生物炭基土壤調(diào)理劑對(duì)酸性菜田土壤的改良效果

楊慧豪，郭秋萍，黃幫裕，陳海斌，潘曉瑩，范如芹，杜建軍*

（1.仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院資源與環(huán)境學(xué)院，廣州 510225；2.廣東省普通高校農(nóng)業(yè)產(chǎn)地污染綜合防治工程技術(shù)研究中心，廣州 510225）

近年來，我國(guó)蔬菜產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，2020 年我國(guó)蔬菜播種面積達(dá)到2 148.5萬(wàn)hm2，占我國(guó)農(nóng)作物種植面積的12.83%[1]。蔬菜具有生長(zhǎng)快、生長(zhǎng)周期短等特點(diǎn)，因此需施用大量肥料以維持其生長(zhǎng)，而過量施肥會(huì)引發(fā)一系列的土壤環(huán)境問題。研究表明，過量施肥及養(yǎng)分施用比例不協(xié)調(diào)是菜田酸化、板結(jié)、鹽漬化、土壤微生物生境破壞等問題日益嚴(yán)峻的主要因素[2-4]，這些菜田土壤的障礙因子是限制蔬菜產(chǎn)量和品質(zhì)的重要因素。因此，如何有效改善土壤質(zhì)量來提高土壤生產(chǎn)力成為當(dāng)前蔬菜種植亟需解決的問題。

施用調(diào)理劑是土壤改良的主要措施之一。研究發(fā)現(xiàn)，土壤調(diào)理劑在改善土壤結(jié)構(gòu)、調(diào)節(jié)土壤pH、降低土壤鹽堿危害、提高土壤的保水持水特性、提高微生物和酶的活性等方面具有重要作用[5-7]，常見的土壤調(diào)理劑以生石灰、礦物、工農(nóng)業(yè)廢棄物等為主要原料，而生物炭基土壤調(diào)理劑作為新興的土壤調(diào)理劑，是由生物炭和其他調(diào)理劑材料配伍制備而成。研究發(fā)現(xiàn)，生物炭基土壤調(diào)理劑能夠發(fā)揮協(xié)同作用，更有效提升對(duì)酸性土壤的改良效果[8-9]，同時(shí)對(duì)土壤氮磷的持留性能和作物養(yǎng)分的吸收具有重要作用[9-10]。已有研究表明，利用生物炭與其他材料配制復(fù)合生物炭基土壤調(diào)理劑，能夠提高對(duì)酸性土壤的改良效果并且促進(jìn)作物生長(zhǎng)[11]。吳宇佳等[12]使用生物炭、熟石灰、有機(jī)肥等不同材料配制的土壤調(diào)理劑驗(yàn)證了其對(duì)綠橙園土壤的改良效果及綠橙苗生長(zhǎng)的影響。蘇輝蘭等[13]發(fā)現(xiàn)使用生物炭、樹脂、石灰、有機(jī)肥制備的生物炭基土壤調(diào)理劑，不僅能有效降低土壤酸度，還能提高土壤有效磷、速效鉀的含量，并促進(jìn)馬鈴薯的生長(zhǎng)。但大多數(shù)研究集中在生物炭與其他調(diào)理劑對(duì)土壤改良的效果方面，而關(guān)于生物炭與其他調(diào)理劑優(yōu)化配施方面研究較少，特別是針對(duì)赤紅壤菜田土壤改良效果方面更鮮見報(bào)道。

本研究以生物炭、粉煤灰、鋼渣和生石灰為原料，通過盆栽試驗(yàn)，研究施用不同配比水平的生物炭基土壤調(diào)理劑對(duì)廣州地區(qū)旱地赤紅壤菜田土壤理化性質(zhì)、礦質(zhì)養(yǎng)分、酶活性以及蔬菜養(yǎng)分吸收和產(chǎn)量的影響，初步評(píng)估生物炭基土壤調(diào)理劑對(duì)土壤酸度、土壤養(yǎng)分供應(yīng)水平和作物養(yǎng)分吸收的改良效果，篩選對(duì)該酸性土壤改良效果最好的配比水平，旨在為該生物炭基土壤調(diào)理劑在菜田中的應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

原材料：以花生殼為原料，在厭氧條件下400 ℃熱解2 h 制備生物炭。粉煤灰、鋼渣和生石灰購(gòu)自河南金豐環(huán)保工程有限公司。原材料基本性質(zhì)見表1，原材料中所含的鎘、鉻、砷、鉛含量遠(yuǎn)低于《肥料中有毒有害物質(zhì)的限量要求》（GB 38400—2019）所規(guī)定的限值，可安全應(yīng)用。

表1 原材料的基本性質(zhì)Table 1 Basic properties of the raw materials

供試土壤：采自廣州市番禺禺鋒蔬菜合作社菜地0～20 cm 耕層土壤，風(fēng)干，過2 mm 篩，混勻、備用。該土壤的理化性質(zhì)如下：pH（水∶土=2.5∶1）5.39，有機(jī)質(zhì)23.94 g·kg-1，全氮1.28 g·kg-1，堿解氮84.13 mg·kg-1，有效磷37.72 mg·kg-1，速效鉀170.92 mg·kg-1，有效鐵、硅、硫分別為307.54、84.66、60.06 mg·kg-1，交換性鈣1.81 g·kg-1，交換性鎂0.21 g·kg-1。

供試肥料：尿素（N 46%）、過磷酸鈣（P2O512%）、氯化鉀（K2O 60%）。

供試作物：油麥菜，品種美滿香10-3 號(hào)，生育期60～65 d。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)中生石灰、粉煤灰和鋼渣用量水平為每千克風(fēng)干土0、25.0 g和50.0 g，生物炭用量水平為每千克風(fēng)干土0、25.0 g 和50.0 g，采用4 因素3 水平正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，共9 個(gè)處理（表2），每個(gè)處理設(shè)4 次重復(fù)。氮肥以尿素（N 46%）為氮源，磷肥以過磷酸鈣（P2O512%）為磷源，鉀肥以氯化鉀（K2O 60%）為鉀源。N、P2O5、K2O施用水平分別為每千克風(fēng)干土100、90 mg和100 mg。

表2 土壤調(diào)理劑正交試驗(yàn)方案Table 2 Orthogonal test scheme of soil conditioner

試驗(yàn)于2020 年10 月25 日至12 月28 日進(jìn)行。每盆裝4 kg風(fēng)干土，將調(diào)理劑、1/3的氮肥、1/3的鉀肥及全部磷肥與土壤混合均勻裝入盆中，加水至土壤田間持水量的70%，次日移栽3 株同等大小的油麥菜苗至盆中。另外的2/3 氮肥、鉀肥分別于油麥菜旺盛生長(zhǎng)前期（11 月15 日）和旺盛生長(zhǎng)中期（12 月5 日）各追施1/3。根據(jù)土壤水分情況每1～2 d 澆1 次水，并進(jìn)行常規(guī)栽培管理。

試驗(yàn)結(jié)束后收獲植物地上部分，洗凈并測(cè)定鮮質(zhì)量。取新鮮樣品85 ℃殺青后于65 ℃條件下烘干，測(cè)定植物干質(zhì)量及全氮、全磷、全鉀等含量。油麥菜收獲后，盆內(nèi)土壤破碎、混勻，風(fēng)干后過篩，裝袋密封，備用。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

油麥菜收獲當(dāng)日采用稱重法測(cè)定油麥菜的產(chǎn)量；油麥菜樣品采用H2SO4-H2O2消煮，分別用奈氏比色法、鉬銻抗比色法、火焰光度計(jì)法測(cè)定全氮、全磷、全鉀含量[14]。

土壤pH 采用電位法（水∶土=2.5∶1）測(cè)定，有機(jī)質(zhì)含量采用重鉻酸鉀容量法-外加熱法測(cè)定，全氮含量采用混合催化劑-半自動(dòng)凱氏定氮儀法測(cè)定，堿解氮含量采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定，有效磷含量采用0.5 mg·L-1NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法測(cè)定，速效鉀含量采用NH4OAc 浸提-火焰光度法測(cè)定，土壤陽(yáng)離子交換量（CEC）采用乙酸銨法測(cè)定，交換性鈣、鎂含量采用乙酸銨交換原子吸收分光光度法測(cè)定[14]。

脲酶活性采用苯酚鈉-次氯酸鈉比色法測(cè)定，以1 h 后1 g 土壤中NH3-N 的毫克數(shù)表示，mg·g-1·h-1；蔗糖酶活性采用3，5-二硝基水楊酸比色法測(cè)定，以24 h后1 g土壤中葡萄糖的毫克數(shù)表示，mg·g-1·d-1；過氧化氫酶活性采用高錳酸鉀滴定法測(cè)定，以1 g 土壤消耗0.1 mol·L-1KMnO4溶液的毫升數(shù)表示，mL·g-1；磷酸酶活性采用磷酸苯二鈉比色法測(cè)定，以1 h后1 g土壤中酚的毫克數(shù)表示，mg·g-1·h-1[15]。

土壤微生物總DNA 采用MO BIO/QIAGEN 公司的DNeasy PowerSoil Kit 進(jìn)行抽提，并對(duì)抽提的DNA進(jìn)行檢測(cè)。采用熒光分光光度計(jì)（Quantifluor-ST fluorometer，Promega，E6090；Quant-iT PicoGreen dsDNA Assay Kit，Invitrogen，P7589），在260 nm 和280 nm 處分別測(cè)定DNA 的吸光值，檢測(cè)DNA 的濃度，并用1%的瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè)DNA的質(zhì)量。調(diào)整DNA溶液濃度，DNA 工作液保存于4 ℃，儲(chǔ)存液保存于-20 ℃。對(duì)土壤DNA 進(jìn)行測(cè)序，測(cè)序片段為保守區(qū)V4～V5 的16S rRNA 基因，采用的引物為515F（5′-GTGCCAGCMGCGTAA-3′）和907R（5′-CCGTCAATTCMTTMTTRAGTT-3′）。整個(gè)測(cè)序過程由派森諾生物科技股份有限公司完成，包括PCR 擴(kuò)增，PCR 產(chǎn)物的檢測(cè)、純化及測(cè)序，文庫(kù)構(gòu)建和上機(jī)測(cè)序。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

采用Microsoft Office 2010 進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，IBM SPSS 20 軟件進(jìn)行方差分析，LSD 法進(jìn)行多重比較（P＜0.05），Origin 2018軟件進(jìn)行繪圖。

微生物多樣性分析：通過QIIME計(jì)算細(xì)菌豐富度指數(shù)（Chao 1）、觀察物種數(shù)（Observed species）和細(xì)菌多樣性指數(shù)（Shannon、Simpson）。其中，Chao 1 用來估計(jì)樣品中所含OTU數(shù)目。

物種分類學(xué)分析：對(duì)于細(xì)菌的16S rRNA 基因，選用Greengenes數(shù)據(jù)庫(kù)，使用QIIME軟件，調(diào)用UCLUST序列比對(duì)工具，對(duì)獲得的高質(zhì)量序列按97%的相似水平進(jìn)行歸并和OTU劃分，并選取每個(gè)OTU中豐度最高的序列作為該OTU 代表序列，然后進(jìn)行分類學(xué)分析，在Phylum（門）水平上統(tǒng)計(jì)各個(gè)樣品的群落組成。

層次聚類分析：使用R 語(yǔ)言STAT 包的UCLUST函數(shù)，默認(rèn)對(duì)weighted_unifrac 距離矩陣采用UPGMA算法（即聚類方法為Average）進(jìn)行聚類分析，并在Genus（屬）水平上進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

2 結(jié)果與分析

2.1 生物炭基土壤調(diào)理劑對(duì)土壤pH的影響

從圖1 可以看出，與T1（對(duì)照）相比，不同配比的生物炭基調(diào)理劑均能顯著提高土壤pH（P＜0.05），增幅為0.82～1.75 個(gè)單位，其中T8、T5、T9 處理提高效果最為顯著（P＜0.05）。極差分析結(jié)果（附表1）表明，pH改良效果表現(xiàn)為石灰＞粉煤灰＞生物炭＞鋼渣，選取pH最大時(shí)的A3B2C3D3組合為最優(yōu)配比。

圖1 不同調(diào)理劑處理對(duì)土壤pH的影響Figure 1 Effect of different conditioner treatments on soil pH

2.2 生物炭基土壤調(diào)理劑對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分含量的影響

由表3 可知，相比于對(duì)照，除T9 處理外，其他施加土壤調(diào)理劑處理均顯著提高了土壤有機(jī)質(zhì)的含量，增幅為35.18%～74.02%，其中T3、T4、T8 處理效果最為顯著（P＜0.05）。

與對(duì)照相比，除T5、T6、T7和T9處理外，其他處理土壤全氮量均顯著提高，增幅為13.71%～17.91%；而各添加調(diào)理劑處理均使土壤堿解氮含量下降，降幅為7.57%～12.30%，其中T7處理堿解氮含量降幅最大。

與對(duì)照相比，除T2之外，施加不同土壤調(diào)理劑組合處理均可顯著提高土壤有效磷含量，增幅為38.18%～80.28%，僅有T2、T6、T7、T8 處理顯著提高土壤速效鉀含量，增幅為9.22%～10.82%。

由極差分析結(jié)果（附表2）可知，4 種調(diào)理劑中對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)、全氮和速效鉀含量提升作用最大的材料是生物炭，而對(duì)土壤有效磷含量的影響順序?yàn)樯遥旧锾浚句撛痉勖夯摇?duì)于土壤有機(jī)質(zhì)和氮磷鉀這幾個(gè)指標(biāo)，各因素的最優(yōu)配比：提高土壤有機(jī)質(zhì)為A2B2C3D3，提高全氮為A1B2C1D3，提高有效磷為A3B2C2D3，提高速效鉀為A3B2C2D2，降低堿解氮為A3B3C3D2。

2.3 生物炭基土壤調(diào)理劑對(duì)土壤交換性鈣、鎂含量及陽(yáng)離子交換量（CEC）的影響

從圖2 可看出，與對(duì)照相比，不同配比生物炭基調(diào)理劑處理的土壤交換性鈣均顯著提高，提高幅度為38.52%～122.63%，其中T8、T9 效果最佳；各處理均可不同程度提高土壤交換性鎂含量，其中T2、T3、T4 和T5 處理的土壤交換性鎂含量提高顯著（P＜0.05），提高幅度為12.45%～26.92%，T2、T3 處理效果最優(yōu)。極差分析結(jié)果（附表3）表明，4 種調(diào)理劑中對(duì)土壤交換性鈣、鎂提升作用最大的材料均為石灰，且對(duì)提高土壤交換性鈣、鎂效果最優(yōu)的水平分別為A3B3C3D3和A1B2C3D3。

圖2 不同土壤調(diào)理劑對(duì)油麥菜收獲后土壤交換性鈣、鎂含量的影響Figure 2 Effects of different soil conditioners on exchangeable Ca and Mg contents in soil after harvest

表3 不同調(diào)理劑處理對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分含量的影響Table 3 Effects of different conditioner treatments on soil organic matter and nutrient contents

由圖3 可看出，與對(duì)照相比，添加不同調(diào)理劑處理的土壤CEC 均顯著提高（P＜0.05），提高幅度為41.10%～78.65%，其中T8處理最為顯著。由極差分析結(jié)果（附表4）可知，4 種調(diào)理劑材料對(duì)土壤CEC 的影響順序?yàn)槭遥痉勖夯遥旧锾浚句撛＝Y(jié)果表明，對(duì)提高土壤CEC效果最優(yōu)的水平為A3B2C3D3。

圖3 不同土壤調(diào)理劑對(duì)土壤陽(yáng)離子交換量（CEC）的影響Figure 3 Effects of different soil conditioners on soil cation exchange capacity（CEC）

2.4 生物炭基土壤調(diào)理劑對(duì)土壤酶活性的影響

從圖4 可知，與對(duì)照相比，添加調(diào)理劑處理均未對(duì)土壤脲酶、過氧化氫酶活性產(chǎn)生顯著影響（P＞0.05）。根據(jù)極差分析結(jié)果（附表5）可知，對(duì)于提高土壤脲酶和過氧化氫酶活性而言，最優(yōu)水平均為A2B2C2D3。在4種調(diào)理劑中，生物炭對(duì)其影響最大，但改良效果均不明顯。除了T2、T5、T6 和T9 處理之外，其余處理土壤磷酸酶和蔗糖酶活性顯著提高（P＜0.05），提高幅度分別為34.71%～44.07%和34.68%～44.09%。根據(jù)極差分析結(jié)果（附表5）可知，4 種調(diào)理劑材料對(duì)土壤酶活性的影響順序?yàn)樯锾浚句撛臼遥痉勖夯?，?duì)提高土壤磷酸酶和蔗糖酶活性效果最優(yōu)的水平均為A2B2C3D3。

圖4 不同土壤調(diào)理劑對(duì)土壤酶活性的影響Figure 4 Effects of different soil conditioners on soil enzyme activities

2.5 生物炭基土壤調(diào)理劑對(duì)土壤微生物菌落結(jié)構(gòu)的影響

從表4 可知，與對(duì)照對(duì)比，T2、T3、T4 和T6 處理的Chao 1 指數(shù)增大，全部處理Shannon 指數(shù)均降低，而T5、T7、T8 和T9 處理的Chao 1 指數(shù)和Simpson 指數(shù)均減小，可見適量配比的生物炭基土壤調(diào)理劑可提高土壤微生物的豐富度，但對(duì)土壤微生物多樣性影響不大。

表4 生物炭基土壤調(diào)理劑處理的土壤微生物豐富度和多樣性指數(shù)Table 4 Soil microbial richness and diversity index treated with biochar-based soil conditioners

對(duì)各處理進(jìn)行土壤微生物PCA 分析，結(jié)果（圖5A）表明，與對(duì)照相比，添加土壤調(diào)理劑處理均與之有明顯區(qū)分，說明生物炭基土壤調(diào)理劑的添加均影響土壤微生物群落組成。其中T4 和T6 處理微生物群落組成相似，T7、T8、T9 處理均位于主成分2 軸正方向且距離較近，說明這3 個(gè)處理微生物群落結(jié)構(gòu)相似。微生物相對(duì)豐度分析（圖5B）表明，占主導(dǎo)地位的8 種細(xì)菌類別分別為變形菌門（Proteobacteria）、綠彎菌門（Chloroflexi）、酸桿菌門（Acidobacteria）、放線菌門（Actinobacteria）、芽單胞菌門（Gemmatimonadetes）、擬桿菌門（Bacteroidetes）、浮霉菌門（Planctomycetes）、藍(lán)藻門（Cyanobacteria）。這些門的豐度占菜地土壤全部細(xì)菌的93.72%～95.58%。施加生物炭土壤調(diào)理劑處理均使土壤不同門細(xì)菌發(fā)生了變化。從土壤調(diào)理劑處理后土壤細(xì)菌屬水平物種組成層次聚類樹（圖5C）可看出，T4 和T6 處理微生物群落結(jié)構(gòu)相似，T7和T8處理相似。相對(duì)于對(duì)照處理，土壤調(diào)理劑處理的土壤Subgroup-6、溶桿菌屬（Lysobacter）、馬賽菌屬（Massilia）和沙壤土桿菌屬（Ramlibacter）豐度都有不同程度提高。

圖5 不同生物炭基土壤調(diào)理劑處理土壤微生物多樣性分析Figure 5 Diversity analysis of soil microorganisms treated with different biochar-based soil conditioners

2.6 生物炭基土壤調(diào)理劑對(duì)蔬菜產(chǎn)量的影響

由表5 可知，在施用等量化肥條件下，添加生物炭基土壤調(diào)理劑能提高油麥菜鮮質(zhì)量和干質(zhì)量。與對(duì)照相比，T3、T4、T5 和T8 處理的油麥菜產(chǎn)量顯著增加（P＜0.05），增幅分別為12.26%、16.68%、13.23%和13.67%。極差分析結(jié)果（附表6）表明，4 種調(diào)理劑中對(duì)油麥菜產(chǎn)量提升作用最大的材料為生物炭，選取油麥菜產(chǎn)量最高時(shí)的組合為最優(yōu)水平，則最優(yōu)水平組合為A2B2C2D3。

表5 不同調(diào)理劑處理對(duì)油麥菜產(chǎn)量的影響Table 5 Effects of different conditioners on the yield of lettuce

2.7 生物炭基調(diào)理劑對(duì)蔬菜養(yǎng)分吸收累積的影響

從表6 可知，施加土壤調(diào)理劑可促進(jìn)油麥菜對(duì)N、P、K的吸收。與對(duì)照相比，添加不同調(diào)理劑處理的油麥菜N吸收量增加了7.94%～27.01%，P吸收量增加了19.40%～64.79%，K 吸收量增加了11.54%～38.25%。各處理中，對(duì)油麥菜N、P、K 吸收促進(jìn)效果最佳的處理為T4。極差分析結(jié)果（附表7）表明，4 種調(diào)理劑材料對(duì)蔬菜N、P、K 吸收量的影響順序?yàn)樯锾浚臼遥句撛痉勖夯?，說明生物炭對(duì)提高蔬菜營(yíng)養(yǎng)元素吸收發(fā)揮最重要的作用。對(duì)于N、P、K這3個(gè)指標(biāo)，選取作物對(duì)N、P、K 吸收量最大時(shí)為最優(yōu)水平，各因素的最優(yōu)水平組合為A2B2C2D3。

表6 不同調(diào)理劑對(duì)油麥菜養(yǎng)分吸收量的影響Table 6 Effects of different conditioners on nutrient absorption of lettuce

3 討論

施用土壤調(diào)理劑是改善土壤質(zhì)量的有效措施之一，本研究所用的土壤調(diào)理劑原材料——生物炭、生石灰、粉煤灰、鋼渣均呈堿性，其中生石灰富含鈣，堿性最強(qiáng)，中和土壤酸度效率高，但用量過大對(duì)土壤結(jié)構(gòu)具有一定破壞作用；粉煤灰結(jié)構(gòu)松散、質(zhì)輕、粒徑小、比表面積大，土壤施用粉煤灰可以降低土壤容重、增加孔隙度、增加土壤吸附性能，改善土壤結(jié)構(gòu)、通透性和耕性，且能有效提高硅、鈣和微量元素含量；鋼渣可以補(bǔ)充土壤硅、鈣、鎂、磷；生物炭富碳、質(zhì)輕、比表面積大，可以增加土壤有機(jī)碳含量，改善土壤結(jié)構(gòu)，增加對(duì)土壤養(yǎng)分的吸持作用。因此，由4 種原料混配的不同配比的生物炭基土壤調(diào)理劑可以取長(zhǎng)補(bǔ)短，充分發(fā)揮4種原料的協(xié)同作用，起到更好的改良效果。

3.1 生物炭基調(diào)理劑對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響

本研究結(jié)果表明，4 種調(diào)理劑原材料均呈堿性，因此施用后均能提高土壤pH，但效果與原料pH 值并不一致，生石灰效果最好，粉煤灰次之，鋼渣效果最差。4 種調(diào)理劑只有生物炭富含碳元素，因而對(duì)土壤有機(jī)碳貢獻(xiàn)最大。生物炭具有較強(qiáng)的吸附能力，能有效提升土壤對(duì)有機(jī)質(zhì)的吸持能力，同時(shí)吸附土壤中有機(jī)分子并聚合形成有機(jī)質(zhì)，從而提高土壤有機(jī)質(zhì)含量[16]，與向書江等[10]的研究結(jié)果一致。有研究表明，施用大量石灰后，土壤中HCO-3含量增加，加快土壤中有機(jī)質(zhì)分解[17]，這可能是T9 處理增加幅度不大的原因。此外，本研究發(fā)現(xiàn)施用生物炭基土壤調(diào)理劑后大部分處理土壤全氮、有效磷和速效鉀均有不同程度提高。這主要是因?yàn)樯锾?、粉煤灰均有較大比表面積，可以吸持土壤養(yǎng)分，減少養(yǎng)分淋失。生物炭還可以促進(jìn)硝化作用進(jìn)而有效提高土壤全氮量[18-19]，且生物炭富含磷、鉀[20-22]，鋼渣富含磷，從而增加土壤磷、鉀含量。而添加生物炭基調(diào)理劑后各處理中土壤堿解氮均下降，這可能是因?yàn)槭┯猛寥勒{(diào)理劑使土壤理化性質(zhì)發(fā)生改變，使有效態(tài)氮轉(zhuǎn)變?yōu)榈V質(zhì)氮。土壤有效養(yǎng)分的提升影響著作物對(duì)其的吸收，本研究發(fā)現(xiàn)在施用等量化肥條件下，配施適量土壤調(diào)理劑能有效增加蔬菜對(duì)N、P、K 元素的吸收，并且能提高蔬菜產(chǎn)量，這與李建勇等[23]、叢銘等[24]的研究結(jié)果一致。

不同調(diào)理劑處理的土壤CEC 均顯著提高，這與魯艷紅等[25]和張瑤等[26]的研究結(jié)果相似。其主要原因是：4 種原材料均能有效中和土壤酸度，降低土壤交換性酸含量，從而促進(jìn)鹽基陽(yáng)離子交換；施用生物炭、粉煤灰可增加土壤膠體比表面積，提高土壤吸附能力，更多陽(yáng)離子吸附在土壤膠體表面；施用生石灰、粉煤灰、鋼渣可有效提高土壤交換性Ca2+、Mg2+等鹽基離子含量，增加陽(yáng)離子交換量[27]。另外，生物炭表面帶有負(fù)電荷，可有效提高土壤膠體對(duì)鹽基離子的吸附，也可能是土壤CEC提高的原因之一[28]。

3.2 生物炭基調(diào)理劑對(duì)土壤微生物特性的影響

本研究發(fā)現(xiàn)，4 種調(diào)理劑中，生物炭基調(diào)理劑對(duì)土壤磷酸酶和蔗糖酶活性影響較大，對(duì)脲酶和過氧化氫酶活性影響不顯著，這與孟繁昊等[29]的研究結(jié)果有差異，可能原因是生物炭吸附酶分子，保護(hù)酶反應(yīng)的結(jié)合點(diǎn)，從而抑制酶反應(yīng)[30]。添加生物炭基土壤調(diào)理劑顯著提高土壤磷酸酶和蔗糖酶活性，主要?dú)w因于添加調(diào)理劑影響了土壤微生物活性，從而影響酶活性[31]；另一方面，生物炭通過吸附酶促反應(yīng)的底物促進(jìn)其反應(yīng)，進(jìn)而提高酶活性。生物炭基土壤調(diào)理劑中生物炭結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因而其對(duì)酶活性影響不同[32]，其具體作用機(jī)理有待進(jìn)一步探究。此外，施用生物炭基調(diào)理劑可改變土壤微生物群落結(jié)構(gòu)，且不同微生物群落對(duì)土壤調(diào)理劑的添加反應(yīng)不同。相比于對(duì)照，生物炭基調(diào)理劑處理的土壤Subgroup-6、溶桿菌屬（Lysobacter）、馬賽菌屬（Massilia）和沙壤土桿菌屬（Ramlibacter）豐度均有不同程度提高。溶桿菌屬為革蘭氏陰性菌，表明添加生物炭基調(diào)理劑可增加革蘭氏陰性細(xì)菌生物量，這與Yang 等[31]的研究結(jié)果一致。馬賽菌屬（Massilia）具有溶淋作用，這可能是相應(yīng)處理中土壤有效磷含量提高的原因之一。

3.3 生物炭基調(diào)理劑對(duì)蔬菜養(yǎng)分吸收和產(chǎn)量的影響

廣州郊區(qū)蔬菜種植區(qū)具有典型的都市農(nóng)業(yè)特征，生產(chǎn)水平和復(fù)種指數(shù)高，菜田由于多年連作耕種和不合理地施用化肥、農(nóng)藥等，土壤普遍存在養(yǎng)分不平衡、酸化、板結(jié)、次生鹽漬化、土傳病害肆虐等問題，限制了蔬菜產(chǎn)量和品質(zhì)。生物炭、生石灰、粉煤灰、鋼渣合理復(fù)配，可充分發(fā)揮它們之間的協(xié)同作用，同時(shí)能夠中和土壤酸度、提高土壤有機(jī)質(zhì)含量、減少養(yǎng)分損失、補(bǔ)充中微量元素、改善土壤微生態(tài)環(huán)境，最終表現(xiàn)為促進(jìn)作物產(chǎn)量提升和養(yǎng)分吸收。本研究結(jié)果表明，在施用等量化肥條件下，配施不同配比生物炭基土壤調(diào)理劑的蔬菜對(duì)N、P、K 元素的吸收量增加7.94～64.79%，油麥菜產(chǎn)量增加8.03%～16.68%。

4 結(jié)論

以生石灰、粉煤灰、鋼渣和生物炭為原料復(fù)配的不同組成生物炭基土壤調(diào)理劑，當(dāng)四者施用量分別為5.0、2.5、5.0 g·kg-1和50.0 g·kg-1時(shí)，改良土壤的效果最佳，該研究結(jié)果可為生物炭基土壤調(diào)理劑田間應(yīng)用提供理論參考。

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