趙毅珺，孟會(huì)生，洪堅(jiān)平

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，山西太谷030801）

生物炭是由生物殘?bào)w在缺氧或者少氧條件下通過高溫慢熱解方法制備產(chǎn)生的一種穩(wěn)定、含碳量高的固態(tài)物質(zhì)[1]。由于生物炭具有弱堿性、疏松多孔結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使其具有很強(qiáng)的吸附性，能夠貯存水分和養(yǎng)分，增加土壤有機(jī)質(zhì)含量，生物炭的孔隙和表面還會(huì)成為土壤微生物棲息的微環(huán)境，進(jìn)而增加土壤微生物數(shù)量及活性，從而能夠促進(jìn)土壤多種元素的循環(huán)[2]。因此，近年來，生物炭以其固碳減排、改善土壤質(zhì)量、提高作物產(chǎn)量等眾多優(yōu)點(diǎn)引起國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注[3-6]。

解磷菌劑是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展進(jìn)程中一種新型的生物肥料，它是經(jīng)過特殊工藝加工而成的，含有豐富的微生物活菌；它既是一種活菌制劑，又是一種生物制劑，能適用于各種經(jīng)濟(jì)作物的種植[7]。解磷菌劑含有較為活躍的微生物菌群和活性酶，同時(shí)含有大量的有機(jī)質(zhì)和豐富的微量元素，所發(fā)揮的肥料效應(yīng)主要源于微生物的生命活動(dòng)，能夠起到改良土壤的效果，進(jìn)而促進(jìn)植物生長(zhǎng)，提高作物的品質(zhì)，增加作物的產(chǎn)量。

近年來，化肥對(duì)生態(tài)環(huán)境的負(fù)面效應(yīng)越來越受到人們的重視，發(fā)展綠色肥料勢(shì)在必行。而用微生物肥料代替化肥能夠降低化學(xué)成分對(duì)土地和水資源的污染，同時(shí)也能減輕土地鹽堿化的面積和程度，在提高農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量和品質(zhì)方面具有突出貢獻(xiàn)。

本試驗(yàn)在無機(jī)肥的基礎(chǔ)上選用生物炭與解磷菌劑配施進(jìn)行盆栽試驗(yàn)，研究生物炭及解磷菌劑對(duì)苜蓿種植土壤養(yǎng)分、土壤酶活性及苜蓿品質(zhì)、養(yǎng)分和產(chǎn)量的影響，旨在為苜蓿高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)栽培[8]、生物炭與解磷菌劑配施的大面積推廣與應(yīng)用及提高生產(chǎn)力提供理論依據(jù)，對(duì)充分合理利用生物炭與解磷菌劑配施、促進(jìn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義[9]。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

1.1.1 供試土壤 本試驗(yàn)盆栽用土取自山西農(nóng)業(yè)大學(xué)西校門外的農(nóng)田土壤，質(zhì)地為輕壤土。取回土壤風(fēng)干后，過3 mm 篩，混勻備用。土壤類型為石灰性褐土，其理化性狀列于表1。

表1 供試土壤基本理化性狀

1.1.2 供試作物 供試作物為紫花苜蓿（Medicago sativa）。

1.1.3 供試肥料

1.1.3.1 供試化肥 尿素含N 46.4%，過磷酸鈣含P2O516%，硫酸鉀含K2O 45%。

1.1.3.2 供試生物炭 生物炭由平遙縣晟弘生物質(zhì)能源開發(fā)有限公司提供，裂解溫度為550～600 ℃。秸稈生物炭含有機(jī)質(zhì)57.2%、N 0.26%、P2O51.33%、K2O 4.52%。

1.1.3.3 供試解磷菌劑 解磷菌劑由山西農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院研制，所用菌劑為從石灰性土壤中分離出的3 株解磷細(xì)菌，包括1 株拉恩式菌（Rahnella）和2 株熒光假單胞菌（Fluorescent pseudominas），彼此之間不存在拮抗作用，高密度發(fā)酵后，制成解磷菌劑，有效活菌數(shù)≥2×108cfu/mL。

1.2 試驗(yàn)方法

本試驗(yàn)采用2 因素完全隨機(jī)設(shè)計(jì)，盆栽試驗(yàn)共設(shè)2 組處理，其中，解磷菌劑（B）處理設(shè)2 個(gè)水平，即不施菌劑（B0，施用等量培養(yǎng)基）和施用菌劑（B1）；生物炭（M）處理設(shè)4 個(gè)施肥水平，即M0、M1、M2、M3，施肥量分別為0，66.7，133.4，200.1 kg/hm2。共8 個(gè)處理，每個(gè)處理重復(fù)4 次。

試驗(yàn)在山西農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院溫室內(nèi)進(jìn)行。試驗(yàn)所用盆缽規(guī)格為盆口直徑24.0 cm，高14.0 cm，每盆裝供試土壤2.5 kg。每個(gè)處理所施底肥為尿素、過磷酸鈣、硫酸鉀，N、P2O5、K2O 分別為0.15，0.15，0.10 g/kg。每盆肥料具體用量如表2 所示。苜蓿于2017 年4 月5 日播種，等待苜蓿出苗后，定植15 株，6 日20 日收獲。苜蓿收獲后，立即稱其質(zhì)量，即為苜蓿鮮質(zhì)量；然后隨機(jī)稱取樣品，在100～105 ℃殺青，65 ℃下烘至恒質(zhì)量，稱其質(zhì)量，并換算成每盆苜蓿干物質(zhì)總量。干樣粉碎后，測(cè)定其氮磷鉀含量及養(yǎng)分吸收量。

表2 肥料具體用量

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

植物全氮含量采用H2SO4- H2O2消煮、奈氏比色法測(cè)定[10]；全磷含量采用H2SO4- H2O2消煮、釩鉬黃比色法測(cè)定[10]；全鉀含量采用H2SO4- H2O2消煮、火焰光度計(jì)法測(cè)定[10]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010 軟件進(jìn)行試驗(yàn)結(jié)果的統(tǒng)計(jì)運(yùn)算，采用SAS 軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析和顯著性檢驗(yàn)（P＜0.05）。

養(yǎng)分積累量＝干物質(zhì)量×養(yǎng)分含量 （1）

2 結(jié)果與分析

2.1 生物炭與解磷菌劑配施對(duì)土壤化學(xué)性狀的影響

由表3 可知，與對(duì)照相比，生物炭與解磷菌劑配施后盆栽苜蓿土壤中有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷和速效鉀的含量均有顯著增加，且隨著施肥水平的增加，土壤各種化學(xué)性狀均呈遞增趨勢(shì)。其中，每盆增施生物炭50.1 g 配施10 mL 解磷菌劑處理（M3B1）堿解氮、有效磷和速效鉀含量均最高，有效磷和速效鉀M3B1 處理與其余處理相比均有顯著提高，堿解氮M2B0、M2B1、M3B0、M3B1 處理之間差異不顯著，但仍呈現(xiàn)增加趨勢(shì)。每盆單獨(dú)增施生物炭含量為50.1 g（M3B0）土壤有機(jī)質(zhì)含量最高，其與每盆增施生物炭50.1 g 配施10 mL 解磷菌劑處理（M3B1）差異不顯著，但這2 個(gè)處理顯著高于其余處理。綜合以上分析，每盆增施生物炭含量為50.1 g配施10 mL 解磷菌劑處理（M3B1）對(duì)盆栽苜蓿土壤化學(xué)性狀的提升效果最好。其中，土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷與速效鉀比對(duì)照處理分別增加63.45%，25.84%，34.95%和25.63%。

表3 生物炭與解磷菌劑配施對(duì)有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷和速效鉀含量的影響

在苜蓿生長(zhǎng)過程中，需要土壤源源不斷地提供養(yǎng)分。生物炭配施解磷菌劑首先可以直接增加土壤中各種養(yǎng)分的含量，同時(shí)可以有效促進(jìn)土壤中有效養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化，如土壤穩(wěn)定態(tài)有機(jī)氮的礦化和易分解有機(jī)氮對(duì)銨態(tài)氮的吸附固定[11-12]；與土壤中有機(jī)物和其他陽離子（如Ca2+）的相互作用可增強(qiáng)土壤磷的有效性；使土壤中非交換性鉀轉(zhuǎn)化為速效鉀并釋放到土壤中。解磷菌劑能在適宜的條件下，通過結(jié)合土壤中的有益微生物，改善土壤微生物菌群[13-14]，分解土壤中的有效養(yǎng)分，幫助土壤養(yǎng)分系統(tǒng)更好地運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)土壤表現(xiàn)出活化效應(yīng)[15]。生物炭配施解磷菌劑可有效提高土壤肥力，培肥土壤，維持地力，并且可以降低施用化肥對(duì)土壤的負(fù)面影響。試驗(yàn)結(jié)果與王光祖[16]、劉芳春等[17]一致。

2.2 生物炭與解磷菌劑對(duì)土壤酶活性的影響

由表4 可知，增施生物炭后土壤中脲酶、堿性磷酸酶、蔗糖酶和過氧化氫酶活性相比對(duì)照均有顯著增加，且隨著施肥水平的增加，土壤中各種酶活性均呈遞增趨勢(shì)。其中，每盆增施生物炭50.1 g 配施10 mL 解磷菌劑處理脲酶、堿性磷酸酶、蔗糖酶和過氧化氫酶活性最高，相比其他處理增加均顯著，分別比對(duì)照增加189.33%，308.09%，117.81%和125%。綜上所述，每盆增施生物炭含量為50.1 g 配施10 mL 解磷菌劑處理（M3B1）對(duì)盆栽苜蓿土壤酶活性的提升效果最好。

表4 生物炭與解磷菌劑配施對(duì)土壤酶活性的影響

土壤酶活性通?？梢泽w現(xiàn)土壤肥力的大小，并且反映土壤中各種生物化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向和強(qiáng)弱[18]。土壤脲酶參與了土壤氮循環(huán)；堿性磷酸酶是土壤磷循環(huán)中的關(guān)鍵酶，能夠?qū)⒘姿峄鶊F(tuán)從有機(jī)磷復(fù)合物中水解出來[19]；蔗糖酶的活性與養(yǎng)分有效性密切相關(guān)；過氧化氫酶可以保護(hù)植物免受過氧化物的損害。由于生物炭與解磷菌劑的加入增加了土壤中有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分含量，土壤有機(jī)質(zhì)及速效養(yǎng)分的增加促進(jìn)了苜蓿根系分泌物的代謝，使微生物生命活動(dòng)更加旺盛，從而提高了各種土壤酶的活性[20-22]，改善了土壤理化性質(zhì)，進(jìn)一步提高了土壤肥力水平。本試驗(yàn)結(jié)果與趙棟等[23]的研究結(jié)果相近。

2.3 生物炭與解磷菌劑配施對(duì)苜蓿產(chǎn)量的影響

從表5 可以看出，增施生物炭配施解磷菌劑后盆栽苜蓿鮮質(zhì)量和干質(zhì)量相比對(duì)照均有顯著增加，且隨著施肥水平的增加，盆栽苜蓿產(chǎn)量呈增加趨勢(shì)。其中，每盆增施生物炭50.1 g 配施10 mL 解磷菌劑處理（M3B1）盆栽苜蓿產(chǎn)量增加最多，其產(chǎn)量顯著高于其他處理，鮮質(zhì)量較對(duì)照增加了77.12%，干質(zhì)量較對(duì)照增加了152.27%。由于土壤有效養(yǎng)分含量的增加與微生物環(huán)境改善導(dǎo)致酶活性增強(qiáng)，提高了盆栽苜蓿對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收與積累，故而增加了盆栽苜蓿的產(chǎn)量，這與靳莉君等[24]的研究結(jié)果一致。

表5 生物炭與解磷菌劑配施對(duì)盆栽苜蓿產(chǎn)量的影響 g/ 盆

2.4 生物炭與解磷菌劑配施對(duì)苜蓿養(yǎng)分吸收的影響

從表6 可以看出，增施生物炭配施解磷菌劑盆栽苜蓿對(duì)N 素、P 素和K 素的吸收相比對(duì)照均有顯著提高。其中，每盆增施生物炭50.1 g 配施10 mL解磷菌劑處理（M3B1）盆栽苜蓿對(duì)土壤養(yǎng)分的吸收量最高，盆栽苜蓿對(duì)N 素、P 素和K 素的吸收量較對(duì)照分別增加319.02%，308.06%和257.13%，與其他處理相比增加顯著。說明每盆增施生物炭50.1 g配施10 mL 解磷菌劑，可加強(qiáng)土壤中養(yǎng)分的有效性，改善根系土壤環(huán)境，使苜?？梢愿玫匚绽猛寥乐械臓I(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，從而提高苜蓿的養(yǎng)分含量。

表6 生物炭與解磷菌劑配施對(duì)盆栽苜蓿養(yǎng)分吸收的影響 kg/hm2

3 結(jié)論

本試驗(yàn)通過大棚盆栽試驗(yàn)，研究了生物炭配施解磷菌劑對(duì)土壤養(yǎng)分和苜蓿生長(zhǎng)的影響，結(jié)果表明，單施生物炭各處理與對(duì)照相比，土壤中有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀含量增加，最高分別增加64.59%，20.89%，24.97%，19.39%。生物炭與解磷菌劑配施土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀含量增加，最高分別增加63.45%，25.84%，34.95%，25.63%。

單施生物炭各處理與對(duì)照相比，土壤中脲酶活性、堿性磷酸酶活性、蔗糖酶活性、過氧化氫酶活性增加，最高分別增加158.67%，259.56%，100.4%，105.08%；生物炭與解磷菌劑配施土壤脲酶活性、堿性磷酸酶活性、蔗糖酶活性、過氧化氫酶活性顯著增加，最高分別增加189.33%，308.09%，117.81%，125%。

單獨(dú)增施生物炭各處理與對(duì)照相比，盆栽苜蓿鮮質(zhì)量、干質(zhì)量均顯著增加，鮮質(zhì)量最高增加57.58%，干質(zhì)量最高增加122.33%；生物炭配施解磷菌劑盆栽苜蓿鮮質(zhì)量、干質(zhì)量均顯著增加，最高分別增加77.12%，152.27%。

單獨(dú)增施生物炭各處理與對(duì)照相比，盆栽苜蓿對(duì)N 素、P 素、K 素的吸收量顯著增加，最高分別增加236.82%，234.41%，208.73%；生物炭與解磷菌劑配施后盆栽苜蓿對(duì)N 素、P 素、K 素的吸收量呈顯著增加趨勢(shì)，最高分別增加319.02%，308.06%，257.13%。

每盆增施50.1 g 的生物炭并配施10 mL 解磷菌劑對(duì)盆栽苜蓿土壤養(yǎng)分、酶活性、產(chǎn)量及營(yíng)養(yǎng)元素吸收量效果最好，不僅可以增產(chǎn)，而且可以在一定程度上降低施用化肥帶來的負(fù)面效應(yīng)。