不同生物炭用量對(duì)湘西植煙土壤養(yǎng)分的影響

宋 亮,任天寶,李 敏，周亞軍,楊永鋒，云 菲，劉國(guó)順*

(1.河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 煙草學(xué)院，河南 鄭州 450002； 2.廣東中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，廣東 廣州 510000)

不同生物炭用量對(duì)湘西植煙土壤養(yǎng)分的影響

宋 亮1,任天寶1,李 敏2，周亞軍1,楊永鋒1，云 菲1，劉國(guó)順1*

(1.河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 煙草學(xué)院，河南 鄭州 450002； 2.廣東中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，廣東 廣州 510000)

通過(guò)大田試驗(yàn)，設(shè)置不施肥(T1)，常規(guī)施肥(T2)，減氮5%、10%、15%、20%常規(guī)施肥基礎(chǔ)上施生物炭450(T3)、900(T4)、1 350(T5)、1 800(T6) kg/hm26個(gè)處理，研究生物炭對(duì)土壤養(yǎng)分的影響，以確定最適合湘西烤煙的生物炭用量。結(jié)果表明，隨著生物炭用量的增加，各生育時(shí)期土壤有機(jī)質(zhì)含量總體均呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)，施用生物炭處理有機(jī)質(zhì)含量均大于不施肥和常規(guī)施肥處理，總體以移栽后60 d時(shí)較大，此時(shí)T6處理有機(jī)質(zhì)含量最高，達(dá)37.83 g/kg，比不施肥處理增加24.72%，比常規(guī)施肥處理增加22.11%；與不施肥和常規(guī)施肥處理相比，施用生物炭可增加土壤堿解氮、速效磷和速效鉀含量，且其隨著生物炭用量增加先增加后降低，總體上，土壤堿解氮、速效磷含量均以T4、T3處理較高，速效鉀含量以T5處理效果最佳，T4處理次之；施用生物炭可以增加土壤pH值和C/N，且其均隨生物炭用量增加而增加，施用生物炭處理土壤pH值平均各生育時(shí)期分別比不施肥和常規(guī)施肥處理增加7.65%～13.75%和5.28%～11.25%。綜合分析，施用生物炭可提高土壤養(yǎng)分含量，以T4處理效果最好，適宜在產(chǎn)區(qū)進(jìn)行示范應(yīng)用。

生物質(zhì)炭； 植煙土壤； 碳氮比; 土壤特性

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

于2015年，在湖南省湘西州永順縣松柏鎮(zhèn)西元村(海拔800 m)進(jìn)行田間試驗(yàn)。試驗(yàn)田土壤類(lèi)型為水稻土，含有機(jī)質(zhì)18.14 g/kg、速效氮139.85 mg/kg、速效磷13.38 mg/kg、速效鉀230.73 mg/kg，pH值6.43。所用生物炭是由花生殼于450 ℃條件下低氧、炭化30 min制得，粉碎后過(guò)2 mm篩備用，含全氮2.3 g/kg、全碳524.1 g/kg、全磷6.5 g/kg、全鉀9.87 g/kg，pH值9.15。供試烤煙品種為當(dāng)?shù)刂髟云贩NK326。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)計(jì)6個(gè)處理，分別為不施肥(T1)，常規(guī)施肥(T2)，減氮5%、10%、15%、20%常規(guī)施肥基礎(chǔ)上施生物炭450(T3)、900(T4)、1 350(T5)、1 800(T6) kg/hm2。常規(guī)施肥總氮用量為 120 kg/hm2，N ∶P2O5∶K2O=1∶1.5∶2。生物炭和常規(guī)肥料作為底肥一次性施入，底肥施加后保持田間持水量平衡15 d后移栽。所有處理水肥管理與大田管理一致。

1.3 土壤樣品采集

試驗(yàn)地起壟前，采用五點(diǎn)取樣法，取各處理0～20 cm土樣，常溫避光條件下風(fēng)干、磨細(xì)、過(guò)篩，測(cè)土壤基礎(chǔ)肥力。在烤煙移栽后30、45、60、75、90 d，采用五點(diǎn)取樣法在煙壟上取兩株煙之間 0～20 cm土層土壤，常溫避光條件下風(fēng)干、磨細(xì)、過(guò)篩，進(jìn)行土壤堿解氮、速效磷、速效鉀、有機(jī)質(zhì)、全碳含量及pH值的測(cè)定。

1.4 測(cè)定項(xiàng)目及方法

堿解氮含量采用擴(kuò)散法測(cè)定，速效磷含量采用0.5 mol/L NaHCO3提取—鉬銻抗比色法測(cè)定，速效鉀含量采用乙酸銨浸提—火焰光度法測(cè)定，有機(jī)質(zhì)含量采用重鉻酸鉀比色法測(cè)定，pH值采用水土比2.5∶1浸提—酸度計(jì)法測(cè)定[11-15]。

1.5 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2010進(jìn)行處理，采用SPSS 17.0軟件進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同生物炭用量對(duì)植煙土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響

從圖1可以看出，隨著生物炭用量的增加，各生育時(shí)期土壤有機(jī)質(zhì)含量總體均呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)，施用生物炭處理有機(jī)質(zhì)含量均大于不施肥和常規(guī)施肥處理，總體以移栽后60 d時(shí)較大，此時(shí)T6處理有機(jī)質(zhì)含量最高，達(dá)37.83 g/kg，比不施肥處理增加24.72%，比常規(guī)施肥處理增加22.11%，說(shuō)明施用生物炭對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響比較大，可明顯增加土壤有機(jī)質(zhì)含量。此外，烤煙移栽后60 d，各處理有機(jī)質(zhì)含量開(kāi)始呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，尤其是T6處理，這可能與煙草碳氮代謝的轉(zhuǎn)變有關(guān)，由于施加氮素相對(duì)較少，后期土壤氮素水平較低，導(dǎo)致煙株由氮代謝向碳代謝的轉(zhuǎn)變提前，對(duì)碳的吸收增加，引起土壤有機(jī)質(zhì)含量迅速降低。

圖1 不同生物炭用量對(duì)植煙土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響

2.2 不同生物炭用量對(duì)植煙土壤堿解氮含量的影響

與不施肥和常規(guī)施肥處理相比，各生育時(shí)期施用生物炭處理土壤堿解氮含量均增加，總體以T4、T3處理較高(圖2)。移栽后30 d，施用生物炭各處理之間差異較小，可能是因?yàn)樯锾康奈阶饔脤?dǎo)致肥料釋放的滯后性；移栽后45 d，堿解氮含量達(dá)到第一個(gè)峰值，但隨生物炭用量增加，施用生物炭處理的堿解氮含量有所降低；移栽后60 d，除T6處理外，其他處理堿解氮含量均有所下降，可能是因?yàn)闊熤晏幱谕⑸L(zhǎng)時(shí)期，氮代謝較強(qiáng)，煙株大量吸收土壤中可利用氮素引起堿解氮含量降低；移栽后75～90 d，堿解氮含量又出現(xiàn)緩慢增加趨勢(shì)，可能與煙株碳氮代謝的轉(zhuǎn)變有關(guān)，堿解氮含量以T4處理最高，說(shuō)明適宜用量的生物炭對(duì)土壤氮素的吸收有促進(jìn)作用。

圖2 不同生物炭用量對(duì)植煙土壤堿解氮含量的影響

2.3 不同生物炭用量對(duì)植煙土壤速效磷含量的影響

由圖3可以看出，施用生物炭可以增加土壤速效磷含量，以T3、T4處理效果較好。隨著生育期的推進(jìn)，土壤速效磷被烤煙吸收，在移栽后60 d各處理土壤速效磷含量總體均降到最低；移栽后75～90 d，各生物炭處理的土壤速效磷含量又表現(xiàn)出增加趨勢(shì)，T4處理在移栽后75、90 d分別比移栽后60 d增加14.35%、17.91%，T3處理則分別增加9.5%、14.7%。上述結(jié)果說(shuō)明，適宜用量的生物炭對(duì)肥料有緩釋作用，在烤煙生育后期促進(jìn)了土壤速效磷含量的增加，但隨著生物炭用量的進(jìn)一步增加，對(duì)土壤速效磷的增加作用減弱。

圖3 不同生物炭用量對(duì)植煙土壤速效磷含量的影響

2.4 不同生物炭用量對(duì)植煙土壤速效鉀含量的影響

土壤速效鉀是指易被作物吸收利用的鉀，盡管速效鉀只占土壤全鉀的1%～2%，但由于能被當(dāng)季作物所吸收，對(duì)作物的鉀素營(yíng)養(yǎng)狀況有直接影響，其含量高低是判斷土壤鉀素豐缺的重要指標(biāo)。從圖4可以看出，施用生物炭對(duì)土壤速效鉀含量有明顯影響，與不施肥和常規(guī)施肥處理相比，施用生物炭處理在烤煙各生育時(shí)期均提高了土壤速效鉀含量。移栽后30 d，除不施肥處理T1外，各處理間差異并不大；從移栽后45 d起，隨煙株生育期的推進(jìn)，施用生物炭處理土壤速效鉀含量總體呈現(xiàn)增加趨勢(shì)。同一生育時(shí)期內(nèi)，各處理土壤速效鉀含量均隨著生物炭用量的增加先增加后降低，與煙株對(duì)養(yǎng)分的吸收規(guī)律一致，總體表現(xiàn)為T(mén)5處理效果最佳，T4處理次之。

圖4 不同生物炭用量對(duì)植煙土壤速效鉀含量的影響

2.5 不同生物炭用量對(duì)植煙土壤pH值的影響

生物炭主要以六碳環(huán)芳族化合物形式存在，它是由無(wú)序排列的芳香碳構(gòu)成的非晶質(zhì)，含有少量礦物質(zhì)和可揮發(fā)有機(jī)化合物，呈堿性，施加到土壤中可以增加土壤的pH值，具有改良酸化土壤的作用。湘西煙區(qū)降雨量較為豐沛，pH值介于5.5～7.0，土壤偏酸性。從圖5可以看出，土壤pH值隨生物炭用量增加而增加，且隨烤煙生育期的推進(jìn)總體呈增加趨勢(shì)。施用生物炭處理平均各生育時(shí)期土壤pH值分別比不施肥和常規(guī)施肥處理增加7.65%～13.75%和5.28%～11.25%。T6處理土壤pH值介于7.72～8.17，明顯改良了土壤酸度。

2.6 不同生物炭用量對(duì)土壤C/N的影響

從圖6可以看出，施用生物炭對(duì)增加土壤C/N有顯著作用，不施肥T1處理土壤C/N為10.50～12.99，常規(guī)施肥T2處理為11.51～14.45，施用生物炭處理為14.02～16.92。隨生物炭用量增加，土壤C/N呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，且與不施肥和常規(guī)施肥處理差異顯著(T3處理除外)。移栽后60 d，各生物炭處理與T1、T2處理相比差異尤為顯著，可能是因?yàn)闊熤晏幱谕⑸L(zhǎng)時(shí)期，碳氮代謝較強(qiáng)，從土壤中吸收大量的養(yǎng)分用于自身生長(zhǎng)發(fā)育及形態(tài)建成，導(dǎo)致土壤C/N下降，生物炭與氮肥配施處理由于生物炭固持的較多養(yǎng)分釋放到土壤中，使土壤C/N增加。

圖5 不同生物炭用量對(duì)植煙土壤pH值的影響

不同字母表示同一時(shí)期不同處理之間差異顯著(P<0.05)圖6 不同生物炭用量對(duì)植煙土壤C/N的影響

3 結(jié)論與討論

本研究結(jié)果表明，施用生物炭提高了土壤有機(jī)質(zhì)含量和pH值，提高幅度均隨生物炭施用量的增加而增加，這可能是因?yàn)樯锾勘旧砀缓罅坑袡C(jī)碳，施入土壤后與土壤中的有機(jī)質(zhì)產(chǎn)生激發(fā)效應(yīng)，從而提高了有機(jī)碳的礦化速率，這與Van等[16]、黃超等[17]的研究結(jié)果一致；各生物炭處理增加土壤pH值可能是因?yàn)樯锾縫H值較高，而湘西雨水較充足，土壤偏酸性，從而改變了土壤酸度。施用生物炭可增加土壤堿解氮、速效磷和速效鉀含量，且其隨著生物炭用量增加先增加后降低，這是因?yàn)樯锾孔顬橹匾墓δ苁亲鳛橥寥佬迯?fù)劑和驅(qū)使土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化，其次才是作為養(yǎng)分的主要來(lái)源[18]，生物炭作為肥料的緩釋載體以及土壤養(yǎng)分的“源”，存在一定的“度”，超過(guò)這個(gè)“度”后其激發(fā)效應(yīng)會(huì)受到影響，一定程度上限制土壤養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化；也有研究認(rèn)為是因?yàn)樯锾康奶嫉冗^(guò)高，施入土壤后降低了土壤養(yǎng)分的可利用性和氮素的有效性[19]，以及高pH值所致，具體原因還有待進(jìn)一步研究。本研究結(jié)果表明，土壤堿解氮、速效磷、速效鉀隨生物炭用量增加呈現(xiàn)出先增加后降低的趨勢(shì)，與曾愛(ài)等[15]的研究結(jié)果一致。

綜上，施用生物炭促進(jìn)了土壤有機(jī)碳的礦化，增加了土壤有機(jī)質(zhì)及速效養(yǎng)分含量，改善了土壤的酸度，使土壤碳氮比提高，為土壤微生物活動(dòng)提供了良好的條件，改善了土壤微生態(tài)環(huán)境。綜合分析，以T4處理效果最好，適宜在產(chǎn)區(qū)進(jìn)行示范應(yīng)用。

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Effects of Different Amounts of Biochar on Soil Nutrients of Flue-cured Tobacco in West Hunan

SONG Liang1,REN Tianbao1,LI Min2,ZHOU Yajun1,YANG Yongfeng1,YUN Fei1,LIU Guoshun1*

(1.College of Tobacco Science，Henan Agricultural University，Zhengzhou 450002,China;2.China Tobacco Guangdong Industrial Co.,Ltd.,Guangzhou 510000，China)

In order to determine the most suitable biochar dosage for flue-cured tobacco in West Hunan,a field experiment was conducted with different amounts of biochar[T1：no fertilizer，T2：conventional fertilization，T3—T6：450(T3)、900(T4)、1 350(T5)、1 800(T6) kg/ha biochar based on conventional fertilization with nitrogen amount reduced by 5%，10%，15%，20%].The results showed that on the whole,with the increase of biochar amount,the soil organic content increased,and the organic content order was T3—T6>T1,T2，the organic content was the highest at 60 d after transplanting,the organic content of T6 treatment was the highest with 37.83 g/kg at this time,which increased by 24.72%,22.11% compared with T1,T2 treatments.Compared with T1 and T2 treatments,the application of biochar increased soil available nitrogen,phosphorus and potassium contents,which first increased and then decreased with the increase of biochar amount,soil available nitrogen,phosphorus contents of T3 and T4 treatments were higher,available potassium content of T5 treatment was the best,followed by T4 treatment.The pH value and the ratio of carbon to nitrogen of soil were increased with the application amount of biochar,and the pH value increased by 7.65%—13.75% and 5.28%—11.25% compared with T1 and T2 treatments respectively. In short,the application of biochar could notably improve the soil nutrients,and T4 treatment worked best to application for demonstration in the region.

biochar; tobacco-planting soil; ratio of carbon to nitrogen; soil characteristics

2016-08-10

廣東中煙工業(yè)有限責(zé)任公司基金項(xiàng)目[粵煙工15XM-QK(2013)-01]

宋 亮(1991-)，男，吉林長(zhǎng)春人，在讀碩士研究生，研究方向：植物營(yíng)養(yǎng)與煙草栽培。 E-mail：1530498029@qq.com

*通訊作者：劉國(guó)順(1954-)，男，河南葉縣人，教授，主要從事煙草栽培生理生化研究。E-mail:liugsh1851@163.com

S158;S153.6

A

1004-3268(2017)02-0043-06