生物質炭對黃瓜連作土壤理化性狀、酶活性及土壤質量的持續(xù)效應

韓召強，陳效民*，曲成闖，張曉玲，張 俊，黃春燕，劉云梅

（1 南京農業(yè)大學資源與環(huán)境科學學院，江蘇南京 210095；2 如皋市農業(yè)科學研究所，江蘇如皋 226500）

隨著我國現(xiàn)代農業(yè)的不斷發(fā)展，商品化設施蔬菜栽培面積逐年增加并呈規(guī)?；l(fā)展趨勢，然而由于土壤和氣候條件的限制及種植習慣等原因，蔬菜連作障礙發(fā)生日益嚴重。黃瓜 (Cucumis sativus L.) 作為我國設施農業(yè)生產(chǎn)中的主要蔬菜作物之一，在市場經(jīng)濟驅動下的商品化設施生產(chǎn)中普遍存在施肥不合理、復種指數(shù)過高、栽培種類單一等問題，造成土壤物理性質變劣、土壤養(yǎng)分失衡、土壤微生物學性質惡化、蔬菜產(chǎn)量和品質下降等連作障礙現(xiàn)象普遍發(fā)生[1]。不同連作障礙現(xiàn)象發(fā)生原因差別很大，但主要來自于土壤，尤其是土壤理化性質的變劣及土壤微生物多樣性失衡是造成作物產(chǎn)量和品質下降的主要因素。作為調整我國城鄉(xiāng)種植業(yè)發(fā)展的重要經(jīng)濟作物，近年來黃瓜連作障礙的發(fā)生機制受到學者們廣泛的關注，黃瓜連作障礙的防治已成為我國設施蔬菜生產(chǎn)亟待解決的問題之一[2–3]。

生物質炭是由秸稈、糞肥及生活垃圾等有機物料在完全或部分缺氧的條件下經(jīng)熱裂解、炭化而形成的一類高度芳香化、難溶性的固態(tài)物質[4–5]，其表面發(fā)達的多孔結構及豐富的官能團可以降低土壤容重，增大土壤孔隙度，使土壤結構得到改善，因而為土壤養(yǎng)分的吸附保持[6]和作物根系的生長[7]提供了有利的空間和條件，進而提高土壤的微生物活性。大量研究表明，施用生物質炭可以有效改善土壤的持水性，增加土壤養(yǎng)分吸持容量和陽離子交換量(CEC)，促進土壤穩(wěn)定性團聚體形成，提高土壤有機質含量和土壤酶活性[8–9]。因此，生物質炭可作為改良和培肥土壤、提高農作物的生產(chǎn)效率、促進農作物增產(chǎn)的農業(yè)可持續(xù)發(fā)展有效措施。目前，關于生物質炭應用于農業(yè)生產(chǎn)的研究大多集中在小麥、玉米和水稻等糧食作物，而生物質炭施用對設施連作菜地系統(tǒng)中土壤特性以及作物生長發(fā)育的影響，尤其對設施條件下黃瓜連作土壤質量的影響還鮮見報道。有鑒于此，本研究通過設施大田試驗，施用不同量的生物質炭對黃瓜連作條件下土壤理化性質和土壤酶活性的動態(tài)變化進行研究，并采用土壤質量指數(shù) (SQI) 對不同生物質炭施用量條件下的土壤質量進行評價，篩選對黃瓜連作土壤質量有促進作用的最佳生物質炭施用量，以期為生物質炭的推廣應用、黃瓜連作土壤的修復以及設施蔬菜生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展提供技術支撐和科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)設在江蘇省如皋市農業(yè)科學研究所(120°28′54″E，32°22′02″N)，屬亞熱帶季風氣候，全年降水量1424.7 mm，年蒸發(fā)量1000～1100 mm，干濕季節(jié)明顯，降雨主要集中在6—9月，占全年雨量61%～69%；10月至翌年5月為旱季，蒸發(fā)量占全年蒸發(fā)量的40%～50%。全年平均氣溫15.5℃，全年日照時數(shù)1700.6 h，無霜期231 d。

1.2 試驗材料

供試土壤為江蘇典型的潮土，試驗開始前沒有進行過黃瓜的種植。土壤的基本性質為：土壤pH 6.44，總孔隙度60.79%，容重1.04 g/cm3，黏粒含量208.0 g/kg，粉砂粒含量719.2 g/kg，砂粒含量72.8 g/kg，全氮1.03 g/kg，硝態(tài)氮103.51 mg/kg，銨態(tài)氮4.54 mg/kg，有效磷142.12 mg/kg，有機碳17.88 g/kg。

本研究采用的生物質炭來自于江蘇勤豐新材料科技有限公司，原料為小麥秸稈，炭化溫度為500℃，小麥秸稈的35%被轉化為生物質炭，生物質炭的pH 10.65，容重0.45 g/cm3，比表面積8.9 m2/g，陽離子交換量217.0 cmol/kg，全氮10.75 g/kg，全磷2.05 g/kg，全鉀37.45 g/kg，有機碳364.72g/kg，灰分22.44%。

供試黃瓜品種為‘博美8號’。

1.3 試驗設計

試驗于2016年9月13日至2017年6月28日，在江蘇省如皋市農業(yè)科學研究所大棚試驗基地進行。第一季黃瓜種植時間為2016年9月13日至12月15日，第二季黃瓜種植時間為2017年3月16日至6月28日。生物質炭于2016年9月13日黃瓜種植前按照試驗方案一次性施入各小區(qū)，并通過人工翻耕與表層土壤混勻，后期不再追施。大棚面積48 m × 16 m = 768 m2。試驗共設6個處理，分別為 CK (不施用生物質炭)、C1(5 t/hm2) 、C2(10 t/hm2)、C3(20 t/hm2)、C4(30 t/hm2)、C5(40 t/hm2)。每個處理設置3次重復，采用完全方案設計，隨機區(qū)組排列，共18個小區(qū)，小區(qū)面積3 m × 7 m = 21 m2，保護行寬為 1.0 m，走道寬及小區(qū)間排水溝寬均為0.5 m。

黃瓜種植基肥采用復合肥 (N?P2O5?K2O =17?17?17)，施用量為 187.5 kg/hm2，于每季黃瓜種植前一次性施入，每個小區(qū)施用基肥量保持一致。黃瓜在苗齡為31天時統(tǒng)一移栽，株距為25 cm，行距為50 cm。試驗期間采取同樣的管理措施 (大棚管理措施)，自然條件下生長，試驗期間不追肥，定期除草。在黃瓜生長期間根據(jù)天氣及黃瓜生長狀況適量灌水，以滿足黃瓜正常生長發(fā)育所需。

1.4 土樣采集

采集每季黃瓜成熟期植株根區(qū)土壤，每處理小區(qū)5點混合取樣，四分法取0—15 cm黃瓜植株根區(qū)土壤混合樣品，裝入自封袋帶回，室內自然風干 (20 d)，沿土塊自然裂隙掰開，去除有機碎片后研磨，一部分土樣過2 mm篩用于土壤pH及土壤有效磷、硝態(tài)氮、銨態(tài)氮的測定，另一部分土樣過0.149 mm篩用于土壤全氮和有機質的測定。

1.5 分析方法

在每季黃瓜成熟后采用環(huán)刀法測定土壤容重、土壤孔隙度、土壤飽和含水量和土壤田間持水量；土壤飽和導水率采用恒定水頭法[10](結果換算成標準溫度10℃時的飽和導水率)；土壤化學性質的測定方法參見《土壤農化分析》[11]。酶活性的測定用常規(guī)分析方法[12]，脲酶采用靛酚藍比色法，過氧化氫酶采用高錳酸鉀滴定法。在黃瓜收獲期各施肥處理取果實樣并記錄全部單株黃瓜產(chǎn)量。

2 結果與分析

2.1 施用生物質炭對黃瓜連作土壤物理性質的影響

2.1.1 施用生物質炭對黃瓜連作土壤容重和水力學性質的影響 由表1可知，生物質炭對連作黃瓜植物根區(qū)土壤的物理性質影響顯著 (P ＜ 0.05)。施用生物質炭后，黃瓜第一季和第二季的根區(qū)土壤物理指標變化趨勢基本一致，土壤容重隨著生物質炭施用量的增加呈下降趨勢，土壤孔隙度、飽和含水量、田間持水量及飽和導水率隨生物質炭施用量的增加而增加。在黃瓜每季成熟期，不同生物質炭施用量的土壤容重均較對照有所降低，其中第一季C4和C5處理的土壤容重較對照顯著降低，降幅分別為8.85%和10.62%，而第二季C5處理的土壤容重較對照降低了8.85%，差異均達到顯著水平。土壤孔隙度的處理間多重比較結果與土壤容重一致，第一季C4和C5處理的土壤孔隙度較對照分別增加了5.72%和7.53%，第二季C5處理土壤孔隙度較對照增加了5.70%，均存在明顯差異。與對照相比，隨著生物質炭施用量的增加，第一季黃瓜根系土壤的飽和含水量、田間持水量和飽和導水率增幅分別為27.96%～119.25%、30.73～55.05%和1.89%～224.61%，而第二季黃瓜根區(qū)土壤飽和含水量、田間持水量和飽和導水率增幅分別為5.01%～32.27%、2.54%～31.58%和29.55～194.56%，其中各處理第二季黃瓜根區(qū)土壤飽和含水量和田間持水量均高于第一季。

2.1.2 施用生物質炭對黃瓜連作土壤團聚體分布的影響 表2顯示，施用生物質炭兩季后，黃瓜根區(qū)土壤0.25～0.5 mm和0.5～1 mm粒徑的團聚體含量呈增加的趨勢，而 ＜ 0.25 mm粒徑的微團聚體含量不斷減少。在黃瓜每一季的成熟期，施用生物質炭的各處理土壤團聚體分布趨勢表現(xiàn)出相同的規(guī)律，即各級別團聚體含量從高到低的順序為 ＜ 0.25 mm、0.25～0.5 mm、0.5～1 mm、1～2 mm、 ＞ 2 mm，且隨著生物質炭施用量的增加，黃瓜根區(qū)土壤 ＜ 0.25 mm粒徑的團聚體含量逐漸減少，而 ＞ 0.25 mm粒徑的團聚體含量逐漸增加。土壤中 0.25～0.5 mm和0.5～1 mm粒徑的團聚體含量都在C5 (40 t/hm2) 處理達到最大值，第一季分別占總含量的17.01%和11.27%，第二季分別占總含量的24.00%和16.52%。在兩個采樣時期，與不施用生物質炭的處理相比，當生物質炭施用量達到10 t/hm2以后，土壤團聚體MWD和GMD均有顯著提高，說明土壤團聚體穩(wěn)定性越高，抗侵蝕能力越強。

表1 施用生物質炭后黃瓜連作土壤物理性質Table 1 Soil physical properties of continuous cropping cucumber after biochar application

表2 施用生物質炭后黃瓜連作土壤不同粒級團聚體含量Table 2 Distribution of soil aggregates of different sizes in soils of continuous cropping cucumber after biochar application

2.2 施用生物質炭對黃瓜連作土壤養(yǎng)分含量的影響

如表3所示，生物質炭的施用能夠顯著影響黃瓜連作土壤的養(yǎng)分含量。施用生物質炭后的連續(xù)兩季，土壤全氮、無機氮、有效磷及有機質含量均隨生物質炭施用量的增加呈現(xiàn)增加的趨勢，其中第二季各處理土壤全氮、有效磷和有機質含量較第一季整體增加，而硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量有所下降。當生物質炭施用量為30 t/hm2(C4處理) 時，兩個采樣時期的土壤中全氮、硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量均達到最大。與CK相比，黃瓜第一季成熟期C4處理土壤全氮、硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量分別提高了22.58%、45.63%和414.29%，第二季成熟期分別提高了22.60%、44.55%和10.47%，但隨著生物質炭用量的進一步增加，土壤中氮含量出現(xiàn)降低的趨勢。施用生物質炭后，黃瓜第一季各處理土壤有效磷和有機質含量較CK分別提高了19.37%～77.76%和10.39%～54.56%，第二季分別提高了2.25%～39.41%和1.79%～54.76%。

2.3 施用生物質炭對黃瓜連作土壤酶活性的影響

2.3.1 施用生物質炭對土壤脲酶活性的影響 如圖1所示，施用生物質炭后，每一季黃瓜根區(qū)土壤脲酶活性均隨著生物質炭施用量的增加呈先增加后降低的趨勢?？傮w上，第二季各處理土壤脲酶活性較第一季有所增加。當生物質炭施用量為30 t/hm2(C4處理) 時，第一季和第二季黃瓜根系土壤脲酶活性均達到最大值，分別為0.22和0.27 mg/(gd)，較CK分別提高了104.57%和47.37%，差異達到顯著性水平。隨著生物質炭施用量的繼續(xù)增加，每一季黃瓜C5處理土壤脲酶活性雖然高于CK，但較C4處理顯著降低，說明當生物質炭施用量為30 t/hm2(C4處理) 時，最有利于提高黃瓜植物根區(qū)土壤的脲酶活性，且過量的生物質炭也不利于土壤中脲酶活性的提高。

2.3.2 施用生物質炭對土壤過氧化氫酶活性的影響由圖2可知，施用生物質炭兩季后，第二季黃瓜根區(qū)土壤過氧化氫酶活性較第一季整體出現(xiàn)降低的趨勢。在每一季黃瓜的成熟期，土壤過氧化氫酶的活性均隨著生物質炭施用量的增加呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢。當生物質炭施用量小于10 t/hm2(C2處理)時，每一季各處理土壤過氧化氫酶活性較CK無明顯變化，但當生物質炭施用量達到20 t/hm2(C3處理) 時，第一季和第二季黃瓜根區(qū)土壤過氧化氫酶活性較CK顯著增加且活性達到最高，分別為0.44和0.37 mL/(g·h)，較CK分別提高了10.41%和5.69%。隨著生物質炭施用量的繼續(xù)增加，第一季黃瓜根區(qū)土壤過氧化氫酶活性出現(xiàn)顯著降低的趨勢，而第二季黃瓜根區(qū)土壤過氧化氫酶活性無明顯變化，其中第一季C5處理土壤過氧化氫酶活性較最大值C3水平降低了14.42%，差異達到顯著性水平。說明生物質炭的施用對黃瓜連作土壤具有顯著影響，且適量的生物質炭可以顯著提高土壤中過氧化氫酶的活性，但過量的生物質炭也會抑制其活性。

表3 施用生物質炭后對黃瓜連作土壤養(yǎng)分含量Table 3 Soil nutrient content of continuous cropping cucumber after biochar application

圖1 施用生物質炭后黃瓜連作土壤脲酶活性Fig. 1 Activity of soil urease in continuous cropping cucumber soil after biochar application

圖2 施用生物質炭后黃瓜連作土壤過氧化氫酶活性Fig. 2 Activity of soil catalase in continuous cropping cucumber soil after biochar application

2.4 施用生物質炭對連作黃瓜產(chǎn)量的影響

第二季各處理黃瓜產(chǎn)量較第一季整體有所增加(圖3)，這可能是因為第一季為秋季黃瓜，而第二季為夏季黃瓜，季節(jié)性氣溫和濕度的差異對黃瓜的生長產(chǎn)生了較大的影響。隨著生物質炭施用量的增加，兩季黃瓜的產(chǎn)量呈現(xiàn)出相同的趨勢，當生物質炭施用量為30 t/hm2(C4處理) 時，第一季與第二季黃瓜的產(chǎn)量達到最高，分別為3.24 × 104kg/hm2和6.18 × 104kg/hm2，與CK相比顯著提高。當生物質炭施用量為40 t/hm2(C5處理) 時，各季黃瓜產(chǎn)量較C4處理有所降低，但仍高于CK處理，差異不顯著。

2.5 施用生物質炭對黃瓜連作土壤質量的影響

土壤質量可用土壤質量指數(shù)SQI來表示，土壤質量指數(shù)SQI是根據(jù)各指標的隸屬度值和權重來確定，計算方法采用指數(shù)和法，計算公式為：

式中：n表示所有參評指標；fi和wi分別表示第i種參評指標的隸屬度值和權重。

隸屬度值f(x) 的計算采用戒上型隸屬函數(shù)方法，即表示在某一范圍內，評價指標的增長與作物生長成正比，低于或高于這個范圍時，指標變化對作物生長的影響很小。本研究在生物質炭施用后評價黃瓜連作兩季土壤質量的指標包括土壤有機質、全氮、有效磷、大團聚體含量 (直徑 ＞ 0.25 mm)、飽和導水率和田間持水量。其隸屬函數(shù)的解析式為：

式中：a1和a2代表各評價指標的拐點值，可通過相關文獻獲得[13–14]：

圖3 施用生物質炭后連作黃瓜產(chǎn)量Fig. 3 Yield of continuous cropping cucumber after biochar application

權重的大小反映了評價指標在土壤質量總水平總體構成中的重要性，通過計算各個指標對土壤質量的貢獻率來確定。利用主成分分析法，先求出各個指標主成分的特征值和貢獻率，然后計算相應的載荷矩陣，并求出各項指標的公因子方差，方差的大小表示該項指標對總體變異的貢獻，由此可以得出各項指標的權重。

分別通過隸屬函數(shù)和主成分分析得出各評價指標的隸屬度值和權重(表4和表5)。

土壤質量指數(shù)構成了總的土壤質量水平分值，它綜合反映了土壤質量狀況，是進行土壤質量等級劃分的依據(jù)。根據(jù)表4隸屬度值和表5權重系數(shù)計算出黃瓜連作兩季后不同生物質炭水平下土壤質量指數(shù)見圖4。由圖4可知不同生物質炭水平下土壤質量指數(shù)依次為 C4 ＞ C5 ＞ C3 ＞ C2 ＞ C1 ＞ CK，相應的土壤質量指數(shù)分別為0.774、0.740、0.728、0.650、0.635、0.583。根據(jù)張汪濤等[15]的土壤質量等級劃分標準，將土壤劃分為極低 (SQI ＜ 0.4)、低 (0.4—0.5)、中 (0.5—0.6)、高 (0.6—0.8) 四個等級，因此施用生物質炭后黃瓜連作土壤質量較CK提升了一個等級，當生物質炭施用量30 t/hm2時提升效果最為明顯。

3 討論

3.1 施用生物質炭對黃瓜連作土壤理化性狀的影響

本研究結果表明，生物質炭施用可以有效地提升土壤物理性狀，增加土壤中有機質和有效養(yǎng)分的含量，且這種效應具有穩(wěn)定的年限效應。隨著生物質炭施用量的增加，土壤容重不斷降低，土壤孔隙度、飽和導水率和田間持水量均呈增加的趨勢，這可能是因為生物質炭本身密度較低，且具有巨大的比表面積及疏松多孔的結構，能夠保持水分和空氣，施入土壤后具有一定的稀釋作用[16]。此外，本研究中，生物質炭的施用可以顯著減少土壤中微團聚(＜ 0.25 mm) 含量，同時增加0.25～0.5 mm和0.5～1 mm粒徑的團聚體含量，提高團聚體的MWD和GWD值，其原因在于生物質炭本身含有的有機大分子等結構具有膠結和團聚作用，能促進微團聚體 (＜ 0.25 mm)向0.25～0.5 mm和0.5～1 mm粒徑的團聚體轉化，從而使0.25～1 mm粒徑的團聚體含量隨生物質炭施用量的提高而不斷增加[17]。另一方面，生物質炭施入土壤后更好地協(xié)調了土壤水、肥、氣、熱等條件，為微生物的生長與繁殖提供了優(yōu)良的生活環(huán)境，進而提高了土壤微生物量和微生物活性，促進微生物產(chǎn)生了更多的分泌物，促進土壤顆粒的相互團聚，增加了團聚體的穩(wěn)定性[18–19]。因此，生物質炭的施用可以顯著改善黃瓜連作土壤的物理性狀，提高連作土壤的保水性。

表4 各評價指標隸屬函數(shù)的拐點值及隸屬度值Table 4 The knee point and membership value of each evaluation index

表5 各評價指標主成分分析結果及其權重系數(shù)Table 5 The main component analysis result and weight coefficient of each evaluation index

圖4 不同生物質炭施用量水平下土壤質量指數(shù)Fig. 4 Soil quality index under different biochar treatments

生物質炭的施用能夠顯著影響黃瓜連作土壤的養(yǎng)分含量。本研究結果表明，施用生物質炭后的連續(xù)兩季，土壤全氮、有效氮、有效磷及有機質含量均隨生物質炭施用量的增加而升高。張偉明[20]研究表明生物質炭中含有多種礦質營養(yǎng)元素，施入土壤后，在一定程度上會釋放出這些營養(yǎng)元素，進而增加土壤中有效養(yǎng)分和有機質的含量。另一方面，靖彥等[21]研究表明生物質炭對土壤養(yǎng)分具有保持能力，可以通過表面庫侖力、氫鍵以及分子間的范德華力等將土壤養(yǎng)分離子吸附在土壤顆粒表面，能夠有效降低土壤中銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的淋失。另外，生物質炭施入土壤后，微域中粘粒、有機質等顯著增多，有機質與粘粒結合可形成穩(wěn)定的有機無機復合體，且生物質炭發(fā)達的孔隙結構可有效地隔離微生物及其產(chǎn)生的胞外酶與孔隙內的有機質接觸，在一定程度上抑制了有機碳的礦化[22]。

3.2 施用生物質炭對黃瓜連作土壤酶活性的影響

土壤脲酶是土壤中主要的水解酶之一，其主要參與土壤中氮素的轉化，對尿素在土壤中的水解及作物對尿素的利用有重大的影響[23]，它的活性可以表征土壤氮素狀況。在本研究中，土壤中脲酶的活性隨著生物質炭施用量的增加呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，其活性在生物質炭施用量為30 t/hm2(C4處理)時達到最大。當生物質炭施用量小于30 t/hm2(C4處理) 時，增施生物質炭改善了土壤微生物的生活環(huán)境，為微生物的生長提供了大量的營養(yǎng)元素，促使微生物分泌更多的脲酶[24]，同時施用生物質炭可以為土壤脲酶的酶促反應提供大量的基質，刺激土壤脲酶活性，使其活性增強。另一方面，周禮愷等[25]研究表明，脲酶主要聚集在微團聚體上，隨著團聚體粒徑的增大，脲酶活性有下降的趨勢，本研究結果與之基本一致。當生物質炭施用量大于30 t/hm2(C4處理) 時，土壤中微團聚體 (＜ 0.25 mm) 數(shù)量顯著減少，而0.25～0.5 mm和0.5～1 mm粒徑的團聚體含量顯著增加，意味著土壤脲酶的載體大量減少，導致其活性降低。此外，本研究結果表明，第二季各處理土壤中的脲酶活性都高于第一季，這可能是由于第一季為秋季黃瓜，而第二季為春季黃瓜，種植時期的氣溫和濕度不同造成的。

生物呼吸過程和有機物的氧化反應產(chǎn)生的過氧化氫對土壤和生物均有一定的毒害作用，而土壤中的過氧化氫酶則能酶促過氧化氫分解為水和氧氣，從而降低或解除過氧化氫的毒害作用[26]。本研究結果表明，不同生物質炭施用量條件下，土壤中過氧化氫酶活性表現(xiàn)出一定的規(guī)律性。隨著生物質炭施用量的增加，土壤過氧化氫酶活性呈先增加后降低的趨勢，當生物質炭施用量為20 t/hm2(C3處理) 時，其活性達到最大，這與許多學者的研究結果基本一致。一方面，朱美玲等[27]研究表明有機質可以改變土壤孔隙度、通氣度和土壤團粒結構，具有顯著的緩沖作用和持水力，是各種酶的載體，為土壤酶發(fā)揮作用提供場所和適宜的條件。另一方面，Czimczik等[28]研究表明當土壤中有大量的生物質炭加入后會通過吸附酶分子而對酶促反應結合位點形成保護作用，從而阻止酶促反應的進行。因此，當生物質炭施用量小于20 t/hm2(C3處理) 時，生物質炭的施入增加了土壤的有機質，為過氧化氫酶發(fā)揮作用提供適宜的場所和條件，使土壤過氧化氫酶的活性顯著提高。而當生物質炭的施用量大于20 t/hm2(C3處理) 時，過量的生物質炭吸附了大量的過氧化氫的酶分子，對過氧化氫酶的酶促反應結合位點形成了保護，阻止了過氧化氫酶的酶促反應。

3.3 施用生物質炭對黃瓜連作土壤質量的影響

生物質炭添加到土壤中可以增加土壤有機碳的含量，提高土壤有效性營養(yǎng)元素的含量，從而促進植物生長，同時還可以改變土壤的物理、化學和生物學性質。本研究通過分析土壤質量指數(shù)，探討了生物質炭施用兩季后黃瓜連作的土壤質量，研究結果表明，生物質炭可以顯著提高黃瓜連作后的土壤質量，不同生物質炭施用量條件下土壤質量指數(shù)依次為 C4 ＞ C5 ＞ C3 ＞ C2 ＞ C1 ＞ CK。根據(jù)土壤質量等級劃分標準[15]，不施用生物質炭的CK處理土壤質量等級為中級，而施用生物質炭后的土壤質量等級為高級，其中當生物質炭施用量為30 t/hm2(C4處理)時，土壤質量指數(shù)最大，說明黃瓜連作兩季后的土壤質量最高。各處理黃瓜產(chǎn)量的多重比較與土壤質量呈相同的趨勢，過量的生物質炭也不利于黃瓜的生長，且第二季黃瓜產(chǎn)量較第一季明顯升高，這可能是第一季黃瓜為秋茬，而第二季黃瓜為夏茬，兩個時期的溫度和濕度差別較大所引起的。有研究表明[29]，當適量的生物質炭施入土壤后，生物質炭本身含有的碳、氫、氧、氮等元素以及P、K、Na、Ca、Mg等離子釋放到土壤中后會顯著提高土壤養(yǎng)分含量，同時生物質炭本身特殊的物理性質也會改善土壤的物理性狀，提高了土壤的保水保肥性。但是當土壤中施入過量的生物質炭后，由于生物質炭含碳量高，會導致土壤C/N提高，影響土壤的養(yǎng)分平衡，進而降低土壤養(yǎng)分尤其是氮素的有效性，導致土壤質量降低。同時生物質炭對土壤質量的影響效應還可能與原材料、加工工藝、施用量及土壤的肥力現(xiàn)狀有關，黃瓜連作土壤質量對生物質炭的響應機制還有待于進一步研究。

4 結論

1）施用生物質炭可以改善黃瓜連作土壤的理化性狀，較高的生物質炭施用量 (40 t/hm2) 處理對土壤的物理性狀提升效果最好，當生物質炭施用量為30 t/hm2時對土壤養(yǎng)分含量提升效果最好。

2）生物質炭施用后的連續(xù)兩季黃瓜種植的土壤中脲酶和過氧化氫酶的活性均呈先增加后降低的趨勢，脲酶和過氧化氫酶的活性分別在生物質炭施用量為30 t/hm2和20 t/hm2時達到最高值。

3）生物質炭可以提高黃瓜連作后的土壤質量，對黃瓜有一定的增產(chǎn)效應，在生物質炭施用量為30 t/hm2時，兩季黃瓜產(chǎn)量均達到最高。