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摘 要： 摘 要: 通過(guò)田間試驗(yàn)，一次性施入花生殼來(lái)源生物炭，研究其對(duì)土壤改良、蔬菜生長(zhǎng)、蔬菜品質(zhì)影響及其作用的持續(xù)效應(yīng)，為土壤改良的應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。生物炭用量設(shè)置 0、2. 5、5、10 thm - 2 4 個(gè)水平，2014 ～ 2016 年共進(jìn)行 16 個(gè)月多茬上海青、油麥菜和生菜 3 種蔬菜
摘 要: 通過(guò)田間試驗(yàn)，一次性施入花生殼來(lái)源生物炭，研究其對(duì)土壤改良、蔬菜生長(zhǎng)、蔬菜品質(zhì)影響及其作用的持續(xù)效應(yīng)，為土壤改良的應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。生物炭用量設(shè)置 0、2. 5、5、10 t·hm - 2 4 個(gè)水平，2014 ～ 2016 年共進(jìn)行 16 個(gè)月多茬上海青、油麥菜和生菜 3 種蔬菜輪作的田間試驗(yàn)，在各茬蔬菜收獲時(shí)測(cè)定產(chǎn)量，并采集蔬菜樣品測(cè)定可溶性糖、硝酸鹽及 Vc 含量，同時(shí)采集各小區(qū)土壤樣品測(cè)定 pH 值、堿解氮、有效磷、速效鉀及有機(jī)碳含量。研究結(jié)果表明，不同用量花生殼生物炭可提高土壤 pH 值 0. 1 ～ 0. 8 單位，提高土壤有機(jī)碳 1. 4% ～ 31. 4% ，使蔬菜增產(chǎn) 6. 2% ～ 96. 5% ; 但對(duì)蔬菜可溶性糖、硝酸鹽及 Vc 含量沒有明顯影響。花生殼生物炭對(duì)前兩茬蔬菜收獲時(shí)的土壤速效鉀含量具有顯著提高作用，對(duì)以后各茬蔬菜收獲時(shí)的土壤速效鉀、所有茬次蔬菜收獲時(shí)的土壤堿解氮及有效磷含量均沒有明顯影響。與對(duì)照處理相比，5 t·hm - 2 花生殼生物炭施用效果最好，可提高土壤 pH 值 0. 3 ～ 0. 8 單位，提升土壤有機(jī)碳 4. 6% ～ 19. 0% ，增產(chǎn)蔬菜 7. 9% ～ 96. 5% 。連續(xù)種植多茬蔬菜后，5 t·hm - 2 花生殼生物炭處理的土壤 pH 值仍然比對(duì)照處理提高 16. 9% 、土壤有機(jī)碳提升 8. 5% ，蔬菜產(chǎn)量增加 18. 7% 。因此，一次性施用適量花生殼生物炭在 16 個(gè)月內(nèi)對(duì)連續(xù)多茬蔬菜試驗(yàn)具有持續(xù)增產(chǎn)和改土作用。
關(guān)鍵詞: 花生殼; 生物炭; 土壤改良; 蔬菜; 持續(xù)效應(yīng)
近年來(lái)，生物炭在農(nóng)業(yè)固碳、土壤培肥及土壤改良等領(lǐng)域被廣泛關(guān)注[1 - 4]。生物炭是由有機(jī)廢棄生物質(zhì)原料在缺氧條件下燃燒或熱解產(chǎn)生的含碳物質(zhì)，具有疏松多孔結(jié)構(gòu)、高表面積及獨(dú)特的理化性狀[5]。生物炭的基本特征因生物質(zhì)材料、熱解溫度和熱解時(shí)間不同而變化較大，理化性質(zhì)決定其在土壤中的作用[6 - 7]。生物炭 pH 值一般為7 ～ 10，呈堿性，且裂解溫度越高，堿性越強(qiáng)，其對(duì)酸性土壤的改良作用已有眾多報(bào)道[8 - 11]。生物炭的碳含量因生物質(zhì)原料不同差異較大，例如菜籽粕生物炭的碳含量為 66. 6% ，而榛子殼生物炭則高達(dá) 95. 6% ，主要由穩(wěn)定碳、不穩(wěn)定碳及灰分組成，其性質(zhì)穩(wěn)定，分解速率低，但在土壤微生物的作用下，生物炭本身也會(huì)發(fā)生某種程度分解，可直接或間接提升土壤有機(jī)質(zhì)[12 - 13]。因此，生物炭施用于土壤，具有提高土壤碳匯、增加土壤有機(jī)質(zhì)/腐殖質(zhì)含量以及提升土壤 pH 值等多重作用，從而可能為土壤退化、土壤養(yǎng)分失調(diào)、酸化加劇、肥力下降，養(yǎng)分利用率低等多種土壤問(wèn)題的解決發(fā)揮重要作用[14]。尚杰等[15]通過(guò) 2 年的田間定位試驗(yàn)表明，施用生物炭可以顯著提高土壤碳、氮及其相關(guān)組分含量，促進(jìn)土壤碳、氮積累，從而提高土壤碳、氮儲(chǔ)量。房彬等[16] 以 西 南 地 區(qū) 玉 米 ( Zeamays L. ) - 油 菜 ( Brassica campestris L. ) 輪作農(nóng)田為研究對(duì)象，通過(guò)不同生物炭添加比例的田間定位試驗(yàn)表明，生物炭施用有利于降低土壤容重，提高土壤 pH 值、土壤有機(jī)碳、NO - 3 - N、有效磷及含水量，對(duì)玉米和油菜兩種作物都有增產(chǎn)效果。然而，Jeffery 等[17]對(duì)生物炭與作物生產(chǎn)力之間關(guān)系的大量研究進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)在不同土壤條件下，不同類型生物炭對(duì)土壤的改良效果及作物產(chǎn)量影響差異較大。也有研究[18]表明，生物炭對(duì)玉米的生長(zhǎng)及養(yǎng)分吸收并沒有明顯的促進(jìn)作用。因此，生物炭對(duì)土壤的改良效果及對(duì)作物生長(zhǎng)、養(yǎng)分吸收的影響仍存在爭(zhēng)議。目前有關(guān)生物炭輸入土壤對(duì)連續(xù)多茬葉菜的生長(zhǎng)發(fā)育及養(yǎng)分吸收的研究仍較少見。
鑒于此，本研究選取廣東地區(qū)典型的蔬菜輪作農(nóng)田，一次性施入來(lái)源廣泛的花生殼生物炭，連續(xù)種植 9 茬葉菜，探討花生殼生物炭對(duì)該類型土壤質(zhì)量改良的長(zhǎng)期效應(yīng)，以及對(duì)連續(xù)多茬蔬菜生長(zhǎng)的影響，從而為該地區(qū)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)生物炭改良培肥作用以及生物炭作為土壤改良劑的應(yīng)用提供直接的科學(xué)依據(jù)。
1 材料與方法
1. 1 供試土壤、生物炭及作物類型
試驗(yàn)點(diǎn)位于廣東省東莞市麻涌鎮(zhèn)歐涌村，北緯 23°6'31″，東經(jīng) 113°36'22″。試驗(yàn)開始前，采集基礎(chǔ)土樣，采樣深度為 20 cm，S 形采集土壤后，充分混勻，室內(nèi)風(fēng)干，壓碎后過(guò)2 mm 孔徑篩，用于 pH 值、速效鉀、堿解氮及有效磷含量測(cè)定，將過(guò) 2 mm 孔徑篩的土樣用四分法取出一部分繼續(xù)碾磨，過(guò)0. 25 mm 孔徑篩后用于有機(jī)碳測(cè)定。經(jīng)測(cè)定，試驗(yàn)用地土壤為砂 壤 土 ( 粉 砂 粒 24%，粘 粒 14. 2%，砂 粒 61. 8% ) ，pH 值為 4. 8，土壤有機(jī)碳含量為 1. 4%，堿解氮 123. 6 mg·kg - 1 ，有效磷 202. 4 mg·kg - 1 ，速效鉀 59. 0 mg·kg - 1 。試驗(yàn)所用生物炭由河南某生物炭公司提供，原料為花生殼，于 500℃ 高溫缺氧熱解 2 h 制備。取少量花生殼生物炭碾磨過(guò) 2 mm 孔徑篩用于 pH 值、速效鉀、堿解氮及有效磷含量測(cè)定，過(guò) 0. 25 mm 孔徑篩用于有機(jī)碳含量測(cè)定，經(jīng)測(cè)定，其 pH 值為 10. 0，有機(jī)碳含量 42. 7% ，堿解氮 129. 6 mg·kg - 1 ，有效磷 229. 1 mg·kg - 1 ，速效鉀 29 750 mg·kg - 1 。供試作物為葉菜，分別為上海青，油麥菜和生菜，種植方式為大田輪作。
1. 2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)
試驗(yàn)用地長(zhǎng) 18 m，寬 7. 6 m，左右兩邊各為 1. 1 m 寬保護(hù)行，中間平均分為 12 個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)面積約為 6. 6 m2 。試驗(yàn)共設(shè) 4 個(gè)處理，分別為不施生物炭 ( CK) ，一次性施加花生殼生物炭 2. 5 t·hm - 2 ( T1) ，一次性施加花生殼生物炭 5 t·hm - 2 ( T2) ，一次性施加花生殼生物炭 10 t·hm - 2 ( T3) ，每個(gè)處理 3 次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)。2014 年 10 月 31 日，按處理用量撒施生物炭后，用翻土機(jī)進(jìn)行深翻，然后連續(xù)種植 9 茬蔬菜，采收 8 茬。每茬蔬菜生長(zhǎng)期間常規(guī)管理，各處理施用等量復(fù)合肥 ( N∶ P2O5 ∶ K2O = 15∶ 15∶ 15) ，由于蔬菜品種及生長(zhǎng)季節(jié)不盡相同，且各茬蔬菜生育期差別較大，試驗(yàn)中復(fù)合肥用量有所不同。第 1 茬為上海青，直播，生育期 42 d ( 2014 年 10 月 31 日 ～ 12 月 12 日) ，施肥量為 550 kg·hm - 2 ; 第 2 茬為油麥菜，移栽，生育期 47 d ( 2014 年 12 月 16 日 ～ 2015 年 2 月 3 日) ，施肥量為 570 kg·hm - 2 ; 第 3 茬為生菜，移栽，生育期52 d ( 2014 年2 月4 日 ～3 月26 日) ，施肥量為 600 kg·hm - 2 ; 第4 茬為上海青，移栽，生育期25 d ( 2015 年 3 月 26 日 ～4 月 21 日) ，施肥量為 450 kg· hm - 2 ; 第 5 茬為油麥菜 ( 2015 年 4 月 23 日 ～ 5 月 28 日) ，由于雨水多，幾乎無(wú)產(chǎn)量，沒有采收; 第 6 茬為生菜 ( 2015 年 7 月 24 日 ～ 8 月 25 日) ，移栽，生育期 31 d，施肥量為 480 kg·hm - 2 ; 第 7 茬為生菜，移栽，生育期 43 d ( 2015 年 8 月 26 日 ～ 10 月 9 日) ，施肥量為 550 kg·hm - 2 ; 第 8 茬為上海青，直播，生育期 39 d ( 2015 年 10 月 10 日 ～ 11 月 19 日) ，施肥量為 530 kg·hm - 2 ; 第 9 茬為油麥菜，移栽，生育期 46 d ( 2015 年 11 月 20 日 ～ 2016 年 1 月 6 日) ，施肥量為 570 kg·hm - 2 。
1. 3 樣品采集及分析測(cè)試方法
每茬蔬菜收獲時(shí)割取每個(gè)小區(qū)內(nèi)生長(zhǎng)的蔬菜測(cè)產(chǎn)，帶回蔬菜鮮樣測(cè)定可溶性糖、硝酸鹽及 Vc 含量。同時(shí)采集各小區(qū)土壤進(jìn)行 pH 值、堿解氮、有效磷、速效鉀及有機(jī)碳含量分析。土壤采集及前處理方法同基礎(chǔ)土壤。土壤 pH 值采用酸度計(jì)測(cè)定，土水比為 1∶ 2. 5，花生殼生物炭及土壤中有機(jī)碳含量用重鉻酸鉀 - 硫酸氧化法測(cè)定，堿解氮、有效磷及速效鉀分別采用堿解擴(kuò)散法、碳酸氫鈉法及乙酸銨提取法測(cè)定[19]。蔬菜可溶性糖、硝酸鹽及 Vc 含量分別采用費(fèi)林試劑標(biāo)定法、5% 水楊酸 - 濃硫酸法及 2，6 - 二氯靛酚滴定法測(cè)定[20]。
1. 4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及分析
試驗(yàn)數(shù)據(jù)應(yīng)用 Excel 軟件進(jìn)行處理，用 SAS 9. 0 軟件進(jìn)行單因素 Duncan 統(tǒng)計(jì)分析，用 origin 8. 6 軟件作圖。
2 結(jié)果與分析
2. 1 花生殼生物炭及其用量對(duì)土壤的改良效果
2. 1. 1 土壤 pH 值
各茬蔬菜收獲時(shí)土壤 pH 值見圖 1，從圖中數(shù)據(jù)可得，CK 處理的多茬蔬菜收獲后土壤 pH 值為4. 4 ～ 5. 2，T1 處理的土壤 pH 值為 4. 9 ～ 5. 5，比 CK 處理提升 0. 1 ～ 0. 5 單位; T2 處理的土壤 pH 值為 5. 0 ～ 5. 5，比 CK 處理提升 0. 3 ～ 0. 8 單位; T3 處理的土壤 pH 值為 4. 7 ～ 5. 5，比 CK 處理提升 0. 1 ～ 0. 4 單位。各茬蔬菜種植期間，T1 處理均可提高土壤 pH 值，除第 1、6 及 9 茬外，其它 5 茬土壤 pH 值的提升均達(dá)到顯著性差異 ( P < 0. 05) ，而 T2 處理均顯著提高了 8 茬蔬菜土壤 pH 值 ( P < 0. 05) ，當(dāng)生物炭用量增加到 10 t·hm - 2 ( T3) 時(shí)，土壤 pH 值下降，但始終比沒有施加生物炭的對(duì)照處理高。圖 1 花生殼生物炭施用后連續(xù)種植多茬蔬菜后土壤 pH 值注: 不同小寫字母表示處理間差異顯著 ( P < 0. 05) 。下同。
2. 1. 2 土壤有機(jī)碳
土壤有機(jī)碳是土壤有機(jī)質(zhì)的一種化學(xué)量度，占土壤有機(jī)質(zhì)的 60% ～ 80% ，其儲(chǔ)量反映了土壤截留碳的能力，是土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化的核心，因此，常把土壤有機(jī)碳作為評(píng)價(jià)土壤肥力水平的一項(xiàng)重要指標(biāo)。花生殼生物炭有機(jī)碳含量為 42. 7% ，因此，試驗(yàn)用地增施花生殼生物炭預(yù)期可以提高土壤有機(jī)碳含量，提升土壤肥力。如圖 2 所示，蔬菜收獲后 CK 處理的土壤有機(jī)碳含量為 1. 36% ～ 1. 56% ，T1 處理的土壤有機(jī)碳含量為 1. 38% ～ 1. 59% ，比 CK 處理提升 0. 02% ～ 0. 07% ，增幅達(dá) 1. 4% ～ 4. 3% ; T2 處理的土壤有機(jī)碳含量為 1. 42% ～ 1. 66% ，比 CK 處理提升 0. 06% ～ 0. 27% ，增 幅 達(dá) 4. 6% ～ 19. 0% ; T3 處理的土壤有機(jī)碳含量為 1. 55% ～ 2. 04% ，比 CK 處理提升 0. 11% ～ 0. 64% ，增幅達(dá) 7. 2% ～ 31. 4% 。蔬菜種植期間，T1 處理均可提高試驗(yàn)小區(qū)的土壤有機(jī)碳含量，但都沒有達(dá)到顯著性差異 ( P > 0. 05) ，而 T2 處理除了第 3、7 及第 8 茬外，均顯著提高了其余 5 茬蔬菜種植試驗(yàn)小區(qū)的土壤有機(jī)碳含量 ( P < 0. 05) ，T3 處理均顯著提高所有茬次蔬菜種植的試驗(yàn)小區(qū)土壤有機(jī)碳含量 ( P < 0. 05) 。
2. 1. 3 土壤堿解氮、有效磷及速效鉀
施用花生殼生物炭后，不同茬別及不同處理的土壤堿解氮、有效磷及速效鉀含量變化見表 1。從表中可得，各茬蔬菜種植期間，不同茬別間土壤堿解氮含量變異很大，且同一茬次各處理間規(guī)律性不明顯。不同茬別間土壤速效鉀含量變異也很大，值得注意的是第 1、2 茬蔬菜的土壤速效鉀含量隨著生物炭施入量增加而提高，且 5 和 10 t·hm - 2 生物炭處理的土壤速效鉀含量顯著高于空白處理 ( P < 0. 05) 。蔬菜種植第 3 茬后，不同用量生物炭處理間的土壤速效鉀含量差異性減小。前 4 茬蔬菜收獲后土壤有效磷含量相差不大，從第 6 茬開始，土壤有效磷含量提升，但從第 9 茬出現(xiàn)含量下降。各茬蔬菜收獲后，5 t·hm - 2 生物炭用量處理的土壤中有效磷含量均稍低于其它處理。對(duì)各茬蔬菜收獲后土壤堿解氮、有效磷及速效鉀含量進(jìn)行顯著性分析，結(jié)果顯示，不同用量花生殼生物炭處理的土壤堿解氮及有效磷含量沒有顯著差異 ( P > 0. 05) ，生物炭施用顯著提升前兩茬蔬菜的土壤速效鉀含量，對(duì)后來(lái) 6 茬蔬菜種植后的土壤速效鉀含量沒有顯著影響。
2. 2 花生殼生物炭及其用量對(duì)蔬菜產(chǎn)量的影響
采收的各茬蔬菜產(chǎn)量見圖 3，從圖中可見，T1 處理對(duì)各茬蔬菜產(chǎn)量均有提高作用，除了第 3 茬和第 7 茬外，其它 6 茬與對(duì)照相比均達(dá)到顯著性差異 ( P <0. 05) ，而 T2 處理則顯著提高了各茬蔬菜的產(chǎn)量 ( P < 0. 05) 。當(dāng)生物炭的用量增加到 10 t·hm - 2 ( T3) 時(shí)，產(chǎn)量出現(xiàn)下降。CK 處理的蔬菜產(chǎn)量為 19. 6 ～ 102. 8 t·hm - 2 ，T1 處理蔬菜產(chǎn)量為 33. 1 ～ 125. 1 t·hm - 2 ，比 CK 處理增產(chǎn) 5. 0 ～34. 6 t·hm - 2 ; T2 處理的蔬菜產(chǎn)量為 33. 3 ～ 136. 4 t·hm - 2 ，比 CK 處理增產(chǎn) 6. 4 ～43. 5 t·hm - 2 ; T3 處理的蔬菜產(chǎn)量為 31. 2 ～ 130. 2 t·hm - 2 ，比 CK 處理增產(chǎn) 5. 0 ～ 27. 4 t·hm - 2 。與 CK 相比，T1、T2 及 T3 處理對(duì)各茬蔬菜的增產(chǎn)率分別為 6. 2% ～ 68. 7% 、7. 9% ～ 96. 5% 及 6. 2% ～ 59. 3% 。圖 3 也同時(shí)比較了各處理采收的 8 茬蔬菜收獲的總產(chǎn)量，該結(jié)果更清楚顯示生物炭增施對(duì)蔬菜產(chǎn)量的影響，CK 處理采收的 8 茬蔬菜總產(chǎn)量為 467. 8 t·hm - 2 ，T1 處理的蔬菜總產(chǎn)量為 605. 9 t·hm - 2 ，增產(chǎn) 29. 5% ; T2 處理的蔬菜總產(chǎn)量為 637. 1 t·hm - 2 ，增產(chǎn) 36. 2% ; T3 處理蔬菜總產(chǎn)量為 580. 4 t·hm - 2 ，增產(chǎn) 24. 1% ，產(chǎn)量低于 T1 和 T2 處理，但仍高于 CK 處理。
2. 3 花生殼生物炭及其用量對(duì)蔬菜品質(zhì)的影響
不同用量生物炭處理的各茬蔬菜品質(zhì) ( 表 2) 顯示，3 茬上海青 Vc 含量為 264. 3 ～ 383. 2 mg·100 g - 1 ，2 茬油麥菜 Vc 含量為 70. 1 ～ 127. 9 mg·kg - 1 ， 3 茬生菜 Vc 含量為90. 8 ～ 243. 4 mg·kg - 1 ，同一茬蔬菜不同用量花生殼生物炭對(duì)蔬菜的 Vc 含量沒有明顯影響。3 茬上海青硝酸鹽含量為 233. 1 ～ 617. 4 mg·kg - 1 ，2 茬油麥菜硝酸鹽含量為 230. 4 ～ 297. 4 mg·kg - 1 ，3 茬生菜硝酸鹽含量為 147. 1 ～ 355. 4 mg·kg - 1 ，同一茬蔬菜不同用量花生殼生物炭對(duì)蔬菜的硝酸鹽含量沒有明顯影響。3 茬上海青的可溶性糖含量為 0. 1% ～ 0. 9% ，2 茬油麥菜的可溶性糖含量為 0. 1% ～ 1. 2% ，3 茬生菜的可溶性糖含量為 0. 3% ～ 2. 6% ，同一茬蔬菜不同用量花生殼生物炭對(duì)蔬菜的可溶性糖含量沒有明顯影響。因此，不同用量花生殼生物炭對(duì)蔬菜品質(zhì)影響不大。
2. 4 花生殼生物炭對(duì)農(nóng)田土壤質(zhì)量改良及蔬菜增產(chǎn)的持續(xù)效應(yīng)
花生殼生物炭對(duì)蔬菜增產(chǎn)、試驗(yàn)用地土壤酸性改良及土壤有機(jī)碳提升均有較好的效果，但其作用效果維持的時(shí)間有多長(zhǎng)? 根據(jù)上面的數(shù)據(jù)結(jié)果，綜合考慮土壤酸性改良、土壤有機(jī)碳含量提升、蔬菜增產(chǎn)及施用成本多方面因素，選擇 5 t·hm - 2 ( T2) 用量的花生殼生物炭作為最優(yōu)先處理來(lái)進(jìn)一步分析生物炭對(duì)農(nóng)田土壤質(zhì)量改良及蔬菜增產(chǎn)的持續(xù)效應(yīng)。圖 4 以 T2 處理扣除 CK 處理計(jì)算 T2 處理對(duì)蔬菜產(chǎn)量、土壤 pH 值及土壤有機(jī)碳的提升效果，計(jì)算公式為 ( T2 平均值 - CK 平均值) /CK 平均值 × 100。從圖 4 可知，從 2014 年 10 月開始到 2016 年 1 月止，歷時(shí) 16 個(gè)月，進(jìn)行上海青、油麥菜，生菜等多茬蔬菜的輪作試驗(yàn)，5 t·hm - 2 生物炭用量處理使蔬菜收獲后的土壤 pH 值提升 0. 3 ～ 0. 8 單位，土壤有機(jī)碳提升 4. 64% ～ 19. 01% ，蔬菜增產(chǎn) 7. 9% ～ 96. 5% 。值得注意的是，5 t·hm - 2 生物炭處理對(duì)各茬蔬菜都一直有顯著的增產(chǎn)效果，且對(duì)前 4 茬及第 6 茬蔬菜增產(chǎn)效果最明顯 ( 第 5 茬無(wú)數(shù)據(jù)) ，增產(chǎn)率分別達(dá)到 32. 0% 、96. 5% 及 61. 3% 、32. 6% 及 69. 7% ，從第 7 茬開始，蔬菜的增產(chǎn)率出現(xiàn)下降。最后一茬蔬菜收獲后，土壤 pH 值及土壤有機(jī)碳含量仍然提升 16. 9% 及 8. 5% ，因此花生殼生物炭對(duì)土壤酸性具有明顯的改良效果及持續(xù)的緩沖效應(yīng)，并可以持續(xù)增加土壤碳匯。由于生物炭對(duì)土壤酸性的改善及土壤有機(jī)碳含量的提升，蔬菜產(chǎn)量具有明顯的增產(chǎn)效應(yīng)，種植多茬蔬菜后，蔬菜的增產(chǎn)效果仍然達(dá)到 18. 7% 。
3 討論
花生殼生物炭影響土壤 pH 值機(jī)制: 試驗(yàn)用地的土壤 pH 值為 4. 8，呈酸性，而花生殼生物炭為堿性，其 pH 值為 10. 0，因此，增施花生殼生物炭對(duì)土壤 pH 值產(chǎn)生直接影響。2. 5 及 5 t·hm - 2 花生殼生物炭對(duì)土壤的酸性均有緩解作用，且土壤的 pH 值隨著生物炭用量增大而持續(xù)升高，這主要?dú)w因于生物炭本身所含有的 Ca 2 + 、K + 、Mg 2 + 等鹽基離子，隨生物炭進(jìn)入土壤，在水土交融作用下釋放，與土壤中的 H + 和 Al 3 + 交換，從而降低 H + 和 Al 3 + 在土壤中的濃度[21]。由于生物炭具有疏松多孔的結(jié)構(gòu)及巨大的比表面積，表面帶有大量負(fù)電荷和較高的電荷密度，并且富含一系列含氧、含氮、含硫官能團(tuán)，具有很大的陽(yáng)離子交換量[22]，所以當(dāng)生物炭的用量達(dá)到 10 t·hm - 2 時(shí)，可吸附大量可交換態(tài)陽(yáng)離子或堿基陽(yáng)離子，其作用要比生物炭本身所含有的 Ca 2 + 、K + 、Mg 2 + 等鹽基離子的釋放強(qiáng)度大，因此有可能使土壤酸性增強(qiáng)，pH 值出現(xiàn)稍微下降。
花生殼生物炭提升土壤有機(jī)碳原因: 本試驗(yàn)中土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量隨生物炭施用量的增加而增加，且提高幅度與生物炭施用量呈正相關(guān)關(guān)系，其最主要原因是生物炭富含穩(wěn)定且難以被微生物分解的有機(jī)碳，可以在土壤中長(zhǎng)期穩(wěn)定存在[13]。生物炭具有碳含量高、芳香化結(jié)構(gòu)復(fù)雜和固有的化學(xué)惰性等特征，被認(rèn)為是惰性碳庫(kù)，在土壤環(huán)境中具有較高的化學(xué)和微生物穩(wěn)定性，其作用大小取決于生物炭的用量和穩(wěn)定程度[23 - 25]。此外，生物炭的施用可能改變了土壤原有有機(jī)質(zhì)的組成，形成比較穩(wěn)定的土壤有機(jī)質(zhì)而提高土壤肥力[26 - 27]。
花生殼生物炭促進(jìn)蔬菜生長(zhǎng)原因: 生物炭具有良好的物理化學(xué)性質(zhì)和養(yǎng)分調(diào)控作用，因此施入土壤后可以顯著提高作物的生產(chǎn)力，生物炭的增產(chǎn)作用與生物炭的用量水平、作物類型、農(nóng)田土壤類型有關(guān)[28]。在本試驗(yàn)中，不同用量花生殼生物炭對(duì)土壤 pH 值及土壤有機(jī)碳含量均具有提高作用，其最佳用量為5 t·hm - 2 ，可提高土壤 pH 值0. 3 ～ 0. 8 單位，提升土壤有機(jī)碳含量 0. 06% ～ 0. 27% ，通過(guò)土壤 pH 值及有機(jī)碳含量水平的提高，蔬菜增產(chǎn) 6. 4 ～ 43. 5 t·hm - 2 ，增產(chǎn)幅度達(dá) 7. 9% ～ 96. 5% 。因此，在本試驗(yàn)中，花生殼生物炭對(duì)蔬菜生長(zhǎng)的促進(jìn)作用與其對(duì)土壤 pH 值及有機(jī)碳水平等土壤化學(xué)性質(zhì)的提升有關(guān)。
在本試驗(yàn)開展的一年多時(shí)間內(nèi)，連續(xù)種植多茬蔬菜后，施用花生殼生物炭對(duì)農(nóng)田土壤酸性改良、有機(jī)碳含量提升及蔬菜增產(chǎn)仍然發(fā)揮其增長(zhǎng)效應(yīng)，其主要原因: ( 1) 生物炭本身呈堿性，酸性土壤適量加入生物炭后可長(zhǎng)期維持較高 pH 值; ( 2) 作為穩(wěn)定性有機(jī)物質(zhì)，生物炭施入土壤后增加土壤有機(jī)碳含量，對(duì)蔬菜的產(chǎn)量具有持續(xù)增產(chǎn)的效果。
4 結(jié)論
花生殼生物炭輸入可有效緩解廣州東莞麻涌菜園土壤的酸性，明顯提升土壤有機(jī)碳含量，但對(duì)土壤堿解氮、有效磷、速效鉀含量的提高作用不明顯。由于生物炭對(duì)土壤酸性的改善及土壤有機(jī)碳含量的提升，收獲的各茬蔬菜均具有較明顯的增產(chǎn)效果，且蔬菜品質(zhì)沒有受到影響。中等用量 ( 5 t·hm - 2 ) 的生物炭對(duì)土壤性質(zhì)改良及蔬菜增產(chǎn)作用最明顯，與對(duì)照相比，可提高蔬菜產(chǎn)量 6. 4 ～ 43. 5 t·hm - 2 ，增產(chǎn)幅度達(dá) 7. 9% ～ 96. 5% ; 同時(shí) 5 t·hm - 2 用量生物炭可提高土壤 pH 值 0. 3 ～ 0. 8 單位，提升土壤有機(jī)碳含量 0. 06% ～0. 27% ( 增幅為 4. 6% ～ 19. 0% ) 。連續(xù)種植多茬蔬菜后，土壤 pH 值仍然提高 16. 9%，土壤有機(jī)碳提升 8. 5% ，蔬菜產(chǎn)量增加 18. 7% 。試驗(yàn)開展 16 個(gè)月，連續(xù)種植多茬蔬菜后，花生殼生物炭對(duì)農(nóng)田土壤的酸性改良、土壤有機(jī)碳提升及蔬菜增產(chǎn)仍然發(fā)揮作用，但其更長(zhǎng)期效應(yīng)仍需繼續(xù)進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。——論文作者：黃連喜1 ，魏 嵐1 ，李衍亮1 ，黃玉芬1 ，Nyo Nyo Mar 1，2 ，許桂芝1 ，黃 慶1 ，劉忠珍1*
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