添加生物质炭不同组分对不结球白菜产量和品质的影响.pdf

南京农业大学学报 2018， 41( 6) : 10701077 http: / /nauxbnjaueducnJournal of Nanjing Agricultural University DOI: 107685/jnau201805049收 稿日期 : 20180530基金项目 : 国家自然科学基金项目 ( 41501310， 41471193) ; 国家科技支撑计划项目 ( 2015BAC02B01) ; 联合国生物质炭与土壤可持续管理项目 ( B4SS)作 者简介 : 刘晓雨 ， 讲师 。*通 信作者 : 张旭辉 ， 副教授 ， 主要从事土壤质量与肥力研究 ， E-mail: xuhuizhang njaueducn。刘晓雨 ， 刘成 ， 王贺东 ， 等 添加生物质炭不同组分对不结球白菜产量和品质的影响 J 南京农业大学学报 ， 2018， 41( 6) : 10701077添加生物质炭不同组分对不结球白菜产量和品质的影响刘 晓雨 ， 刘成 ， 王贺东 ， 刘铭龙 ， 孙宝宝 ， 张旭辉*， 李 恋卿 ， 潘根兴( 南京农业大学农业资源与生态环境研究所 ， 江 苏 南京 210095)摘要 : 目的 本文旨在揭示生物质炭施用对作物产量和品质的影响机制 。 方法 通过热水浸提法 ， 将生物质炭中以有机碳为主的 “炭骨架 ”( 水洗生物质炭 ， washed biochar) 和以小分子有机物为主的 “类植物生长激素 ”( 生物质炭浸提液 ， biocharextracts) 分离 ， 再通过燃烧法将以氮 、磷 、钾等营养元素为主的 “速效养分 ”( 生物质炭灰分 ， biochar ash) 分离 。将这些不同的组分添加到高 、低 2 种肥力土壤中 ， 研究其对不结球白菜 ( 简称小白菜 ) 产量 、品质及土壤性质的影响 。 结果 添加不同生物质炭组分对小白菜地上部生物量和根系生物量没有显著影响 ， 但添加生物质炭浸提液和水洗生物质炭显著提高了高肥力土壤中小白菜的根冠比 。添加生物质炭不同组分均显著降低了收获期小白菜地上部硝酸盐含量 ， 不同处理硝酸盐含量降低 41%84%。添加水洗生物质炭提高了高肥力土壤中小白菜地上部维生素 C 含量 ; 而添加生物质炭浸提液增加了低肥力土壤小白菜地上部维生素 C 含量 。添加生物质炭不同组分均显著提高了收获期小白菜地上部钾含量 ， 不同处理钾含量增加 43%88%。小白菜地上部硝酸盐含量与钾含量呈极显著负相关关系 。 结论 添加秸秆生物质炭不同组分对小白菜产量没有显著影响 ， 但降低了小白菜地上部硝酸盐含量 ， 同时提高了钾含量 。添加秸秆生物质炭后小白菜地上部钾吸收量的增加可能是硝酸盐含量降低的重要原因 。关键词 : 生物质炭 ; 不结球白菜 ; 产量 ; 品质 ; 硝酸盐中图分类号 : S1583 文献标志码 : A 文章编号 : 10002030( 2018) 06107008Effects of different biochar components on the yield and quality ofnon-heading Chinese cabbage( Brassica campestris ssp chinesis)LIU Xiaoyu， LIU Cheng， WANG Hedong， LIU Minglong， SUN Baobao， ZHANG Xuhui*，LI Lianqing， PAN Genxing( Institute of esource， Ecosystem and Environment of Agriculture， Nanjing Agricultural University， Nanjing 210095， China)Abstract: Objectives The objective of this study was to answer why biochar amendment increases crop yield and improves leafquality Methods Simple methods were used to isolate the different components of biochar These components include the organiccarbon without soluble nutrients( named as washed biochar) ， soluble nutrients( eg， nitrogen， phosphorus and potassium) withoutorganic carbon( biochar ash) ， and the part that is composed of low-molecular-weight organic substances( biochar extracts) Wehypothesized that， after amending into soils， the three components could represent the effect of soil physical property improvement( washed biochar) ， nutrients addition( biochar ash) and hormone stimulation( biochar extracts) A pot trial was conducted toinvestigate the effect of different biochar components on the yield， leaf quality of non-heading Chinese cabbage( Brassica campestrisssp chinesis) and soil properties esults esults showed that the addition of different biochar components had no effect on theyield and root biomass of Chinese cabbage However， in the high fertility soil， biochar extracts and washed biochar addition increasedthe mass ratio of root to aboveground biomass The addition of different biochar components decreased the concentrations of nitrate inthe above ground biomass by 41%84% In the high fertility soil， washed biochar addition increased the concentration of vitamin Cin the above ground biomass; while， in the low fertility soil， biochar extracts addition increased the concentration of vitamin C Theaddition of different biochar components increased the concentration of K in the above ground biomass by 43% 88% acrosstreatments There was a significant negative correlation between nitrate and K in terms of their concentration in the above groundbiomass Conclusions The addition of different biochar components had no effect on the yield of non-heading Chinese cabbage;however， their addition decreased the concentration of nitrate while increased the concentration of K in the above ground biomass ofnon-heading Chinese cabbage Increased K uptake may contribute to the reduction of nitrate in the above ground biomass underbiochar soil amendmentKeywords: biochar; non-heading Chinese cabbage; yield; quality; nitrate第 6 期 刘晓雨 ， 等 : 添加生物质炭不同组分对不结球白菜产量和品质的影响生物质炭是生物质在限氧条件下不完全燃烧生成的黑色固体产物 1。近年来 ， 秸秆炭化还田逐渐成为一种新的废弃物处理和土壤培肥模式 2。生物质炭还田能够提高作物产量 ， 产量增幅为 10% 15% 36。生物质炭增产效果与土壤肥力 、生物质炭和作物类型等因素密切相关 。在肥力低 、结构差的土壤中施用生物质炭 ， 增产效果更显著 5。生物质炭的增产机制可以概括为 3 个方面 : 首先 ， 直接为植物生长提供养分 。生物质炭中富含大量植物生长所必需的营养元素 ， 这些养分元素能够促进植物生长 ， 增加作物产量 7。其次 ， 改善根系生长环境 。生物质炭是一种疏松多孔物质 ， 施入到土壤中可改善土壤物理结构 ， 提高孔隙度 、降低容重 。如 : 生物质炭施用能提高植物抵抗病虫害能力 89， 增加植物根系体积 、根表面积及根系长度等 1011， 从而增强对土壤养分和水分资源的利用效率 。第三 ， 向土壤中添加类植物生长调节激素的物质 。生物质炭在生产过程中会产生一系列有机物质 ， 其中含有类似于植物生长调节激素的物质 1213， 这些物质的输入可促进植物根系的生长和某些关键基因的表达 1415。然而 ， 生物质炭的这些增产机制并没有得到试验证实 ， 其作用机制还处于假设或猜想阶段 。近年来 ， 一些科学家提出 “设计生物质炭 ”理念 16， 希望通过控制原料和生产工艺生产出特定的生物质炭 ， 以最大化生物质炭的增产效应和其他环境效应 。“设计生物质炭 ”理念的实现在很大程度上依赖于我们对生物质炭增产机制的了解 。因此 ， 揭示生物质炭的增产机制有助于推动生物质炭的农业应用 。本研究通过简单的物理方法将生物质炭不同组分进行分离 ， 这些组分包括以有机碳为主的 “炭骨架 ”， 以氮 、磷 、钾等元素为主的 “速效养分 ”和以小分子有机物为主的 “类植物生长激素 ”。施用到土壤中后 ， 这 3 种组分分别代表物理效应 ( 土壤物理结构改善 ) 、养分效应 ( 增加作物养分吸收 ) 和小分子有机物刺激效应( 生物刺激素 ) 。通过盆栽试验研究 3 个不同组分对不结球白菜 ( 简称小白菜 ) 产量和品质的影响 。1 材料与方法11 试验材料采用高 、低 2 种肥力的土壤进行盆栽试验 。高肥力土壤采自南京市江宁区上坊镇 ( 3157'N， 11852'E) ，低肥力土壤采自南京市江宁区秣陵镇 ( 3152'N， 11849'E) 。2 种土壤均为菜园土 ， 采样深度为 020 cm。采集到的土壤在室内风干 ， 并拣出肉眼可见植物残体和石块 ， 磨碎并过 17 mm 筛备用 。土壤基本理化性质见表 1。试验小白菜品种为 优选苏州青 ， 由永安艳丰种业有限公司生产 。试验用生物质炭由河南三利新能源有限公司生产 ， 采用池式立窑炭化工艺生产 。生物质炭生产原料为小麦秸秆 ， 炭化温度约为 450 。表 1 试验土壤基本理化性质Table 1 Basic physical and chemical properties of studied soils土壤肥力水平Soil fertilitypH 值pH value有机碳含量 /( gkg1)SOC content全氮含量 /( gkg1)TN content全磷含量 /( gkg1)TP content全钾含量 /( gkg1)TK content有效磷含量 /( mgkg1)Available P content速效钾含量 /( mgkg1)Available K content质地Soiltexture高肥力High fertility713 1506 150 102 981 9355 8433壤土Loam低肥力Low fertility787 418 038 061 908 2213 5628壤土LoamNote: SOC: Soil organic carbon; TN: Total nitrogen; TP: Total phosphorus; TK: Total potassium The same as follows12 试验设计121 生物质炭不同组分的制备与分离 将过 830 m 筛的生物质炭以质量比为 1 20 的炭水比混合 ， 置于 1 000 mL 的大三角瓶中 ， 在 100 的水浴锅中水浴 3 h， 然后在恒温 ( 25 、180 rmin1) 振荡机上振荡24 h， 再经布氏漏斗抽滤 ; 将滤过的生物质炭烘干后 ， 再重复以上步骤 1 次 ， 将最后得到的浸提液混合即为生物质炭热水浸提液 ( biochar extracts) ， 并保存在 4 冰箱内 ， 剩余的固体残渣即为生物质炭骨架 ( washedbiochar) 。生物质炭灰分制备 : 将过 830 m 筛的生物质炭放于坩埚内 ， 并于电炉上缓慢加热 ， 直至冒烟结束后 ， 将坩埚放于马弗炉内 ， 调节温度至 600 ( 约 3 h) ， 烧至灰分近于白色为止 ; 待冷至 200 以下 ， 再移至干燥器中冷却至室温 ( 约 30 min) ， 立即称量 。随后再次灼烧 ， 冷却 、称量 ， 直至恒质量 ( 前 、后 2 次质量相差不超过 05 mg) ; 最后得到的即为生物质炭灰分 ( biochar ash) 。122 试验设计 试验在南京农业大学资源与环境科学学院玻璃温室 ( 322'N， 11850'E) 中进行 。小白菜于 2017 年 3 月 25 日播种 ， 5 月 4 日收获 。试验期间室内温度控制在 2030 。本试验为 2 因素随机区组设计 : 因素一为土壤肥力水平 ， 包括高肥力 ( high fertility) 和低肥力 ( low fertility) ; 因素二为生物质炭1701南 京 农 业 大 学 学 报 第 41 卷及不同组分施用 ， 包括添加生物质炭 ( biochar) 、生物质炭浸提液 ( biochar extracts) 、生物质炭骨架 ( washedbiochar) 、生物质炭灰分 ( biochar ash) 和对照 ( CK) 。试验共计 10 个处理 ， 分别是 : S1T0( 高肥力 ， 对照 ) 、S1T1( 高肥力 ， 生物质炭 ) 、S1T2( 高肥力 ， 生物质炭浸提液 ) 、S1T3( 高肥力 ， 生物质炭骨架 ) 、S1T4( 高肥力 ，生物质炭灰分 ) 、S0T0( 低肥力 ， 对照 ) 、S0T1( 低肥力 ， 生物质炭 ) 、S0T2( 低肥力 ， 生物质炭浸提液 ) 、S0T3( 低肥力 ， 生物质炭骨架 ) 、S0T4( 低肥力 ， 生物质炭灰分 ) 。每个处理重复 4 次 ， 各重复间随机排列 。生物质炭施用量为 20 gkg1。所有处理化学肥料施用量为 055 gkg1， 其中氮 ( N) 、磷 ( P2O5) 和钾 ( K2O) 肥的施用量分别为 02、015 和 02 gkg1。所有化学肥料在播种前一次性施用 ， 后期不再追肥 。播种前 ， 将土壤 、生物质炭与化学肥料充分混匀后装于盆中 ， 土壤容重均控制在 11 gcm3。盆栽土壤每盆 2 kg( 以干质量计 ) 。沿盆壁注入去离子水 ， 使土壤充分润湿 ， 直至最大田间持水量 。静置 24 h 后每盆播种 10 粒小白菜种子 ， 播种深度约 1 cm。出苗 1 周后间苗 ， 每盆保留 4 株 。添加生物质炭浸提液的处理以 400 mL 每盆的量 ( 按照田间 2 Lm2的施用量 ) 喷洒于相应盆钵中 ， 每周 1 次 ， 共 4 次 ， 其他处理喷洒等量的去离子水 。每日傍晚根据盆质量变化 ， 补充土壤水分 ， 保持在田间持水量的 70%。每日浇水后随机改变盆的位置 ， 确保每盆植物都得到均匀光照 。13 测定项目与方法131 生物质炭热水浸提液 将准备好的生物质炭浸提液过 022 m 滤膜后再测定其基本理化性质及养分含量 ， 分析方法参照文献 17 。采用电位法测定浸提液 pH 值 ， 用 pH 计测量 ; 总有机碳含量采用 TOC仪测定 ; 总磷含量测定采用钒钼酸铵分光光度法测定 ; 全钾含量采用火焰光度法测定 。132 产量和生物量 收获时 ， 沿盆内土壤表面剪下地上部 ， 并将盆内根系取出 ， 用自来水冲洗黏附土粒 ， 然后用去离子水冲洗 。将小白菜地上部和根系于 105 烘箱内杀青 30 min， 再在 65 烘箱内烘干 ， 称质量 。小白菜地上部生物量和根系生物量均以每盆烘干总质量表示 。133 小白菜地上部品质 具体分析方法参照文献 18 。采用水杨酸比色法测定硝酸盐含量 ; 采用2， 6二氯酚靛酚滴定法测定维生素 C 含量 ; 采用蒽酮比色法测定可溶性糖含量 ; 采用考马斯亮蓝 G250法测定可溶性蛋白质含量 。134 小白菜地上部养分含量 将烘干后的地上部样品磨碎 ， 过 150 m 筛后 ， 测定植株氮 、磷和钾含量 。待测液制备采用浓硫酸双氧水消煮法 ， 全氮含量采用半微量蒸馏法测定 ， 全磷含量采用钼蓝比色法测定 ， 全钾含量采用火焰光度法测定 17。135 土壤理化性质 土壤 pH 值测定采用电位法 ， 用 pH 计测量 ; 采用浓硫酸 重铬酸钾容量法测定土壤有机碳含量 ; 采用浓硫酸消煮半微量凯氏定氮法测定土壤全氮含量 ; 采用 NaHCO3浸提钼蓝比色法测定土壤有效磷含量 ; 采用 NH4OAc 浸提 火焰光度法测定土壤速效钾含量 17。14 数据处理与分析采用 Microsoft Excel 2010 进行数据处理 ， 采用 SPSS 190 软件进行方差分析 。数据均以平均值 标准差的形式表示 。2 结果与分析21 生物质炭及不同组分的理化性质生物质炭经热水浸提前 、后理化性质差异明显 ( 表 2) 。浸提后生物质炭 pH 值降低 ， 有机碳 、全氮 、全磷和全钾含量均降低 。生物质炭灰化后 pH 值升高 ， 有机碳和全氮含量降低 ， 钾含量升高 。生物质炭浸提液的 pH 值为 907， 有机碳 、磷和钾浓度分别为 1800、148 和 7030 mgL1。表 2 不同生物质炭组分的基本理化性质Table 2 Basic physical and chemical properties of different biochar components材料MaterialspH 值pH value有机碳含量 /( gkg1)SOC content全氮含量 /( gkg1)TN content全磷含量 /( gkg1)TP content全钾含量 /( gkg1)TK content生物质炭 Biochar 1020 477 560 161 1723炭骨架 Washed biochar 878 351 320 093 1021灰分 Biochar ash 1141 042 110 431 512022 生物质炭不同组分对小白菜产量和生物量的影响从图 1 可知 : 土壤肥力水平对小白菜地上部生物量 ( 产量 ) 和根冠比有显著影响 。在高肥力土壤中 ，2701第 6 期 刘晓雨 ， 等 : 添加生物质炭不同组分对不结球白菜产量和品质的影响不同处理小白菜地上部生物量平均为 246 g， 显著高于低肥力土壤 ( P005) 。土壤肥力水平对小白菜根系生物量没有显著影响 。添加生物质炭及不同组分对小白菜地上部生物量和根系生物量没有显著影响 ，但改变了高肥力土壤小白菜根冠比 ， S1T2 和 S1T3 处理显著增加小白菜根冠比 。相关分析表明 ， 不同处理小白菜地上部生物量与土壤全氮和速效磷含量呈正相关 ， 而与土壤 pH 值呈负相关 ( 表 3) 。小白菜根冠比与土壤全氮 、速效磷 、地上部氮含量和磷吸收量呈负相关 ， 而与土壤 pH 值呈正相关 。图 1 添加生物质炭及不同组分对小白菜地上部生物量 、根系生物量和根冠比的影响Fig. 1 Effects of different biochar components addition on the above ground biomass， root biomass andmass ratio of root to above ground biomass of non-heading Chinese cabbageS1 表示高肥力土壤 ; S0 表示低肥力土壤 。T0 表示单施化肥对照 ; T1 表示添加生物质炭 ; T2 表示添加生物质炭浸提液 ; T3 表示添加生物质炭骨架 ; T4 表示添加生物质炭灰分 。不同小写字母表示同一肥力水平土壤不同处理在 005 水平差异显著 。下同 。S1 represents high fertility soil; S0 represents low fertility soil T0 represents the control with chemical fertilizer only; T1 represents the additionof raw biochar; T2 represents the addition of biochar extracts; T3 represents the addition of hot water washed biochar; T4 represents the addition ofbiochar ash Different lowercase letters indicate significance among treatments in the same soil fertility type at 005 level The same as follows表 3 小白菜生物量和品质与养分含量和土壤性质间相关性分析Table 3 Correlation between the biomass and quality of non-heading Chinese cabbage and nutrient uptakeand soil characteristics指标Index养分吸收 Nutrient uptake氮含量N content磷含量P content钾含量K content土壤性质 Soil propertiespH 值pH value有机碳含量SOCcontent全氮含量TNcontent速效磷含量Available Pcontent速效钾含量Available Kcontent生物量Plant biomass地上部生物量Above ground biomass049 058 013 093050 082090060根系 oot 052 019 052 045 010 030 045 014根冠比oot/above ground biomass063*068*024 092058 088096056地上部品质Leaf quality可溶性蛋白含量Soluble protein content026 059 012 049 054 059 054 007维生素 C Vitamin C 053 026 004 016 023 005 008 034硝酸盐含量Nitrate content076*029 082040 006 025 042 018可溶性糖含量Soluble sugar content057 018 008 018 003 009 012 029养分吸收 氮含量 N content 100 024 032 053 012 042 061 038Nutrient 磷含量 P content 024 100 024 070*077085079021uptake 钾含量 K content 032 024 100 014 008 006 012 061Note:P001;*P0053701南 京 农 业 大 学 学 报 第 41 卷23 生物质炭不同组分对小白菜品质的影响添加生物质炭及不同组分对小白菜地上部可溶性蛋白和可溶性糖含量无显著影响 ， 但均不同程度降低了小白菜体内硝酸盐含量 ( 表 4) 。与对照相比 ， 小白菜体内硝酸盐含量降低了 41%84%。在低肥力土壤中 ， 不同处理下小白菜体内硝酸盐含量降低幅度最大的为 S0T2 处理 ， 最小为 S0T4 处理 。小白菜体内硝酸盐含量与氮素含量呈正相关 ， 而与钾含量呈负相关 ( 表 3) 。添加生物质炭及不同组分对小白菜体内维生素 C 含量的影响与土壤肥力水平密切相关 。在高肥力土壤中 ， S1T3 处理下小白菜体内维生素 C 含量比 S1T0 提高了 78%; 在低肥力土壤中 ， S0T2 处理下小白菜体内维生素 C 含量比 S0T0 提高了 689%。表 4 添加生物质炭及不同组分对小白菜地上部品质的影响Table 4 Effects of different biochar components addition on the quality of above ground biomassof non-heading Chinese cabbage处理Treatment可溶性蛋白含量 /( mgkg1)Soluble protein content维生素 C 含量 /( mg100g1)Vitamin C content硝酸盐含量 /( mgkg1)Nitrate content可溶性糖含量 /%Soluble sugar contentS1T0 219028a71331588bc8176021051a039013aS1T1 176024a8810905b2423212683b037004aS1T2 187015a56051030c306419702b037006aS1T3 227037a131173267a2773218461b051008aS1T4 196045a52381545c4615116609b039007aS0T0 146050a6440291bc5421011965a040011aS0T1 184052a61822302c110685684cd037008aS0T2 159020a108672158a8444630d054015aS0T3 187022a9212998ab2450310239bc041007aS0T4 200028a81482505abc2799111843b036007a24 生物质炭不同组分对小白菜养分吸收的影响从图 2 可知 : 高肥力土壤中小白菜体内氮和磷含量平均为 3745 和 471 gkg1， 显著高于低肥力土壤中小白菜体内氮 ( 3377 gkg1) 和磷 ( 318 gkg1) 含量 ; 而钾含量在 2 种土壤中没有显著差异 。添加生物质炭及不同组分影响小白菜地上部氮 、磷 、钾等养分吸收 。在低肥力土壤中 ， S0T2 处理小白菜体内氮含量比 S0T0 处理降低 16%; 而在高肥力土壤中 ， 添加生物质炭不同组分对氮含量无显著影响 。在高肥力土壤中 ， S1T3 提高了小白菜体内磷含量 。小白菜体内磷含量与土壤有机碳 、全氮和速效磷含量呈正相关 ， 而与土壤 pH 值呈负相关 ( 表 3) 。在 2 种土壤中 ， 添加生物质炭不同组分均不同程度提高了小白菜体内钾含量 。图 2 添加生物质炭及不同组分对小白菜养分吸收的影响Fig. 2 Effects of different biochar components addition on nutrient uptake by non-heading Chinese cabbage25 生物质炭不同组分对土壤性质的影响从表 5 可知 : 在高肥力土壤中 ， S1T3 和 S1T4 处理提高了土壤 pH 值 ， 而 S1T2 处理降低土壤 pH 值 ; 在4701第 6 期 刘晓雨 ， 等 : 添加生物质炭不同组分对不结球白菜产量和品质的影响低肥力土壤中 ， 仅 S0T3 处理提高了土壤 pH 值 。高肥力和低肥力土壤中 ， S0T1 或 S1T1、S0T3 或 S1T3 处理均提高了土壤有机碳和全氮含量 ; S0T2 或 S1T2、S0T4 或 S1T4 处理对土壤有机碳含量无显著影响 。添加生物质炭及不同组分对土壤有效磷含量无显著影响 。在 2 种土壤中 ， S0T1 或 S1T1、S0T2 或 S1T2、S0T4或 S1T4 处理均显著提高了土壤速效钾含量 ， 且在高肥力土壤中 S1T4 处理下土壤速效钾含量显著高于S1T1 和 S1T2 处理 。表 5 生物质炭及不同组分对土壤性质的影响Table 5 Effects of different biochar components addition on soil properties处理TreatmentpH 值pH value有机碳含量 /( gkg1)SOC content全氮含量 /( gkg1)TN content有效磷含量 /( mgkg1)Available P content速效钾含量 /( mgkg1)Available P contentS1T0 698007b1462025b153002b9684816a9388239cS1T1 711009ab2234172a177004a9713511a203882190bS1T2 675014c1505035b155002b9358549a203881901bS1T3 724002a2372263a177006a9255351a112381243cS1T4 723011a1506055b151003b10334836a229251237aS0T0 803001b664016c046001b2766189a6913876bS0T1 796002d1711052a088005a2973083a126501076aS0T2 800005bc635090c049001b2746086a12663795aS0T3 812002a1337158b087003a2815220a7975484bS0T4 798001b650093c047002b2904180a13713594a3 讨论我们假设添加生物质炭可提高小白菜产量 ， 不同肥力土壤生物质炭的增产机制并不相同 : 在低肥力土壤中 ， 生物质炭对小白菜产量的影响以养分效应为主 ; 在高肥力土壤中以小分子有机物刺激效应为主 ， 但本研究结果并没有支撑该假设 。本试验结果表明添加生物质炭并没有显著提高小白菜产量 ， 这与已发表文献研究结果 1923不同 ， 在这些研究中 ， 试验土壤 pH 值呈酸性或强酸性 ( 426pH553) ， 而生物质炭本身是碱性物质 ， 施用于酸性土壤中可显著提升土壤 pH 值 ， 从而提高土壤的养分供应能力 ， 最终增加小白菜产量 。Pandit 等 23研究结果证实 ， 生物质炭提高酸性土壤养分供应能力是玉米增产的关键作用机制 。而在中性土壤中 ， 孙雪等 24发现添加生物质炭能提高小白菜产量 ， 这与试验土壤肥力水平和生物质炭原料来源有关 。孙雪等 24试验中所用土壤为城市建设用地废弃改造的土壤 ， 肥力很差 ， 其速效磷含量只有166 mgkg1， 显著低于本研究中的低肥力土壤 。其添加的生物质炭来源于猪粪 ， 养分含量很高 ， 因此生物质炭施用后会大幅度增加小白菜产量 。此外 ， 也有一些研究发现添加秸秆生物质炭不会提高小白菜产量 25。生物质炭施用后小白菜产量变化还与生物质炭在土壤中存留时间有关 。俞映倞等 21发现添加生物质炭对第 1 季小白菜产量无显著影响 ， 但显著增加了第 25 季小白菜产量 。因此 ， 生物质施用后小白菜产量的变化与土壤类型 ( pH 值 ) 、肥力水平和生物质炭类型有密切关系 。肖婧等 6对已有研究结果的整合分析表明 ， 畜禽粪便类生物质炭对蔬菜增产效果显著高于秸秆类生物质炭 。该结果说明了生物质炭增产机制中养分的重要性 。在本研究中 ， 相关分析结果也表明不同肥力土壤小白菜产量差异与土壤氮 、磷等营养元素的有效性呈正相关关系 。本研究中 ， 低肥力土壤小白菜根冠比显著高于高肥力土壤 ， 体现了植物对低养分环境的适应机制 。在低肥力土壤中 ， 植物会通过增加根系生物量以便从土壤中吸收更多营养 26。因此 ， 土壤养分供应不足会促进光合产物向地下的分配过程 ， 导致较高的根冠比 。在本研究中 ， 尽管不同生物质炭组分 ( 炭骨架 、浸提液和灰分 ) 间理化性质差异明显 ， 但对小白菜产量和根系生物量并无显著影响 。在高肥力土壤中 ， 生物质炭浸提液和炭骨架改变