生物炭輸入對(duì)礫石土水肥保蓄及釀酒葡萄產(chǎn)量、品質(zhì)的影響

紀(jì)立東，司海麗，李 磊，楊 洋

（寧夏農(nóng)林科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，寧夏 銀川 750002）

寧夏賀蘭山東麓位于世界釀酒葡萄種植北緯38°的最佳地段，西倚賀蘭山天然屏障抵御寒流，東臨黃河上游調(diào)節(jié)氣候，得天獨(dú)厚的地理位置為釀酒葡萄栽培創(chuàng)造了良好的條件［1］。然而，賀蘭山東麓地區(qū)土壤多為礫石土或沙土，土壤結(jié)構(gòu)差、保肥保水能力弱，養(yǎng)分有效性低，已成為制約寧夏釀酒葡萄產(chǎn)業(yè)發(fā)展的“瓶頸”，嚴(yán)重影響到釀酒葡萄產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益［2］。眾所周知，高質(zhì)量的葡萄酒70%的決定因素來(lái)源于原料，而只有合理的水肥供應(yīng)才可為優(yōu)質(zhì)釀酒葡萄栽培提供保障，同時(shí)也可以提高釀酒葡萄品質(zhì)，改善生態(tài)環(huán)境［3-5］。目前，有機(jī)無(wú)機(jī)配施已是各種作物成熟高效的施肥技術(shù)模式，但應(yīng)用于賀蘭山東麓釀酒葡萄礫石土土壤條件下，存在水分供應(yīng)不足易導(dǎo)致有機(jī)肥分解條件不滿足、發(fā)揮作用緩慢、養(yǎng)分流失等問題，水分養(yǎng)分保蓄和土體快速構(gòu)建成為賀蘭山東麓釀酒葡萄礫石土產(chǎn)區(qū)急需解決的問題。

生物炭在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用研究一直備受人們關(guān)注，陳溫福等［6］明確指出，生物炭具有含碳率高、孔隙結(jié)構(gòu)豐富、比表面積大、理化性質(zhì)穩(wěn)定等固有特點(diǎn)；同時(shí)生物炭施用可提高土壤氮、磷有效成分，促進(jìn)植株生長(zhǎng)，還可減少二氧化碳和甲烷等溫室氣體的排放，減緩全球變暖［7-11］。張忠河等［12］研究發(fā)現(xiàn)適當(dāng)?shù)纳锾渴┯昧靠梢蕴岣咦魑锂a(chǎn)量，過高反而會(huì)降低作物產(chǎn)量［13］；袁晶晶等［14］研究發(fā)現(xiàn)生物炭與氮肥配合施用對(duì)華北平原棗區(qū)的土壤養(yǎng)分吸收、土壤質(zhì)量和紅棗產(chǎn)量及品質(zhì)起到了積極作用；王玫等［15］研究發(fā)現(xiàn)施用生物炭復(fù)合有機(jī)肥相比于單施生物炭或者有機(jī)肥，能更好地提高連作條件下平邑甜茶幼苗的生長(zhǎng)發(fā)育，增強(qiáng)土壤酶活性；由此可見，合理使用生物炭，有助于促進(jìn)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)快速、安全、綠色發(fā)展。盡管圍繞生物炭的應(yīng)用開展了大量的研究工作，但研究方向多集中于無(wú)機(jī)肥和生物炭配施，生物炭和秸稈還田、有機(jī)肥配施等措施效應(yīng)，而有機(jī)無(wú)機(jī)配施條件下，生物炭如何發(fā)揮作用，有機(jī)無(wú)機(jī)及生物炭的協(xié)同效應(yīng)缺乏相關(guān)研究。本研究基于寧夏賀蘭山東麓釀酒葡萄礫石土產(chǎn)區(qū)土壤漏水漏肥、有機(jī)肥顯效水分條件不足等問題，在有機(jī)無(wú)機(jī)配施條件下，開展不同生物炭輸入效應(yīng)研究，探討提出礫石土高效保水施肥技術(shù)，以期為賀蘭山東麓釀酒葡萄優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)提供理論與技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)在寧夏志輝酒莊葡萄基地進(jìn)行，該地區(qū)位于“賀蘭山東麓葡萄酒原產(chǎn)地域”的核心區(qū)域，屬溫帶大陸性半干旱氣候，全年累積日照時(shí)數(shù)高達(dá)2800 h以上，晝夜溫差大，有效積溫1534.9℃左右；年均氣溫8.8℃左右，最熱月平均氣溫基本保持在22～23℃之間；年均降水量在180～200 mm之間。

1.2 供試材料

供試葡萄為當(dāng)?shù)刂髟詺W亞品種（VitisviniferaL.）赤霞珠（CabernetSauvignon），試驗(yàn)2015年布設(shè)時(shí)是3年生植株，連續(xù)布設(shè)試驗(yàn)2年，2016年數(shù)據(jù)采集當(dāng)年為4年生植株。

供試生物炭購(gòu)自河南商丘三利生物能源有限公司，來(lái)源為小麥秸稈；其pH 9.4、有機(jī)碳含量467 g/kg、全氮含量5.6 g/kg、灰分含量20.8%、陽(yáng)離子交換 量24.1 cmol/kg、比 表 面 積8.9 m2/g。供試有機(jī)肥為商品羊糞有機(jī)肥，有機(jī)質(zhì)≥45%，N+P2O5+K2O≥5%。

1.3 供試土壤

試驗(yàn)區(qū)成土母質(zhì)以沖積物為主，地貌為沖積傾斜平原，地形平坦，土壤侵蝕較重。土壤類型為干旱土土綱，淡灰鈣土，礫石含量高，田間持水量較低，容重較高，超過1.6 g/cm3。土壤呈堿性，有機(jī)質(zhì)含量低，堿解氮為6級(jí)水平，屬極缺狀態(tài)，有效磷稍缺，屬4級(jí)水平，速效鉀為稍缺，屬4級(jí)水平，整體肥力水平低。土壤物理化學(xué)性質(zhì)詳見表1、表2。

表1 2015年試驗(yàn)布設(shè)前土壤基本物理性質(zhì)

表2 2015年試驗(yàn)布設(shè)前土壤基本化學(xué)性質(zhì)

1.4 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2015、2016年連續(xù)布設(shè)2年，2016年采集檢測(cè)數(shù)據(jù)。采用單因素多水平設(shè)計(jì)，以生物炭（Biochar，簡(jiǎn)稱BC）為主因子，設(shè)計(jì)5個(gè)處理，分別為CK：不施生物炭；有機(jī)肥施用量為6000 kg/hm2，一次性基施；在葡萄關(guān)鍵生育期滴施化肥4次（展葉期1次、果實(shí)膨大期2次、果實(shí)著色期1次），化肥為N∶P2O5∶K2O=19.5∶7.5∶9。處理1：T1，生物炭施用量1500 kg/hm2，一次性基施；有機(jī)肥、化肥施用量及方法同CK。處理2：T2，生物炭施用量3000 kg/hm2，一次性基施；有機(jī)肥、化肥施用量及方法同CK。處理3：T3，生物炭施用量6000 kg/hm2，一次性基施；有機(jī)肥、化肥施用量及方法同CK。處理4：T4，生物炭施用量12000 kg/hm2，一次性基施；有機(jī)肥、化肥施用量及方法同CK。

每個(gè)處理整行設(shè)計(jì)，隨機(jī)區(qū)組布置，每行（長(zhǎng)×寬）110 m×4 m=440 m2，合計(jì)2640 m2，每行11個(gè)桿空，具體監(jiān)測(cè)中以臨近路邊桿空作為保護(hù)行，其后以3個(gè)桿空（30株樹）作為一個(gè)重復(fù)小區(qū)展開試驗(yàn)監(jiān)測(cè)。施肥方法為沿行向、距離主桿25 cm開外，機(jī)械開溝20 cm，深度50 cm，均勻撒入有機(jī)肥及生物炭，機(jī)械回土攪勻，使土和肥均勻混合后填土，一次性施入。統(tǒng)一水肥一體化管理，配套文丘里施肥器，灌水量通過水表精確控制；田間其他管理同大田。

1.5 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.5.1 土壤理化性質(zhì)的測(cè)定

施肥前選取代表性地段，朝陽(yáng)方向挖取1 m剖面，采取分析樣，標(biāo)簽紙標(biāo)記，采用TTF-100型土壤團(tuán)粒分析儀測(cè)定土壤水穩(wěn)定性團(tuán)聚體［16］；土壤理化指標(biāo)采用常規(guī)方法測(cè)定［17］。

1.5.2 土壤水分含量及土壤貯水量的測(cè)定

每個(gè)處理預(yù)埋3根1 m長(zhǎng)探管，采用時(shí)域反射技術(shù)（TDR）按時(shí)監(jiān)測(cè)不同處理下不同層次土壤含水量。

土壤貯水量計(jì)算方法：W=h×γ×θ×10；其中：W為土壤貯水量（mm）；h為土層深度（cm）；γ為土壤容重（g/cm3）；θ為土壤水分含量（%）。

1.5.3 葉片光合特性的測(cè)定

在釀酒葡萄關(guān)鍵生育期（花期、初果期、膨大期），選取30棵植株在同一位置固定部位標(biāo)記葉片，采用美國(guó)CI-340手持光合測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)定；測(cè)定時(shí)間為9：00～11：00，主要測(cè)定指標(biāo)包括：凈光合速率（Pn）、蒸騰速率（E）、氣孔導(dǎo)度（C）和胞間CO2濃度（Int CO2），通過Pn/E值，估算葉片水分有效利用率。

1.5.4 葉片釀酒葡萄形態(tài)指標(biāo)及產(chǎn)量的測(cè)定

釀酒葡萄成熟期隨機(jī)選取30粒，用電子天平稱量，重復(fù)3次測(cè)定，求得平均單粒重，用游標(biāo)卡尺量取橫、縱徑，求得平均數(shù)；用直尺測(cè)定果穗長(zhǎng)；產(chǎn)量通過實(shí)際測(cè)定，求得小區(qū)產(chǎn)量，最后折算理論產(chǎn)量。

1.5.5 釀酒葡萄品質(zhì)的測(cè)定

每個(gè)處理行隨機(jī)選取生長(zhǎng)勢(shì)一致的10棵植株，每棵植株選取同一方向的果穗并采摘中部果粒30粒用攪拌機(jī)打成勻漿測(cè)定品質(zhì)。手持糖量計(jì)測(cè)定果實(shí)可溶性固形物含量；NaOH滴定法測(cè)定果實(shí)與葡萄酒可滴定酸含量（以酒石酸計(jì)）；3，5-二硝基水楊酸法測(cè)定果實(shí)還原糖含量［18］；部分指標(biāo)如單寧、花色苷、總酚則需要用液氮保存24 h后測(cè)定。福林-丹尼斯法測(cè)定單寧含量，福林-肖卡法測(cè)定總酚含量，pH示差法測(cè)定花色苷含量［19-21］。

1.6 數(shù)據(jù)分析方法

試驗(yàn)數(shù)據(jù)以Excel 2003軟件整理數(shù)據(jù)和作圖，采用SPSS 25.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并對(duì)相關(guān)性指標(biāo)進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，顯著性水平為P<0.05，n=5。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同生物炭施用量對(duì)礫石土水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量的影響

由圖1所示，0～30 cm層次，隨著生物炭施用量的增加，<0.25 mm粒徑水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量表現(xiàn)出逐漸降低的趨勢(shì)，不同處理之間，CK和T1之間差異不顯著，T2和T3之間差異不顯著，T4同比其他處理達(dá)到顯著差異水平；>0.25 mm粒徑水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量表現(xiàn)出逐漸增加的趨勢(shì)，其中0.25～2 mm粒徑水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量同比CK達(dá)到顯著差異水平，但不同處理間差異不明顯；>2 mm粒徑水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量表現(xiàn)出顯著增加的趨勢(shì)，處理T4同比CK提高36.08%；相比CK，施用生物炭顯著增加了1～2 mm粒徑水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量。30～60 cm層次，隨著生物炭施用量的增加，<0.25 mm粒徑水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量表現(xiàn)出顯著降低的趨勢(shì)，處理T1和T2之間差異不顯著，但同比CK各處理都達(dá)到顯著差異水平；>0.25 mm粒徑水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量總體表現(xiàn)出逐漸增加的趨勢(shì)，其中>2 mm粒徑水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量表現(xiàn)出先增加后降低的趨勢(shì)，不同處理以T2和T3表現(xiàn)最佳，T4顯著降低；而0.25～2 mm粒徑水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量表現(xiàn)出持續(xù)增加的趨勢(shì)。表明有機(jī)無(wú)機(jī)配施條件下，生物炭輸入具有明顯提高土壤水穩(wěn)性大團(tuán)聚體含量、降低土壤水穩(wěn)性小團(tuán)聚體含量、維護(hù)土壤穩(wěn)定性的作用。

圖1 不同生物炭用量對(duì)0～60 cm土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量的影響

2.2 不同生物炭施用量對(duì)不同生育期土壤含水量的影響

圖2 可知，生物炭輸入對(duì)釀酒葡萄不同生育期不同層次土壤含水量保蓄具有明顯促進(jìn)作用。花期不同處理土壤含水量在30～50 cm層次變化梯度較為明顯，而在土壤層次50 cm下出現(xiàn)交叉現(xiàn)象，和生物炭施用集中在20～50 cm層次直接相關(guān)，有限的灌水量淋洗條件下，50 cm以下層次生物炭滲入量少，水分保蓄作用沒有體現(xiàn)出來(lái)。初果期以后，土壤含水量在不同層次之間表現(xiàn)出逐漸增加的趨勢(shì)；不同處理之間，同比CK，隨著生物炭施用量的增加，土壤含水量明顯增加。表明有機(jī)無(wú)機(jī)配施條件下，輸入生物炭具有保蓄礫石土土壤水分、提高土壤含水量的作用，且隨著生物炭輸入量的增加，土壤含水量越高，保蓄水分能力越強(qiáng)。

圖2 不同生物炭用量對(duì)不同生育期土壤含水量的影響

隨著生物炭施用量的增加，土壤0～80 cm土層貯水量在不同生育期表現(xiàn)出逐漸增大的趨勢(shì)。與CK相比，不同用量生物炭顯著增加了土壤貯水量，不同生育期以著色期表現(xiàn)最優(yōu)，不同生物炭施用量土壤0～80 cm土層貯水量同比CK分別增加了17.43%、27.46%、30.39%、36.67%，可能是著色期雨季降水的大量補(bǔ)充和生物炭保蓄水分能力充分發(fā)揮的結(jié)果；不同處理之間以處理T4土壤貯水量最大。表明礫石土輸入生物炭具有保蓄土壤水分、提高土壤貯水量、調(diào)節(jié)葡萄水分供給的作用，且生物炭施用量和土壤貯水量成正比（圖3）。

2.3 不同生物炭施用量對(duì)釀酒葡萄葉片光合特性的影響

圖3 不同生物炭用量對(duì)土壤0～80 cm土層貯水量的影響

表3 可知，綜合生育期來(lái)說：初果期凈光合速率明顯高于膨大期、花期，花期凈光合速率最低，隨著生物炭施用量的增加凈光合速率在各生育期均表現(xiàn)為先增加后降低的趨勢(shì)?；ㄆ卺劸破咸讶~片凈光合速率在施用量為6000 kg/hm2時(shí)達(dá)到最高，同時(shí)提高蒸騰速率，通過Pn/E顯示出該處理下水分有效利用率最高；此外，氣孔導(dǎo)度也達(dá)到最大，加速光合作用有序進(jìn)行；初果期凈光合速率在生物炭施用量為6000 kg/hm2時(shí)達(dá)到最高，與生物炭施用量為3000 kg/hm2相差不大，該處理下氣孔導(dǎo)度相比花期增加3倍以上；膨大期生物炭施用量為12000 kg/hm2時(shí)凈光合速率相比施用量為6000 kg/hm2降低了22.04%，蒸騰速率相差不大，同時(shí)水分有效利用率降低。說明有機(jī)無(wú)機(jī)配施條件下，生物炭施入具有提高葡萄葉片凈光合速率的作用，不同處理以T3表現(xiàn)最佳，高量施用生物炭通過保水導(dǎo)致水分奢侈供應(yīng)，反而抑制了葡萄葉片水分利用效率。

表3 不同生物炭用量對(duì)葡萄葉片光合特性的影響

2.4 不同生物炭施用量對(duì)釀酒葡萄形態(tài)指標(biāo)及產(chǎn)量的影響

由表4可得，有機(jī)無(wú)機(jī)配施基礎(chǔ)上輸入生物炭對(duì)釀酒葡萄形態(tài)指標(biāo)影響較大，尤其生物炭施用量為6000 kg/hm2時(shí)顯著增加果穗長(zhǎng)，而生物炭對(duì)單粒重?zé)o顯著性影響，從而增加果穗重，相比生物炭施用量為0、1500、3000、12000 kg/hm2的處理分別增加了39.47%、32.21%、7.02%、5.42%；粒徑在不同生物炭施用量下表現(xiàn)差異較大，生物炭施用量為6000 kg/hm2時(shí)顯著增加果實(shí)粒徑，相比不施生物炭增加15.10%。

表4 不同生物炭用量對(duì)葡萄形態(tài)指標(biāo)的影響

生物炭施用量為6000 kg/hm2時(shí)，釀酒葡萄產(chǎn)量最高，達(dá)到5925 kg/hm2，相比生物炭施用量為0、1500、3000、12000 kg/hm2的處理分別增加了38.40%、25.63%、28.58%、12.72%。由 此 可 見，適宜的生物炭投入有助于協(xié)調(diào)投入碳氮的比例，通過增加養(yǎng)分和改善土壤理化性質(zhì)，可以促進(jìn)作物地上部干物質(zhì)的積累，使養(yǎng)分向籽粒充分轉(zhuǎn)運(yùn)。

通過對(duì)生物炭不同施用量與釀酒葡萄產(chǎn)量模擬，二者關(guān)系可由以下方程表達(dá)：

即：y = -0.0004x2+0.3872x+275.83R2= 0.7826

方程式表明：生物炭施用量與產(chǎn)量關(guān)系符合肥料效應(yīng)的報(bào)酬遞減規(guī)律，當(dāng)dy/dx=0時(shí)，得出釀酒葡萄最高產(chǎn)量時(shí)生物炭施用量為7260 kg/hm2，理論計(jì)算結(jié)果與田間試驗(yàn)測(cè)定值比較接近。

2.5 不同生物炭施用量對(duì)釀酒葡萄鮮果品質(zhì)的影響

由表5可得，有機(jī)無(wú)機(jī)配施基礎(chǔ)上，輸入生物炭可提高釀酒葡萄果實(shí)可溶性固形物含量，尤其生物炭施用量為6000 kg/hm2處理下顯著增加可溶性固形物含量，相比CK增加4.80%；同時(shí)該處理下顯著增加還原糖含量，與生物炭施用量為12000 kg/hm2處理無(wú)顯著性差異；可滴定酸含量在不同生物炭處理下表現(xiàn)出較為明顯的差異，施用生物炭的處理顯著降低可滴定酸含量，尤其在施用量為12000 kg/hm2處理下可滴定酸相比不施生物炭處理降低33.71%；生物炭施用量為6000 kg/hm2處理提高總酚含量，顯著高于不施生物炭及生物炭施用量為1500 kg/hm2的處理，分別增加了65.40%、30.23%；花色苷在生物炭施用量為3000、6000 kg/hm2的處理下含量較為相近；單寧在各處理下變異較大，生物炭施用量為6000 kg/hm2處理下降低單寧含量，有效地改善釀酒葡萄的品質(zhì)和口感。表明有機(jī)無(wú)機(jī)配施條件下施入生物炭，對(duì)釀酒葡萄品質(zhì)提升具有明顯的促進(jìn)作用。

表5 不同生物炭用量對(duì)葡萄品質(zhì)的影響

2.6 不同生物炭施用量對(duì)土壤化學(xué)性質(zhì)的影響

與CK相比，有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施條件下，輸入生物炭顯著提高了土壤pH值和全鹽含量，但不同處理之間差異不顯著，由于生物炭本身pH值和鹽分含量高，生物炭的投入即是鹽堿的攝入；輸入生物炭顯著提高了土壤有機(jī)質(zhì)含量，但處理T2、T3、T4之間差異不顯著，同比CK增幅分別為12.17%、24.17%、27.82%；輸入生物炭顯著提高了土壤堿解氮含量，不同處理間T3和T4差異不顯著，但同比其他處理達(dá)到顯著差異水平；輸入生物炭顯著提高了土壤速效鉀含量，可能和生物炭本身含有大量的速效性鉀直接相關(guān)，但不同處理之間T1和T2差異不顯著，T3和T4差異不顯著，處理間以T3速效鉀含量最高，同比CK增幅為54.01%。生物炭輸入對(duì)土壤有效磷含量的影響規(guī)律不明顯。表明有機(jī)無(wú)機(jī)配施條件下，輸入生物炭顯著增加了土壤鹽堿含量，但同時(shí)顯著提升了土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮和速效鉀含量，表現(xiàn)出保蓄氮素、補(bǔ)益鉀素的積極作用，有效提升了土壤肥力水平。

表6 不同生物炭用量對(duì)土壤化學(xué)性質(zhì)的影響

3 討論

3.1 不同生物炭配施方式對(duì)土壤團(tuán)聚體及保水性的影響

生物炭本身富含大量納米孔隙，通過與化肥、有機(jī)物料間的相互作用，對(duì)土壤團(tuán)聚體形成具有明顯的促進(jìn)作用。林洪羽等［22］研究提出生物炭和氮磷鉀配施能降低大團(tuán)聚體（>2 mm）和微團(tuán)聚體（<0.053 mm）的含量，且顯著提高團(tuán)聚體平均重量直徑、幾何平均直徑及穩(wěn)定率，有利于提高團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性；李鑫等［23］研究發(fā)現(xiàn)秸稈生物炭與豬糞配施時(shí)，土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體隨著生物炭比例的增加而提高，說明生物炭和豬糞協(xié)同作用有利于水穩(wěn)定性團(tuán)聚體形成；王彤等［24］研究發(fā)現(xiàn)生物炭與常規(guī)有機(jī)肥及廚余發(fā)酵物存在顯著的相互作用，配合施用時(shí)，更有利于形成大團(tuán)聚體；侯曉娜等［25］研究發(fā)現(xiàn)單施生物炭對(duì)土壤水穩(wěn)性大團(tuán)聚體含量和團(tuán)聚體穩(wěn)定性的影響不顯著，而生物炭與秸稈配施能提高土壤大團(tuán)聚體含量，增加土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性。而本研究發(fā)現(xiàn)有機(jī)無(wú)機(jī)配合生物炭輸入有利于增加>0.25 mm粒徑水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量，且隨著生物炭輸入量的增加，大團(tuán)聚體含量顯著增加，以上結(jié)論和前人研究結(jié)果基本一致，主要原因是生物炭與有機(jī)肥在土壤中相互作用，提高了土壤有機(jī)碳含量，有機(jī)碳是一種重要的膠結(jié)物質(zhì)，能夠促進(jìn)土壤團(tuán)聚體形成。但其中>2 mm粒徑水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量不同處理間表現(xiàn)出先升高后降低的趨勢(shì)，高量生物炭投入條件下，促進(jìn)了1～2 mm粒徑水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量顯著增加，此處化肥、有機(jī)肥和生物炭的相互作用機(jī)理有待于深入分析研究。同時(shí)金梁等［26］研究提出生物炭與化肥配施條件下，黑龍江黑土團(tuán)聚體隨著施炭量增加（超過31.5 t/hm2），凝聚性降低，大團(tuán)聚體數(shù)量減少，造成土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性相對(duì)降低。而本研究在有機(jī)無(wú)機(jī)配施基礎(chǔ)上，隨著生物炭施用量的增加，>0.25 mm粒徑水穩(wěn)性大團(tuán)聚體含量表現(xiàn)出顯著增加的趨勢(shì)，這主要是本試驗(yàn)基于產(chǎn)投考慮前提下，生物炭的輸入梯度范圍設(shè)計(jì)偏小，高施炭量仍沒表現(xiàn)出降低大團(tuán)聚體數(shù)量的情況。

生物炭的施入也可增加土壤滲濾能力，大量試驗(yàn)研究結(jié)果表明：施入生物炭可有效地提高土壤含水量，減少水分蒸發(fā)，尤其在砂質(zhì)土壤上應(yīng)用效果最為明顯［27-29］。本試驗(yàn)研究結(jié)果與前人基本一致，礫石土輸入生物炭具有保蓄土壤水分、提高土壤貯水量、調(diào)節(jié)葡萄水分供給的作用，且生物炭施用量和土壤貯水量成正比。

3.2 生物炭配施對(duì)土壤理化性質(zhì)及作物產(chǎn)量品質(zhì)的影響

礫石土漏水漏肥導(dǎo)致養(yǎng)分利用效率低下一直是限制寧夏釀酒葡萄產(chǎn)業(yè)發(fā)展的“瓶頸”問題之一。周桂玉等［30］研究發(fā)現(xiàn)添加生物質(zhì)炭可以明顯提高吉林草甸中性黑土土壤中有效磷的含量，但對(duì)氮和鉀的作用差異不顯著，而本研究堿性土壤條件下，施用生物炭對(duì)土壤堿解氮和速效鉀的促進(jìn)作用明顯，而對(duì)有效磷的作用不明顯，和研究區(qū)高pH易導(dǎo)致磷素固定直接相關(guān)。高德才等［31］在旱地土壤上施用生物炭量2%以上能顯著減少氮素淋洗、提高氮素利用率；尚杰等［32］發(fā)現(xiàn)生物質(zhì)炭施用顯著提高了土壤全氮和堿解氮含量，與生物炭提供固氮菌發(fā)揮效果所需要的豐富氮源直接相關(guān)［33］；生物炭中鉀的有效性較高，施入土壤能提高土壤速效鉀含量［34］，和本研究結(jié)構(gòu)相一致。曾愛等［35］研究發(fā)現(xiàn)不同生物炭施用量對(duì)土壤pH值的影響不顯著，和土壤具有一定的酸堿緩沖能力以及試驗(yàn)處理施入的生物炭量不高直接相關(guān)；土壤有機(jī)碳含量隨著生物炭施用量的增加而顯著增加。本研究發(fā)現(xiàn)，隨著生物炭施用量的增加，土壤pH值有增加的趨勢(shì)，但不同生物炭添加量處理之間差異不顯著，和上面結(jié)果較為一致，同時(shí)土壤有機(jī)質(zhì)含量隨著生物炭施用量的增加有增加的趨勢(shì)，但不同施炭量之間差異不顯著，和礫石土水分條件不足限制有機(jī)物分解轉(zhuǎn)化有直接關(guān)系。

生物炭施用對(duì)作物葉片凈光合速率以及水分有效利用率提升起到積極促進(jìn)作用，這與張偉明等［36］在水稻上、宋久洋等［37］在煙草上研究結(jié)果一致。此外，大量研究表明：施用生物炭可顯著提高作物產(chǎn)量［38］，錢嘉文等［39］研究認(rèn)為生物炭對(duì)青菜具有明顯增產(chǎn)效應(yīng)；勾芒芒等［40］也發(fā)現(xiàn)生物炭對(duì)番茄根系形態(tài)特征的優(yōu)化與產(chǎn)量的提高具有一定的促進(jìn)作用；本試驗(yàn)結(jié)果也證明了生物炭配施增產(chǎn)這一結(jié)論。

品質(zhì)是釀酒葡萄的靈魂，Schmidt等［41］通過兩年田間試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)施用生物炭在第二年對(duì)糖、酸無(wú)顯著影響，Genesio等［42］研究認(rèn)為生物炭對(duì)可溶性固形物、還原糖含量影響不顯著，而本試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)在施用有機(jī)肥的基礎(chǔ)上配施生物炭顯著提高可溶性固形物、還原糖含量，降低可滴定酸含量，促進(jìn)酚類化合物以及色素形成，這與前人研究結(jié)果不一致，可能是在養(yǎng)分平衡供應(yīng)的基礎(chǔ)上，有機(jī)肥和生物炭組合作用，通過生物炭保蓄水分，提高土壤溫度創(chuàng)造了有機(jī)肥加速分解的條件，產(chǎn)生了多種生物活性物質(zhì)，促進(jìn)了作物生長(zhǎng)和品質(zhì)形成。

4 結(jié)論

有機(jī)無(wú)機(jī)配施基礎(chǔ)上，生物炭輸入具有明顯提高土壤水穩(wěn)性大團(tuán)聚體含量，降低土壤水穩(wěn)性小團(tuán)聚體含量，改善土壤結(jié)構(gòu)的作用，且隨著生物炭施用量的增加，>0.25 mm粒徑水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量越高，土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性越好。

有機(jī)無(wú)機(jī)與生物炭配施后，土壤水分、養(yǎng)分保蓄效應(yīng)最佳，其中生物炭施用6000 kg/hm2以上可顯著提高土壤0～80 cm土體貯水量超過30%；顯著提高土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮和速效鉀含量，且土壤肥力、水分含量也顯著提升。

有機(jī)無(wú)機(jī)與生物炭配施后，通過調(diào)節(jié)土壤水肥供應(yīng)，顯著促進(jìn)了釀酒葡萄葉片光合作用，優(yōu)化了果穗長(zhǎng)，進(jìn)而提高了葡萄產(chǎn)量，改善了葡萄品質(zhì)，基于理論產(chǎn)量模擬最佳生物炭輸入量為7260 kg/hm2。