生物炭對(duì)砂糖桔葉果和土壤理化性狀的影響

蔣 惠，郭雁君，張小鳳，郭麗英，彭抒昂，姜存?zhèn)}，吉前華*

1. 肇慶學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院，廣東 肇慶 526061；2. 華中農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝林學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430070；3. 華中農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，湖北 武漢430070

生物炭對(duì)砂糖桔葉果和土壤理化性狀的影響

蔣 惠1，郭雁君1，張小鳳1，郭麗英1，彭抒昂2，姜存?zhèn)}3，吉前華1*

1. 肇慶學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院，廣東 肇慶 526061；2. 華中農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝林學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430070；3. 華中農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，湖北 武漢430070

通過田間試驗(yàn)，開展生物炭對(duì)砂糖桔（Citrus reticulate Blanco cv. Shatangju）園土壤理化性質(zhì)和葉片養(yǎng)分及果實(shí)產(chǎn)量品質(zhì)的影響研究，以期為生物炭在砂糖桔園的培肥改土及合理農(nóng)用方面提供理論依據(jù)。以10年生砂糖桔為試材，于2014—2015年在廣東云浮采用溝施生物炭的方法，設(shè)置6個(gè)處理，分別施加0（CK）、1.2（T1）、2.4（T2）、3.6（T3）、4.8（T4）、6.0（T5） kg·plant-1生物炭，每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)，1個(gè)重復(fù)2株樹，隨機(jī)排列。收獲后分析土壤理化性質(zhì)和葉片養(yǎng)分，比較各處理果實(shí)產(chǎn)量和品質(zhì)。結(jié)果表明：砂糖桔園施生物炭可顯著降低土壤容重，提高土壤含水量、田間持水量、毛管孔隙度；施用生物炭能顯著提高土壤pH值和有機(jī)質(zhì)，且隨著施用量增加而升高，生物炭處理pH值提高1.72～2.49個(gè)單位，T1、T2、T3、T4和T5有機(jī)質(zhì)含量分別比對(duì)照增加93.76%、151.99%、201.53%、254.21%和465.24%；施用生物炭可以提升土壤中堿解氮、有效磷、速效鉀、交換性鈣、交換性鎂、有效鋅、有效硼和CEC含量，還可不同程度提高砂糖桔產(chǎn)量，改善果實(shí)品質(zhì)，當(dāng)施炭量為2.4 kg·plant-1和3.6 kg·plant-1時(shí)，產(chǎn)量分別比CK提高了153.68%和163.84%，果實(shí)品質(zhì)也優(yōu)于其他處理。因此，砂糖桔園施用生物炭對(duì)土壤理化性質(zhì)和葉片營(yíng)養(yǎng)及果實(shí)產(chǎn)量品質(zhì)有較大影響，且不同生物炭用量間存在較大差異，當(dāng)施炭量為2.4 kg·plant-1和3.6 kg·plant-1時(shí)，對(duì)土壤理化性質(zhì)、葉片營(yíng)養(yǎng)、果實(shí)產(chǎn)量和品質(zhì)等方面的改善效果最好。

生物炭；柑桔園；土壤理化性質(zhì)；葉片養(yǎng)分；產(chǎn)量；品質(zhì)

廣東省西江流域柑桔產(chǎn)業(yè)帶（肇慶市和云浮市）是中國(guó)砂糖桔（Citrus reticulate Blanco cv.Shatangju）原產(chǎn)地，也是砂糖桔的主產(chǎn)區(qū)。酸性紅壤是該地區(qū)的主要土壤類型，桔園土壤普遍偏酸，有機(jī)質(zhì)含量低，土壤貧瘠，肥效低下，經(jīng)常缺乏鈣、鎂等元素，從而使砂糖桔果園出現(xiàn)大面積葉片黃化現(xiàn)象（蔣惠等，2015）。目前果農(nóng)大多利用石灰進(jìn)行改良，但大量或長(zhǎng)期施用石灰會(huì)引起土壤板結(jié)，有損土壤有益微生物、降低土壤有機(jī)碳，而且易引起土壤鈣、鉀、鎂等元素的平衡失調(diào)，土壤容易返酸（張祥等，2013a）。

桔園每年都有大量枝條被修剪下來，這些枝條除了被當(dāng)作柴禾燃燒外，大部分都堆放在果園內(nèi)或路旁，不僅影響果園環(huán)境，浪費(fèi)有機(jī)資源，還可能成為病蟲害傳播及引發(fā)火災(zāi)的隱患。合理利用果樹枝條，已成為果園管理和研究的重要內(nèi)容之一。生物炭是目前國(guó)際上的一個(gè)研究熱點(diǎn)，是有機(jī)物料資源化利用的途徑之一。它是由秸稈、稻殼、竹木和動(dòng)物糞便等農(nóng)業(yè)固體廢棄物在高溫厭氧條件下熱解產(chǎn)生的一類穩(wěn)定、難溶芳香化固態(tài)物質(zhì)，呈堿性，且具有多孔性。將生物炭作為土壤改良劑還田，效果突出（Glaser，1998）。相關(guān)研究表明，生物炭可以提高土壤保水、保肥能力，降低養(yǎng)分淋溶及固定損失，促進(jìn)植物對(duì)養(yǎng)分的吸收，改善土壤物理性質(zhì)，提高肥料利用率，為土壤有益生物提供庇護(hù)場(chǎng)所，在多數(shù)作物表現(xiàn)出促進(jìn)生長(zhǎng)發(fā)育的作用，并能夠規(guī)避使用石灰造成的弊端等（Laird et al.，2010；Magrini-Bair et al.，2009；陳溫福等，2013；王典等，2012；張祥等，2013b）。潘全良等（2017）通過連續(xù)6年微區(qū)定位試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)生物炭比秸稈還田和施豬廄肥更能有效地降低土壤容重、提高田間持水量、增大毛管孔隙度。杜國(guó)棟等（2016）發(fā)現(xiàn)，生物炭能夠減緩干旱脅迫下土壤水分損耗，提高秋子梨（Pyrus ussuriensis）植株對(duì)干旱脅迫的適應(yīng)能力。陳偉等（2013）研究發(fā)現(xiàn)，果園土壤中添加 3%和6%生物炭，使平邑甜茶（Malus hupehensis）根系的吸收根表面積高于對(duì)照3倍以上。張祥等（2013a）通過盆栽試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，生物炭對(duì)酸性紅壤有明顯改良作用，能夠提高土壤pH值、有機(jī)碳和速效鉀含量，增強(qiáng)保肥能力，增大臍橙苗莖粗，與底肥配施還可提高抽梢批次和葉片總量。盆栽條件下，郭昌勛（2016）同樣發(fā)現(xiàn)，施加 3%和 5%的生物炭能夠顯著促進(jìn)柑橘幼苗枳的生長(zhǎng)勢(shì)，增強(qiáng)光合作用，提升生物量的積累，提升土壤pH、SOC和速效礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素的含量。朱盼等（2016）通過模擬降水發(fā)現(xiàn)，生物炭不僅能使土壤中速效鉀和速效磷含量提高，且能夠減少土壤中鉀和磷的淋出率。張玲等（2015）研究發(fā)現(xiàn)施用生物炭可提高蘋果園土壤含水量，土壤速效氮、速效磷、速效鉀含量，葉片全氮、全磷、全鉀含量。

可見近些年國(guó)內(nèi)外有關(guān)生物炭的研究逐漸增多，但主要是針對(duì)生物炭的自身特性、環(huán)境行為和效應(yīng)等，且大多為盆栽模擬試驗(yàn)，雖然有關(guān)其對(duì)田間作物產(chǎn)量和品質(zhì)方面的影響已有報(bào)道，但多集中在小麥（Triticum aestivum）、玉米（Zea mays）、水稻（Oryza sativa）、蘿卜（Raphanus sativus）和番茄（Lycopersicon esculentum）等農(nóng)作物（Novak et al.，2009；Van et al.，2010；房彬等，2014；勾芒芒等，2013），目前生物炭在大田柑桔上的應(yīng)用研究較少，尤其有關(guān)中國(guó)特有的地方柑橘品種砂糖桔的研究未見報(bào)道。本研究以修剪下來的砂糖桔枝條為原料，炭化處理后，將其施用在大田砂糖桔園，以探討生物炭對(duì)桔園土壤和葉片營(yíng)養(yǎng)以及果實(shí)產(chǎn)量、品質(zhì)等方面的影響，以期為果園廢棄物資源化利用和生物炭的培肥改土、合理農(nóng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)時(shí)間、地點(diǎn)

試驗(yàn)于 2014—2015年在廣東省云浮市云安區(qū)南盛鎮(zhèn)上貢嶺村（22°53'N，112°3'E，高度363.9 m，山坡地，坡度 25°）進(jìn)行，屬南亞熱帶季風(fēng)氣候，雨量充沛、陽光充足，氣候溫和，年平均氣溫20～21.5 ℃，最高達(dá)36 ℃，最低6 ℃，年均降雨量為1418～1705 mm。

1.2 試驗(yàn)材料

供試對(duì)象為 10年生砂糖桔樹，酸桔砧，樹勢(shì)基本一致，行株距2.5 m×2.5 m。試驗(yàn)園粘性紅壤土，0～40 cm 土層土壤速效磷 23.09 mg·kg-1，堿解氮110.61 mg·kg-1，速效鉀 153.61 mg·kg-1，有機(jī)質(zhì) 20.71 g·kg-1，pH 4.6，CEC 6.28 cmol·kg-1。以修剪柑桔枝條為原料，在炭化爐（獅子山牌，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院提供）500～550 ℃缺氧情況下熱解8 h制備生物炭，過20目篩，其主要性狀如下：pH 8.68，全氮 17.38 g·kg-1，全磷 3.67 g·kg-1，全鉀 7.27 g·kg-1，有機(jī)碳 389.56 g·kg-1。

1.3 試驗(yàn)方法

設(shè)置6個(gè)生物炭試驗(yàn)處理，分別施加0（CK）、1.2（T1）、2.4（T2）、3.6（T3）、4.8（T4）和 6（T5）kg·plant-1生物炭，每個(gè)處理重復(fù)3次，每個(gè)重復(fù)種植2株砂糖桔，小區(qū)四周設(shè)置空白處理的果樹為保護(hù)行。于2014年6月，在樹滴水線處，分別從南北方向各挖1條長(zhǎng)80 cm、寬30 cm、深30 cm施肥溝，將生物炭與土混勻后施入（對(duì)照僅挖施肥溝，土回填）。試驗(yàn)處理除施生物炭外，水肥藥管理同果園常規(guī)管理，全年撒施復(fù)合肥（17-17-17）2次，每次每株施400 g，施肥時(shí)間為4月上旬和7月中旬，全年噴藥7次。

于果實(shí)成熟期（2015年12月25日）從每株樹的施炭處隨機(jī)選取2處，均勻采集0～30 cm土層土壤，每個(gè)重復(fù)小區(qū)土壤混勻，四分法對(duì)角留取0.5 kg土壤樣品。在樹冠中部外側(cè)的4個(gè)方位采集生長(zhǎng)中等的當(dāng)年生營(yíng)養(yǎng)春梢頂部向下第2～4葉完整無病蟲葉，每個(gè)方向采3片葉子，同一重復(fù)小區(qū)24片葉樣混合后裝入塑料袋帶回實(shí)驗(yàn)室，測(cè)定養(yǎng)分含量；果實(shí)成熟時(shí)，于每株樹樹冠中上部外圍4個(gè)方向隨機(jī)各取3個(gè)，共12個(gè)砂糖桔，按照重復(fù)進(jìn)行單果重和品質(zhì)測(cè)定，單株測(cè)產(chǎn)。

1.4 樣品測(cè)定方法

土壤樣品：土壤含水量采用烘干法測(cè)定；田間持水量采用威爾科克斯法測(cè)定；容重采用環(huán)刀法測(cè)定（杜森等，2006）。pH值測(cè)定采用電位法(土水比為1∶2.5) ；有機(jī)質(zhì)測(cè)定采用油浴加熱重鉻酸鉀氧化容量法；陽離子交換量（CEC）測(cè)定采用EDTA-乙酸銨交換法；速效氮測(cè)定采用堿解擴(kuò)散法；速效磷測(cè)定采用氟化銨-鹽酸浸提鉬銻抗比色法；速效鉀測(cè)定采用中性醋酸銨浸提火焰光度法；交換性鈣和交換性鎂測(cè)定采用醋酸銨浸提原子吸收分光光度法；有效鋅測(cè)定采用DTPA浸提原子吸收光度法；有效硼測(cè)定采用沸水浸提姜黃素比色法（鮑士旦，2005）。標(biāo)準(zhǔn)土壤樣品為 GBW07417a（ASA-6a），廣東水稻土。

葉片樣品：全氮測(cè)定采用 H2SO4-H2O2消化凱氏定氮法；全磷測(cè)定采用 H2SO4-H2O2消化鉬銻抗比色法；全鉀測(cè)定采用 H2SO4-H2O2消化火焰光度法；全鈣、全鎂和全鋅測(cè)定采用干灰化-稀鹽酸溶解原子吸收分光光度法；全硼測(cè)定采用干灰化-稀鹽酸溶解姜黃素比色法（鮑士旦，2005）。

果實(shí)樣品：果實(shí)均勻度以中果（直徑 36.5～42 mm）所占比例進(jìn)行判定（王兆兵等，2012），果皮的色差值de、亮度值L、紅色度a和黃色度b值采用Minolta CR-300型全自動(dòng)測(cè)色色差計(jì)進(jìn)行測(cè)定，以白板為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行顏色值校正，每個(gè)果實(shí)于果實(shí)赤道面測(cè)2個(gè)點(diǎn)。果形指數(shù)為果實(shí)縱徑、橫徑比值；果皮厚度用游標(biāo)卡尺以赤道線橫斷面為準(zhǔn)測(cè)量；可溶性固形物含量采用RA-250WE數(shù)顯糖度計(jì)（日本KEM公司）測(cè)量；可滴定酸含量用NaOH中和滴定法測(cè)定（GB/T 12456—2008）；還原糖和總糖采用 3, 5-二硝基水楊酸比色法測(cè)定（NY/T 2742—2015；李合生，2000）；維生素C含量采用2, 6-二氯酚靛酚滴定法測(cè)定（GB/T 6195—1986）。

1.5 數(shù)據(jù)分析

運(yùn)用Excel 2007進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，SAS 9.0進(jìn)行單因素方差分析，不同處理之間多重比較采用Duncan新復(fù)極差方法，顯著性水平P=0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施用量生物炭對(duì)桔園土壤物理性質(zhì)的影響

如表1所示，施用生物炭處理的容重始終比對(duì)照處理低，這說明施加生物炭可以顯著降低土壤容重，且隨著生物炭施用量增加而逐漸降低。其中T1、T2、T3、T4和T5處理土壤容重與對(duì)照相比分別降低7.55%、13.21%、18.22%、22.56%和26.12%。

施用生物炭對(duì)土壤含水量、田間持水量和毛管孔隙度影響規(guī)律具有一致性，隨著生物炭施用量比例的增加，三者均顯著提高。與對(duì)照相比，T1、T2、T3、T4和T5處理的土壤含水量分別提高了12.74%、25.84%、32.07%、40.93%和 47.31%，田間持水量分別提高了 17.28%、28.10%、39.15%、53.93%和67.08%，毛管孔隙度分別提高 8.75%、11.42%、14.10%、19.56%和 23.61%。由此表明，施用生物炭能夠疏松土壤、提高土壤保水性，可作為降低紅壤土質(zhì)黏重障礙的重要措施。

2.2 不同施用量生物炭對(duì)桔園土壤化學(xué)性質(zhì)的影響

表1 不同施用量生物炭處理土壤物理性質(zhì)的變化Table1 Changes of soil physical properties with different amounts of biochar amendments

表2 不同施用量生物炭處理土壤化學(xué)性質(zhì)的變化Table2 Changes of soil chemical properties with different amounts of biochar amendments

生物炭處理的土壤pH值始終比對(duì)照處理高，說明生物炭能顯著提高土壤 pH，且隨著生物炭施用量增加而升高，處理間變化較顯著。T1、T2、T3、T4和T5處理土壤pH分別達(dá)到6.54、6.86、7.13、7.27、7.31，與對(duì)照相比分別升高1.72、2.04、2.31、2.45和2.49（見表2）。這表明生物炭對(duì)土壤酸化改良具有明顯效果。

施用生物炭后，土壤有機(jī)質(zhì)含量隨生物炭施用比例的增加而顯著提高，各處理間變化顯著，較大施用量條件下土壤有機(jī)碳含量增幅較為明顯。T1、T2、T3、T4和T5處理土壤有機(jī)質(zhì)與對(duì)照相比分別增加 93.76%、151.99%、201.53%、254.21%和465.24%（見表2）。說明生物炭的施用對(duì)土壤有機(jī)碳含量的提高有顯著的作用。生物炭的施用不僅提高了土壤肥力，而且有效抑制了碳排放，實(shí)現(xiàn)了節(jié)水保肥與固碳減排的綜合效應(yīng)。

增施生物炭使收獲后土壤堿解氮、有效磷、速效鉀的含量均顯著提高。堿解氮、有效磷隨著生物炭施用量增加而逐漸升高，處理間變化較顯著；速效鉀含量隨著生物炭施用量的增加呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢(shì)，當(dāng)施炭量低于3.6 kg·plant-1時(shí)，速效鉀含量隨著生物炭施用量增加而逐漸升高，而當(dāng)施炭量大于3.6 kg·plant-1時(shí)，其隨施用量增加呈逐漸降低趨勢(shì)（見表2）。這表明生物炭可提高紅壤土對(duì)氮、磷、鉀的吸附保持作用，有利于滿足柑橘整個(gè)生長(zhǎng)期對(duì)養(yǎng)分的需求。

增施生物炭后，土壤交換性鈣、交換性鎂、有效鋅和有效硼含量均顯著提高。當(dāng)施用量低于 2.4 kg·plant-1時(shí)，交換性鈣、交換性鎂、有效鋅含量隨生物炭施用量增加而逐漸升高，而當(dāng)施炭量大于2.4 kg·plant-1時(shí)，其隨著施用量增加而逐漸降低；有效硼含量變化趨勢(shì)與速效鉀一致（見表2）。

增施生物炭后，CEC始終比對(duì)照處理高，這說明生物炭可以顯著提高土壤的 CEC。當(dāng)施炭量為2.4 kg·plant-1時(shí)，CEC 最大，為 10.08 cmol·kg-1，比對(duì)照提高25.95%（見表2）。

2.3 不同施用量生物炭對(duì)柑桔葉片養(yǎng)分含量的影響

如表3所示，施用生物炭后，葉片氮含量均降低，T2、T3和T4生物炭處理與對(duì)照差異顯著。磷含量也呈降低趨勢(shì)，但各處理間差異不顯著。鉀含量也顯著降低，當(dāng)施炭量為3.6 kg·plant-1時(shí)，鉀含量最低，為7.42 g·kg-1，比對(duì)照減少了21.31%。鈣、鎂和硼含量也呈下降趨勢(shì)，當(dāng)施炭量為2.4 kg·plant-1時(shí)，與對(duì)照差異顯著，含量最低，分別為23.08 g·kg-1、2.31 g·kg-1和 43.60 mg·kg-1，分別比對(duì)照降低11.71%、17.5%和26.46%。生物炭可顯著提高葉片中鋅含量，T1、T2、T3、T4和T5處理鋅含量分別提高了 111.19%、111.95%、117.04%、112.08%和107.19%。

2.4 不同施用量生物炭對(duì)柑桔產(chǎn)量、生長(zhǎng)發(fā)育及果實(shí)品質(zhì)的影響

如圖1所示，施用生物炭單株產(chǎn)量均高于對(duì)照組，表明添加生物炭有利于柑桔產(chǎn)量的提高。單株產(chǎn)量隨著生物炭用量的增加而提高，其中 T2、T3和T4處理與對(duì)照差異顯著，分別提高了153.68%、163.84%和142.24%，但三者間差異不顯著，從提高作物產(chǎn)量角度考慮，2.4 kg·plant-1生物炭施用量是最適宜的。

圖1 不同施用量生物炭處理砂糖桔產(chǎn)量的變化Fig.1 Changes of Shatangju yield with different amounts of biochar amendments

砂糖桔中型果實(shí)的賣價(jià)高且貯藏效果好，有利于保持果實(shí)的營(yíng)養(yǎng)與風(fēng)味。如表4所示，施用不同比例生物炭均可顯著提高砂糖桔中果所占比例，與對(duì)照相比，T1、T2、T3、T4和T5中果數(shù)所占比例分別增加了 48.48%、30.30%、24.24%、36.36%和27.27%；施用生物炭可減小果皮厚度，其中，T2和T3處理與對(duì)照差異顯著，分別減小了0.31 mm和0.25 mm；但對(duì)單果重、果形指數(shù)無明顯影響。

表3 不同施用量生物炭處理葉片養(yǎng)分含量的變化Table3 Changes of leaf nutrient contents with different amounts of biochar amendments

表4 不同施用量生物炭處理柑桔果實(shí)生長(zhǎng)發(fā)育的變化Table4 Changes of fruit growth with different amounts of biochar amendments

不同生物炭施用量對(duì)砂糖桔果皮色澤的影響如表5所示，施用不同比例生物炭均可顯著改善砂糖桔果實(shí)的著色（de），增大紅色度 a值，但效果不顯著，對(duì)黃色度b值、果面亮度（L）和a/b值影響亦不明顯。

由表6可知，施用生物炭可不同程度提高砂糖桔固酸比、總糖、還原糖、可食率、含水率，降低可滴定酸含量；除個(gè)別處理外，施用生物炭也可不同程度提高可溶性固形物含量、維生素C含量、出汁率。其中，當(dāng)施炭量為 2.4 kg·plant-1和 3.6 kg·plant-1時(shí)，果實(shí)品質(zhì)優(yōu)于其他處理，與對(duì)照相比，可溶性固形物含量分別提高了4.96%和 5.79%，可滴定酸分別降低了16.67%和8.33%，固酸比分別提高了24.48%和15.24%，維生素C含量分別提高了13.30%和 18.18%，總糖分別提高了 11.36%和13.21%，還原糖分別提高了7.37%和22.35%，可食率分別提高了2.96%和3.79%，出汁率分別提高了8.96%和5.86%，含水率分別提高了0.52%和0.63%。這表明適量施用生物炭在提高果實(shí)品質(zhì)方面具有較明顯的效果。

3 討論

本研究比較了施不同比例生物炭對(duì)土壤理化性質(zhì)、葉片營(yíng)養(yǎng)及砂糖桔產(chǎn)量與品質(zhì)的影響。結(jié)果表明，施用生物炭后柑桔園0～30 cm土層土壤容重顯著降低，土壤含水量、田間持水量和毛管孔隙度顯著提高，且隨著生物炭施用量增加而逐漸變化，這與前人研究結(jié)果一致（戰(zhàn)秀梅等，2015；曾愛等，2013；Glaser，1998；王成己等，2012；李昌見等，2014）。這是由生物炭物理特性決定的，生物炭具多微孔和較大的比表面積，其密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于土壤（Spokas et al.，2009）；較大的吸附力促使土壤團(tuán)聚體的形成，加之生物炭本身具有較強(qiáng)的親水性，因此生物炭施入土壤后可使土壤容重降低，增大毛管孔隙度，改善土壤結(jié)構(gòu)，使其保持更多的水分、空氣和養(yǎng)分，對(duì)農(nóng)業(yè)水土環(huán)境和作物生長(zhǎng)產(chǎn)生積極的影響（戰(zhàn)秀梅等，2015；朱盼等，2015a；Downie et al.，2009）。生物炭的高穩(wěn)定性還能在土壤中長(zhǎng)期保持，持續(xù)改良土壤結(jié)構(gòu)。

本試驗(yàn)中，田間施用生物炭能顯著提高土壤pH值、有機(jī)質(zhì)含量、堿解氮、有效磷、速效鉀、交換性鈣、交換性鎂、有效鋅、有效硼和CEC，已有大量盆栽模擬試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)類似規(guī)律并對(duì)相關(guān)原因進(jìn)行分析（張祥等，2013a；趙倩雯等，2015；Kimetu et al.，2010；高海英等，2012；韓光明等，2012；張晗芝等，2010；張祥等，2013c；朱盼，2015b），但未對(duì)施炭量進(jìn)行完整設(shè)計(jì)。本研究發(fā)現(xiàn)，施加1.2～6 kg·plant-1生物炭后可使 pH 值提高 1.72～2.49個(gè)單位，當(dāng)施炭量超過 3.6 kg·plant-1時(shí)，土壤 pH值大于 7，已不利于砂糖桔生長(zhǎng)。本試驗(yàn)條件下，pH值、有機(jī)質(zhì)含量、堿解氮和有效磷隨施炭量的增加而增加，而速效鉀、交換性鈣、交換性鎂、有效鋅、有效硼和CEC僅當(dāng)施炭量大于2.4 kg·plant-1時(shí)，隨著施用量的增加呈逐漸降低趨勢(shì)。因此，生物炭在大田中的施用量需根據(jù)土壤、品種、樹齡等進(jìn)行研究和評(píng)估才能確定，并不是用量愈大，效果愈好。本試驗(yàn)條件下，施用 2.4～3.6 kg·plant-1生物炭對(duì)土壤的改良效果最好。

生物炭在提高作物對(duì)養(yǎng)分的吸收方面也有一定影響，有研究表明生物炭的應(yīng)用可提高作物對(duì)土壤氮、磷、鉀等養(yǎng)分的吸收量，且隨著生物炭用量的增加而增加，但當(dāng)超過一定量時(shí)，反而抑制作物對(duì)養(yǎng)分的吸收（Chan et al.，2008；李曉等，2014）。本試驗(yàn)結(jié)果表明，與對(duì)照處理相比，施用生物炭砂糖桔葉片氮、磷、鉀、鈣、鎂和硼含量降低，這與張祥等（2013a）研究結(jié)果一致。其原因可能是增施生物炭后提高了土壤養(yǎng)分效率，進(jìn)而提高作物吸收養(yǎng)分的效率，植株的生物量和掛果量增大，光合作用產(chǎn)生的碳水化合物增加同時(shí)養(yǎng)分發(fā)生轉(zhuǎn)移，使葉片養(yǎng)分出現(xiàn)稀釋效應(yīng)，元素含量下降。

表5 不同生物炭施用量下柑桔果皮色澤的變化Table5 Changes of fruit color and luster with different amounts of biochar amendments

表6 不同生物炭施用量下柑桔果實(shí)品質(zhì)的變化Table6 Changes of fruit quality with different amounts of biochar amendments

施加生物炭提高了砂糖桔的產(chǎn)量和品質(zhì)。前人研究（戰(zhàn)秀梅等，2015；勾芒芒等，2013；張娜等，2014；房彬等，2014）表明，施用生物炭可以改良土壤理化性質(zhì)，提高磷、鉀、鈣和鎂等養(yǎng)分元素的有效性，顯著促進(jìn)作物生長(zhǎng)，增加作物地上部干物質(zhì)的積累量，提高作物產(chǎn)量，但對(duì)作物品質(zhì)方面的影響，少有提及。本試驗(yàn)也證明了生物炭在砂糖桔生產(chǎn)上的應(yīng)用效果，施用不同比例生物炭均可不同程度提高砂糖桔產(chǎn)量，還發(fā)現(xiàn)，施用不同比例生物炭能提高中果所占比例，改善果實(shí)的著色，減小果皮厚度，增加果實(shí)固酸比、維生素C含量、總糖、還原糖、可食率、含水率，降低可滴定酸含量；除個(gè)別處理外，也可不同程度提高可溶性固形物含量、維生素C含量、出汁率。

一般認(rèn)為，生物炭對(duì)作物生長(zhǎng)和產(chǎn)量品質(zhì)的影響與生物炭施用量和土壤性質(zhì)等諸多因素有關(guān)。Asai et al（2009）研究發(fā)現(xiàn)，水稻產(chǎn)量隨生物炭用量的增加而增加，但當(dāng)生物炭施用量達(dá)16 t·hm-2時(shí)，水稻因氮素缺乏其產(chǎn)量不再增加。Vaccari et al.（2001）進(jìn)行的砂壤土盆栽試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)生物炭施用量為 30 t·hm-2和 60 t·hm-2時(shí)，黑麥草（Lolium perenne）生物量分別較不施生物炭處理增加20%和52%，但當(dāng)生物炭施用量增至100 t·hm-2和200 t·hm-2時(shí)，其生物量反而較對(duì)照降低。本試驗(yàn)中，隨著生物炭施用量的增加，砂糖橘產(chǎn)量和品質(zhì)呈先提高后降低趨勢(shì)，當(dāng)施炭量為 2.4 kg·plant-1和 3.6 kg·plant-1時(shí)，果實(shí)產(chǎn)量和品質(zhì)優(yōu)于其他處理。這可能與生物炭用量對(duì)土壤理化性質(zhì)，砂糖桔養(yǎng)分的吸收利用效率的影響和砂糖桔生長(zhǎng)習(xí)性有關(guān)，從結(jié)果看，在生物炭施用量為2.4～3.6 kg·plant-1時(shí)，土壤酸堿度（柑橘生長(zhǎng)最適pH值在5.5～6.5之間）、有機(jī)質(zhì)含量、大中微量元素含量和葉片中的元素含量均適宜砂糖桔的生長(zhǎng)和發(fā)育。

4 結(jié)論

將廢棄的砂糖桔樹枝條炭化處理后還田，有利于改善桔園酸性紅壤理化性質(zhì)，尤其可顯著降低土壤容重，提高土壤含水量、田間持水量、孔隙度、pH值和有機(jī)質(zhì)以及土壤中氮、磷、鉀、鈣、鎂和硼等多種礦質(zhì)養(yǎng)分，進(jìn)而提高砂糖桔產(chǎn)量以及品質(zhì)，特別是可提高中果所占比例、固酸比、總糖、還原糖、可食率、含水率，降低可滴定酸含量，改善果實(shí)的著色（de）。本試驗(yàn)中，當(dāng)砂糖桔園田間施用 2.4 kg·plant-1和 3.6 kg·plant-1生物炭時(shí)，其土壤理化性質(zhì)、葉片營(yíng)養(yǎng)及果實(shí)產(chǎn)量和品質(zhì)等方面的改善效果最好。

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Effects of Biochar on Leaf, Fruit and Soil Physicochemical Properties in Citrus reticulate Blanco cv .Shatangju Orchard

JIANG Hui1, GUO Yanjun1, ZHANG Xiaofeng1, GUO Liying1, PENG Shuang2, JIANG Cuncang3, JI Qianhua1*
1. College of Life Science, Zhaoqing university, Zhaoqing 526061, China;2. College of Resource and Environment, Huazhong Agricultural University, Wuhan 430070, China;3. College of Horticulture and Forestry Sciences, Huazhong Agricultural University, Wuhan 430070, China

The effects of biochar on physical and chemical properties of soil and leaf compositions and fruit quality of citrus orchard(Citrus reticulate Blanco cv. Shatangju) were studied in a field trial in 2014—2015, in order to provide a theoretical basis for the fertilizer modification and reasonable agricultural usage of biochar in citrus orchard field. In this study, Shatangju trees of ten years old were treated with different amounts of biochar: 0(control), 1.2(T1), 2.4 (T2), 3.6 (T3), 4.8(T4) and 6.0(T5) kg·plant-1,respectively (three batches of independent experiments, with each condition using two trees). After harvest, the soil physicochemical properties, leaf compositions, fruityield and fruit quality were characterized. The results showed biochar significantly reduced soil weight, while increased soil moisture content and capillary porosity. Biochar also helped to increase pH value significantly, with the value increased by 1.72～2.49 for T1 to T5 over the control, and organic matter, were also enhanced as well with the application of biochar. Biochar application also increased organic matter, and there weresignificant changes in each treatment. T1, T2, T3, T4 and T5, were improved by 93.76%, 151.99%, 201.53%, 254.21% and 465.24% compared with the control, respectively. The contents of alkali solution nitrogen (SAN), available phosphorus (SAP), available potassium (SAK), exchangeable calcium (Exc-Ca),exchangeable magnesium (Exc-Mg), available zinc (Avail. Zn), available boron (Avail. B) and cation exchange capacity(CEC), were also enhanced as well with the application of biochar. In addition, applying biochar could improve the yield and fruit quality of citrus orchard. When the amounts of biochar was 2.4 and 3.6 kg·plants-1, the yield of sugar orange was increased by 153.68% and 163.84%respectively compared with the control, and the fruit quality was also higher than other treatments. Therefore, application of biochar can enhance soil physical and chemical properties, leaf nutrition, fruit yield and quality. In particular, it works best when the amounts of biochar is 2.4 and 3.6 kg·plants-1.

biochar; citrus orchard; soil physicochemical properties; leaf nutrient; yield; quality

10.16258/j.cnki.1674-5906.2017.12.009

S156; X171.4

A

1674-5906（2017）12-2057-07

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公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項(xiàng)（201303095）；現(xiàn)代農(nóng)業(yè)（柑桔）產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)（CARS-27）；肇慶學(xué)院柑桔產(chǎn)業(yè)技術(shù)應(yīng)用與創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)建設(shè)項(xiàng)目

蔣惠（1986年生），女，碩士，從事果樹養(yǎng)分管理與栽培研究。E-mail: jianghui_042@163.com

*通信作者：吉前華（1972年生），女，教授，從事果樹學(xué)研究和生物學(xué)教學(xué)工作。E-mail: qhgee@163.com

2017-09-22