西藏科技 2018 年 1 期 （ 總第 298 期 ） 科技興農(nóng) 生物炭施入對溫室土壤 性質(zhì)以及辣椒生長的影響 * 趙貫飛 （ 西藏自治區(qū)農(nóng)牧科學(xué)院蔬菜研究所 ， 西藏 拉薩 850001 ） 摘 要 ： 為 了 探 究 在 高 原 設(shè) 施 溫 室 中 生 物 炭 的 施 入 對 土 壤 的 溫 度 、 含 水 率 、 pH 值 以 及 對 設(shè) 施 園 藝 作 物 生 長 的 影 響 ， 該 試 驗 選 擇 了 以 玉 米 秸 稈 、 花 生 殼 和 水 稻 秸 稈 等 為 原 料 的 3 種 生 物 炭 制 品 ， 同 時 以 施 入 羊 糞 、 復(fù) 合 肥 以 及 不 做 任 何 處 理 作 為 對 照 （ CK ） 。 分 別 在 辣 椒 上 進(jìn) 行 試 驗 。 結(jié) 果 表 明 ， 生 物 炭 能 夠 顯 著 提 高 溫 室 土 壤 的 溫 度 ， 但 對 溫 室 土 壤 含 水 量 和 pH 值 的 影 響 不 明 顯 ， 而 生 物 炭 施 入 對 溫 室 辣 椒 生 長 和 產(chǎn) 量 的 影 響 顯 著 。 適 宜 在 設(shè) 施 溫 室 中 進(jìn) 行生物炭推廣 ， 以改變土壤性質(zhì)和提高單位面積產(chǎn)量 。 關(guān)鍵詞 ： 生物炭 設(shè)施溫室 土壤 辣椒 生 物 炭 （ Biochar ） 也 稱 生 物 質(zhì) 炭 ， 一 般 指 生 物 質(zhì) 原 材 料 在 完 全 或 部 分 缺 氧 條 件 下 ， 經(jīng) 高 溫 熱 裂 解 產(chǎn) 生 一 種 含 碳 元 素 的 固 態(tài) 物 質(zhì) 。 主 要 由 芳 香 烴 和 單 質(zhì) 碳 或 具 有 類 石 墨 結(jié) 構(gòu) 的 碳 組 成 ， 一 般 含 有 60% 以 上 的 碳 元 素 1 。 相比焦炭 、 活性炭等 其他類型 黑炭 ， 生物炭主 要 應(yīng) 用 于 生 態(tài) 環(huán) 境 修 復(fù) 、 氣 候 變 化 和 農(nóng) 業(yè) 土 壤 改 良 等 方 面 。 生 物 炭 的 多 孔 特 性 和 表 面 積 有 利 于 土 壤 聚 集 水 分 、 提 高 孔 隙 度 、 提 高 保 水 能 力 、 降 低 土 壤 酸 度 、 增 加 有 機 質(zhì) 、 提 高 養(yǎng) 分 含 量 、 增 加 土 壤 陽 離 子 交 換 能 力 和 降 低 土 壤 容 重 ， 從 而 為 植 物 生 長 提 供 良 好 的 生 長 發(fā) 育 環(huán)境 。 隨 著 西 藏 自 治 區(qū) 設(shè) 施 園 藝 迅 猛 發(fā) 展 ， 僅 拉 薩 地 區(qū) 截 至 2013 年 底 ， 共 有 大 棚 種 植 面 積 1. 85 萬 畝 ， 其 中 日 光 溫 室 面 積 1 . 05 萬 畝 ， 塑 料 大 棚 8000 畝 ， 形 成 了 城 關(guān) 區(qū) 、 蔡 公 堂 鄉(xiāng) 、 堆 龍 德 慶 區(qū) 乃 瓊 鎮(zhèn) 、 達(dá) 孜 縣 邦 堆 鄉(xiāng) 、 曲 水 縣 南 木 鄉(xiāng) 等 16 個 集 中 連 片 設(shè) 施 農(nóng) 業(yè) 基 地 。 為 保 障 西 藏 本 地 蔬 菜 的 供 應(yīng) 起 到 了 重 要 的 支 撐 作 用 。 然 而 ， 設(shè) 施 溫 室 土 壤 由 于 常 年 處 于 封 閉 或 半 封 閉 狀 態(tài) ， 缺 少 雨 水 淋 溶 ， 從 而 形 成 了 一 個 非 常 特 殊 的 生 態(tài) 系 統(tǒng) ， 普 遍 存 在 盲 目 過 量 施 入 化 學(xué) 肥 料 、 養(yǎng) 分 比 例 失 調(diào) 、 肥 效 利 用 不 高 、 資 源 浪 費 、 土 壤 板 結(jié) 等 嚴(yán) 重 問 題 ， 給 農(nóng) 牧 民 設(shè) 施 生 產(chǎn) 也 帶 來 了 巨 大 損 失 ， 已 成 為 限 制 西 藏 設(shè) 施 農(nóng) 業(yè) 作 物 發(fā) 展 的 重 要 因 素 ， 因 此 ， 尋 求 解 決 方 法 ， 恢 復(fù) 土 壤 生 產(chǎn) 力 ， 對 促 進(jìn) 西 藏 自 治 區(qū) 設(shè) 施 農(nóng) 業(yè) 產(chǎn) 業(yè) 的 發(fā) 展 、 農(nóng) 牧 民 增 收 致 富 、 實 現(xiàn) 設(shè) 施 農(nóng) 業(yè) 作 物 的 可 持 續(xù) 發(fā) 展 具 有 重 要 意 義 。 試驗材料與方法 1. 1 試驗材料 為 了 探 究 在 高 原 設(shè) 施 溫 室 中 生 物 炭 對 設(shè) 施 園 藝 作 物 生 長 的 影 響 ， 試 驗 選 擇 了 以 玉 米 秸 稈 、 花 生 殼 和 水 稻 秸 稈 等 為 原 料 的 3 種 生 物 炭 制 品 ， 同 時 以 施 入 羊 糞 、 復(fù) 合 肥 以 及 不 做 任 何 處 理 作 為 對 照 （ CK ） 。 在 園 藝 作 物 辣 椒 （ Capsicum annuum ） 上 進(jìn) 行 試 驗 （ 品 種 為 航椒五號 ） 。 1. 2 試驗方法 上 述 作 物 在 定 植 前 按 照 100 kg/ 667 m 2 施 入 生 物 炭 和 試 驗 肥 料 開 展 相 關(guān) 實 驗 ， 并 做 好 相 關(guān) 試 驗 記 錄 。 試 驗 采 用 小 區(qū) 實 驗 為 主 ， 小 區(qū) 面 積 6m 2 ， 長 為 6 m ， 寬 1 m ， 行 距 0. 3 m ， 設(shè) 6 個 處 理 ， 3 次 重 復(fù) ， 小 區(qū) 之 間 間 隔 5 m ， 采 用 隨 機 區(qū) 組 排 列 。 通 過 上 述 試 驗 ， 擬 試 圖 探 究 生 物 炭 的 施 入 對 溫 室 土 壤 溫 度 、 含 水 量 、 pH 值 和 對 園 藝 作物的株高和產(chǎn)量的影響 。 試 驗 地 土 壤 為 沙 壤 土 ， 土 壤 容 重 為 1 . 68 g/cm 。 土 壤 溫 度 采 用 地 溫 計 于 每 天 早 晨 10: 00 進(jìn) 行 測 定 ， 采 集 深 度 為 10 cm ； pH 值 采 用 pH 計 測 定 ， 水 土 比 例 為 2 . 5 ： 1； 園 藝 作 物 的 株 高 采 用 普 通 卷 尺 測 定 ； 作 物 產(chǎn) 量 按 照 每 個 小 區(qū) 的 產(chǎn) 量 計 算 ， 最 后 折 算 為 kg/ 667m 2 。 生 物 炭 的全碳組分和灰分見表 1 。 *基金項目： 西藏自治區(qū)自然科學(xué)基金 （ 2016ZR- 15 - 53 ） 7 西藏科技 2018 年 1 期 （ 總第 298 期 ） 科技興農(nóng) 表 1 生物炭全碳組分和灰分分析表 種類 原料類型 溫度 （ ） 碳含量 （ % ） 灰組分 秸稈 玉米秸稈 250- 700 51. 8 - 78. 1 5. 4 - 37 . 3 水稻秸稈 250- 600 38. 39 - 71. 86 23 . 13 - 30 . 1 殼類 花生殼 300- 600 45 . 2 - 68 . 19 3. 2 - 28 . 6 1. 3 數(shù)據(jù)處理 數(shù) 據(jù) 處 理 均 采 用 SPSS 20 . 0 軟 件 ， 繪 圖 軟 件 采 用 Excel 2013 。 2 結(jié)果與分析 2. 1 生物炭的施入對溫室土壤溫度的影響 該 試 驗 在 生 物 炭 施 入 后 ， 在 辣 椒 的 幼 苗 期 測 定 10 cm 深 土 壤 溫 度 變 化 ， 每 種 園 藝 作 物 隨 機 選 取 3 個 點 作為數(shù)據(jù)測定點 。 表 2 不 同 處 理 對 土 壤 溫 度 變 化 影 響 mean±SD （ ） 作物 玉米秸稈 花生殼 水稻秸稈 羊糞 復(fù)合肥 CK 辣椒 17 . 1± 0. 3 bc 16. 9 ± 0 . 6 bc 17 . 3± 0. 5 c 16. 5± 0 . 3 ab 16. 1 ± 0 . 3 a 15. 9± 0. 4 a 注 ： 采 用 Duncan s multiple range test 方 法 分 析 ， 同 一 行 不 同 字 母表示顯著性差異 （ P 0. 05， n = 3 ） 表 3 不 同 處 理 對 辣 椒 土 壤 溫 度 變 化 的 方 差 分 析 （ ANOVA ） 平方和 df 均方 F 顯著性 組間 4 . 829 5 0. 966 4 . 636 0 . 014 組內(nèi) 2 . 500 12 0. 208 總數(shù) 7 . 329 17 對 種 植 辣 椒 施 入 不 同 的 生 物 炭 和 肥 料 ， 對 10 cm 深 的 土 壤 溫 度 進(jìn) 行 測 量 ， 并 對 種 植 辣 椒 的 土 壤 溫 度 進(jìn) 行 方 差 分 析 。 結(jié) 果 表 明 ， 種 植 辣 椒 溫 室 土 壤 溫 度 均 存 在 極 顯 著 性 差 異 （ P = 0 . 014 0. 05 ） （ 表 3 ） 。 從 表 2 可 以 看 到 ， 在 辣 椒 幼 苗 期 施 入 生 物 炭 和 羊 糞 ， 除 了 施 入 復(fù) 合 肥 外 ， 都 能 夠 提 高 設(shè) 施 溫 室 土 壤 溫 度 的 作 用 ， 但 是 以 水 稻 為 原 料 的 生 物 炭 提 升 地 溫 的 作 用 最 為 明 顯 ， 具 體 提 升 土 壤 溫 度 的 排 列 順 序 為 ： 水 稻 秸 稈 玉 米 秸 稈花生殼羊糞復(fù)合肥 CK 。 2. 2 生物炭施入對溫室土壤含水量的影響 當(dāng) 生 物 炭 和 肥 料 施 入 到 種 植 辣 椒 溫 室 后 ， 不 論 是 生 物 炭 還 是 肥 料 均 對 土 壤 的 pH 變 化 沒 有 影 響 ， 在 統(tǒng) 計 學(xué) 上 沒 有 顯 著 性 差 異 。 說 明 在 該 試 驗 中 生 物 炭 對 土 壤 的 含 水 量 不 會 有 大 的 改 變 ， 可 能 與 試 驗 地 本 身 就 屬 于 砂 質(zhì) 壤 土 ， 具 有 較 好 的 透 性 ， 如 果 在 黏 土 上 進(jìn) 行 試 驗 有 可 能 會 發(fā) 揮 生 物 炭 表 面 積 大 的 優(yōu) 勢 ， 繼 而 能 夠 對土壤含水量起到調(diào)節(jié)作用 。 2. 3 生物炭的施入對溫室土壤 pH 值的影響 測 定 溫 室 土 壤 pH 值 時 ， 在 每 個 處 理 的 小 區(qū) 選 取 3 份 土 樣 ， 每 份 土 樣 放 入 燒 杯 中 加 入 蒸 餾 水 ， 用 玻 璃 棒 充分?jǐn)嚢?1 分鐘 ， 待其靜止澄清后 ， 用 pH 計測定 。 表 4 施入生物炭對供試土壤 pH 值影響 不同處理 pH 值 玉米秸稈 7. 30 ± 0. 20 a 花生殼 7. 56 ± 0. 15 a 水稻秸稈 7. 43 ± 0. 47 a 羊糞 7. 40 ± 0. 10a 復(fù)合肥 7. 36± 0. 11a C K 7. 26 ± 0. 15a 從 表 4 可 以 看 出 ， 雖 然 各 處 理 之 間 沒 有 顯 著 性 差 異 ， 但 從 數(shù) 據(jù) 來 看 各 處 理 之 間 的 pH 值 大 小 依 次 為 ： 花 生 殼 稈 水 稻 秸 稈 羊 糞 玉 米 秸 稈 復(fù) 合 肥 CK 的 排 列 順 序 。 該 試 驗 結(jié) 果 可 能 與 前 茬 種 植 作 物 品 種 有 一 定 的 關(guān) 系 ， 由 于 本 試 驗 數(shù) 據(jù) 來 自 前 茬 種 植 有 辣 椒 的試驗地 ， 種植辣椒后的田地一般偏堿性 。 2. 4 生物炭對辣椒植株生長和產(chǎn)量的影響 通 過 在 辣 椒 試 驗 地 施 入 生 物 炭 和 肥 料 ， 在 辣 椒 生 長 封 頂 時 測 量 辣 椒 的 主 莖 高 和 產(chǎn) 量 。 結(jié) 果 見 表 5 ， 主 莖 高 度 和 產(chǎn) 量 都 呈 顯 著 性 差 異 。 主 莖 高 度 順 序 為 ： 花 生 殼 水 稻 秸 稈 羊 糞 玉 米 秸 稈 復(fù) 合 肥 CK 。 產(chǎn) 量 的 變 化 順 序 為 ： 玉 米 秸 稈 花 生 殼 水 稻 秸 稈 CK 羊 糞 復(fù) 合 肥 。 不 論 是 主 莖 高 度 ， 還 是 產(chǎn) 量 ， 施 入 生 物 炭 后 都 比 CK 高 ， 這 可 能 與 生 物 炭 自 身 特 性 有 關(guān) ， 所 含 的 微 量 元 素 和 礦 物 質(zhì) 對 于 產(chǎn) 量 和 主 莖 高 度 有 一 定 的 影 響 。 而 不 施 入 任 何 生 物 炭 和 肥 料 的 辣 椒 主 莖 高 度 和 產(chǎn) 量 呈 極 顯 著 差 異 ， 主 莖 高 度 只 有 48 . 7 cm 和 4009. 6 kg/ 667m 2 。 該 次 試 驗 的 辣 椒 產(chǎn) 量 數(shù) 據(jù) 是 在 辣 椒 邊 生 長 、 邊 采 摘 最 后 匯 總 所 有 產(chǎn) 量 后 換 算 為 畝 產(chǎn) 量 。 表 5 不同處理對辣椒植株生長和產(chǎn)量的影響 處理 主莖高 （ cm ） 產(chǎn)量 （ kg/ 667m 2 ） 玉米秸稈 54. 8 ± 0. 2 bc 4017 . 3 ± 6. 6 bc 花生殼 58. 3 ± 0. 5 d 4011 . 6 ± 2. 5 d 水稻秸稈 56. 4 ± 0. 7 c 4011 . 3 ± 1. 5 c 羊糞 55. 8 ± 0. 2 c 4008. 6 ± 8 . 0 c 復(fù)合肥 53. 2 ± 1. 1 b 4007 . 6 ± 2. 5 b CK 48. 7 ± 1. 8 a 4009 . 6 ± 8. 3 a （ 下 轉(zhuǎn) 12 頁 ） 8 西藏科技 2018 年 1 期 （ 總第 298 期 ） 鄉(xiāng) 鎮(zhèn) 一 級 農(nóng) 牧 綜 合 服 務(wù) 部 門 有 一 定 比 例 的 農(nóng) 業(yè) 技 術(shù) 人 員 ， 專 門 從 事 種 植 業(yè) 技 術(shù) 指 導(dǎo) 服 務(wù) 工 作 ， 從 人 員 配 備 上 要 滿 足 農(nóng) 作 物 病 蟲 草 害 防 治 工 作 技 術(shù) 服 務(wù) 需 求 。 其 次 ， 加 強 農(nóng) 作 物 病 蟲 草 害 防 治 技 術(shù) 培 訓(xùn) 工 作 ， 對 學(xué) 員 不 同 水 平 分 層 次 ， 對 培 訓(xùn) 不 同 內(nèi) 容 分 階 段 ， 室 內(nèi) 授 課 與 現(xiàn) 場 操 作 相 結(jié) 合 ， 采 取 多 種 形 式 對 基 層 技 術(shù) 人 員 、 科 技 特 派 員 和 農(nóng) 民 進(jìn) 行 農(nóng) 田 草 害 防 治 技 術(shù) 培 訓(xùn) ， 提 高 基 層 一 線 植 保 技 術(shù) 人 員 技 術(shù) 水 平 。 最 后 ， 當(dāng) 地 財 政 設(shè) 立 農(nóng) 作 物 病 蟲 草 害 專 業(yè) 化 統(tǒng) 防 統(tǒng) 治 專 項 資 金 ， 在 全 區(qū) 35 個 糧 食 主 產(chǎn) 縣 （ 區(qū) ） 建 立 和 扶 持 專 業(yè) 化 統(tǒng) 防 統(tǒng) 治 隊 伍 ， 配 備 大 型 植 保 噴 藥 機 械 ， 農(nóng) 作 物 病 蟲 草 害 防 治 工 作 達(dá) 到 標(biāo) 準(zhǔn) 化 、 精 準(zhǔn) 化 、 規(guī) 模 化 、 高 效 化 目 標(biāo) ， 提 高 農(nóng) 作 物 病 蟲 草 害 防 治 工 作 技 術(shù) 服 務(wù) 到 位 率 。 參考文獻(xiàn) 1 胡 頌 杰 . 西 藏 農(nóng) 業(yè) 概 論 M . 四 川 ： 科 學(xué) 技 術(shù) 出 版 社， 1995 ： 526 - 527 . 2 西 藏 自 治 區(qū) 統(tǒng) 計 局 . 西 藏 統(tǒng) 計 年 鑒 M . 北 京 ： 中 國 統(tǒng)計出版社 ， 2015 編校 姚皖黔 （ 上 接 8 頁 ） 3 結(jié)論與討論 在 辣 椒 幼 苗 期 施 入 生 物 炭 和 羊 糞 ， 除 了 施 入 復(fù) 合 肥 外 ， 都 能 夠 提 高 設(shè) 施 溫 室 土 壤 溫 度 。 但 也 有 研 究 表 明 ， 施 入 生 物 炭 肥 的 處 理 幼 苗 期 土 壤 溫 度 始 終 高 于 未 施 炭 的 對 照 ， 在 小 麥 成 株 期 施 入 生 物 炭 也 同 樣 有 增 溫 效 果 2 。 在 該 試 驗 中 生 物 炭 對 土 壤 的 含 水 量 改 變 不 大 ， 可 能 試 驗 地 本 身 就 屬 于 砂 質(zhì) 壤 土 ， 具 有 較 好 的 透 性 。 生 物 炭 的 施 入 對 土 壤 pH 值 影 響 也 不 大 ， 而 有 相 關(guān) 研 究 表 明 ， 在 茶 樹 中 施 入 生 物 炭 能 使 土 壤 pH 值 升 高 0. 05- 0 . 22， 因 為 茶 樹 生 長 環(huán) 境 土 壤 偏 酸 性 ， 因 此 施 入 生 物 炭 能 夠 提 高 土 壤 的 pH 值 3 。 也 有 研 究 表 明 ， 生 物 炭 能 明 顯 改 善 北 方 果 園 酸 化 土 壤 的 性 質(zhì) ， 在 酸 化 土 壤 改 良 上 具 有 廣 闊 的 應(yīng) 用 前 景 4 - 5 。 研 究 發(fā) 現(xiàn) ， 在 溫 室 設(shè) 施 中 ， 生 物 炭 對 辣 椒 的 生 長 有 明 顯 的 促 進(jìn) 作 用 ， 進(jìn) 而 影 響 到 產(chǎn) 量 。 有 研 究 證 實 在 溫 室 設(shè) 施 中 使 用 生 物炭能夠 促進(jìn)茄子 的生長 6 ， 以及促進(jìn) 鐵皮石斛 、 煙葉 等的發(fā)育 7 - 8 。 因 此 ， 在 西 藏 自 治 區(qū) 農(nóng) 村 地 區(qū) 推 廣 生 物 炭 技 術(shù) ， 加 速 以 秸 稈 炭 化 還 田 技 術(shù) ， 不 僅 有 利 于 促 進(jìn) 農(nóng) 民 增 收 、 就 業(yè) 以 及 農(nóng) 業(yè) 增 產(chǎn) ， 還 有 助 于 提 高 農(nóng) 業(yè) 廢 棄 物 綜 合 利 用 水 平 、 減 少 散 亂 堆 放 和 焚 燒 等 面 源 污 染 ， 從 而 實 現(xiàn) 農(nóng) 民 增 收 、 生 活 環(huán) 境 改 善 、 減 少 二 氧 化 碳 等 溫 室 氣體排放 ， 為固碳減排任務(wù)做出貢獻(xiàn) 。 參考文獻(xiàn) 1 Goldberg E D. 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