<p>南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報 2018， 41( 6) : 10701077 http: / /nauxbnjaueducnJournal of Nanjing Agricultural University DOI: 107685/jnau201805049收 稿日期 : 20180530基金項目 : 國家自然科學(xué)基金項目 ( 41501310， 41471193) ; 國家科技支撐計劃項目 ( 2015BAC02B01) ; 聯(lián)合國生物質(zhì)炭與土壤可持續(xù)管理項目 ( B4SS)作 者簡介 : 劉曉雨 ， 講師 。*通 信作者 : 張旭輝 ， 副教授 ， 主要從事土壤質(zhì)量與肥力研究 ， E-mail: xuhuizhang njaueducn。劉曉雨 ， 劉成 ， 王賀東 ， 等 添加生物質(zhì)炭不同組分對不結(jié)球白菜產(chǎn)量和品質(zhì)的影響 J 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報 ， 2018， 41( 6) : 10701077添加生物質(zhì)炭不同組分對不結(jié)球白菜產(chǎn)量和品質(zhì)的影響劉 曉雨 ， 劉成 ， 王賀東 ， 劉銘龍 ， 孫寶寶 ， 張旭輝*， 李 戀卿 ， 潘根興( 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)資源與生態(tài)環(huán)境研究所 ， 江 蘇 南京 210095)摘要 : 目的 本文旨在揭示生物質(zhì)炭施用對作物產(chǎn)量和品質(zhì)的影響機制 。 方法 通過熱水浸提法 ， 將生物質(zhì)炭中以有機碳為主的 “炭骨架 ”( 水洗生物質(zhì)炭 ， washed biochar) 和以小分子有機物為主的 “類植物生長激素 ”( 生物質(zhì)炭浸提液 ， biocharextracts) 分離 ， 再通過燃燒法將以氮 、磷 、鉀等營養(yǎng)元素為主的 “速效養(yǎng)分 ”( 生物質(zhì)炭灰分 ， biochar ash) 分離 。將這些不同的組分添加到高 、低 2 種肥力土壤中 ， 研究其對不結(jié)球白菜 ( 簡稱小白菜 ) 產(chǎn)量 、品質(zhì)及土壤性質(zhì)的影響 。 結(jié)果 添加不同生物質(zhì)炭組分對小白菜地上部生物量和根系生物量沒有顯著影響 ， 但添加生物質(zhì)炭浸提液和水洗生物質(zhì)炭顯著提高了高肥力土壤中小白菜的根冠比 。添加生物質(zhì)炭不同組分均顯著降低了收獲期小白菜地上部硝酸鹽含量 ， 不同處理硝酸鹽含量降低 41%84%。添加水洗生物質(zhì)炭提高了高肥力土壤中小白菜地上部維生素 C 含量 ; 而添加生物質(zhì)炭浸提液增加了低肥力土壤小白菜地上部維生素 C 含量 。添加生物質(zhì)炭不同組分均顯著提高了收獲期小白菜地上部鉀含量 ， 不同處理鉀含量增加 43%88%。小白菜地上部硝酸鹽含量與鉀含量呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系 。 結(jié)論 添加秸稈生物質(zhì)炭不同組分對小白菜產(chǎn)量沒有顯著影響 ， 但降低了小白菜地上部硝酸鹽含量 ， 同時提高了鉀含量 。添加秸稈生物質(zhì)炭后小白菜地上部鉀吸收量的增加可能是硝酸鹽含量降低的重要原因 。關(guān)鍵詞 : 生物質(zhì)炭 ; 不結(jié)球白菜 ; 產(chǎn)量 ; 品質(zhì) ; 硝酸鹽中圖分類號 : S1583 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 : A 文章編號 : 10002030( 2018) 06107008Effects of different biochar components on the yield and quality ofnon-heading Chinese cabbage( Brassica campestris ssp chinesis)LIU Xiaoyu， LIU Cheng， WANG Hedong， LIU Minglong， SUN Baobao， ZHANG Xuhui*，LI Lianqing， PAN Genxing( Institute of esource， Ecosystem and Environment of Agriculture， Nanjing Agricultural University， Nanjing 210095， China)Abstract: Objectives The objective of this study was to answer why biochar amendment increases crop yield and improves leafquality Methods Simple methods were used to isolate the different components of biochar These components include the organiccarbon without soluble nutrients( named as washed biochar) ， soluble nutrients( eg， nitrogen， phosphorus and potassium) withoutorganic carbon( biochar ash) ， and the part that is composed of low-molecular-weight organic substances( biochar extracts) Wehypothesized that， after amending into soils， the three components could represent the effect of soil physical property improvement( washed biochar) ， nutrients addition( biochar ash) and hormone stimulation( biochar extracts) A pot trial was conducted toinvestigate the effect of different biochar components on the yield， leaf quality of non-heading Chinese cabbage( Brassica campestrisssp chinesis) and soil properties esults esults showed that the addition of different biochar components had no effect on theyield and root biomass of Chinese cabbage However， in the high fertility soil， biochar extracts and washed biochar addition increasedthe mass ratio of root to aboveground biomass The addition of different biochar components decreased the concentrations of nitrate inthe above ground biomass by 41%84% In the high fertility soil， washed biochar addition increased the concentration of vitamin Cin the above ground biomass; while， in the low fertility soil， biochar extracts addition increased the concentration of vitamin C Theaddition of different biochar components increased the concentration of K in the above ground biomass by 43% 88% acrosstreatments There was a significant negative correlation between nitrate and K in terms of their concentration in the above groundbiomass Conclusions The addition of different biochar components had no effect on the yield of non-heading Chinese cabbage;however， their addition decreased the concentration of nitrate while increased the concentration of K in the above ground biomass ofnon-heading Chinese cabbage Increased K uptake may contribute to the reduction of nitrate in the above ground biomass underbiochar soil amendmentKeywords: biochar; non-heading Chinese cabbage; yield; quality; nitrate第 6 期 劉曉雨 ， 等 : 添加生物質(zhì)炭不同組分對不結(jié)球白菜產(chǎn)量和品質(zhì)的影響生物質(zhì)炭是生物質(zhì)在限氧條件下不完全燃燒生成的黑色固體產(chǎn)物 1。近年來 ， 秸稈炭化還田逐漸成為一種新的廢棄物處理和土壤培肥模式 2。生物質(zhì)炭還田能夠提高作物產(chǎn)量 ， 產(chǎn)量增幅為 10% 15% 36。生物質(zhì)炭增產(chǎn)效果與土壤肥力 、生物質(zhì)炭和作物類型等因素密切相關(guān) 。在肥力低 、結(jié)構(gòu)差的土壤中施用生物質(zhì)炭 ， 增產(chǎn)效果更顯著 5。生物質(zhì)炭的增產(chǎn)機制可以概括為 3 個方面 : 首先 ， 直接為植物生長提供養(yǎng)分 。生物質(zhì)炭中富含大量植物生長所必需的營養(yǎng)元素 ， 這些養(yǎng)分元素能夠促進植物生長 ， 增加作物產(chǎn)量 7。其次 ， 改善根系生長環(huán)境 。生物質(zhì)炭是一種疏松多孔物質(zhì) ， 施入到土壤中可改善土壤物理結(jié)構(gòu) ， 提高孔隙度 、降低容重 。如 : 生物質(zhì)炭施用能提高植物抵抗病蟲害能力 89， 增加植物根系體積 、根表面積及根系長度等 1011， 從而增強對土壤養(yǎng)分和水分資源的利用效率 。第三 ， 向土壤中添加類植物生長調(diào)節(jié)激素的物質(zhì) 。生物質(zhì)炭在生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生一系列有機物質(zhì) ， 其中含有類似于植物生長調(diào)節(jié)激素的物質(zhì) 1213， 這些物質(zhì)的輸入可促進植物根系的生長和某些關(guān)鍵基因的表達(dá) 1415。然而 ， 生物質(zhì)炭的這些增產(chǎn)機制并沒有得到試驗證實 ， 其作用機制還處于假設(shè)或猜想階段 。近年來 ， 一些科學(xué)家提出 “設(shè)計生物質(zhì)炭 ”理念 16， 希望通過控制原料和生產(chǎn)工藝生產(chǎn)出特定的生物質(zhì)炭 ， 以最大化生物質(zhì)炭的增產(chǎn)效應(yīng)和其他環(huán)境效應(yīng) ?！霸O(shè)計生物質(zhì)炭 ”理念的實現(xiàn)在很大程度上依賴于我們對生物質(zhì)炭增產(chǎn)機制的了解 。因此 ， 揭示生物質(zhì)炭的增產(chǎn)機制有助于推動生物質(zhì)炭的農(nóng)業(yè)應(yīng)用 。本研究通過簡單的物理方法將生物質(zhì)炭不同組分進行分離 ， 這些組分包括以有機碳為主的 “炭骨架 ”， 以氮 、磷 、鉀等元素為主的 “速效養(yǎng)分 ”和以小分子有機物為主的 “類植物生長激素 ”。施用到土壤中后 ， 這 3 種組分分別代表物理效應(yīng) ( 土壤物理結(jié)構(gòu)改善 ) 、養(yǎng)分效應(yīng) ( 增加作物養(yǎng)分吸收 ) 和小分子有機物刺激效應(yīng)( 生物刺激素 ) 。通過盆栽試驗研究 3 個不同組分對不結(jié)球白菜 ( 簡稱小白菜 ) 產(chǎn)量和品質(zhì)的影響 。1 材料與方法11 試驗材料采用高 、低 2 種肥力的土壤進行盆栽試驗 。高肥力土壤采自南京市江寧區(qū)上坊鎮(zhèn) ( 31°57&#39;N， 118°52&#39;E) ，低肥力土壤采自南京市江寧區(qū)秣陵鎮(zhèn) ( 31°52&#39;N， 118°49&#39;E) 。2 種土壤均為菜園土 ， 采樣深度為 020 cm。采集到的土壤在室內(nèi)風(fēng)干 ， 并揀出肉眼可見植物殘體和石塊 ， 磨碎并過 17 mm 篩備用 。土壤基本理化性質(zhì)見表 1。試驗小白菜品種為 優(yōu)選蘇州青 ， 由永安艷豐種業(yè)有限公司生產(chǎn) 。試驗用生物質(zhì)炭由河南三利新能源有限公司生產(chǎn) ， 采用池式立窯炭化工藝生產(chǎn) 。生物質(zhì)炭生產(chǎn)原料為小麥秸稈 ， 炭化溫度約為 450 。表 1 試驗土壤基本理化性質(zhì)Table 1 Basic physical and chemical properties of studied soils土壤肥力水平Soil fertilitypH 值pH value有機碳含量 /( g·kg1)SOC content全氮含量 /( g·kg1)TN content全磷含量 /( g·kg1)TP content全鉀含量 /( g·kg1)TK content有效磷含量 /( mg·kg1)Available P content速效鉀含量 /( mg·kg1)Available K content質(zhì)地Soiltexture高肥力High fertility713 1506 150 102 981 9355 8433壤土Loam低肥力Low fertility787 418 038 061 908 2213 5628壤土LoamNote: SOC: Soil organic carbon; TN: Total nitrogen; TP: Total phosphorus; TK: Total potassium The same as follows12 試驗設(shè)計121 生物質(zhì)炭不同組分的制備與分離 將過 830 m 篩的生物質(zhì)炭以質(zhì)量比為 1 20 的炭水比混合 ， 置于 1 000 mL 的大三角瓶中 ， 在 100 的水浴鍋中水浴 3 h， 然后在恒溫 ( 25 、180 r·min1) 振蕩機上振蕩24 h， 再經(jīng)布氏漏斗抽濾 ; 將濾過的生物質(zhì)炭烘干后 ， 再重復(fù)以上步驟 1 次 ， 將最后得到的浸提液混合即為生物質(zhì)炭熱水浸提液 ( biochar extracts) ， 并保存在 4 冰箱內(nèi) ， 剩余的固體殘渣即為生物質(zhì)炭骨架 ( washedbiochar) 。生物質(zhì)炭灰分制備 : 將過 830 m 篩的生物質(zhì)炭放于坩堝內(nèi) ， 并于電爐上緩慢加熱 ， 直至冒煙結(jié)束后 ， 將坩堝放于馬弗爐內(nèi) ， 調(diào)節(jié)溫度至 600 ( 約 3 h) ， 燒至灰分近于白色為止 ; 待冷至 200 以下 ， 再移至干燥器中冷卻至室溫 ( 約 30 min) ， 立即稱量 。隨后再次灼燒 ， 冷卻 、稱量 ， 直至恒質(zhì)量 ( 前 、后 2 次質(zhì)量相差不超過 05 mg) ; 最后得到的即為生物質(zhì)炭灰分 ( biochar ash) 。122 試驗設(shè)計 試驗在南京農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院玻璃溫室 ( 32°2&#39;N， 118°50&#39;E) 中進行 。小白菜于 2017 年 3 月 25 日播種 ， 5 月 4 日收獲 。試驗期間室內(nèi)溫度控制在 2030 。本試驗為 2 因素隨機區(qū)組設(shè)計 : 因素一為土壤肥力水平 ， 包括高肥力 ( high fertility) 和低肥力 ( low fertility) ; 因素二為生物質(zhì)炭1701南 京 農(nóng) 業(yè) 大 學(xué) 學(xué) 報 第 41 卷及不同組分施用 ， 包括添加生物質(zhì)炭 ( biochar) 、生物質(zhì)炭浸提液 ( biochar extracts) 、生物質(zhì)炭骨架 ( washedbiochar) 、生物質(zhì)炭灰分 ( biochar ash) 和對照 ( CK) 。試驗共計 10 個處理 ， 分別是 : S1T0( 高肥力 ， 對照 ) 、S1T1( 高肥力 ， 生物質(zhì)炭 ) 、S1T2( 高肥力 ， 生物質(zhì)炭浸提液 ) 、S1T3( 高肥力 ， 生物質(zhì)炭骨架 ) 、S1T4( 高肥力 ，生物質(zhì)炭灰分 ) 、S0T0( 低肥力 ， 對照 ) 、S0T1( 低肥力 ， 生物質(zhì)炭 ) 、S0T2( 低肥力 ， 生物質(zhì)炭浸提液 ) 、S0T3( 低肥力 ， 生物質(zhì)炭骨架 ) 、S0T4( 低肥力 ， 生物質(zhì)炭灰分 ) 。每個處理重復(fù) 4 次 ， 各重復(fù)間隨機排列 。生物質(zhì)炭施用量為 20 g·kg1。所有處理化學(xué)肥料施用量為 055 g·kg1， 其中氮 ( N) 、磷 ( P2O5) 和鉀 ( K2O) 肥的施用量分別為 02、015 和 02 g·kg1。所有化學(xué)肥料在播種前一次性施用 ， 后期不再追肥 。播種前 ， 將土壤 、生物質(zhì)炭與化學(xué)肥料充分混勻后裝于盆中 ， 土壤容重均控制在 11 g·cm3。盆栽土壤每盆 2 kg( 以干質(zhì)量計 ) 。沿盆壁注入去離子水 ， 使土壤充分潤濕 ， 直至最大田間持水量 。靜置 24 h 后每盆播種 10 粒小白菜種子 ， 播種深度約 1 cm。出苗 1 周后間苗 ， 每盆保留 4 株 。添加生物質(zhì)炭浸提液的處理以 400 mL 每盆的量 ( 按照田間 2 L·m2的施用量 ) 噴灑于相應(yīng)盆缽中 ， 每周 1 次 ， 共 4 次 ， 其他處理噴灑等量的去離子水 。每日傍晚根據(jù)盆質(zhì)量變化 ， 補充土壤水分 ， 保持在田間持水量的 70%。每日澆水后隨機改變盆的位置 ， 確保每盆植物都得到均勻光照 。13 測定項目與方法131 生物質(zhì)炭熱水浸提液 將準(zhǔn)備好的生物質(zhì)炭浸提液過 022 m 濾膜后再測定其基本理化性質(zhì)及養(yǎng)分含量 ， 分析方法參照文獻(xiàn) 17 。采用電位法測定浸提液 pH 值 ， 用 pH 計測量 ; 總有機碳含量采用 TOC儀測定 ; 總磷含量測定采用釩鉬酸銨分光光度法測定 ; 全鉀含量采用火焰光度法測定 。132 產(chǎn)量和生物量 收獲時 ， 沿盆內(nèi)土壤表面剪下地上部 ， 并將盆內(nèi)根系取出 ， 用自來水沖洗黏附土粒 ， 然后用去離子水沖洗 。將小白菜地上部和根系于 105 烘箱內(nèi)殺青 30 min， 再在 65 烘箱內(nèi)烘干 ， 稱質(zhì)量 。小白菜地上部生物量和根系生物量均以每盆烘干總質(zhì)量表示 。133 小白菜地上部品質(zhì) 具體分析方法參照文獻(xiàn) 18 。采用水楊酸比色法測定硝酸鹽含量 ; 采用2， 6二氯酚靛酚滴定法測定維生素 C 含量 ; 采用蒽酮比色法測定可溶性糖含量 ; 采用考馬斯亮藍(lán) G250法測定可溶性蛋白質(zhì)含量 。134 小白菜地上部養(yǎng)分含量 將烘干后的地上部樣品磨碎 ， 過 150 m 篩后 ， 測定植株氮 、磷和鉀含量 。待測液制備采用濃硫酸雙氧水消煮法 ， 全氮含量采用半微量蒸餾法測定 ， 全磷含量采用鉬藍(lán)比色法測定 ， 全鉀含量采用火焰光度法測定 17。135 土壤理化性質(zhì) 土壤 pH 值測定采用電位法 ， 用 pH 計測量 ; 采用濃硫酸 重鉻酸鉀容量法測定土壤有機碳含量 ; 采用濃硫酸消煮半微量凱氏定氮法測定土壤全氮含量 ; 采用 NaHCO3浸提鉬藍(lán)比色法測定土壤有效磷含量 ; 采用 NH4OAc 浸提 火焰光度法測定土壤速效鉀含量 17。14 數(shù)據(jù)處理與分析采用 Microsoft Excel 2010 進行數(shù)據(jù)處理 ， 采用 SPSS 190 軟件進行方差分析 。數(shù)據(jù)均以平均值 ±標(biāo)準(zhǔn)差的形式表示 。2 結(jié)果與分析21 生物質(zhì)炭及不同組分的理化性質(zhì)生物質(zhì)炭經(jīng)熱水浸提前 、后理化性質(zhì)差異明顯 ( 表 2) 。浸提后生物質(zhì)炭 pH 值降低 ， 有機碳 、全氮 、全磷和全鉀含量均降低 。生物質(zhì)炭灰化后 pH 值升高 ， 有機碳和全氮含量降低 ， 鉀含量升高 。生物質(zhì)炭浸提液的 pH 值為 907， 有機碳 、磷和鉀濃度分別為 1800、148 和 7030 mg·L1。表 2 不同生物質(zhì)炭組分的基本理化性質(zhì)Table 2 Basic physical and chemical properties of different biochar components材料MaterialspH 值pH value有機碳含量 /( g·kg1)SOC content全氮含量 /( g·kg1)TN content全磷含量 /( g·kg1)TP content全鉀含量 /( g·kg1)TK content生物質(zhì)炭 Biochar 1020 477 560 161 1723炭骨架 Washed biochar 878 351 320 093 1021灰分 Biochar ash 1141 042 110 431 512022 生物質(zhì)炭不同組分對小白菜產(chǎn)量和生物量的影響從圖 1 可知 : 土壤肥力水平對小白菜地上部生物量 ( 產(chǎn)量 ) 和根冠比有顯著影響 。在高肥力土壤中 ，2701第 6 期 劉曉雨 ， 等 : 添加生物質(zhì)炭不同組分對不結(jié)球白菜產(chǎn)量和品質(zhì)的影響不同處理小白菜地上部生物量平均為 246 g， 顯著高于低肥力土壤 ( P005) 。土壤肥力水平對小白菜根系生物量沒有顯著影響 。添加生物質(zhì)炭及不同組分對小白菜地上部生物量和根系生物量沒有顯著影響 ，但改變了高肥力土壤小白菜根冠比 ， S1T2 和 S1T3 處理顯著增加小白菜根冠比 。相關(guān)分析表明 ， 不同處理小白菜地上部生物量與土壤全氮和速效磷含量呈正相關(guān) ， 而與土壤 pH 值呈負(fù)相關(guān) ( 表 3) 。小白菜根冠比與土壤全氮 、速效磷 、地上部氮含量和磷吸收量呈負(fù)相關(guān) ， 而與土壤 pH 值呈正相關(guān) 。圖 1 添加生物質(zhì)炭及不同組分對小白菜地上部生物量 、根系生物量和根冠比的影響Fig. 1 Effects of different biochar components addition on the above ground biomass， root biomass andmass ratio of root to above ground biomass of non-heading Chinese cabbageS1 表示高肥力土壤 ; S0 表示低肥力土壤 。T0 表示單施化肥對照 ; T1 表示添加生物質(zhì)炭 ; T2 表示添加生物質(zhì)炭浸提液 ; T3 表示添加生物質(zhì)炭骨架 ; T4 表示添加生物質(zhì)炭灰分 。不同小寫字母表示同一肥力水平土壤不同處理在 005 水平差異顯著 。下同 。S1 represents high fertility soil; S0 represents low fertility soil T0 represents the control with chemical fertilizer only; T1 represents the additionof raw biochar; T2 represents the addition of biochar extracts; T3 represents the addition of hot water washed biochar; T4 represents the addition ofbiochar ash Different lowercase letters indicate significance among treatments in the same soil fertility type at 005 level The same as follows表 3 小白菜生物量和品質(zhì)與養(yǎng)分含量和土壤性質(zhì)間相關(guān)性分析Table 3 Correlation between the biomass and quality of non-heading Chinese cabbage and nutrient uptakeand soil characteristics指標(biāo)Index養(yǎng)分吸收 Nutrient uptake氮含量N content磷含量P content鉀含量K content土壤性質(zhì) Soil propertiespH 值pH value有機碳含量SOCcontent全氮含量TNcontent速效磷含量Available Pcontent速效鉀含量Available Kcontent生物量Plant biomass地上部生物量Above ground biomass049 058 013 093050 082090060根系 oot 052 019 052 045 010 030 045 014根冠比oot/above ground biomass063*068*024 092058 088096056地上部品質(zhì)Leaf quality可溶性蛋白含量Soluble protein content026 059 012 049 054 059 054 007維生素 C Vitamin C 053 026 004 016 023 005 008 034硝酸鹽含量Nitrate content076*029 082040 006 025 042 018可溶性糖含量Soluble sugar content057 018 008 018 003 009 012 029養(yǎng)分吸收 氮含量 N content 100 024 032 053 012 042 061 038Nutrient 磷含量 P content 024 100 024 070*077085079021uptake 鉀含量 K content 032 024 100 014 008 006 012 061Note:P001;*P0053701南 京 農(nóng) 業(yè) 大 學(xué) 學(xué) 報 第 41 卷23 生物質(zhì)炭不同組分對小白菜品質(zhì)的影響添加生物質(zhì)炭及不同組分對小白菜地上部可溶性蛋白和可溶性糖含量無顯著影響 ， 但均不同程度降低了小白菜體內(nèi)硝酸鹽含量 ( 表 4) 。與對照相比 ， 小白菜體內(nèi)硝酸鹽含量降低了 41%84%。在低肥力土壤中 ， 不同處理下小白菜體內(nèi)硝酸鹽含量降低幅度最大的為 S0T2 處理 ， 最小為 S0T4 處理 。小白菜體內(nèi)硝酸鹽含量與氮素含量呈正相關(guān) ， 而與鉀含量呈負(fù)相關(guān) ( 表 3) 。添加生物質(zhì)炭及不同組分對小白菜體內(nèi)維生素 C 含量的影響與土壤肥力水平密切相關(guān) 。在高肥力土壤中 ， S1T3 處理下小白菜體內(nèi)維生素 C 含量比 S1T0 提高了 78%; 在低肥力土壤中 ， S0T2 處理下小白菜體內(nèi)維生素 C 含量比 S0T0 提高了 689%。表 4 添加生物質(zhì)炭及不同組分對小白菜地上部品質(zhì)的影響Table 4 Effects of different biochar components addition on the quality of above ground biomassof non-heading Chinese cabbage處理Treatment可溶性蛋白含量 /( mg·kg1)Soluble protein content維生素 C 含量 /( mg·100g1)Vitamin C content硝酸鹽含量 /( mg·kg1)Nitrate content可溶性糖含量 /%Soluble sugar contentS1T0 219±028a7133±1588bc81760±21051a039±013aS1T1 176±024a8810±905b24232±12683b037±004aS1T2 187±015a5605±1030c30641±9702b037±006aS1T3 227±037a13117±3267a27732±18461b051±008aS1T4 196±045a5238±1545c46151±16609b039±007aS0T0 146±050a6440±291bc54210±11965a040±011aS0T1 184±052a6182±2302c11068±5684cd037±008aS0T2 159±020a10867±2158a8444±630d054±015aS0T3 187±022a9212±998ab24503±10239bc041±007aS0T4 200±028a8148±2505abc27991±11843b036±007a24 生物質(zhì)炭不同組分對小白菜養(yǎng)分吸收的影響從圖 2 可知 : 高肥力土壤中小白菜體內(nèi)氮和磷含量平均為 3745 和 471 g·kg1， 顯著高于低肥力土壤中小白菜體內(nèi)氮 ( 3377 g·kg1) 和磷 ( 318 g·kg1) 含量 ; 而鉀含量在 2 種土壤中沒有顯著差異 。添加生物質(zhì)炭及不同組分影響小白菜地上部氮 、磷 、鉀等養(yǎng)分吸收 。在低肥力土壤中 ， S0T2 處理小白菜體內(nèi)氮含量比 S0T0 處理降低 16%; 而在高肥力土壤中 ， 添加生物質(zhì)炭不同組分對氮含量無顯著影響 。在高肥力土壤中 ， S1T3 提高了小白菜體內(nèi)磷含量 。小白菜體內(nèi)磷含量與土壤有機碳 、全氮和速效磷含量呈正相關(guān) ， 而與土壤 pH 值呈負(fù)相關(guān) ( 表 3) 。在 2 種土壤中 ， 添加生物質(zhì)炭不同組分均不同程度提高了小白菜體內(nèi)鉀含量 。圖 2 添加生物質(zhì)炭及不同組分對小白菜養(yǎng)分吸收的影響Fig. 2 Effects of different biochar components addition on nutrient uptake by non-heading Chinese cabbage25 生物質(zhì)炭不同組分對土壤性質(zhì)的影響從表 5 可知 : 在高肥力土壤中 ， S1T3 和 S1T4 處理提高了土壤 pH 值 ， 而 S1T2 處理降低土壤 pH 值 ; 在4701第 6 期 劉曉雨 ， 等 : 添加生物質(zhì)炭不同組分對不結(jié)球白菜產(chǎn)量和品質(zhì)的影響低肥力土壤中 ， 僅 S0T3 處理提高了土壤 pH 值 。高肥力和低肥力土壤中 ， S0T1 或 S1T1、S0T3 或 S1T3 處理均提高了土壤有機碳和全氮含量 ; S0T2 或 S1T2、S0T4 或 S1T4 處理對土壤有機碳含量無顯著影響 。添加生物質(zhì)炭及不同組分對土壤有效磷含量無顯著影響 。在 2 種土壤中 ， S0T1 或 S1T1、S0T2 或 S1T2、S0T4或 S1T4 處理均顯著提高了土壤速效鉀含量 ， 且在高肥力土壤中 S1T4 處理下土壤速效鉀含量顯著高于S1T1 和 S1T2 處理 。表 5 生物質(zhì)炭及不同組分對土壤性質(zhì)的影響Table 5 Effects of different biochar components addition on soil properties處理TreatmentpH 值pH value有機碳含量 /( g·kg1)SOC content全氮含量 /( g·kg1)TN content有效磷含量 /( mg·kg1)Available P content速效鉀含量 /( mg·kg1)Available P contentS1T0 698±007b1462±025b153±002b9684±816a9388±239cS1T1 711±009ab2234±172a177±004a9713±511a20388±2190bS1T2 675±014c1505±035b155±002b9358±549a20388±1901bS1T3 724±002a2372±263a177±006a9255±351a11238±1243cS1T4 723±011a1506±055b151±003b10334±836a22925±1237aS0T0 803±001b664±016c046±001b2766±189a6913±876bS0T1 796±002d1711±052a088±005a2973±083a12650±1076aS0T2 800±005bc635±090c049±001b2746±086a12663±795aS0T3 812±002a1337±158b087±003a2815±220a7975±484bS0T4 798±001b650±093c047±002b2904±180a13713±594a3 討論我們假設(shè)添加生物質(zhì)炭可提高小白菜產(chǎn)量 ， 不同肥力土壤生物質(zhì)炭的增產(chǎn)機制并不相同 : 在低肥力土壤中 ， 生物質(zhì)炭對小白菜產(chǎn)量的影響以養(yǎng)分效應(yīng)為主 ; 在高肥力土壤中以小分子有機物刺激效應(yīng)為主 ， 但本研究結(jié)果并沒有支撐該假設(shè) 。本試驗結(jié)果表明添加生物質(zhì)炭并沒有顯著提高小白菜產(chǎn)量 ， 這與已發(fā)表文獻(xiàn)研究結(jié)果 1923不同 ， 在這些研究中 ， 試驗土壤 pH 值呈酸性或強酸性 ( 426pH553) ， 而生物質(zhì)炭本身是堿性物質(zhì) ， 施用于酸性土壤中可顯著提升土壤 pH 值 ， 從而提高土壤的養(yǎng)分供應(yīng)能力 ， 最終增加小白菜產(chǎn)量 。Pandit 等 23研究結(jié)果證實 ， 生物質(zhì)炭提高酸性土壤養(yǎng)分供應(yīng)能力是玉米增產(chǎn)的關(guān)鍵作用機制 。而在中性土壤中 ， 孫雪等 24發(fā)現(xiàn)添加生物質(zhì)炭能提高小白菜產(chǎn)量 ， 這與試驗土壤肥力水平和生物質(zhì)炭原料來源有關(guān) 。孫雪等 24試驗中所用土壤為城市建設(shè)用地廢棄改造的土壤 ， 肥力很差 ， 其速效磷含量只有166 mg·kg1， 顯著低于本研究中的低肥力土壤 。其添加的生物質(zhì)炭來源于豬糞 ， 養(yǎng)分含量很高 ， 因此生物質(zhì)炭施用后會大幅度增加小白菜產(chǎn)量 。此外 ， 也有一些研究發(fā)現(xiàn)添加秸稈生物質(zhì)炭不會提高小白菜產(chǎn)量 25。生物質(zhì)炭施用后小白菜產(chǎn)量變化還與生物質(zhì)炭在土壤中存留時間有關(guān) 。俞映倞等 21發(fā)現(xiàn)添加生物質(zhì)炭對第 1 季小白菜產(chǎn)量無顯著影響 ， 但顯著增加了第 25 季小白菜產(chǎn)量 。因此 ， 生物質(zhì)施用后小白菜產(chǎn)量的變化與土壤類型 ( pH 值 ) 、肥力水平和生物質(zhì)炭類型有密切關(guān)系 。肖婧等 6對已有研究結(jié)果的整合分析表明 ， 畜禽糞便類生物質(zhì)炭對蔬菜增產(chǎn)效果顯著高于秸稈類生物質(zhì)炭 。該結(jié)果說明了生物質(zhì)炭增產(chǎn)機制中養(yǎng)分的重要性 。在本研究中 ， 相關(guān)分析結(jié)果也表明不同肥力土壤小白菜產(chǎn)量差異與土壤氮 、磷等營養(yǎng)元素的有效性呈正相關(guān)關(guān)系 。本研究中 ， 低肥力土壤小白菜根冠比顯著高于高肥力土壤 ， 體現(xiàn)了植物對低養(yǎng)分環(huán)境的適應(yīng)機制 。在低肥力土壤中 ， 植物會通過增加根系生物量以便從土壤中吸收更多營養(yǎng) 26。因此 ， 土壤養(yǎng)分供應(yīng)不足會促進光合產(chǎn)物向地下的分配過程 ， 導(dǎo)致較高的根冠比 。在本研究中 ， 盡管不同生物質(zhì)炭組分 ( 炭骨架 、浸提液和灰分 ) 間理化性質(zhì)差異明顯 ， 但對小白菜產(chǎn)量和根系生物量并無顯著影響 。在高肥力土壤中 ， 生物質(zhì)炭浸提液和炭骨架改變</p>