吳敏　韋家少　孫海東　何鵬　吳炳孫　高樂

摘 要 采用室內(nèi)培養(yǎng)方法結(jié)合相關(guān)分析和逐步回歸分析等方法研究了分別添加15 g/kg、45 g/kg和75 g/kg的椰殼、蔗渣和椰炭、蔗炭對(duì)酸性橡膠園土壤的改良效果。結(jié)果表明：同對(duì)照相比，添加植物物料及其生物炭均顯著提高或提高了土壤pH、土壤有機(jī)質(zhì)和速效鉀含量，且隨著添加量的提升而升高；添加椰殼和蔗渣均顯著降低或降低了土壤堿解氮和速效磷含量；添加椰炭15 g/kg、45 g/kg和蔗炭15 g/kg均顯著提升了土壤堿解氮含量，而其余椰炭和蔗炭處理降低了土壤堿解氮含量，但除15 g/kg椰炭和15 g/kg蔗炭處理外，其余椰炭和蔗炭處理均提升了土壤速效磷含量，且隨著添加量的提升而升高。逐步回歸分析表明，主要是植物物料及其生物炭帶入土壤中的鈉、碳、鈣、鎂等影響了土壤pH和速效鉀、有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷含量，且?guī)胪寥乐械拟c、碳、鎂越多，土壤pH、速效鉀、有機(jī)質(zhì)和速效磷含量越高，而鈣與土壤堿解氮之間則呈反向變化。此外，利用回歸分析方程，通過對(duì)生物炭得率及帶入土壤中相關(guān)養(yǎng)分的總量計(jì)算可知，椰殼制作為生物炭對(duì)土壤pH、速效鉀、堿解氮提升效果更好；蔗渣直接施用對(duì)土壤pH和速效鉀的提升效果更好；椰殼和蔗渣均直接施用更有利于土壤有機(jī)質(zhì)的提升。因此，生產(chǎn)中需根據(jù)土壤改良目的確定植物物料的施用方法和施用量。

關(guān)鍵詞 熱帶；農(nóng)業(yè)廢棄物；土壤pH；有機(jī)質(zhì)；堿解氮；速效磷；速效鉀

中圖分類號(hào) S156.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

中國熱帶和亞熱帶地區(qū)廣泛分布著各種紅色或黃色的酸性土壤，總面積大約有117萬平方公里，占全國總面積的12%，其普遍具有酸（酸化）、毒（化學(xué)元素累積）、瘠（養(yǎng)分缺乏或不平衡等）、漏（養(yǎng)分流失）、板（土壤物理性質(zhì)差）及蝕（土壤侵蝕嚴(yán)重）等退化特點(diǎn)[1-6]。這些地區(qū)氣溫高，雨量充沛，自然條件優(yōu)越，是中國熱帶、亞熱帶林木、果樹和糧食作物的生產(chǎn)基地，但土壤退化嚴(yán)重阻礙了該地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，因此，該地區(qū)土壤退化防治形勢(shì)嚴(yán)峻。

中國是世界上秸稈產(chǎn)量最豐富的國家之一。據(jù)評(píng)估，2015年全國主要農(nóng)作物秸稈理論資源量為10.4億噸[7]。而中國熱帶地區(qū)更是終年進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，以致終年均有大量農(nóng)業(yè)廢棄物產(chǎn)生。據(jù)測(cè)算，海南植物纖維性廢棄物年產(chǎn)不少于1 000萬噸[8]。秸稈還田是當(dāng)今世界上普遍重視的一項(xiàng)培肥地力的增產(chǎn)措施，秸稈通過炭化還田、過腹還田、堆漚還田、直接還田或翻壓還田等多種方式，不但能增加土壤有機(jī)質(zhì)，改良土壤結(jié)構(gòu)，使土壤疏松、孔隙度增加、容量減輕，促進(jìn)微生物活力的提升和作物根系的發(fā)育，而且還具有增肥、增產(chǎn)作用[9-10]，但若方法不當(dāng)，也會(huì)導(dǎo)致土壤病菌增加、作物病害加重及缺苗（僵苗）等不良現(xiàn)象[11-12]。因此采取合理的秸稈還田措施，才能起到良好的還田效果。當(dāng)前，關(guān)于不同種類有機(jī)物秸稈直接還田或炭化還田等單一還田方式對(duì)土壤pH、有機(jī)質(zhì)和有效養(yǎng)分等影響的研究報(bào)道較多[13-24]。生物炭由于具備極強(qiáng)的生物化學(xué)、熱穩(wěn)定性和較大的孔隙度、比表面積等，使其具備了吸附能力、抗氧化能力和抗生物分解能力強(qiáng)的特性，利用生物炭是近年來氣候變化、環(huán)境污染和土壤功能退化等全球關(guān)切的熱點(diǎn)問題的解決方案[25]。不過，作為土壤改良解決方案的原材料，關(guān)于其是否具有比傳統(tǒng)的堆漚還田、直接還田或翻壓還田等更能高效解決土壤酸化、土壤養(yǎng)分貧瘠化等問題的相關(guān)研究報(bào)道較少。為此，本研究采用室內(nèi)培養(yǎng)方法研究了熱帶地區(qū)常見的2種農(nóng)業(yè)廢棄物椰殼、蔗渣及其生物炭對(duì)土壤的改良效果，旨在為利用熱帶、亞熱帶地區(qū)農(nóng)業(yè)廢棄物資源進(jìn)行本地區(qū)退化土壤的改良提供技術(shù)支撐和理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

供試土壤采自海南省儋州市中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院試驗(yàn)場(chǎng)九隊(duì)的二代橡膠園酸性土壤，土壤類型為由花崗巖發(fā)育的暗紅濕潤鐵鋁土，土樣采集深度為0～10 cm，土壤基本性質(zhì)為：有機(jī)質(zhì)含量10.07 g/kg，土壤堿解氮60.1 mg/kg，土壤速效磷26.5 mg/kg，土壤速效鉀69.16 mg/kg，土壤陽離子交換量為2.57 cmol/kg，土壤交換性氫和鋁的含量分別為0.05和0.38 cmol/kg，土壤交換性鉀、鈉、鈣、鎂的含量分別為0.02、0.01、0.64、0.12 cmol/kg。將土壤樣品自然風(fēng)干，根據(jù)試驗(yàn)需要分別研磨過孔徑1和2 mm篩，備用。

所選2種農(nóng)業(yè)廢棄物分別來自儋州糖廠和海南大學(xué)農(nóng)學(xué)院基地，包括椰殼和蔗渣等，將其在80 ℃下烘干，并磨細(xì)過孔徑2 mm篩，備用。將清洗風(fēng)干后的農(nóng)業(yè)廢棄物放入帶蓋瓷坩堝中，然后將瓷坩堝放置于馬弗爐中，調(diào)溫至500 ℃熱解4 h，待冷卻至室溫后取出制備好的生物炭，根據(jù)生物炭制備前后的質(zhì)量損失計(jì)算產(chǎn)率。2種農(nóng)業(yè)廢棄物椰殼、蔗渣制備的生物炭分別簡稱椰炭、蔗炭，其產(chǎn)率分別為31%和18%。植物物料及其生物炭化學(xué)成分見表1。

1.2 方法

1.2.1 培養(yǎng)試驗(yàn)設(shè)計(jì) 稱取150 g風(fēng)干土（過2 mm篩）放入塑料杯中，分別以料土比為15 g/kg、45 g/kg和75 g/kg往土壤中加入植物物料及其生物炭，并充分混合均勻，每個(gè)處理重復(fù)4次，并設(shè)不加生物炭的處理為對(duì)照（CK）；用去離子水將土壤含水量調(diào)節(jié)至土壤田間持水量的70%左右，塑料杯用塑料保鮮膜封口，并在保鮮膜中間留1個(gè)小孔，以便氣體交換及減少水分損失；然后將塑料杯置于25 ℃的恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，每隔3 d稱重1次并補(bǔ)充水分，以保持土壤含水量恒定；在培養(yǎng)開始后的第2、4、9、16、27、45、56、70天分別取新鮮土樣，待其風(fēng)干后測(cè)定pH值，動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)土壤pH變化，并在其趨于平穩(wěn)后結(jié)束培養(yǎng)；培養(yǎng)結(jié)束后將土壤樣品取出，風(fēng)干、研磨過篩后備用。

1.2.2 植物物料、生物炭與土壤理化性質(zhì)分析測(cè)定

用馬弗爐將植物物料灰化，用酸溶解和NaOH反滴定法測(cè)定灰化堿的量[26]。稱取2.0 g植物樣品，置于50 mL的瓷坩堝中，在馬弗爐中慢慢加熱至200 ℃持續(xù)1 h；然后再加熱至500 ℃，并持續(xù)4 h；將灰化的樣品溶于25 mL 1.0 mol/L的標(biāo)準(zhǔn)HCl溶液中，取5 mL酸溶溶液用0.25 mol/L的NaOH滴定至中性，根據(jù)酸堿滴定的結(jié)果計(jì)算灰化堿的量。植物物料及其土壤樣品分析參照《土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法》[27]進(jìn)行：取一定量的植物物料灰化樣品的酸溶溶液，用原子吸收光譜法測(cè)定植物物料鈣、鎂含量，火焰光度計(jì)法測(cè)定鉀、鈉含量，質(zhì)譜儀測(cè)定植物物料的總碳和總氮含量，干灰化法測(cè)定植物物料磷元素含量。土壤pH、土壤有機(jī)質(zhì)、速效磷、速效鉀、堿解氮分別采用用復(fù)合電極法、重鉻酸鉀氧化法、鉬藍(lán)比色法、乙酸銨浸提-火焰光度法和凱氏定氮法測(cè)定。

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析采用DPS7.0軟件，不同處理之間的差異性顯著分析采用單因素方差分析；圖形由Excel處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 植物物料及其生物炭對(duì)植膠土壤pH的影響

土壤培養(yǎng)試驗(yàn)結(jié)束后，土壤pH的變化如圖1所示。圖1表明，同對(duì)照相比，除添加椰殼15 g/kg和蔗炭15 g/kg外，其余處理均顯著提高了土壤pH（p<0.05）。除添加蔗渣的處理外，隨著植物物料或生物炭添加量的提高，膠園土壤pH均呈顯著上升趨勢(shì)（p<0.05）。

對(duì)植物物料及其生物炭帶入土壤中的各類礦質(zhì)養(yǎng)分總量與土壤pH進(jìn)行逐步回歸分析，獲取回歸方程：pH=5.12+6.59E-05*C+5.81*Na（1）。結(jié)果表明，回歸方程（1）達(dá)到1%顯著水平（n=12，r=0.93，p﹤0.01），回歸方程（1）中回歸系數(shù)Na遠(yuǎn)大于C，Na和C的標(biāo)準(zhǔn)回歸系數(shù)分別為0.79和0.23，說明Na對(duì)土壤pH的影響遠(yuǎn)大于C，植物物料及其生物炭中主要是Na的帶入量影響土壤pH的變化；同時(shí)，相關(guān)分析結(jié)果也表明，植物物料及其生物炭帶入土壤中的C與土壤pH呈顯著正相關(guān)（n=12，r=0.70，p﹤0.05），而植物物料及其生物炭帶入土壤中的Na與土壤pH呈極顯著正相關(guān)（n=12，r=0.92，p﹤0.01）。由此可見，相關(guān)分析和回歸分析結(jié)果均表明，植物物料及其生物炭帶入土壤中的C和Na共同影響土壤pH，但植物物料及其生物炭中Na對(duì)土壤pH的影響更大。若使不同植物物料及其生物炭對(duì)土壤pH的提升效果相同，根據(jù)表1中各植物物料及其生物炭Na含量大小可知，要帶入土壤中同量的Na營養(yǎng)，以椰炭（其單位含鈉量最高）為基準(zhǔn)1，則施用的椰殼、蔗渣和蔗炭分別是椰炭的7.6倍，33.8倍和14.7倍。根據(jù)椰殼和蔗渣生物炭得率分別為31%和18%可知，將椰殼制作為椰炭對(duì)pH的提升效果更好，而蔗渣直接施用對(duì)pH的提升效果更好。但從圖1可知，75 g/kg蔗渣添加量下土壤pH低于15 g/kg和45 g/kg下土壤pH，由此可見施入過多蔗渣可能引起土壤pH的降低。

2.2 植物物料及其生物炭對(duì)植膠土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響

土壤培養(yǎng)試驗(yàn)結(jié)束后，土壤有機(jī)質(zhì)的變化如圖2所示。圖2表明，同對(duì)照相比，椰殼、蔗渣及其生物炭的加入均顯著提高了培養(yǎng)試驗(yàn)中膠園土壤有機(jī)質(zhì)（p<0.05）。同時(shí)，隨著植物物料或生物炭添加量的提高，膠園土壤有機(jī)質(zhì)呈上升趨勢(shì)。椰殼和蔗渣相比，低加入量（15 g/kg）下，對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)的影響差異不大，但隨著加入量的提高，蔗渣對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)的提升效果優(yōu)于椰殼，而蔗炭在各種加入量下，對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)的提升效果均顯著優(yōu)于椰炭（p<0.05）。

對(duì)植物物料及其生物炭帶入土壤中的各類礦質(zhì)養(yǎng)分總量與土壤有機(jī)質(zhì)含量進(jìn)行相關(guān)分析、逐步回歸分析，獲取相關(guān)系數(shù)和回歸方程。結(jié)果表明，土壤有機(jī)質(zhì)與植物物料及其生物炭中碳、磷、鎂含量的相關(guān)系數(shù)分別為0.96**（n=12，p﹤0.01）、0.84**（n=12，p﹤0.01）、0.63*（n=12，p﹤0.05）。同時(shí)，回歸方程為：OM=12.79+4.23E-03*C+2.74E-01*P -86.51*Mg（2），且方程（2）達(dá)到1%顯著水平（n=12，r=0.99，p﹤0.01），回歸方程中C、P、Mg的標(biāo)準(zhǔn)偏回歸系數(shù)分別為0.92（p<0.01）、0.50（p<0.01）和

-0.50（p<0.01）。植物物料及其生物炭帶入土壤中的C總量對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)的影響最大，其次為P，而植物物料及其生物炭中Mg含量越高，土壤有機(jī)質(zhì)含量越低。由此可見，從相關(guān)系數(shù)和回歸系數(shù)正負(fù)可知，植物物料及其生物炭中碳、磷、鎂含量對(duì)其土壤有機(jī)質(zhì)的影響存在相互作用，在其他2種因素的作用下，鎂與土壤有機(jī)質(zhì)的相關(guān)性方向發(fā)生改變。若使不同植物物料及其生物炭對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)的提升效果相同，根據(jù)表1中各植物物料及其生物炭C含量、P含量和Mg含量大小可知，要帶入土壤中同量的C、P和Mg營養(yǎng)，以椰炭（其單位含碳量最高）為基準(zhǔn)1，則施用的椰殼、蔗渣和蔗炭分別是椰炭的2.2倍，1.5倍和1.0倍；以椰炭（其單位含磷量最高）為基準(zhǔn)1，則施用的椰殼、蔗渣和蔗炭分別是椰炭的6.1倍，13.7倍和1.1倍。根據(jù)椰殼和蔗渣生物炭得率分別為31%和18%可知，若為提升土壤有機(jī)質(zhì)，椰殼和蔗渣直接施用比制作為生物炭施用效果更好；同時(shí)，從圖2可知，蔗渣對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)的提升效果優(yōu)于椰殼。

2.3 植物物料及其生物炭對(duì)植膠土壤速效養(yǎng)分含量的影響

2.3.1 對(duì)堿解氮含量的影響 土壤培養(yǎng)試驗(yàn)結(jié)束后，土壤堿解氮的變化如圖3所示。圖3表明，同對(duì)照相比，除加入椰炭15 g/kg、45 g/kg和蔗炭15 g/kg極顯著提高了土壤堿解氮含量外（p<0.01），其余處理均降低（蔗炭75 g/kg）或極顯著降低了培養(yǎng)試驗(yàn)中膠園土壤堿解氮含量（p<0.01）。同時(shí)，隨著植物物料或生物炭添加量的提高，膠園土壤堿解氮含量呈下降趨勢(shì)。此外，隨著椰殼和蔗渣加入量的提升，土壤堿解氮含量的降低幅度逐漸增大；但加入蔗炭的處理，隨著加入量的提高，土壤堿解氮的變化較平緩；而加入椰炭的處理，從15 g/kg到45 g/kg，隨著加入量的提升，土壤堿解氮含量呈上升趨勢(shì)，而從45 g/kg到75 g/kg，隨著加入量的提高，土壤堿解氮含量下降幅度較大。

對(duì)植物物料及其生物炭帶入土壤中的各類礦質(zhì)養(yǎng)分總量與土壤堿解氮含量進(jìn)行逐步回歸分析，獲取回歸方程：AN=74.17+1.48E-01*N-100.55*Ca（3）。結(jié)果表明，方程（3）達(dá)到1%顯著水平（n=12，r=0.93，p﹤0.01），回歸方程中N回歸系數(shù)為正數(shù)，說明植物物料及其生物炭帶入土壤中的氮越多，土壤堿解氮越高；回歸方程中Ca偏回歸系數(shù)為負(fù)數(shù)，說明植物物料及其生物炭帶入土壤中的鈣越多，土壤堿解氮越低；同時(shí)，N和Ca的標(biāo)準(zhǔn)偏回歸系數(shù)分別為0.28（p<0.05）和-0.96（p<0.01），說明土壤堿解氮含量的高低主要受植物物料及其生物炭中鈣含量影響，二者呈負(fù)顯著相關(guān)（n=12，r=-0.90，p<0.01）。根據(jù)表1中各植物物料及其生物炭Ca含量大小可知，要帶入土壤中同量的Ca營養(yǎng)，以蔗渣（其單位含鈣量最高）為基準(zhǔn)1，則施用的椰殼、椰炭和蔗炭分別是蔗渣的1.1倍，3.9倍和4.0倍，根據(jù)椰殼和蔗渣生物炭得率分別為31%和18%，以及植物物料及其生物炭中鈣含量與土壤堿解氮含量的回歸系數(shù)為負(fù)值可知，若為提升土壤堿解氮含量，將椰殼和蔗渣制作為生物炭施用效果更好；同時(shí)，從圖3可知，椰殼對(duì)土壤堿解氮含量的提升效果優(yōu)于蔗渣。

2.3.2 對(duì)速效磷含量的影響 土壤培養(yǎng)試驗(yàn)結(jié)束后，土壤速效磷的變化如圖4所示。圖4表明，同對(duì)照相比，隨著椰炭和蔗炭添加量的提高，土壤速效磷含量逐漸上升，添加量為45 g/kg和75 g/kg的處理，土壤速效磷含量高于對(duì)照，但僅椰炭75 g/kg處理的土壤速效磷含量顯著高于對(duì)照（p<0.05）；而添加15 g/kg椰炭或蔗炭的處理，土壤速效磷含量低于對(duì)照，但差異不顯著（p>0.05）。同時(shí)，加入蔗渣和椰殼使土壤速效磷含量降低，但隨蔗渣和椰殼加入量的增加，土壤速效磷含量變化不大。由此可見，椰殼和蔗渣需制作成生物炭，且在一定添加量水平條件下才能提高膠園土壤速效磷含量。

對(duì)植物物料及其生物炭帶入土壤中的各類礦質(zhì)養(yǎng)分總量與土壤速效磷含量進(jìn)行逐步回歸分析，獲取回歸方程：AP=15.49-31.68*Ca+397.53*Mg-18.75*灰化堿（4）。結(jié)果表明，方程（4）達(dá)到1%顯著水平（n=12，r=0.98，p﹤0.01），回歸方程中Mg回歸系數(shù)為正數(shù)，說明植物物料及其生物炭帶入土壤中的鎂越多，土壤速效磷含量越高；回歸方程中偏回歸系數(shù)Ca和灰化堿為負(fù)數(shù)，說明植物物料及其生物炭帶入土壤中的鈣和灰化堿越多，土壤速效磷含量越低。同時(shí)，回歸方程中Ca、Mg和灰化堿的標(biāo)準(zhǔn)回歸系數(shù)分別為-0.20（p<0.05）、1.86（p<0.05）和-0.94（p>0.05）。鎂標(biāo)準(zhǔn)回歸系數(shù)的絕對(duì)值遠(yuǎn)大于Ca和灰化堿，說明土壤速效磷含量的高低主要受植物物料及其生物炭中鎂含量影響，二者呈顯著正相關(guān)（n=12，r=0.99，p<0.01），同時(shí)，土壤速效磷與植物物料及其生物炭帶入土壤中的Ca和灰化堿呈顯著正相關(guān)（n=12，r=0.97，p<0.01）。因此，從相關(guān)系數(shù)和回歸系數(shù)正負(fù)可知，植物物料及其生物炭中鈣、鎂、灰化堿含量對(duì)其土壤速效磷含量的影響存在相互作用，鎂改變了灰化堿和鈣與土壤速效磷相關(guān)性的方向。

2.3.3 對(duì)速效鉀含量的影響 土壤培養(yǎng)試驗(yàn)結(jié)束后，土壤速效鉀的變化如圖5所示。圖5表明，添加椰殼、蔗渣、椰炭和蔗炭均提高了土壤速效鉀含量。隨著椰殼和椰炭添加量的提高，膠園土壤速效鉀含量呈上升趨勢(shì)；但隨著蔗渣添加量的提高，膠園土壤速效鉀含量變化不大；而隨著蔗炭添加量從45 g/kg上升到75 g/kg，膠園土壤速效鉀含量呈下降趨勢(shì)。但差異顯著性分析結(jié)果表明，同對(duì)照相比，僅椰炭45 g/kg和75 g/kg顯著提高了土壤速效鉀含量，且椰炭15 g/kg和75 g/kg處理的土壤速效鉀含量與對(duì)照相比差異極顯著（p<0.01）。其他處理間、其他處理與對(duì)照間土壤速效鉀含量差異均不顯著（p>0.05）。

對(duì)植物物料及其生物炭帶入土壤中的各類礦質(zhì)養(yǎng)分總量與土壤速效鉀含量進(jìn)行逐步回歸分析，獲取回歸方程：AK=193.82-4.13*N+6110.44*Na（5）。結(jié)果表明，方程（5）達(dá)到1%顯著水平（n=12，r=0.99，p﹤0.01），回歸方程中，N回歸系數(shù)為負(fù)數(shù)，Na為正數(shù)，說明植物物料及其生物炭帶入土壤中的氮越少，土壤速效鉀含量越大，反之，帶入的鈉越多，土壤速效鉀含量越大。同時(shí)，N和Na的標(biāo)準(zhǔn)偏回歸系數(shù)分別為-0.14（p>0.05）和1.08 （p﹤0.01），Na的標(biāo)準(zhǔn)偏回歸系數(shù)遠(yuǎn)大于N，說明土壤速效鉀含量的高低主要受植物物料及其生物炭中鈉含量影響，二者呈顯著正相關(guān)（n=12，r=0.99，p﹤0.01）。另外，相關(guān)分析表明，植物物料及其生物炭帶入土壤中的氮與土壤速效鉀含量呈顯著正相關(guān)（n=12，r=0.61，p﹤0.05），其與方程（5）中氮的偏回歸系數(shù)相反，說明植物物料及其生物炭帶入土壤中的鈉改變了植物物料及其生物炭帶入土壤中的氮與土壤速效鉀含量的相互關(guān)系。若使不同植物物料及其生物炭對(duì)土壤速效鉀的提升效果相同，根據(jù)表1中各植物物料及其生物炭鈉含量大小可知，要帶入土壤中同量的鈉營養(yǎng)，以椰炭（其單位含鈉量最高）為基準(zhǔn)1，則施用的椰殼、蔗渣和蔗炭分別是椰炭的7.6倍，33.8倍和14.7倍，根據(jù)椰殼和蔗渣生物炭得率分別為31%和18%可知，將椰殼制作成椰炭對(duì)土壤速效鉀的提升效果更好，而蔗渣直接施用對(duì)土壤速效鉀的提升效果更好。

3 討論與結(jié)論

本研究結(jié)果表明，同對(duì)照相比，加入椰殼，蔗渣、椰炭和蔗炭均提高了土壤pH、有機(jī)質(zhì)和速效鉀含量，而加入椰殼和蔗渣降低了土壤堿解氮含量和土壤速效磷含量，但土壤速效磷含量降低幅度不大。加入椰炭和蔗炭對(duì)土壤堿解氮和速效磷的影響較復(fù)雜，在蔗炭15 g/kg和椰炭15～45 g/kg的用量水平下，加入椰炭和蔗炭提高了土壤堿解氮含量，但若添加量進(jìn)一步加大，則土壤堿解氮顯著降低；相反，隨著椰炭和蔗炭添加量進(jìn)一步加大，土壤速效磷含量逐漸上升，本研究中僅75 g/kg椰炭顯著提高了土壤速效磷含量。本研究與其他同類研究結(jié)論不一致。相關(guān)研究表明，雖然各種有機(jī)物料對(duì)土壤養(yǎng)分的提升效果存在差異，但添加雜草、玉米秸稈、粉碎枝條、牛糞、雞糞、豬糞、污泥、水稻秸稈、花生秸稈、木屑、棉花、小麥秸稈等有機(jī)物料均提高了土壤pH、有機(jī)質(zhì)和土壤堿解氮、速效磷、速效鉀等養(yǎng)分含量，而僅稻草覆蓋處理的堿解氮含量低于對(duì)照[15-18]。而安康等[19]研究表明，不同有機(jī)物料施入均能顯著提高灌漠土的有機(jī)質(zhì)含量，對(duì)速效養(yǎng)分含量則能產(chǎn)生不同的影響：沼渣、雞糞、豬糞均能提高土壤堿解氮含量，而污泥、菌渣、牛糞則降低了土壤堿解氮含量；雞糞、污泥、豬糞、菌渣和沼渣處理均能顯著提高土壤速效磷含量；污泥、雞糞、菌渣、豬糞和牛糞處理均顯著提高了土壤速效鉀含量，而沼渣處理則顯著降低了土壤速效鉀含量。本研究中不同有機(jī)物料及其不同用量水平對(duì)土壤速效磷和堿解氮含量也產(chǎn)生了不同的影響，但其變化同安康等[19]研究結(jié)果也不盡相同。同樣，李明等[20]、劉卉等[21]、趙殿峰等[22]、陳山等[23]和顧美英等[24]的研究表明生物炭均提升了土壤pH和有機(jī)質(zhì)含量，但對(duì)堿解氮、速效磷和速效鉀的影響則較復(fù)雜，不同的研究結(jié)論存在差異，甚至完全矛盾。其可能的原因一方面在于植物物料不同種類和形態(tài)下其含有的碳和氮養(yǎng)分總量及其比例存在極大差異，造成加入土壤中的植物物料的碳氮比存在極大差異，以致土壤微生物在分解、利用有機(jī)物料的過程中釋放有效氮或消耗、利用土壤有效氮，從而導(dǎo)致了不同的有機(jī)物料加入到土壤后，土壤堿解氮變化較復(fù)雜。另一方面，微生物細(xì)胞中的礦物元素包括磷，硫，鉀，鈉，鈣，鎂，鐵等，將植物物料及其生物炭添加于土壤中，不但可直接增加土壤中相應(yīng)營養(yǎng)元素的含量，同時(shí)，也可通過調(diào)節(jié)微生物群落來影響土壤礦質(zhì)養(yǎng)分循環(huán)，從而影響土壤有效養(yǎng)分含量；此外，生物炭是一類高度芳香化、難溶性的固態(tài)物質(zhì)，因此，生物炭加入土壤后其碳很難被微生物利用，從而被作為“農(nóng)業(yè)碳匯”，用于“碳的封存”。本研究中，椰殼和蔗渣的加入均降低了土壤堿解氮含量，而加入15 g/kg蔗炭、15～45 g/kg椰炭則提高了土壤堿解氮含量，原因可能就在于，雖然椰炭和蔗炭碳氮比很大，但很難被微生物分解利用，最終導(dǎo)致椰炭和蔗炭中碳被微生物利用較少，相應(yīng)地土壤堿解氮也未被微生物利用，甚至可能椰炭和蔗炭中帶入的礦質(zhì)氮也導(dǎo)致了土壤堿解氮含量的顯著增加，但隨著椰炭和蔗炭加入量的提升，最終微生物分解利用椰炭和蔗炭中的碳量增加，從而消耗了土壤堿解氮。不過，也有可能是生物炭極大的比表面積、多孔特性和多有機(jī)官能團(tuán)吸附、固持了土壤堿解氮，從而導(dǎo)致了土壤堿解氮含量的降低。本研究中，椰殼和蔗渣降低了土壤速效磷含量，而椰炭和蔗炭提升了土壤速效磷含量，其可能的原因在于磷是微生物細(xì)胞的組成物質(zhì)，椰殼和蔗渣的加入提高了土壤微生物數(shù)量，導(dǎo)致了土壤速效磷含量的減少，但椰炭和蔗炭加入后土壤其他形態(tài)磷轉(zhuǎn)化為有效磷的數(shù)量遠(yuǎn)大于被土壤微生物利用的有效磷數(shù)量，從而導(dǎo)致了土壤速效磷含量的提升。不過，本研究未對(duì)土壤微生物在各處理間的差異進(jìn)行研究，是否由于微生物群落的原因而導(dǎo)致了土壤堿解氮和速效磷的變化還有待深入研究。

本研究中，通過逐步回歸分析法研究了植物物料種類及其生物炭中礦質(zhì)養(yǎng)分與土壤pH、土壤有機(jī)質(zhì)及其他土壤養(yǎng)分變化的關(guān)系。本研究結(jié)果表明，土壤pH主要受植物物料及其生物炭帶入土壤中的鈉和碳總量的影響，其帶入土壤的鈉和碳總量越高，土壤pH越高，同時(shí)，將植物物料及其生物炭中碳、鈉總量帶入逐步回歸方程，明確了將椰殼制作成椰炭對(duì)pH的提升效果更好，而蔗渣直接施用對(duì)pH的提升效果更好。植物物料及其生物炭中C含量對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)的影響最大，其次為P，而植物物料及其生物炭中Mg含量越高，土壤有機(jī)質(zhì)含量越低，同時(shí)，椰殼和蔗渣直接施用更有利于土壤有機(jī)質(zhì)的提升。植物物料及其生物炭中鈣對(duì)土壤堿解氮的影響最大，其次為氮，植物物料及其生物炭中鈣含量越高，土壤堿解氮含量越低，而植物物料及其生物炭中氮含量越高，土壤堿解氮越高。植物物料及其生物炭中鎂含量越高，土壤速效磷含量越大，而灰化堿和鈣含量越高，土壤速效磷含量越低。植物物料及其生物炭帶入土壤中的鈉越高，土壤速效鉀含量越高，反之，帶入的氮越高，速效鉀含量越低。本研究結(jié)果對(duì)利用以上有機(jī)物料改良土壤養(yǎng)分特性有一定的參考價(jià)值，但由于有機(jī)物料施用于土壤后會(huì)導(dǎo)致整個(gè)土壤生態(tài)系統(tǒng)組成、物質(zhì)循環(huán)、能量轉(zhuǎn)換等多方面的復(fù)雜變化，因此，土壤養(yǎng)分含量與植物物料及其生物炭中養(yǎng)分總量的回歸方程中可能還需要引入更多的因子（例如微生物數(shù)量、生物炭的比表面積大小、孔隙大小、土壤容重的變化等）進(jìn)行進(jìn)一步的驗(yàn)證和完善。

總之，以上分析均表明，熱帶地區(qū)椰殼、蔗渣及其相應(yīng)的生物炭均能改良本地區(qū)酸性橡膠園土壤。但不同加入形態(tài)或加入量下土壤改良效果存在差異。因此，生產(chǎn)實(shí)踐中需根據(jù)改良的主要目標(biāo)來確定加入方式，如直接加入椰殼、蔗渣或?qū)⑵渲谱鞒缮锾亢笤偌尤牖蚨呋旌霞尤?，同時(shí)，其加入量的多少也需通過改良目標(biāo)來確定。

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