生物炭對(duì)辣椒根際土壤的改良效果及疫病防控研究進(jìn)展

王 姣 黃仁敏 任紅艷 李曉紅

（銅仁市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，貴州 銅仁 554300）

辣椒是我國(guó)栽培面積最大的蔬菜作物之一，具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。但是，在辣椒栽培過(guò)程中，人們?yōu)榱俗非蠼?jīng)濟(jì)效益，不合理耕作、過(guò)度使用肥料和農(nóng)藥等，易造成土壤退化［1］。土壤退化不僅會(huì)導(dǎo)致土壤肥力、生產(chǎn)力下降，而且會(huì)加重病蟲(chóng)害的發(fā)生，從而影響蔬菜產(chǎn)量及品質(zhì)。為了防止土壤退化帶來(lái)不良后果，近年來(lái)許多研究者對(duì)土壤修復(fù)進(jìn)行了大量研究。生物炭是農(nóng)作物秸稈等有機(jī)原材料在無(wú)氧或部分缺氧條件下，經(jīng)過(guò)高溫裂解所產(chǎn)生的一類(lèi)高度芳香化、含碳豐富、穩(wěn)定的固態(tài)物質(zhì)，其具有高度的穩(wěn)定性和較強(qiáng)的吸附性能。研究證明，生物炭土壤改良劑能改善辣椒根際土壤理化性狀、微生態(tài)環(huán)境等，從而起到防控辣椒疫病、提高辣椒產(chǎn)量與品質(zhì)的效果。

1 生物炭的性質(zhì)

生物炭的主要組成元素為碳、氫、氧、氮等，含碳量多在70%以上，碳主要由芳香烴、單質(zhì)碳或具有類(lèi)石墨結(jié)構(gòu)的碳構(gòu)成。這樣的表面結(jié)構(gòu)特性決定了其具有較高的化學(xué)穩(wěn)定性和生物學(xué)穩(wěn)定性。生物炭可溶性極低，具有高度羧酸酯化和芳香化結(jié)構(gòu)［1-2］。生物炭中存在金屬氧化物、碳酸鹽和堿性官能團(tuán)，導(dǎo)致生物炭多呈堿性。然而，由于生物質(zhì)來(lái)源和熱解條件存在差異，使得部分生物炭呈酸性［3-5］。

生物炭具有小容重、大比表面積、多孔特性，吸附能力強(qiáng)，有利于土壤聚集水分、提高土壤孔隙度、降低土壤容重，從而改善土壤水、氣、熱等狀況，為植物生長(zhǎng)提供良好的環(huán)境［6］。生物碳表面含有豐富的含氧官能團(tuán)，吸附、親水性良好，因而施入土壤后可以在一定程度上增強(qiáng)土壤的持水保肥能力，改良重金屬污染土壤。此外，生物炭陽(yáng)離子交換量（CEC）與同熱解溫度呈負(fù)相關(guān)，即熱解溫度低，CEC值大，熱解溫度高，CEC值??；與生物炭施入土壤中的時(shí)間呈正相關(guān)，時(shí)間越長(zhǎng)，交換量越大［7］。

不同種類(lèi)生物炭的性質(zhì)存在顯著差異，造成這種差異的主要因素是生物炭的生物質(zhì)來(lái)源和制備生物炭時(shí)的熱解條件（如加熱速率、熱解時(shí)間、熱解溫度等）。

2 生物炭對(duì)辣椒根際土壤理化性質(zhì)的影響

生物炭對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響主要表現(xiàn)在改變土壤孔隙度、團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)、水分含量、pH 值、氮磷鉀含量等方面［6］。隨著研究的不斷深入，人們不再單一施用生物炭。例如，張福建等研究發(fā)現(xiàn)，在辣椒連作土壤中添加適量的生物質(zhì)炭和生石灰能顯著促進(jìn)辣椒生長(zhǎng)發(fā)育，改善辣椒根際土壤環(huán)境，而單施生石灰或生物質(zhì)炭對(duì)辣椒各項(xiàng)生長(zhǎng)指標(biāo)的促進(jìn)效果差異較大［8］。王巖等研究生物炭和叢枝菌根對(duì)連作辣椒生長(zhǎng)和土壤養(yǎng)分的影響，結(jié)果表明施加生物炭和接種叢枝菌根處理促進(jìn)了連作辣椒生長(zhǎng)，提高了辣椒葉片凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度和葉綠素含量；與單一處理相比，生物炭和叢枝菌根配施在促進(jìn)連作辣椒生長(zhǎng)、改善連作土壤養(yǎng)分方面具有顯著的協(xié)同增效作用［9］。張萌等采用大田試驗(yàn)，探究生物炭與不同土壤添加劑配施在貴州黃壤辣椒上的施用效果，結(jié)果表明在常規(guī)施肥基礎(chǔ)上，生物炭、脲酶抑制劑和保水劑三者同時(shí)配施產(chǎn)生的協(xié)同效應(yīng)優(yōu)于單獨(dú)施用或兩兩配施，更有利于提高辣椒的產(chǎn)量與品質(zhì)［10］。

3 生物炭對(duì)辣椒根際土壤微生物及酶活性的影響

微生物是土壤中一切肉眼看不見(jiàn)或看不清楚的微小生物的總稱，包括真菌、細(xì)菌、病毒、原生動(dòng)物和顯微藻類(lèi)等。微生物在土壤中的主要作用如下：分解有機(jī)質(zhì)，改善土壤理化性質(zhì)；分解礦物質(zhì)，提高土壤中的養(yǎng)分含量，有利于植物吸收養(yǎng)分；部分微生物有固氮能力，如根瘤菌等。一般土壤中微生物的數(shù)量與肥力呈正相關(guān)。土壤酶是土壤中各類(lèi)酶的總稱，參與土壤中有機(jī)質(zhì)分解、氧化、硝化等全部過(guò)程，與土壤的理化性質(zhì)、結(jié)構(gòu)、養(yǎng)分含量有著密切的關(guān)系。

生物炭在土壤中的施用可以明顯改變土壤微生態(tài)環(huán)境，改變微生物群落優(yōu)劣形勢(shì)，增加微生物群落多樣性。李嫚等采用田間小區(qū)試驗(yàn)研究配施生物炭肥、減施化肥對(duì)辣椒生長(zhǎng)及根際土壤微生態(tài)環(huán)境的影響，結(jié)果表明配施生物炭肥能促進(jìn)辣椒生長(zhǎng)，顯著提高葉片葉綠素含量和根系活力，提高果實(shí)中蛋白質(zhì)、維生素C和可溶性糖含量，產(chǎn)量比常規(guī)施用化肥顯著增加13.04%；配施生物炭肥能提高辣椒根際土壤脲酶、磷酸酶、蔗糖酶和過(guò)氧化氫酶活性，顯著增加根際土壤中細(xì)菌和放線菌數(shù)量，減少真菌數(shù)量，提高根際土壤中速效氮、磷、鉀含量，對(duì)辣椒根際土壤微生態(tài)具有良好的調(diào)節(jié)效果［11］。杜佳燕通過(guò)木醋液、生物炭、益生菌復(fù)配對(duì)辣椒連作土壤的作用效應(yīng)進(jìn)行研究，結(jié)果表明單施生物炭、生物炭+益生菌、生物炭+木醋液+益生菌處理可以顯著增加開(kāi)花期根際和非根際土壤放線菌數(shù)量［12］。

4 生物碳對(duì)辣椒疫病的防控效果

辣椒疫病俗稱黑桿，是由辣椒疫霉菌（Phytophthora capsiciLeonian）侵染引起的土傳病害，在苗期與成株期均可發(fā)生，是制約辣椒產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要因素之一。有研究發(fā)現(xiàn)在土壤中施用生物炭，對(duì)辣椒疫病有一定的防控作用。王光飛等在盆栽試驗(yàn)條件下，研究2 種不同熱解溫度（500、600 ℃）制備的、以麥秸為原料的生物炭對(duì)辣椒疫病的防控作用，結(jié)果表明2 種熱解溫度下制備的生物炭對(duì)辣椒疫病均有一定的防控作用，但500 ℃制備的生物炭防控作用高于600 ℃制備的生物炭，同時(shí)發(fā)現(xiàn)生物炭的施用能促進(jìn)辣椒生長(zhǎng)［13］。王光飛等還研究了不同用量秸稈生物炭對(duì)辣椒疫病防控效果及土壤性狀的影響，結(jié)果表明不同用量的生物炭對(duì)辣椒疫病的防控作用不同，其中最佳用量為1.33%，生物炭的用量與辣椒疫病防控呈現(xiàn)出先上升后下降的關(guān)系，即在一定范圍內(nèi)隨著生物炭使用量的增加，防控作用逐漸增強(qiáng)，可能是因?yàn)樯锾繉?duì)土壤性狀的改善作用，而隨后防效下降，則與高用量生物炭對(duì)土壤性狀產(chǎn)生的負(fù)面影響有關(guān)［14］。馬艷等研究了生物炭施用時(shí)間對(duì)病害防效和土壤微生物性狀的影響，結(jié)果表明生物炭施加時(shí)間不同，對(duì)疫病的防控效果也不同，辣椒移栽前生物炭施入土壤時(shí)間越短，對(duì)土壤微生物區(qū)系產(chǎn)生的正面影響越大，對(duì)病害的防治效果越高［15］。

5 結(jié)語(yǔ)

今后，生物炭在辣椒生產(chǎn)中的應(yīng)用需注意4個(gè)方面：一是不同配比的生物炭和添加劑施用將是生物炭應(yīng)用的大方向；二是生物炭施入土壤后對(duì)辣椒根際土壤理化性質(zhì)、辣椒生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量、品質(zhì)的影響依然是生物炭應(yīng)用的主要研究方向；三是生物炭通過(guò)改變土壤微生態(tài)環(huán)境與理化性質(zhì)來(lái)防控辣椒疫病的機(jī)制尚不明確，需要進(jìn)一步加強(qiáng)研究；四是不斷深入研究生物炭改良辣椒根際土壤性質(zhì)的同時(shí)，對(duì)生物炭?jī)?nèi)在作用機(jī)制的研究要進(jìn)一步加強(qiáng)。