 加 入 蒸 馏 水 ， 用 玻 璃 棒 充分搅拌 1 分钟 ， 待其静止澄清后 ， 用 pH 计测定 。 表 4 施入生物炭对供试土壤 pH 值影响 不同处理 pH 值 玉米秸秆 7. 30 0. 20 a 花生壳 7. 56 0. 15 a 水稻秸秆 7. 43 0. 47 a 羊粪 7. 40 0. 10a 复合肥 7. 36 0. 11a C K 7. 26 0. 15a 从 表 4 可 以 看 出 ， 虽 然 各 处 理 之 间 没 有 显 著 性 差 异 ， 但 从 数 据 来 看 各 处 理 之 间 的 pH 值 大 小 依 次 为 ： 花 生 壳 秆 水 稻 秸 秆 羊 粪 玉 米 秸 秆 复 合 肥 CK 的 排 列 顺 序 。 该 试 验 结 果 可 能 与 前 茬 种 植 作 物 品 种 有 一 定 的 关 系 ， 由 于 本 试 验 数 据 来 自 前 茬 种 植 有 辣 椒 的试验地 ， 种植辣椒后的田地一般偏碱性 。 2. 4 生物炭对辣椒植株生长和产量的影响 通 过 在 辣 椒 试 验 地 施 入 生 物 炭 和 肥 料 ， 在 辣 椒 生 长 封 顶 时 测 量 辣 椒 的 主 茎 高 和 产 量 。 结 果 见 表 5 ， 主 茎 高 度 和 产 量 都 呈 显 著 性 差 异 。 主 茎 高 度 顺 序 为 ： 花 生 壳 水 稻 秸 秆 羊 粪 玉 米 秸 秆 复 合 肥 CK 。 产 量 的 变 化 顺 序 为 ： 玉 米 秸 秆 花 生 壳 水 稻 秸 秆 CK 羊 粪 复 合 肥 。 不 论 是 主 茎 高 度 ， 还 是 产 量 ， 施 入 生 物 炭 后 都 比 CK 高 ， 这 可 能 与 生 物 炭 自 身 特 性 有 关 ， 所 含 的 微 量 元 素 和 矿 物 质 对 于 产 量 和 主 茎 高 度 有 一 定 的 影 响 。 而 不 施 入 任 何 生 物 炭 和 肥 料 的 辣 椒 主 茎 高 度 和 产 量 呈 极 显 著 差 异 ， 主 茎 高 度 只 有 48 . 7 cm 和 4009. 6 kg/ 667m 2 。 该 次 试 验 的 辣 椒 产 量 数 据 是 在 辣 椒 边 生 长 、 边 采 摘 最 后 汇 总 所 有 产 量 后 换 算 为 亩 产 量 。 表 5 不同处理对辣椒植株生长和产量的影响 处理 主茎高 （ cm ） 产量 （ kg/ 667m 2 ） 玉米秸秆 54. 8 0. 2 bc 4017 . 3 6. 6 bc 花生壳 58. 3 0. 5 d 4011 . 6 2. 5 d 水稻秸秆 56. 4 0. 7 c 4011 . 3 1. 5 c 羊粪 55. 8 0. 2 c 4008. 6 8 . 0 c 复合肥 53. 2 1. 1 b 4007 . 6 2. 5 b CK 48. 7 1. 8 a 4009 . 6 8. 3 a （ 下 转 12 页 ） 8 西藏科技 2018 年 1 期 （ 总第 298 期 ） 乡 镇 一 级 农 牧 综 合 服 务 部 门 有 一 定 比 例 的 农 业 技 术 人 员 ， 专 门 从 事 种 植 业 技 术 指 导 服 务 工 作 ， 从 人 员 配 备 上 要 满 足 农 作 物 病 虫 草 害 防 治 工 作 技 术 服 务 需 求 。 其 次 ， 加 强 农 作 物 病 虫 草 害 防 治 技 术 培 训 工 作 ， 对 学 员 不 同 水 平 分 层 次 ， 对 培 训 不 同 内 容 分 阶 段 ， 室 内 授 课 与 现 场 操 作 相 结 合 ， 采 取 多 种 形 式 对 基 层 技 术 人 员 、 科 技 特 派 员 和 农 民 进 行 农 田 草 害 防 治 技 术 培 训 ， 提 高 基 层 一 线 植 保 技 术 人 员 技 术 水 平 。 最 后 ， 当 地 财 政 设 立 农 作 物 病 虫 草 害 专 业 化 统 防 统 治 专 项 资 金 ， 在 全 区 35 个 粮 食 主 产 县 （ 区 ） 建 立 和 扶 持 专 业 化 统 防 统 治 队 伍 ， 配 备 大 型 植 保 喷 药 机 械 ， 农 作 物 病 虫 草 害 防 治 工 作 达 到 标 准 化 、 精 准 化 、 规 模 化 、 高 效 化 目 标 ， 提 高 农 作 物 病 虫 草 害 防 治 工 作 技 术 服 务 到 位 率 。 参考文献 1 胡 颂 杰 . 西 藏 农 业 概 论 M . 四 川 ： 科 学 技 术 出 版 社， 1995 ： 526 - 527 . 2 西 藏 自 治 区 统 计 局 . 西 藏 统 计 年 鉴 M . 北 京 ： 中 国 统计出版社 ， 2015 编校 姚皖黔 （ 上 接 8 页 ） 3 结论与讨论 在 辣 椒 幼 苗 期 施 入 生 物 炭 和 羊 粪 ， 除 了 施 入 复 合 肥 外 ， 都 能 够 提 高 设 施 温 室 土 壤 温 度 。 但 也 有 研 究 表 明 ， 施 入 生 物 炭 肥 的 处 理 幼 苗 期 土 壤 温 度 始 终 高 于 未 施 炭 的 对 照 ， 在 小 麦 成 株 期 施 入 生 物 炭 也 同 样 有 增 温 效 果 2 。 在 该 试 验 中 生 物 炭 对 土 壤 的 含 水 量 改 变 不 大 ， 可 能 试 验 地 本 身 就 属 于 砂 质 壤 土 ， 具 有 较 好 的 透 性 。 生 物 炭 的 施 入 对 土 壤 pH 值 影 响 也 不 大 ， 而 有 相 关 研 究 表 明 ， 在 茶 树 中 施 入 生 物 炭 能 使 土 壤 pH 值 升 高 0. 05- 0 . 22， 因 为 茶 树 生 长 环 境 土 壤 偏 酸 性 ， 因 此 施 入 生 物 炭 能 够 提 高 土 壤 的 pH 值 3 。 也 有 研 究 表 明 ， 生 物 炭 能 明 显 改 善 北 方 果 园 酸 化 土 壤 的 性 质 ， 在 酸 化 土 壤 改 良 上 具 有 广 阔 的 应 用 前 景 4 - 5 。 研 究 发 现 ， 在 温 室 设 施 中 ， 生 物 炭 对 辣 椒 的 生 长 有 明 显 的 促 进 作 用 ， 进 而 影 响 到 产 量 。 有 研 究 证 实 在 温 室 设 施 中 使 用 生 物炭能够 促进茄子 的生长 6 ， 以及促进 铁皮石斛 、 烟叶 等的发育 7 - 8 。 因 此 ， 在 西 藏 自 治 区 农 村 地 区 推 广 生 物 炭 技 术 ， 加 速 以 秸 秆 炭 化 还 田 技 术 ， 不 仅 有 利 于 促 进 农 民 增 收 、 就 业 以 及 农 业 增 产 ， 还 有 助 于 提 高 农 业 废 弃 物 综 合 利 用 水 平 、 减 少 散 乱 堆 放 和 焚 烧 等 面 源 污 染 ， 从 而 实 现 农 民 增 收 、 生 活 环 境 改 善 、 减 少 二 氧 化 碳 等 温 室 气体排放 ， 为固碳减排任务做出贡献 。 参考文献 1 Goldberg E D. Black Carbon in the Environment: Prop erties and Distribution J . New York ， John Wiely ， 1985 . 2 刘 红 杰 , 胡 新 , 任 德 超 , 等. 生 物 炭 对 黄 淮 麦 区 土 壤 温度的影响 J . 农学学报 ， 2014 ， 4 （ 9 ） : 47 - 49. 3 李 荣 林 ， 黄 继 超 ， 黄 欣 卫 ， 等. 生 物 炭 对 茶 园 土 壤 酸 性 和 土 壤 元 素 有 效 性 的 调 节 作 用 J . 江 苏 农 业 科 学 ， 2012 ， 40 （ 12 ） ： 345- 347. 4 王 震 宇 ， 徐 振 华 ， 郑 浩 ， 等 . 花 生 壳 生 物 炭 对 中 国 北 方 典 型 果 园 酸 化 土 壤 改 性 研 究 J . 中 国 海 洋 大 学 学 报 （ 自然科学版 ） 自然科学版 ， 2013， 43 （ 8 ） ： 86 - 91 . 5 张 祥 ， 王 典 ， 姜 存 仓 ， 等 . 生 物 炭 及 其 对 酸 性 土 壤 改 良 的 研 究 进 展 J . 湖 北 农 业 科 学 ， 2013 ， 52 （ 5 ） ： 997 - 1000 . 6 李 中 阳 ， 樊 向 阳 ， 齐 学 斌 ， 等. 生 物 质 炭 对 施 用 不 同 磷 肥 下 温 室 茄 子 生 长 及 品 质 的 影 响 J . 中 国 农 村 水 利 水电 ， 2015 （ 4 ） ： 34 - 37 . 7 陈庆飞 . 基质添 加生物 炭对铁 皮石斛 生长及 品质的 影响 D . 浙江师范大学 ， 2015 . 8 陈 山 ， 龙 世 平 ， 崔 新 卫 ， 等 . 施 用 稻 壳 生 物 炭 对 土 壤 养 分 及 烤 烟 生 长 的 影 响 J . 作 物 研 究 ， 2016 ， 30 （ 2 ） ： 141- 147. 编校 姚皖黔 科技兴农 12