張計(jì)峰 ,蒲勝海 ,馬雪琴 ,王則玉 ,丁 峰

(新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料與農(nóng)業(yè)節(jié)水研究所，烏魯木齊 830091)

生物質(zhì)炭輸入對(duì)葡萄果園土壤肥力和產(chǎn)量的影響

張計(jì)峰 ,蒲勝海 ,馬雪琴 ,王則玉 ,丁 峰

(新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料與農(nóng)業(yè)節(jié)水研究所，烏魯木齊 830091)

【目的】了解果園肥力狀況，設(shè)置不同有機(jī)物輸入對(duì)土壤肥力的影響，為保持葡萄果園肥力提供理論依據(jù)?！痉椒ā坎捎谜{(diào)查與大田試驗(yàn)相結(jié)合，設(shè)置不同的有機(jī)物料和用量水平，室外和室內(nèi)測(cè)定土壤和植株相關(guān)指標(biāo)?！窘Y(jié)果】果園土壤中有機(jī)質(zhì)含量與有機(jī)肥投入直接相關(guān)，其中可溶性有機(jī)碳含量與土壤中有機(jī)質(zhì)含量呈正相關(guān)關(guān)系；生物質(zhì)炭相比較農(nóng)家肥羊糞對(duì)于增加土壤中有機(jī)質(zhì)含量作用突出，在提高果樹(shù)單產(chǎn)方面優(yōu)勢(shì)明顯，但施入農(nóng)家肥羊糞有利于提高土壤可溶性有機(jī)碳、微生物碳含量?！窘Y(jié)論】果園土壤添加生物質(zhì)炭可以提高土壤中有機(jī)質(zhì)含量并提高作物產(chǎn)量，可以作為保持果園肥力的重要手段之一。

葡萄；生物質(zhì)炭；土壤；肥力

0 引 言

【研究意義】種植葡萄是吐魯番地區(qū)農(nóng)民增收的重要來(lái)源之一，隨著葡萄種植年限的增加，農(nóng)民對(duì)果園田間管理和投入不均衡等原因造成果園土壤肥力下降不能滿足葡萄產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展的需要，而通過(guò)生物質(zhì)炭對(duì)土壤作用的研究證明其對(duì)改善土壤結(jié)構(gòu)、提升土壤肥力方面作用明顯，因此研究將生物質(zhì)炭引入到提升葡萄果園地力進(jìn)行研究對(duì)于吐魯番地區(qū)葡萄產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展有十分重要的意義，同時(shí)也是對(duì)生物質(zhì)炭作用研究的重要補(bǔ)充?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】由于我國(guó)中低產(chǎn)田在耕地中比例較大，如何保持并提高土地產(chǎn)出水平尤為重要[1-2]。近年來(lái)，生物質(zhì)炭農(nóng)用方面研究較多，我國(guó)具有非常豐富的生物質(zhì)炭資源，生物質(zhì)炭不僅可以提高土壤肥力、提高土壤碳庫(kù)水平、減少氮素流失，而且可以廢棄物排放，促進(jìn)循環(huán)農(nóng)業(yè)發(fā)展[3-7]。生物質(zhì)炭施入土壤中主要有改善土壤物理環(huán)境、增加土壤孔隙度、促進(jìn)根系發(fā)育、提高礦質(zhì)元素活性等作用，對(duì)于提高作物產(chǎn)量和保持地力有十分積極的作用[8-11]。【本研究切入點(diǎn)】選擇葡萄作為研究對(duì)象，探索生物質(zhì)炭在葡萄果園土壤中對(duì)于提高土壤肥力的作用，并與常規(guī)農(nóng)家肥進(jìn)行比較研究其對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)、可溶性有機(jī)碳、礦質(zhì)元素以及果樹(shù)產(chǎn)量方面的優(yōu)勢(shì)?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】通過(guò)設(shè)置不同的有機(jī)物品種和用量，探明生物質(zhì)炭對(duì)于提高作物產(chǎn)量的作用以及探索生物黑炭在果園中適宜的用量，

1 材料與方法

1.1 材 料

對(duì)新疆吐魯番地區(qū)葡萄果園進(jìn)行有針對(duì)性的農(nóng)戶調(diào)查。調(diào)查內(nèi)容主要包括果園基本情況(建園時(shí)間、果樹(shù)種類(lèi)、樹(shù)齡、株行距、種植面積及產(chǎn)量)、施肥情況(施入果園有機(jī)肥、化肥種類(lèi)及施用量，果園施肥次數(shù)、施肥時(shí)期及農(nóng)業(yè)用工量)、土壤肥力現(xiàn)狀(土壤有機(jī)質(zhì)、全量及速效氮、磷、鉀含量、微量元素含量等)，果樹(shù)樹(shù)體養(yǎng)分狀況(葉片和果實(shí)中礦質(zhì)養(yǎng)分的含量)，綜合調(diào)查結(jié)果和室內(nèi)指標(biāo)測(cè)定結(jié)果，結(jié)合農(nóng)田土壤肥力分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行果園土壤肥力等級(jí)劃分。對(duì)吐魯番市主要7個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)種植的葡萄地，按照項(xiàng)目要求選擇調(diào)查取樣樣板田，對(duì)樣板區(qū)的地形地貌、土壤類(lèi)型、地力等級(jí)等因素進(jìn)行全面分析，合理規(guī)劃，分高、中、低產(chǎn)田布置采樣點(diǎn)位，共安排調(diào)查取樣樣板田100個(gè)，其中：勝金鄉(xiāng)15個(gè)，二堡鄉(xiāng)10個(gè)，三堡鄉(xiāng)15個(gè)，恰特卡勒鄉(xiāng)15個(gè)，艾丁湖鄉(xiāng)10個(gè)，亞爾鄉(xiāng)20個(gè)，葡萄鄉(xiāng)15個(gè)。每個(gè)樣板田面積不少于1 hm2，各鄉(xiāng)鎮(zhèn)樣板田數(shù)量按照地力水平和產(chǎn)量水平高、中、低1∶1∶1比例取樣。樣品采集后，土壤樣品測(cè)定土壤中有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、速效磷、速效鉀及微量元素含量，植株樣品測(cè)定葉片氮磷鉀含量，果實(shí)品質(zhì)，商品性。

1.2 方 法

1.2 .1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

選擇土壤肥力相對(duì)較低的無(wú)核白葡萄果園進(jìn)行試驗(yàn)，選擇不同來(lái)源有機(jī)物料：商品有機(jī)肥(生物質(zhì)炭)、農(nóng)家有機(jī)肥(羊糞)，每種有機(jī)物料設(shè)置4個(gè)不同梯度施用量，其中生物質(zhì)炭有機(jī)碳含量495 g/kg,全氮7.4 g/kg,全磷12.8 g/kg,全鉀50.1 g/kg，羊糞有機(jī)質(zhì)含量為27%，全氮7.8 g/kg,全磷5.2 g/kg,全鉀5.6 g/kg，共8個(gè)處理，每處理30棵果樹(shù)，每處理3次重復(fù)，隨機(jī)排列。有機(jī)物料在秋季果實(shí)收獲后以環(huán)狀施肥法一次性施入果園，磷肥、鉀肥配合有機(jī)肥一次性全部基施，尿素施用量的60%配合有機(jī)肥基施，剩余40%在膨果前期追施。表1

表1 有機(jī)物投入方案

Table 1 The scheme of using organics matter to increase soil fertility

1.2.2 樣品采集

依據(jù)果樹(shù)生長(zhǎng)特性，在果樹(shù)生長(zhǎng)關(guān)鍵期(萌芽期、開(kāi)花期、生果期、果實(shí)膨大期、果實(shí)成熟期)，采集各處理0～30 cm、30～60 cm土層土樣。表2

表2 土壤基本理化性質(zhì)

Table 2 The basic physicochemical property of soil

深度Depth(cm)pH總鹽Totalsalt(g/kg)全氮TotalN(g/kg)有機(jī)質(zhì)Organic(g/kg)速效氮AvailableN(mg/kg)速效磷Olesen-P(mg/kg)速效鉀AvailableK(mg/kg)0～307 661 20 5707 00735 113 513730～608 010 70 3456 06632 511 69260～908 012 50 2674 69142 15 485

1.2.3 測(cè)定指標(biāo)

有機(jī)物料成分：全氮采用凱氏定氮法，有機(jī)質(zhì)采用高錳酸鉀氧化法，全鉀采用硝酸-高氯酸鉀法。土壤理化指標(biāo)：有機(jī)質(zhì)、可溶性碳采用高錳酸鉀氧化法和速效氮采用堿解擴(kuò)散法、速效磷采用鉬提抗比色法、速效鉀鉀采用火焰光度計(jì)法及土壤pH值、鹽分。

2 結(jié)果與分析

2.1 果園肥力調(diào)查

研究表明，高產(chǎn)田和中產(chǎn)田總體肥力顯著高于低產(chǎn)田，高產(chǎn)田與低產(chǎn)田土壤全氮、有機(jī)質(zhì)、堿解氮含量差異較小，高產(chǎn)田速效磷和速效鉀含量高于中產(chǎn)田。0～60 cm深度土層土壤低產(chǎn)田有機(jī)質(zhì)、速效磷含量顯著低于高產(chǎn)田和中產(chǎn)田。因此，中產(chǎn)田地力水平與高產(chǎn)田相當(dāng)，土壤養(yǎng)分含量不是中產(chǎn)田產(chǎn)量限制性因素，其產(chǎn)量低于高產(chǎn)田可能與田間管理、土壤質(zhì)地和其他因素有關(guān)。表3

表3 不同地力水平土壤養(yǎng)分含量

Table 3 The soil fertilizer content by different treatments

地力劃分Landlevel取樣深度Depth(cm)全氮TotalN(g/kg)有機(jī)質(zhì)Organic(g/kg)速效氮AvailableN(mg/kg)速效磷Olesen-P(mg/kg)速效鉀AavailableK(mg/kg)高產(chǎn)田Highfield0～200 93018 92877 32140 515020～400 78215 47866 97151 917540～600 65012 76350 61733 9170中產(chǎn)田Middlefield0～200 94718 33470 30033 614820～400 72613 86160 19243 914840～600 72814 09165 64242 3152低產(chǎn)田L(fēng)owfield0～200 79314 64377 60928 314520～400 74113 64767 09032 515940～600 57510 77563 73323 3136

通過(guò)分析調(diào)查結(jié)果，將土壤有機(jī)質(zhì)含量與土壤可溶性有機(jī)碳(DOC)含量進(jìn)行相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，土壤中有機(jī)質(zhì)含量和有機(jī)肥料品種、施用量、田間操作等相關(guān)，但土壤有機(jī)質(zhì)含量和DOC呈顯著正相關(guān)關(guān)系，DOC是土壤有機(jī)質(zhì)中最為活躍的部分，與植物生長(zhǎng)直接相關(guān)，是判斷土壤肥力的重要指標(biāo)之一。圖1

圖1 土壤有機(jī)質(zhì)含量與土壤中DOC含量

Fig.1 The relationship of soil organic matter and DOC

2.2 不同有機(jī)物料輸入對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響

通過(guò)向葡萄果園施入不同種類(lèi)有機(jī)物料，不同有機(jī)物料種類(lèi)和施入量對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響為試驗(yàn)所選擇的兩種有機(jī)物料生物質(zhì)炭和羊糞均可提高土壤中有機(jī)質(zhì)的含量，在當(dāng)年施入后，由于有機(jī)物質(zhì)礦化程度低，在有機(jī)質(zhì)測(cè)定結(jié)果中顯示，土壤中有機(jī)質(zhì)含量上升，2014相對(duì)于2012年，土壤中有機(jī)質(zhì)含量下降，但仍顯著高于空白處理。研究結(jié)果顯示通過(guò)添加生物質(zhì)炭的方式來(lái)提高土壤中有機(jī)質(zhì)含量效果優(yōu)于羊糞，但由于有機(jī)質(zhì)變化緩慢，需要多年才可穩(wěn)定下來(lái)，因此有機(jī)物料對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響需要時(shí)間的進(jìn)一步驗(yàn)證。圖2

圖2 不同處理土壤有機(jī)質(zhì)含量

Fig. 2 The soil organic matter content of different treatmens

2.3 施用不用有機(jī)物對(duì)葡萄果園土壤DOC含量的影響

土壤中添加生物質(zhì)炭和農(nóng)家肥均可增加土壤中DOC含量，隨著用量增加DOC隨之增加。生物質(zhì)炭處理M和1.5 M水平二者對(duì)增加土壤DOC作用差別不顯著。在等有機(jī)物用量下，0.5 M和0.5 SM二者比較發(fā)現(xiàn)，羊糞對(duì)于增加土壤DOC作用優(yōu)于生物質(zhì)炭。圖3

圖3 2012和2014年土壤中DOC含量

Fig. 3 The content of soil DOC in differrent time

2.4 施用不用有機(jī)物對(duì)葡萄果園土壤速效磷含量影響

通過(guò)分析添加不同有機(jī)物各個(gè)處理下土壤礦質(zhì)養(yǎng)分含量發(fā)現(xiàn)，有機(jī)物輸入可以顯著增加土壤表層土壤中有效磷含量，與對(duì)照相比，在生物質(zhì)炭投入量達(dá)到1 000 kg/667m2量下葡萄根區(qū)土壤速效磷含量提高32%,在生物質(zhì)炭投入量達(dá)到1 500 kg/667m2，根區(qū)土壤速效磷含量相對(duì)于對(duì)照相比提高83%。這很可能與生物質(zhì)炭的吸附性強(qiáng)有關(guān)，生物質(zhì)炭可將土壤中磷緩慢吸附后在灌水的作用下將磷緩慢釋放，起到了緩釋的作用，提高了磷肥的利用效率。通過(guò)比較生物質(zhì)炭和羊糞對(duì)提高土壤中有機(jī)質(zhì)和有效磷貢獻(xiàn)，發(fā)現(xiàn)生物質(zhì)炭作用突出。圖4

圖4 不同處理土壤有效磷含量

Fig. 4 The content of olsen-P in 0-40 cm depth soil

2.5 施用不用有機(jī)物對(duì)葡萄產(chǎn)量的影響

雖然生物質(zhì)炭和農(nóng)家肥在土壤中輸入均可增加土壤中DOC含量，但生物質(zhì)炭對(duì)于提高產(chǎn)量作用明顯。 同時(shí)，有機(jī)物投入對(duì)作物產(chǎn)量增加作用呈遞減趨勢(shì)。通過(guò)對(duì)比2012和2013～2014年平均產(chǎn)量可以發(fā)現(xiàn)，土壤中添加生物質(zhì)炭對(duì)于葡萄單產(chǎn)的增加效果優(yōu)于羊糞。原因很可能與前面內(nèi)容中生物質(zhì)炭對(duì)于磷的活化有關(guān)。圖5

圖5 2012 和2013～2014年葡萄單株產(chǎn)量

Fig. 5 The grape yield of single plant from 2012 to 2014 year

3 討 論

近年來(lái)，農(nóng)業(yè)廢棄物生物質(zhì)炭轉(zhuǎn)化和農(nóng)業(yè)應(yīng)用作為一種農(nóng)業(yè)增匯減排和提高土壤生產(chǎn)力技術(shù)途徑得到國(guó)際科學(xué)界的廣泛重視，生物質(zhì)炭在土壤中穩(wěn)定性較高，可以很好的改善土壤物理性質(zhì)，能夠提高土壤保水保肥能力[12-15]。目前，生物質(zhì)炭在果樹(shù)上應(yīng)用較少，由于果樹(shù)施肥方式與大田作物明顯不同[16-17]，如何在果樹(shù)上合理應(yīng)用生物質(zhì)炭，發(fā)揮生物質(zhì)炭改良土壤提高地力是研究的切入點(diǎn)。研究結(jié)果表明，生物質(zhì)炭能夠促進(jìn)根區(qū)土壤磷素的利用效率，改善土壤物理環(huán)境，因此，生物質(zhì)炭處理單位面積的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量高于其他處理。但是與常規(guī)農(nóng)家肥相比，施入生物質(zhì)炭后，土壤中可溶性有機(jī)碳含量較農(nóng)家肥處理偏低，即農(nóng)家肥處理可以增加土壤中活性有機(jī)碳含量，這與生物質(zhì)炭的礦化速率低于農(nóng)家肥有關(guān)。

4 結(jié) 論

4.1 果園根區(qū)土壤施入生物質(zhì)炭通過(guò)改善土壤物理環(huán)境、提高磷素利用效率的作用提高單位面積土地產(chǎn)出，相對(duì)于對(duì)照處理田間施入生物質(zhì)炭葡萄產(chǎn)量提高10%～15%。

4.2 施用生物質(zhì)炭處理可以提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，但土壤有機(jī)質(zhì)最為活躍部分可溶性有機(jī)碳含量并沒(méi)有提高，而田間施用農(nóng)家肥處理土壤中的可溶性有機(jī)碳含量顯著增加。

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Fund project:Supported by Science and Technology Planning Program of Xinjiang Uygur Autonomous Region (201130102-2)

Effect of Applying Biochar on the Quality of Orchards Soil and Grape Cropping in Xinjiang, China

ZHANG Ji-feng, PU Sheng-hai, MA Xue-qin, WANG Ze-yu, DING Feng

(ResearchInstituteofSoil,FertilizerandAgriculturalWaterConservation,XinjiangAcademyofAgriculturalSciences,Urumqi830091,China)

【Objective】 To provide theoretical basis for retaining grape orchard soil fertility through investigating orchards fertility conditions and study the effect of biochar on orchards fertility. 【Method】 The research technique of investigation and field experiment was adopted to determine correlation index of soil and plant. 【Result】 The finding showed that the content of organic was related to organic fertilizer, and the solubility organic carbon was positively correlated to the content of soil organic; compared with farmyard manure, biochar could increase the organic matter of soil and increase the cropping of grape. Farmyard manure could increase the soil soluble organic and microbe carbon. 【Conclusion】 Adding biochar in orchard soil could increase the content of organic matter and crop output, and it could be one of methods to retain orchard fertility.

grape; biochar; soil; fertility

10.6048/j.issn.1001-4330.2016.01.023

2015-03-17

新疆維吾爾自治區(qū)科技計(jì)劃項(xiàng)目(201130102-2)

張計(jì)峰(1981-),男，山東兗州人，副研究員，研究方向?yàn)橥寥琅c植物營(yíng)養(yǎng)，(E-mail)zhongfu1234@163.com

馬雪琴(1961-),女，江蘇鎮(zhèn)江人，研究員，研究方向?yàn)橥寥琅c植物營(yíng)養(yǎng)，(E-mail)516115441@qq.com

S663.1;S606

A

1001-4330(2016)01-0170-07