楊梢娜 郭帥 章銀柯 黃芳晨 賀敏 吳志榮

摘要：通過(guò)大棚盆栽試驗(yàn)，以青菜為試驗(yàn)材料，研究生物炭和自制堆肥不同配比模式混施對(duì)青菜性狀和生物量積累的影響，以及對(duì)土壤的改良效果。結(jié)果表明，生物炭和堆肥配施對(duì)青菜物理性狀改善、青菜產(chǎn)量增加、土壤養(yǎng)分含量積累均有促進(jìn)作用。在生物炭和堆肥施入總質(zhì)量一致的情況下，生物炭和堆肥以質(zhì)量比3 ∶ 1混合施入對(duì)青菜生物量積累和產(chǎn)量增加的促進(jìn)作用最大，產(chǎn)量（鮮質(zhì)量）增加55.2%;生物炭和堆肥以質(zhì)量比1 ∶ 1混合施入對(duì)土壤速效養(yǎng)分含量的增加效果最好;生物炭和堆肥以質(zhì)量比3 ∶ 1施入對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量的增加最顯著，可提高土壤有機(jī)質(zhì)含量124.7%;生物炭和堆肥以質(zhì)量比1 ∶ 3混合施入對(duì)提高土壤無(wú)機(jī)態(tài)氮含量有顯著的促進(jìn)作用，土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的含量分別比對(duì)照處理增加50.6%和77.5%。

關(guān)鍵詞：生物炭;青菜與堆肥配施;土壤改良;氮素

中圖分類(lèi)號(hào)：X53;S634.06?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A?文章編號(hào)：1002-1302（2020）21-0150-04

生物炭（Biochar）是指農(nóng)林廢棄物等生物質(zhì)材料在缺氧條件下熱裂解形成的富含芳香烴和單質(zhì)碳或具有類(lèi)石墨結(jié)構(gòu)的碳產(chǎn)物，該物質(zhì)具有理化性質(zhì)穩(wěn)定、抗分解能力強(qiáng)等特點(diǎn)[1]。不同生物炭和有機(jī)肥配施方式對(duì)作物產(chǎn)量和品質(zhì)的影響受到眾多學(xué)者的關(guān)注，并且對(duì)于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有重要意義[2]。生物炭施入土壤后能有效降低土壤容重，促進(jìn)土壤團(tuán)聚體形成。改善植物根系生長(zhǎng)環(huán)境，提高肥料利用率，減少水土污染和養(yǎng)分損失[3]。生物炭在土壤中分解緩慢，長(zhǎng)期施用生物炭對(duì)土壤碳積累具有促進(jìn)作用，能保持土壤碳氮比和農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)平衡，促進(jìn)耕地可持續(xù)利用，滿(mǎn)足當(dāng)前農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展的要求[4]。

隨著城市化發(fā)展和園林綠化面積的不斷增加，園林綠化廢棄物如樹(shù)木修剪物、草坪修剪物、枯枝落葉等產(chǎn)生量逐步增加。園林綠化廢棄物有機(jī)構(gòu)成單一、污染小、不含重金屬等有害物質(zhì)，可資源化利用程度高。園林綠化廢棄物的資源化利用形式較多，其中堆肥是當(dāng)前園林綠化廢棄物資源化處置的主要方式。堆肥主要通過(guò)微生物對(duì)有機(jī)物的分解實(shí)現(xiàn)有機(jī)物的腐殖化，同時(shí)實(shí)現(xiàn)微生物自身的增殖。在堆肥過(guò)程中，微生物利用大量的碳作為能源，氮主要被用于原生質(zhì)合成。

為探究生物炭及園林綠化廢棄物堆肥不同質(zhì)量比配施對(duì)青菜生長(zhǎng)和土壤改良效果的影響，本試驗(yàn)以杭州植物園喬灌木生長(zhǎng)期和休眠期的修剪物以及四季產(chǎn)生的園林修剪枝葉好氧發(fā)酵制成的堆肥為肥料進(jìn)行比較試驗(yàn)，探尋生物炭和園林綠化植物廢棄物制成的堆肥混合物改良土壤的最佳配比，以期為園林綠化植物廢棄物資源化利用和生物炭改良土壤提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

青菜品種：小青菜，由紹興市大江蔬菜種子有限公司生產(chǎn)。

試驗(yàn)條件：供試土壤為紅壤，pH值為4.88，堿解氮含量86.8 mg/kg，有效磷含量12.0 mg/kg，速效鉀含量125.0 mg/kg，有機(jī)碳含量10.6 g/kg。本試驗(yàn)于2019年在浙江農(nóng)林大學(xué)研究基地進(jìn)行，該地區(qū)平均海拔39 m，屬于中亞熱帶氣候，年平均氣溫17 ℃，年平均日照時(shí)數(shù)1 847 h，年平均降水量 1 628.6 mm，全年無(wú)霜期237 d。

供試商業(yè)生物炭：臨安柴氏竹炭科技有限公司生產(chǎn)的新型環(huán)保竹炭。

供試自制堆肥：利用園林綠化植物廢棄物（總氮含量1.164%，有機(jī)碳含量36.739%，碳氮比為31.563，pH值為6.58）經(jīng)粉碎機(jī)粉碎至粒徑2 cm以下，通過(guò)添加尿素調(diào)節(jié)碳氮比至25 ∶ 1，添加微生物菌劑0.5 kg（北京中農(nóng)富源生物工程技術(shù)有限公司生產(chǎn)的國(guó)菌速腐劑微生物菌劑），保持含水量60%左右，好氧發(fā)酵堆肥60 d制成。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用大棚內(nèi)盆栽試驗(yàn)，選取平山基地較為貧瘠的土壤，混勻后，以每盆5 kg鮮土分裝至盆中。試驗(yàn)共設(shè)6個(gè)處理：（1）空白區(qū);（2）生物炭 ∶ 堆肥=1 ∶ 1（質(zhì)量比，下同）;（3）生物炭 ∶ 堆肥=1 ∶ 2;（4）生物炭 ∶ 堆肥=2 ∶ 1;（5）生物炭 ∶ 堆肥=1 ∶ 3;（6）生物炭 ∶ 堆肥=3 ∶ 1。商業(yè)生物炭和堆肥粉碎后過(guò)20目篩，按照不同生物炭和堆肥的配施量加入盆中，并與盆土混合均勻。所有盆栽隨機(jī)區(qū)組排列，每個(gè)處理設(shè)置3次重復(fù)，共18盆。小青菜于4月29日播種，5月5日移栽，各盆栽栽植密度、青菜苗的大小和每盆株數(shù)保持一致（每盆6株），5月20日收獲。每個(gè)處理以生物炭和堆肥混合物為肥料，種植前按照有機(jī)肥田間常規(guī)用量的1%一次性施入，保持施入質(zhì)量一致，試驗(yàn)其他管理措施各處理均相同，盆栽日常管理保持常規(guī)田間持水量。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與數(shù)據(jù)處理

青菜收獲時(shí)，每盆處理采取單采單收單烘，每盆分別按常規(guī)方法進(jìn)行整株取樣，測(cè)量每株青菜株高并稱(chēng)取每盆青菜的整株鮮質(zhì)量，烘干后稱(chēng)取每株青菜的干質(zhì)量、地上部干質(zhì)量和地下部干質(zhì)量。同時(shí)測(cè)量每盆土壤樣品的pH值、堿解氮含量、有效磷含量、速效鉀含量、有機(jī)質(zhì)含量、硝態(tài)氮含量和銨態(tài)氮含量，具體測(cè)定方法參照魯如坤主編的《土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法》[5]。數(shù)據(jù)處理采用Excel 2010和SPSS軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 生物炭與堆肥不同模式對(duì)青菜生長(zhǎng)的影響

由表1可知，不同處理間青菜植株性狀差異較大，不同處理間青菜株高依次為處理4>處理3>處理6>處理2>處理1>處理5。處理4的青菜植株株高最高，處理5的青菜株高最矮且低于處理1空白區(qū)，處理4與處理5間青菜株高差異顯著，其他處理間均無(wú)顯著性差異。與處理1（對(duì)照）相比，只有處理5的株高略低，但兩者差異不顯著，其他各處理青菜株高與處理1相比均有所增加，增加幅度為3.1%～12.5%，其中以處理4的青菜株高增幅最大。從整體可以看出，生物炭和堆肥配施可以改善青菜植株物理性狀。由于各處理的生物炭和堆肥施入總質(zhì)量一致，從處理2、處理4和處理6可以看出，增加生物炭質(zhì)量比有助于增加青菜株高，但存在生物炭和堆肥一定的適宜配比，因此當(dāng)生物炭和堆肥配比為3 ∶ 1時(shí)，青菜株高反而低于生物炭和堆肥配比為2 ∶ 1的處理4。同時(shí)，從處理2、處理3和處理5也可以看出，與處理2生物炭和堆肥質(zhì)量比為1相比，適當(dāng)減少生物炭施入對(duì)青菜株高有促進(jìn)作用，但是當(dāng)生物炭與堆肥比減少至 1 ∶ 3 時(shí)，青菜株高反而降低。綜上所述，就生物炭和堆肥配施對(duì)青菜株高的增加效果，以生物炭和堆肥質(zhì)量配比為 2 ∶ 1 最佳，其次是生物炭和堆肥質(zhì)量配比為1 ∶ 2。

由表1可以看出，青菜鮮質(zhì)量、干質(zhì)量、地上部干質(zhì)量和地下部干質(zhì)量的總體表現(xiàn)一致，大體上為處理6>處理3>處理4>處理2>處理1>處理5。其中處理6的青菜鮮質(zhì)量、干質(zhì)量、地上部干質(zhì)量和地下部干質(zhì)量與處理1（對(duì)照）相比分別增加了55.2%、86.6%、41.7%和11.7%。對(duì)比處理2、處理4和處理6這3個(gè)處理的青菜生物量積累因素，可以說(shuō)明，在生物炭和堆肥施入總質(zhì)量一致的條件下，生物炭施入質(zhì)量比的增加有助于青菜生物量的各項(xiàng)因素增加，從而直接導(dǎo)致青菜產(chǎn)量的增加。從處理2、處理3和處理5也可以看出，生物炭施入質(zhì)量比適當(dāng)?shù)臏p少對(duì)青菜促產(chǎn)沒(méi)影響，但是當(dāng)生物炭和堆肥配施比降為1 ∶ 3時(shí)反而會(huì)減少青菜的產(chǎn)量。由此表明，生物炭和堆肥配施能對(duì)青菜的生物量積累起到明顯作用。從整體可以看出，處理6的青菜鮮質(zhì)量、干質(zhì)量、地上部干質(zhì)量和地下部干質(zhì)量高于其他處理，表明生物炭和堆肥配施質(zhì)量比為3 ∶ 1時(shí)可以更有效地提高青菜生物量積累各項(xiàng)因素從而提高青菜產(chǎn)量。

2.2 生物炭與堆肥不同模式對(duì)土壤理化性狀的影響

由表2可知，不同處理對(duì)土壤pH值的影響較小，處理2～處理6的土壤pH值較處理1均有所上升，但是仍偏酸性。隨著生物炭和堆肥的增施，土壤pH值趨于中性，各處理間無(wú)顯著性差異，說(shuō)明增施生物炭和堆肥有助于維持土壤酸堿平衡。

青菜種植對(duì)土壤養(yǎng)分含量影響較大，不施生物炭和堆肥的處理1土壤有機(jī)質(zhì)含量普遍低于其他處理。處理2為生物炭和堆肥質(zhì)量比 1 ∶ 1，土壤堿解氮、速效鉀和有效磷含量高于其他處理，顯著高于生物炭和堆肥質(zhì)量配比為1 ∶ 2的處理3。處理3土壤堿解氮、速效鉀和有效磷含量較其他處理偏低，而其土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著高于對(duì)照處理1，由此說(shuō)明處理3對(duì)于土壤保育和速效養(yǎng)分均衡也有一定效果。綜合而言，生物炭和堆肥不同模式配施有助于土壤速效養(yǎng)分含量的積累，對(duì)土壤有一定的改良效果。

在生物炭和堆肥施入總質(zhì)量一致的條件下，不同生物炭和堆肥配施模式對(duì)土壤速效養(yǎng)分含量的變化均不相同，整體以處理2生物炭和堆肥質(zhì)量配比1 ∶ 1的土壤各速效養(yǎng)分含量最高。各處理的土壤堿解氮含量依次為處理2>處理6>處理1>處理4>處理5>處理3，土壤速效鉀含量依次為處理2>處理5>處理4>處理6>處理1>處理3，土壤有效磷含量依次為處理2>處理5>處理4>處理 6>處理1>處理3，表明處理2生物炭和堆肥質(zhì)量配比1 ∶ 1混合施入種植青菜對(duì)土壤速效養(yǎng)分含量的增加效果最佳。

土壤有機(jī)質(zhì)能改善土壤團(tuán)聚體和穩(wěn)定性，有利于水土保持，促進(jìn)土壤養(yǎng)分吸收和交換，增加土壤微生物活性，是表征土壤質(zhì)量的一項(xiàng)重要指標(biāo)。從表2土壤有機(jī)質(zhì)含量來(lái)看，與對(duì)照處理1相比，其他5個(gè)生物炭和堆肥不同處理模式均有利于土壤有機(jī)質(zhì)含量的提高，總體表現(xiàn)為處理6>處理4>處理 2>處理3>處理5>處理1，增幅在59.7%～124.7%。從處理2、處理4和處理6的土壤有機(jī)質(zhì)含量可以看出，在生物炭和堆肥施入總質(zhì)量一致的情況下，生物炭施入質(zhì)量比的增加有助于土壤有機(jī)質(zhì)含量的提高。從處理2、處理3和處理5也可以看出，在生物炭和堆肥施入總質(zhì)量一致的情況下，堆肥施入質(zhì)量比的增加反而造成土壤有機(jī)質(zhì)含量的降低。

2.3 生物炭與堆肥不同模式對(duì)土壤無(wú)機(jī)態(tài)形態(tài)氮素含量的影響

無(wú)機(jī)態(tài)氮和有機(jī)態(tài)氮是土壤中氮素存在的兩大形態(tài)，土壤中存在的氣態(tài)氮不計(jì)入土壤氮素內(nèi)[6]。土壤中未與碳結(jié)合的含氮化合物包括銨態(tài)氮、亞硝態(tài)氮、硝態(tài)氮、氨態(tài)氯、氨氣及氣態(tài)氮氧化物，一般多指銨態(tài)氮和硝態(tài)氮。易被植物吸收的無(wú)機(jī)態(tài)氮是土壤微生物活動(dòng)的產(chǎn)物，無(wú)機(jī)態(tài)氮易揮發(fā)和流失，在土壤中的含量變化較大[7]。

如表3所示，同一處理下土壤中的銨態(tài)氮含量高于硝態(tài)氮含量，不同處理模式間土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量不同。不同處理間土壤銨態(tài)氮含量以處理6最低，硝態(tài)氮含量最低的為對(duì)照處理。根據(jù)表3土壤銨態(tài)氮的變化可知，生物炭和堆肥配施種植青菜對(duì)土壤銨態(tài)氮含量的積累在一定程度上具有促進(jìn)作用，以處理5土壤銨態(tài)氮含量最高，比對(duì)照處理增加50.6%。

由表3可知，生物炭和堆肥的混合施入有助于土壤硝態(tài)氮含量的增加。生物炭和堆肥不同處理模式的土壤硝態(tài)氮比處理1高4.0%～77.5%，其中處理5生物炭和堆肥質(zhì)量配比1 ∶ 3混合施入的土壤硝態(tài)氮含量最高，且與對(duì)照處理有顯著性差異。綜上所述，生物炭和堆肥的混施還田用作土壤改良劑可以減少土壤中硝態(tài)氮和銨態(tài)氮的淋失，能增強(qiáng)土壤保肥能力，促進(jìn)土壤對(duì)肥料養(yǎng)分的吸附能力，提高肥料利用率。

3 結(jié)論與討論

本試驗(yàn)結(jié)果表明，生物炭和堆肥配施對(duì)改善青菜物理性狀和青菜的產(chǎn)量增加具有促進(jìn)作用。生物炭和堆肥質(zhì)量配比為2 ∶ 1配施對(duì)促進(jìn)青菜株高增加最佳，生物炭和堆肥質(zhì)量配比3 ∶ 1混合施入可更有效地提高青菜生物量積累從而提高青菜產(chǎn)量，鮮質(zhì)量增加55.2%。

從收獲后土壤理化分析結(jié)果可以看出，生物炭和堆肥配施有助于維持土壤酸堿平衡，促進(jìn)土壤速效養(yǎng)分含量的積累和增加土壤有機(jī)質(zhì)含量，促進(jìn)土壤改良效果。生物炭和堆肥質(zhì)量比1 ∶ 1混合施入對(duì)土壤速效養(yǎng)分含量的增加效果最好。在生物炭和堆肥施入總質(zhì)量一致的情況下，生物炭施入質(zhì)量比的增加有助于土壤有機(jī)質(zhì)含量的提高，堆肥施入質(zhì)量比的增加反而造成土壤有機(jī)質(zhì)含量的降低。生物炭和堆肥質(zhì)量配比3 ∶ 1施入對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量的增加最顯著，可提高土壤有機(jī)質(zhì)含量124.7%。

生物炭和堆肥配施種植青菜對(duì)土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量的積累具有一定的促進(jìn)作用，與對(duì)照相比，生物炭和堆肥質(zhì)量比1 ∶ 3混合施入對(duì)提高土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的含量呈顯著性促進(jìn)作用，分別比對(duì)照處理增加50.6%和77.5%。生物炭和堆肥的配施能有效減少土壤中硝態(tài)氮和銨態(tài)氮的淋失，增強(qiáng)土壤保水保肥能力，提高肥料利用率，降低對(duì)農(nóng)田環(huán)境污染的風(fēng)險(xiǎn)。

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