煙稈炭對(duì)白及連作地的改良效果研究

汪瑞， 李澤成， 王豪吉， 王昆艷，俞乃琪， 李思民， 徐武美， 官會(huì)林

(1.云南師范大學(xué) 能源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，云南 昆明 650500; 2.昆明英武農(nóng)業(yè)科技有限公司，云南 昆明 650500)

白及(Bletillastriata(Thunb.ex A.Murray)Rchb.f.)是我國名貴藥材，根據(jù)中國藥典記載，其具有收斂止血，消腫生肌的功效，常用于咯血、吐血、外傷出血、瘡瘍腫毒和皮膚皸裂等[1]，具有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值.同許多藥用植物一樣[2-4]，白及存在較為嚴(yán)重的連作障礙問題，表現(xiàn)為連作后植株長勢(shì)差、病害嚴(yán)重且產(chǎn)量低下.當(dāng)前，關(guān)于白及藥理方面的研究較多[5-8]，而針對(duì)連作土壤改良與障礙消減方面的研究少有報(bào)道.

生物炭是生物質(zhì)材料在高溫(<700 ℃)缺氧環(huán)境下熱解而成的富碳材料[9].研究表明，生物炭在耕地土壤改良與連作障礙消減等方面具有較好的潛力[10-14]，如程效義等[15]以連作15年土壤為研究對(duì)象，以黃瓜為供試作物，研究了不同生物炭施用量對(duì)土壤理化性質(zhì)、酶活性及黃瓜根系性狀的影響，表明施用生物炭顯著提高了土壤pH值和脲酶、過氧化氫酶、酸性磷酸酶活性以及土壤有效磷、速效鉀和有機(jī)碳含量，并促進(jìn)了黃瓜根系發(fā)育.孫大荃等[16]研究了生物炭對(duì)棕壤大豆根際微生物群落的影響，表明施加生物炭提高大豆根際土壤中細(xì)菌數(shù)量，而真菌和放線菌數(shù)量減少，指出生物炭可能是緩解大豆連作障礙的土壤改良劑.牟苗等[17]研究表明，施加生物炭顯著提高了三七幼苗存活率，對(duì)其連作障礙具有一定的消減作用.

根據(jù)曾令祥等[18]的調(diào)查，白及主要受塊莖腐爛病、葉褐斑病、葉斑灰霉病等的侵害，以塊莖腐爛病最為嚴(yán)重，而對(duì)白及種植土壤進(jìn)行改良，有望減輕作物病害，促進(jìn)白及生長.因此，本研究以煙稈炭為試驗(yàn)原料，探討其對(duì)白及連作地土壤理化特征、酶活性與白及生長的影響，為白及連作障礙消減與產(chǎn)量提升提供試驗(yàn)依據(jù).

1 材料與方法

1.1 田間試驗(yàn)設(shè)置

研究在昆明英武農(nóng)業(yè)科技有限公司科研基地內(nèi)進(jìn)行，地處昆明市呈貢新區(qū)，土壤類型為酸性紅壤，白及連作6年.采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，試驗(yàn)小區(qū)面積為3.00 m2(1.20 m×2.50 m)，煙稈炭施加量設(shè)3.00、4.50 t/hm2和7.50 t/hm23個(gè)梯度，以不施加為對(duì)照，每個(gè)處理設(shè)3個(gè)重復(fù).將煙稈炭與土壤均勻混合和澆水，一周后移栽白及幼苗，每個(gè)小區(qū)種植112株(16行×7株/行)，于2019年5月13日移栽.

1.2 土壤分析與白及生長調(diào)查

幼苗栽種3個(gè)月后，于8月中旬采集土壤并對(duì)白及生長狀況進(jìn)行調(diào)查.各小區(qū)土樣按照五點(diǎn)法進(jìn)行采集，自然風(fēng)干后研磨過篩，待測(cè).土壤pH值根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)NY/T 1377-2007，用pH計(jì)(雷磁 PHS-25)進(jìn)行測(cè)定；有機(jī)質(zhì)含量根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)NY/T 1121.6-2006，用滴定法進(jìn)行測(cè)定；總氮含量用全自動(dòng)凱氏定氮儀(海能K1100)進(jìn)行測(cè)定；硝態(tài)氮與銨態(tài)氮含量根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)LY/T 1228-2015，用流動(dòng)分析儀(AA3，Seal Analytical，ltd.Germany)進(jìn)行測(cè)定；有效磷含量利用鉬銻抗分光光度法進(jìn)行測(cè)定[19].脲酶和蔗糖酶參照姚槐應(yīng)和黃昌勇[20]的方法進(jìn)行測(cè)定，磷酸酶參照趙蘭坡[21]的方法進(jìn)行測(cè)定，蛋白酶參照關(guān)松蔭[22]的方法進(jìn)行測(cè)定.每個(gè)小區(qū)隨機(jī)選取15株白及，測(cè)定株高與最大葉寬，并用植物葉綠素測(cè)定儀(Minolta Camera Co.，Osaka，Japan)測(cè)定葉綠素含量.

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)分析用SPSS 16.0進(jìn)行.用Shapiro-Wilk檢驗(yàn)探討各變量的正態(tài)性，對(duì)于不服從正態(tài)分布的變量進(jìn)行對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換后再開展后續(xù)分析.用雙因素方差分析與Duncan多重比較檢驗(yàn)不同處理對(duì)土壤理化特征、酶活性與白及生長的影響；結(jié)果以“平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤”表示.

2 研究結(jié)果

2.1 施加煙稈炭對(duì)白及連作土壤理化性質(zhì)的影響

施加煙稈炭對(duì)土壤容重、電導(dǎo)率、總氮、硝態(tài)氮和有效磷含量具有顯著影響(P<0.05)(表1和圖1).與對(duì)照組相比，施加3.00 t/hm2的煙稈炭對(duì)白及連作地土壤容重?zé)o顯著影響，而4.50 t/hm2和7.50 t/hm2的煙稈炭則顯著降低了土壤容重(P<0.05)；不同施加量的煙稈炭均顯著提高了土壤總氮含量(P<0.05)，以7.50 t/hm2施加量效果最佳；7.50 t/hm2的煙稈炭顯著提高了土壤硝態(tài)氮含量和電導(dǎo)率(P<0.05)，而3.00 t/hm2和4.50 t/hm2的煙稈炭則施加對(duì)土壤硝態(tài)氮含量和電導(dǎo)率無顯著影響；4.50 t/hm2和7.50 t/hm2的煙稈炭顯著提高了土壤有效磷含量(P<0.05)，然而這兩個(gè)處理之間土壤有效磷含量的差異不顯著(P>0.05)；施加生物炭對(duì)土壤銨態(tài)氮含量無明顯影響(P>0.05).

表1不同煙稈炭施加量對(duì)連作地土壤特征與白及生長的影響

Table1EffectsoftobaccostalkbiocharapplicationonthesoilpropertiesandgrowthofB.striataundercontinuouscropping

土壤與白及生長特征SSdfs2FPr>FpH1.3830.4637.31 <0.01土壤容重0.0530.025.880.03電導(dǎo)率17 250.1435 750.0517.08<0.01總氮1.0730.3623.68<0.01銨態(tài)氮1.1530.380.920.49硝態(tài)氮1 445.933481.9823.30<0.01有效磷1 220.843406.954.620.05脲酶8.2332.740.630.62酸性磷酸酶0.0430.019.770.01中性磷酸酶0.0030.007.470.02蔗糖酶11.7233.9135.76<0.01蛋白酶0.0030.000.050.99株高52.31317.4463.78<0.01最大葉寬1.5330.5138.93<0.01葉綠素含量136.15345.386.190.03

葉綠素含量用SPAD值表示.

圖1 煙稈炭對(duì)白及連作地土壤理化性質(zhì)的影響

Fig.1EffectsoftobaccostalkbiocharapplicationonthesoilphysicochemicalpropertiesundercontinuouscroppingofB.striata

2.2 施加煙稈炭對(duì)白及連作土壤pH與酶活性的影響

施加煙稈炭對(duì)白及連作土壤pH及酸性磷酸酶、中性磷酸酶和蔗糖酶活性具有顯著影響(P<0.05)(表1和圖2)，且隨著施炭量的增加，土壤pH及酸性磷酸酶、中性磷酸酶和蔗糖酶活性均呈上升趨勢(shì).與對(duì)照組相比，三個(gè)施加量的煙稈炭均顯著提高了土壤pH和蔗糖酶活性(P<0.05)，4.50 t/hm2和7.50 t/hm2的煙稈炭顯著提高了土壤酸性磷酸酶和中性磷酸酶活性(P<0.05).但施加煙稈炭對(duì)土壤脲酶與蛋白酶活性的影響不顯著(P>0.05).

2.3 施加煙稈炭對(duì)連作地白及生長的影響

不同施加量的煙稈炭對(duì)白及生長具有顯著影響，與對(duì)照組相比，施加煙稈炭后白及株高與最大葉寬顯著增加(P>0.01)，施加3.00、4.50 t/hm2和7.50 t/hm2的煙稈炭使白及平均株高分別增加了2.82、4.70 cm和5.39 cm，最大葉寬分別提高了0.28、0.61 cm和0.95 cm.此外，施加煙稈炭還提高了白及葉片的葉綠素含量(P<0.05),但煙稈炭不同施加量處理之間的差異不顯著(表1，圖3).

圖2 煙稈炭對(duì)白及連作地土壤pH與酶活性的影響

Fig.2EffectsoftobaccostalkbiocharapplicationonthesoilpHandenzymeactivitiesundercontinuouscroppingofB.striata

圖3 煙稈炭對(duì)連作地白及生長與葉片葉綠素含量的影響

3 討 論

3.1 施用煙稈炭與土壤理化性質(zhì)

施加煙稈炭顯著降低了白及連作土壤容重(P<0.05)，而顯著提高土壤電導(dǎo)率(P<0.01).由于生物炭具有較低的密度，施入土壤后導(dǎo)致容重降低，可改善土壤板結(jié)、排水、透氣方面的問題[29]，然而，由于生物炭一方面對(duì)鹽基離子具有吸附作用，另一方面其本身又含有一定量的鹽基離子[9]，因此施入土壤后，短期內(nèi)可能導(dǎo)致土壤可溶性鹽分含量增加，電導(dǎo)率提高，這在利用生物炭修復(fù)土壤鹽漬化問題方面需要引起注意[29].施加3.00、4.50 t/hm2稈炭使白及連作土壤電導(dǎo)率分別提高了15.15、17.90 μS/cm，而施加7.50 t/hm2炭后土壤電導(dǎo)率則大幅增至97.15 μS/cm，說明施加煙稈炭短期內(nèi)對(duì)土壤電導(dǎo)率的影響不是線性的，這在應(yīng)用過程中需要引起注意.

3.2 施用煙稈炭與土壤pH和酶活性

3.3 施用煙稈炭與連作地白及的生長

施加煙稈炭顯著提高了白及的株高、最大葉寬和葉片葉綠素含量(P<0.05)，說明其對(duì)白及的生長具有一定的促進(jìn)作用.生物炭促進(jìn)連作地作物生長已有大量的研究報(bào)道，如王玫等[12]研究表明，施用稻殼炭顯著提高了連作地蘋果常用砧木—平邑甜茶的生物量；武春成等[35]研究表明，施用玉米秸稈炭顯著改善了黃瓜根區(qū)土壤微生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)了黃瓜生長和產(chǎn)量的提高.結(jié)合3.1和3.2的討論可知，施加煙稈炭可有效改善白及連作地土壤理化性質(zhì)，提高部分土壤酶活性，因此，根據(jù)連作土壤特征施加一定量的煙稈炭可對(duì)白及連作障礙問題起到一定的消減作用，但同時(shí)需要指出的是，白及為多年生草本植物，而本研究中白及的種植時(shí)間相對(duì)較短，因此施加煙稈炭對(duì)白及病害及其長期效應(yīng)還有待進(jìn)一步深入探討.