劉紅杰　胡新　任德超　黃建英　葛君　張福絹

摘 要：為了降低低溫凍害發(fā)生時土壤溫度對小麥植株的危害，通過2010、2011年生物炭在麥田應用，研究了生物炭對黃淮麥區(qū)土壤溫度的影響。結(jié)果表明，施炭與不施炭相比，施炭可以提高凍害天氣下最低溫度，降低最高土壤溫度，增加土壤積溫，對小麥提高抗霜性具有一定積極的作用。

關鍵詞：生物炭；小麥；溫度；影響

中圖分類號：S-3 文獻標志碼：A 論文編號：2014-0073

0 引言

隨著中國工農(nóng)業(yè)經(jīng)濟的飛速發(fā)展，中國面臨著CO2減排的巨大壓力。2005年2月16日《京都議定書》正式生效，并提出可以通過增加生態(tài)系統(tǒng)炭庫來補償經(jīng)濟發(fā)展中的炭排放[1-3]。為此，中國眾多學者開始了炭的深入研究[4-8]。河南商丘三利新能源公司適應目前的形勢，開展了秸稈熱解炭化技術(shù)的研究和生產(chǎn)，目前已利用小麥及其他作物秸稈在零排放的條件下連續(xù)工廠化生產(chǎn)出炭、木醋、生物氣體和焦油。炭在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有著巨大的市場潛力，生物炭可以用作保溫材料、防潮材料、污水處理、空氣吸附材料等，而且在農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)中也開始顯現(xiàn)其重要的作用[9-10]。

大量研究表明，生物炭具有改善土壤理化性質(zhì)及微生物的活性，培肥土壤肥力[11]，改善土壤持水能力[12-13]，延緩肥料養(yǎng)分釋放，降低肥料及土壤養(yǎng)分的損失[14-15]，減輕土壤污染的作用[16]。然而，目前未見關于生物炭對土壤溫度的研究論文。因此，本研究從生物炭對土壤溫度效果方面著手，探討其對土壤溫度的影響，以期為緩解或降低小麥低溫凍害的研究提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

生物炭肥是由商丘三利新能源公司提供的加有木醋液的小麥秸稈炭。供試小麥品種為‘周麥22。溫度計是日產(chǎn)的自動記錄溫度計——HIOKI。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗設計 試驗設在商丘市農(nóng)林科學院試驗田，采用大區(qū)對比和池栽的方法進行，2009—2010年采用大區(qū)試驗，面積90 m2，播種采用寬幅播種機統(tǒng)一播種，播量127.5 kg/hm2。1次重復，行距23.1 cm。2010—2011年采用池栽試驗，面積1.5 m2，行距20 cm，基本苗225萬/hm2。溫度計均于2月8號前掩埋于各試驗區(qū)中部地面下5 cm處，小麥收獲期取出。每個處理1個溫度計。溫度記錄間距為30 min 1個數(shù)據(jù)。

2009—2010年設6個處理：處理1、2、3、4、5、6（對照）的每666.7 m2施用炭量（炭自然吸濕的濕炭）分別為440、280、200、100、20、0 kg（對照）。2010—2011年處理1、2、3、4、5分別為每666.7 m2施用碳量分別為600 kg、480 kg、320 kg、160 kg、20 kg、對照為0 kg。

1.2.2 測試項目與方法 2009—2010年采取對角線法，取長勢均勻一致的3個點，每個點1 m2進行考種。2010—2011年全池全部收獲，并取10株進行考種。

1.2.3 統(tǒng)計分析 應用DPS 6.5軟件進行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 生物炭對地表溫度的影響

2009年對不同施炭量各處理越冬期間午后的表土溫度測定結(jié)果，見圖1。施炭量較高的處理1、2溫度比處理3低，處理3最高為8.3℃，以后隨施炭量的減少迅速下降。處理5較處理6（對照）高0.1℃?？梢?，隨施炭量的提高，表土溫度提高，最高的處理3比對照（處理6）溫度高0.5℃，表明施炭有提高地溫的作用。

2.2 小麥苗期低溫下土壤溫度的日變化

2010年3月10號，商丘發(fā)生了一次早春凍害過程，當日最低氣溫為-5℃，最高氣溫11.5℃，平均溫度2.8℃。本研究選擇與對照臨近的處理5的地溫日變化進行對比（見圖2）。由圖2可以看到，在低溫條件下施炭處理比不施炭的溫度高；在白天太陽照射下，施炭處理的溫度上升比不施炭的速度慢，下降的也慢。表明土壤中施入炭有儲熱和平抑地溫的作用。

2.3 小麥孕穗期低溫下土壤溫度的日變化

2010年4月15號商丘發(fā)生晚霜凍害過程（最高氣溫11.5℃、最低氣溫1.4℃、平均溫度5.3℃），此時小麥達到孕穗期，因此對造成了小麥一定的凍害。但是，本研究測定的土壤溫度仍然是施炭的溫度高于不施炭的處理，同樣表現(xiàn)為施炭量增加，溫度提高量增加，將15號當日地溫合計平均結(jié)果，處理1、3、4、5分別比處理6（對照）高分別為0.4、0.7、0.7、0.2℃。

2.4 生物碳對月平均溫度和積溫的影響

土壤施用生物炭可以提高土壤溫度。2009—2010年從放入溫度計到取出溫度計之間的溫度分析結(jié)果（見表1），平均各處理積溫為1217.6℃（1209.6～1221.1℃），比對照1178.9℃提高38.7℃，平均溫度比對照高0.4℃。2010—2011年度池栽試驗的溫度結(jié)果（見表2）與2009—2010相同，表明土壤施炭可以改善土壤環(huán)境，提高土壤儲熱的作用。

3 結(jié)論與討論

（1）黃淮麥區(qū)小麥面積0.15億hm2，每年有大量的小麥秸稈，除小部分用于造紙和飼料添加外，大部分堆放在田間地頭，不僅污染環(huán)境，而且也有失火的隱患。部分群眾則在田間進行焚燒，造成空氣污染，直接還田則雖可提高土壤有機質(zhì)含量，但也存在著病、蟲危害加重的負面影響，如何合理地利用作物秸稈是一個長期存在于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的大問題。

（2）生物炭施入土壤不僅可提高地溫，還可以平抑土壤溫度的日變化，對小麥抗御低溫災害有一定的作用。本研究中，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。施炭小麥成株期也有同樣的增溫效果，4月15號日平均地溫較對照提高了0.2～0.8℃，日溫度變化規(guī)律與幼苗期基本相同。

（3）從放入溫度計開始到取出溫度計止，130天地溫積溫處理比對照提高了30.7～114.1℃，表明生物炭作為肥料可以提高地溫，有利于小麥的生長和發(fā)育。

參考文獻

[1] 張慶忠，吳文良，林光輝.小麥秸稈還田對華北高產(chǎn)糧區(qū)炭截留的作用[J].遼寧工程技術(shù)大學學報，2006，5：773-776.

[2] 于嚴嚴，郭正堂，吳海斌.1980—2000年中國耕作土壤有機炭的動態(tài)變化[J].海洋地質(zhì)與第四紀地質(zhì)，2006，6：123-130.

[3] 潘根興，趙其國，蔡祖聰.《京都議定書》生效后我國耕地土壤炭循環(huán)研究若干問題[J].中國基礎科學，2005，2：12-18.

[4] 方精云，郭兆迪，樸世龍，等.1981—2000年中國陸地植被炭匯的估算[J].中國科學D輯（地球科學），2007，6（37）：804-812.

[5] 范宇，劉世全，張世熔，等.西藏地區(qū)土壤表層和全剖面背景有機炭庫及其空間分布[J].生態(tài)學報，2006，9（26）：2834-2845.

[6] 何緒生，張樹清，余雕，等.生物炭對土壤肥料的作用及未來研究[J].中國農(nóng)學通報，2011，27（15）：16-25.

[7] 潘根興，曹建華，周運超.土壤炭及其在地球表層系統(tǒng)炭循環(huán)中的意義[J].第四紀研究，2000，4（20）：325-334.

[8] 潘根興.中國土壤有機炭和無機炭庫量研究[J].科技通報，1999，5（15）：330-332.

[9] 潘根興，周萍，張旭輝，等.不同施肥對水稻土作物炭同化與土壤炭固定的影響——以太湖地區(qū)黃泥土肥料長期試驗為例[J].生態(tài)學報，2006，11（26）：3705-3710.

[10] 張文玲，李桂花，高衛(wèi)東.生物質(zhì)炭對土壤性狀和作物產(chǎn)量的影響[J].中國農(nóng)學通報，2009，25（17）：153-157.

[11] Kimetu J M， Lehmann J. Stability and stabilisation of biochar and green manure in soil with different organic carbon contents[J].Australian Journal of Soil Research，2010，48（7）：577-585.

[12] Glaser B， Lehmann J， Zech W. Ameliorating physical and chemical properties of highly weathered soils in the tropics with charcoal-a review[J].Biology and Fertility of Soils，2002，35（4）：219-230.

[13] Dugan E， Verhoef A， Robinson S， et al. Bio-char from sawdust， maize stover and charcoal： Impact on water holding capacities （WHC） of three soils from Ghana[C].19th World Congress of Soil Science， Symposium 4.2.2， Soil and water-global change， Soil Solutions for a Changing World， Brisbane， Australia， 2010，8（1）：9-12.

[14] 鐘雪梅，朱義年，劉杰，等.竹炭包膜對肥料氮淋溶和有效性的影響[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學學報，2006，25（增刊）：154-157.

[15] Magrini-Bair K A， Czernik S， Pilath H M， et al. Biomass derived， carbon sequestering， designed fertilizers[J].Annals of Environmental Science，2009，3：217-225.

[16] 張忠河，林振衡，付婭琦，等.生物炭在農(nóng)業(yè)上的應用研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學，2010，38（22）：11880-11882.