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摘 要 将生物炭用于胡椒园土壤，探讨生物炭对胡椒园土壤培肥的作用，为生物炭培肥胡椒园土壤提供依据。试验设计C1和C2两种，两种生物炭施用量均为炭土比10 %、20 %、30 %，空白土壤为对照（CK），测试土壤有机质、水解性氮、有效磷、速效钾元素含量。研究结果表明：添加生物炭C1和C2都能显著提高胡椒园土壤有机质和速效钾含量，炭土比为30 %的生物炭C2施用量对土壤有机质和速效钾含量的影响最大；生物炭C1和C2的添加对土壤水解性氮和有效磷含量的影响不明显。
关键词 生物炭 ；胡椒 ；土壤 ；养分 ；种类 ；比例
中图分类号 S573+.9
Abstract Use biochar to the soil of pepper gardens， the objective was to investigate the impact of biochar application on the soil of pepper gardens. And provide evidence for use biochar to improve soil fertility of pepper gardens. Application rate of Biochar C1 and C2 were the Biochar/soil of 10%， 20%， 30%. The soil of No biochar was CK， and determine contents of nutritive elements（N， P， K）.The results show that， the biochar C1 and C2 could significantly increase the soil organic matter and available potassium. The most influence on soil organic matter and available potassium is 30% biochar C2， the biochar C1 and C2 have no obvious effect on soil hydrolysable nitrogen and available phosphorus.
Key words biochar ； pepper ； soil ； nutrient ； species ； application amount
胡椒是胡椒科胡椒属多年生常绿藤本植物，原产印度，是世界重要的香辛料作物，胡椒自1947年引入中国，目前在中国种植面积超过3万hm2，年总产量超过3万t[1]，其中海南省种植面积和产量均占全国90 %以上[2]，近年来，胡椒园土壤地力退化明显，据中国热带农业科学院香饮所的报道，98 %的胡椒园土壤有机质含量在较低范围内（0-40 g/kg）[3]。生物炭是生物有机材料在缺氧及低氧环境中经热裂解后的固体产物，是粉状颗粒状的木炭，属于黑炭[4]。相关研究表明，生物炭可有效调节土壤N、P、K等营养元素的循环[5-7]。目前，在有关生物炭培肥胡椒园土壤作用方面未见报道，本研究拟将生物炭添加到胡椒园土壤中，观察土壤养分含量的变化，以期为生物炭培肥胡椒园土壤提供依据。
1 材料与方法
1.1 材料
试验于2015年在海南省农垦科学院海口试验站温室进行。供试土壤取自海南省农垦橡胶研究所一队胡椒园，有机质含量37.6 g/kg，pH 4.6，水解性氮137 mg/kg，有效磷3.4 mg/kg，速效钾133 mg/kg。供试2种生物炭C1与C2分别来自密西西比国际水务（中国）有限公司和河南商丘三利公司生产。
1.2 方法
1.2.1 试验设计
试验采用生物炭种类和施用量两因素3水平完全随机设计，生物炭种类为2种，C1（密西西比国际水务（中国）有限公司生产）和C2（河南商丘三利公司生产），每种生物炭的施用量设3水平，炭土重量比分别为10 %、20 %、30 %，其中C1的3个水平处理分别为T1（10 %）、T2（20 %）、T3（30 %），C2的3个水平分别为T4（10 %）、T5（20 %）与T6（30 %），同时以空白土壤为对照（CK）。试验共设7个处理，每个处理重复3次。按照试验设计将生物炭与土壤充分混合后分装于底部直径19.5 cm、上口直径19.5 cm、高20 cm的塑料花盆中，每盆装入混合土样1.5 kg，每5 d补水1次，每次100 mL。试验土样放在阴凉通风处作自然老化处理，第60天利用土钻打孔取样，所取样品风干后磨细备用。
1.2.2 测定项目及方法
土壤有机质用KCr2O7容量法-外加热法；水解性氮用碱解扩散法；有效磷用0.03 mol/L NH4F-0.025 mol/L HCl浸提-钼锑抗比色法；速效钾用中性NH4O Ac浸提-火焰光度法。
2 结果与分析
2.1 生物炭不同施用量对胡椒园土壤有机质的影响
在添加生物炭C1的处理中，T3即炭土比为30 %处理的土壤有机质含量最高，显著高于其它处理与CK，而处理T1、T2 与CK之间没有显著差异（p>0.05）（图1）。在添加生物炭C2的处理中，随着生物炭C2含量的增加，土壤中有机质含量随之逐步提高，3个配比处理都显著高于CK处理，其中T6显著高于T4、T5与CK， 且不同水平处理间有显著差异（p>0.05），在同比例炭土比水平处理下，添加C2的土壤有机质含量均明显高于添加C1的处理。
随着土壤中生物炭C1含量的增加，水解氮的含量先出现下降，当生物炭含量达到30 %时，水解氮含量略有上升（图2）。但各处理间的水解氮含量与CK间均没有显著差异（p>0.05），添加生物炭C2的处理中，随C2含量增加土壤中水解氮含量逐步下降。当添加到T6水平时的水解性氮含量最低，比CK减少了93.2 %，T4、T5、T6与CK间土壤水解氮含量差异不显著（p>0.05）。 随着生物炭C1添加比例的提高，土壤有效磷含量逐渐提高，其中炭土比为20 %时的T2处理达到最大值，当添加到30 %水平时，土壤有效磷含量降低（图3）。经SAS分析表明，T2处理有效磷含量与T1、T3差异不显著，但显著高于CK，处理T1、T3的有效磷含量与CK差异不显著（p>0.05）。添加生物炭C2的处理中，有效磷含量总体趋势是T60.05）。
随着生物炭C1比例的增加，土壤速效钾含量逐渐提高，分别提高47.3 %，82.4 %和227.3 %（图4）。SAS分析结果表明，T1、T2、T3 与CK之间的土壤速效钾含量差异达到极显著水平（p>0.01）。添加生物炭C2处理T3、T4和T6提高，土壤速效钾含量逐渐提，处理T6的速效钾含量极显著高于处理T5、T4和CK，处理T5速效钾含量极显著高于T4和CK（p>0.01），T4速效钾含量显著高于CK。
3 讨论与结论
试验结果表明，添加生物炭C1达到30 %水平时供试土壤的有机质含量有明显提高，其它处理增加效果不明显。而在土壤中添加一定比例生物炭C2（10 %炭土比）就能显著提高有机质含量，说明2种生物炭均有提高土壤有机质含量的效果，而生物炭C2的效果明显优于C1。添加2种生物炭后，不同水平下供试土壤的水解性氮与有效磷含量均无显著差异，其中生物炭C2对土壤水解氮有一定抑制作用，但作用不明显。说明2种生物炭对参试土壤水解氮与有效磷含量无显著影响。添加生物炭C1和C2对供试土壤的速效钾含量有极显著的提高作用，添加比例越多效果越显著。据张华昌等[8]研究结果表明胡椒对N、P、K的需要量与产量呈极显著正相关，因此，注重胡椒园土壤的养分情况对提高胡椒产量有积极作用。黄超等[9]研究了不同生物质炭投入量对2种不同肥力水平红壤质量指标的影响，结果表明，红壤施用生物质炭可增加土壤pH值，增加土壤速效磷、速效钾和有效氮，增强土壤保肥能力。张祥等[10]研究了施用生物炭对我国南方红壤和黄棕壤理化性质的影响，表明强酸性红壤施用生物炭能明显提高pH而降低其酸度，增加土壤的有机质、速效磷、速效钾和碱解氮含量，且随着生物炭施用量的增加，而弱酸性黄棕壤施用生物炭也提高了土壤pH，增加了土壤有机质、速效磷、速效钾含量，但对该土壤中的碱解氮含量无明显影响。张晗艺等[11]的研究表明，在玉米苗期，生物炭增加了土壤有机碳和全氮含量，但对土壤全磷和有效磷及PH值没有影响。本试验中参试的2种生物炭提高胡椒园土壤中有机质和速效钾的作用明显，但是改良土壤水解性氮和有效磷含量的作用不明显，与前人的研究结果有不同之处，可能是由于生物炭的种类、作物种类或者地域的差异引起的。生物炭在国内外的研究仍处于起步阶段，研究过程中所采取的方法，所用不同来源的生物炭以及研究的具体对象等不尽相同，研究的结果显示生物炭在某些方面的作用仍存在不同结论，因此，对生物炭的探索还有着更广阔的空间。
综上所述，添加生物炭C1和C2均能显著提高胡椒园土壤有机质与速效钾含量，其中生物炭C2效果显著优于生物炭C1，生物炭C1和C2均对胡椒园土壤水解性氮和有效磷含量的影响不显著。
参考文献
[1] 龙宇宙. 热带特色香辛饮料作物农产品加工与利用[M]. 海口：海南出版社，2007：63-113.
[2] 杨建峰，邬华松，孙 燕，等. 我国胡椒产业现状及发展对策[J]. 热带农业科学，2010，30（3）：52-55.
[3] 祖 超，邬华松，谭乐和，等. 海南胡椒优势区土壤pH值与养分肥力指标的相关性分析[J]. 热带作物学报，2012，33（7）：1 174-1 179.
[4] 何绪生，耿增超，佘 雕，等. 生物炭生产与农用的意义及国内外动态[J]. 农业工程学报，2011，27（2）：1-7.
[5] 李 力，刘 娅，陆宇超，等. 生物炭的环境效应及其应用的研究进展[J]. 环境化学，2011，30（8）：1 41l-1 421.
[6] Glaser B，Haumaier L，Guggenberger G，el a1. The‘Terra Preta’phenomenon：a model for sustainable agriculture in the humid tropics[J].Naturwissenschaften，2001，88（1）：37-41.
[7] 葛成军，邓 惠，俞花美，等. 生物质炭对土壤一作物系统的影响及其在热带地区的应用[J]. 广东农业科学，2012，32（4）：56-59.
[8] 张华昌. 胡椒养分与施肥模式的研究[J]. 云南热作科技，2002，25（1）：10-15.
[9] 黄 超，刘丽君，章明奎. 生物质炭对红壤性质和黑麦草生长的影响[J]. 浙江大学学报（农业与生命科学版），2011，37（4）：439-445.
[10] 张 祥，王 典，姜存仓，等. 生物炭对我国南方红壤和黄棕壤理化性质的影响[J]. 中国生态农业学报，2013，21（8）：979-984.
[11] 张晗芝，黄 云，刘 钢，等. 生物炭对玉米苗期生长、养分吸收及土壤化学性状的影响[J]. 生态环境学报，2010，19（11）：2 713-2 717.
关键词 生物炭 ；胡椒 ；土壤 ；养分 ；种类 ；比例
中图分类号 S573+.9
Abstract Use biochar to the soil of pepper gardens， the objective was to investigate the impact of biochar application on the soil of pepper gardens. And provide evidence for use biochar to improve soil fertility of pepper gardens. Application rate of Biochar C1 and C2 were the Biochar/soil of 10%， 20%， 30%. The soil of No biochar was CK， and determine contents of nutritive elements（N， P， K）.The results show that， the biochar C1 and C2 could significantly increase the soil organic matter and available potassium. The most influence on soil organic matter and available potassium is 30% biochar C2， the biochar C1 and C2 have no obvious effect on soil hydrolysable nitrogen and available phosphorus.
Key words biochar ； pepper ； soil ； nutrient ； species ； application amount
胡椒是胡椒科胡椒属多年生常绿藤本植物，原产印度，是世界重要的香辛料作物，胡椒自1947年引入中国，目前在中国种植面积超过3万hm2，年总产量超过3万t[1]，其中海南省种植面积和产量均占全国90 %以上[2]，近年来，胡椒园土壤地力退化明显，据中国热带农业科学院香饮所的报道，98 %的胡椒园土壤有机质含量在较低范围内（0-40 g/kg）[3]。生物炭是生物有机材料在缺氧及低氧环境中经热裂解后的固体产物，是粉状颗粒状的木炭，属于黑炭[4]。相关研究表明，生物炭可有效调节土壤N、P、K等营养元素的循环[5-7]。目前，在有关生物炭培肥胡椒园土壤作用方面未见报道，本研究拟将生物炭添加到胡椒园土壤中，观察土壤养分含量的变化，以期为生物炭培肥胡椒园土壤提供依据。
1 材料与方法
1.1 材料
试验于2015年在海南省农垦科学院海口试验站温室进行。供试土壤取自海南省农垦橡胶研究所一队胡椒园，有机质含量37.6 g/kg，pH 4.6，水解性氮137 mg/kg，有效磷3.4 mg/kg，速效钾133 mg/kg。供试2种生物炭C1与C2分别来自密西西比国际水务（中国）有限公司和河南商丘三利公司生产。
1.2 方法
1.2.1 试验设计
试验采用生物炭种类和施用量两因素3水平完全随机设计，生物炭种类为2种，C1（密西西比国际水务（中国）有限公司生产）和C2（河南商丘三利公司生产），每种生物炭的施用量设3水平，炭土重量比分别为10 %、20 %、30 %，其中C1的3个水平处理分别为T1（10 %）、T2（20 %）、T3（30 %），C2的3个水平分别为T4（10 %）、T5（20 %）与T6（30 %），同时以空白土壤为对照（CK）。试验共设7个处理，每个处理重复3次。按照试验设计将生物炭与土壤充分混合后分装于底部直径19.5 cm、上口直径19.5 cm、高20 cm的塑料花盆中，每盆装入混合土样1.5 kg，每5 d补水1次，每次100 mL。试验土样放在阴凉通风处作自然老化处理，第60天利用土钻打孔取样，所取样品风干后磨细备用。
1.2.2 测定项目及方法
土壤有机质用KCr2O7容量法-外加热法；水解性氮用碱解扩散法；有效磷用0.03 mol/L NH4F-0.025 mol/L HCl浸提-钼锑抗比色法；速效钾用中性NH4O Ac浸提-火焰光度法。
2 结果与分析
2.1 生物炭不同施用量对胡椒园土壤有机质的影响
在添加生物炭C1的处理中，T3即炭土比为30 %处理的土壤有机质含量最高，显著高于其它处理与CK，而处理T1、T2 与CK之间没有显著差异（p>0.05）（图1）。在添加生物炭C2的处理中，随着生物炭C2含量的增加，土壤中有机质含量随之逐步提高，3个配比处理都显著高于CK处理，其中T6显著高于T4、T5与CK， 且不同水平处理间有显著差异（p>0.05），在同比例炭土比水平处理下，添加C2的土壤有机质含量均明显高于添加C1的处理。
随着土壤中生物炭C1含量的增加，水解氮的含量先出现下降，当生物炭含量达到30 %时，水解氮含量略有上升（图2）。但各处理间的水解氮含量与CK间均没有显著差异（p>0.05），添加生物炭C2的处理中，随C2含量增加土壤中水解氮含量逐步下降。当添加到T6水平时的水解性氮含量最低，比CK减少了93.2 %，T4、T5、T6与CK间土壤水解氮含量差异不显著（p>0.05）。 随着生物炭C1添加比例的提高，土壤有效磷含量逐渐提高，其中炭土比为20 %时的T2处理达到最大值，当添加到30 %水平时，土壤有效磷含量降低（图3）。经SAS分析表明，T2处理有效磷含量与T1、T3差异不显著，但显著高于CK，处理T1、T3的有效磷含量与CK差异不显著（p>0.05）。添加生物炭C2的处理中，有效磷含量总体趋势是T6
随着生物炭C1比例的增加，土壤速效钾含量逐渐提高，分别提高47.3 %，82.4 %和227.3 %（图4）。SAS分析结果表明，T1、T2、T3 与CK之间的土壤速效钾含量差异达到极显著水平（p>0.01）。添加生物炭C2处理T3、T4和T6提高，土壤速效钾含量逐渐提，处理T6的速效钾含量极显著高于处理T5、T4和CK，处理T5速效钾含量极显著高于T4和CK（p>0.01），T4速效钾含量显著高于CK。
3 讨论与结论
试验结果表明，添加生物炭C1达到30 %水平时供试土壤的有机质含量有明显提高，其它处理增加效果不明显。而在土壤中添加一定比例生物炭C2（10 %炭土比）就能显著提高有机质含量，说明2种生物炭均有提高土壤有机质含量的效果，而生物炭C2的效果明显优于C1。添加2种生物炭后，不同水平下供试土壤的水解性氮与有效磷含量均无显著差异，其中生物炭C2对土壤水解氮有一定抑制作用，但作用不明显。说明2种生物炭对参试土壤水解氮与有效磷含量无显著影响。添加生物炭C1和C2对供试土壤的速效钾含量有极显著的提高作用，添加比例越多效果越显著。据张华昌等[8]研究结果表明胡椒对N、P、K的需要量与产量呈极显著正相关，因此，注重胡椒园土壤的养分情况对提高胡椒产量有积极作用。黄超等[9]研究了不同生物质炭投入量对2种不同肥力水平红壤质量指标的影响，结果表明，红壤施用生物质炭可增加土壤pH值，增加土壤速效磷、速效钾和有效氮，增强土壤保肥能力。张祥等[10]研究了施用生物炭对我国南方红壤和黄棕壤理化性质的影响，表明强酸性红壤施用生物炭能明显提高pH而降低其酸度，增加土壤的有机质、速效磷、速效钾和碱解氮含量，且随着生物炭施用量的增加，而弱酸性黄棕壤施用生物炭也提高了土壤pH，增加了土壤有机质、速效磷、速效钾含量，但对该土壤中的碱解氮含量无明显影响。张晗艺等[11]的研究表明，在玉米苗期，生物炭增加了土壤有机碳和全氮含量，但对土壤全磷和有效磷及PH值没有影响。本试验中参试的2种生物炭提高胡椒园土壤中有机质和速效钾的作用明显，但是改良土壤水解性氮和有效磷含量的作用不明显，与前人的研究结果有不同之处，可能是由于生物炭的种类、作物种类或者地域的差异引起的。生物炭在国内外的研究仍处于起步阶段，研究过程中所采取的方法，所用不同来源的生物炭以及研究的具体对象等不尽相同，研究的结果显示生物炭在某些方面的作用仍存在不同结论，因此，对生物炭的探索还有着更广阔的空间。
综上所述，添加生物炭C1和C2均能显著提高胡椒园土壤有机质与速效钾含量，其中生物炭C2效果显著优于生物炭C1，生物炭C1和C2均对胡椒园土壤水解性氮和有效磷含量的影响不显著。
参考文献
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[5] 李 力，刘 娅，陆宇超，等. 生物炭的环境效应及其应用的研究进展[J]. 环境化学，2011，30（8）：1 41l-1 421.
[6] Glaser B，Haumaier L，Guggenberger G，el a1. The‘Terra Preta’phenomenon：a model for sustainable agriculture in the humid tropics[J].Naturwissenschaften，2001，88（1）：37-41.
[7] 葛成军，邓 惠，俞花美，等. 生物质炭对土壤一作物系统的影响及其在热带地区的应用[J]. 广东农业科学，2012，32（4）：56-59.
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[9] 黄 超，刘丽君，章明奎. 生物质炭对红壤性质和黑麦草生长的影响[J]. 浙江大学学报（农业与生命科学版），2011，37（4）：439-445.
[10] 张 祥，王 典，姜存仓，等. 生物炭对我国南方红壤和黄棕壤理化性质的影响[J]. 中国生态农业学报，2013，21（8）：979-984.
[11] 张晗芝，黄 云，刘 钢，等. 生物炭对玉米苗期生长、养分吸收及土壤化学性状的影响[J]. 生态环境学报，2010，19（11）：2 713-2 717.