全 文 ：第 22 期
收稿日期：2015－08－28
基金项目：国家科技支撑计划项目（2011BAI01B07）
作者简介：赵秋芳（1986－），女，河南商丘人，实习研究员，硕士，主要从事热带作物营养与栽培研究，（电话）137026817172（电子信箱）
qiufangzhao＠163．com；通信作者，赵青云（1983－），女，河南驻马店人，副研究员，主要从事热带作物栽培研究，（电子信箱）
qingyun＿022＠163．com。
第 54 卷第 22期
2015 年 12月
湖北农业科学
Hubei Agricultural Sciences
Vol． 54 No.22
Nov.，20151
l． .
.
香草兰 （Vanilla planifolia Andrews） 是兰科
（Orchidaceae）热带攀缘藤本香料植物，素有“天然食
品香料之王”的美誉。其鲜豆荚经过生香加工后含有
250 多种芳香成分，香气独特，被广泛作为高级香
烟、名酒、茶叶等各类高档食品的配香原料使用 ［1］。
香草兰还是用途广泛的天然药材，已被列入美国、德
国、英国的国家药典，中医认为有补肾、和胃、健脾
等功效［2］。 香草兰分布于热带和亚热带的南北纬度
25°以内地区，在中国的海南省及云南省的西双版纳
地区可以种植。 香草兰为多年生植物，长期人工种
生物炭对香草兰生长及根际土壤微生物的影响
赵秋芳 1，2，马海洋 1，王 辉 2，王 华 2，赵青云 2
（1．中国热带农业科学院南亚热带作物研究所，广东 湛江 524091；2．中国热带农业科学院香料饮料研究所，海南 万宁 571533）
摘要：采用室内培养试验，研究施用生物炭对香草兰（Vanilla planifolia Andrews）生长和根际土壤微生物
的影响。 试验共设 5 个处理，分别是不添加生物炭（CK）和干土中添加生物炭 10 g ／ kg（C1）、30g ／ kg（C2）、
50g ／ kg（C3）、100g ／ kg（C4）。 结果表明，施用生物炭促进了香草兰植株地上部和根系的生长，与 CK 相比，
C2 处理的地上部和根系干重分别增加 50．0 ％和 74．7％。 C2 处理的总根长、根系表面积分别较 CK 增加
28．7 ％和 12．9％。 香草兰连作土壤中施入生物炭增加了香草兰根际土壤细菌和放线菌数量，以 C2 处理
的细菌、放线菌数量最多，分别为 CK 处理的 1．49 倍和 1．75 倍。 并且生物炭处理的根际土壤真菌数量显
著降低。 总之，施用生物炭可以促进香草兰生长，改善连作土壤的微生物环境，且以干土中添加生物炭
30 g/kg 处理的效果最佳。
关键词：香草兰（Vanilla planifolia Andrews）；生物炭；根系形态；土壤微生物
中图分类号：S573＋．9；S141．6；S154．36 文献标识码：A 文章编号：0439－8114（2015）22－5647－05
DOI：10．14088 ／ j．cnki．issn0439－8114．2015．22．039
Effects of Biochar on Vanilla planifolia Growth and Rhizosphere Soil
Microbial Community Structure
ZHAO Qiu－fang1，2，MA Hai－yang1，WANG Hui2，WANG Hua2，ZHAO Qing－yun2
（1． South Subtropical Crops Research Institute， Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences， Zhanjiang 524091， Guangdong， China；
2． Spice and Beverage Research Institute， Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences， Wanning 571533， Hainan， China）
Abstract： A pot experiment was conducted to evaluate the effects of biochar on vanilla （Vanilla planifolia Andrews） growth
and rhizosphere soil microbial community structure． There were five installed treatments， no biochar plus （CK）， dry soil plus
10 g ／ kg of biochar （C1）， dry soil plus 30 g ／ kg biochar （C2）， dry soil plus 50 g ／ kg of biochar （C3）， and dry soil plus
100 g ／ kg of biochar （C4）． Results show that biochar plays a very important role in promoting vanilla shoot growth and root
development． C2 treatment could obviously increase vanilla plant above ground and root dry weight by 50．0％ and 74．7％
compared with control． The total root length， root surface area of C2 treatment was 28．7％ and 12．9％ higher than CK，
respectively． Application of biochar in continuous cropping soil of vanilla could increase the quantity of bacteria and
actinomycetes， and significantly decrease the quantity of fungi in rhizosphere soil． The quantity of bacteria and actinomycetes
of C2 treatment was 1．49， 1．75 times higher than the control． In conclusion， application of biochar in continuous cropping
soil of vanilla could effectively promote vanilla plant growth， significantly improve soil microbial environment， and dry soil
plus 30 g ／ kg biochar effect is the best．
Key words： Vanilla planifolia Andrews； biochar； root morphology； soil microbes
湖 北 农 业 科 学 2015 年
植会出现植株长势变弱、土壤容重增加、土壤微生
物区系失衡等问题，形成连作障碍 ［3］，严重制约了香
草兰产业的可持续发展。
生物炭是指木材、农作物废弃物、植物落叶等
物质在厌氧或者无氧条件下经缓慢高温（＜700 ℃）
分解得到的富含碳的有机物质。 生物炭具备有机碳
含量高、多孔性、碱性、吸附能力强等特点 ［4，5］。 近年
来，生物炭（Biochar）因其独特的物理化学特点及其
在提高土壤肥力、改善土壤结构、促进作物生长等
方面的功效而受到国内外研究者的广泛关注。 李昌
见等［6］研究表明，生物炭可以促进番茄（Lycopersicon
esculentum Mill．）植株生长，提高果实产量，且以 40
t ／ hm2的施用量效果最佳。 Lehmann 等［7］研究表明，
施用生物炭可以提高豇豆 ［Vigna unguiculata（L．）
Walp．］和水稻（Oryza sativa L．）的生物量，促进作物
对 P、K、Ca、Zn、Cu的吸收量， 提高土壤养分的有效
性。 张伟明等［8］以玉米（Zea mays L．）芯为材料制备
生物炭，施用后，大豆［Glycine max（L．）Merr．］的株
高， 地上部干物质积累增加， 产量与品质明显提
高，且较高的施炭量（1 500、3 000 kg ／ hm2）平均比
对照增产 10．98％。 另外张伟明等 ［9］还在水稻上试
验过， 结果表明生物炭可以促进水稻生育前期根
系的主根长、根体积和根鲜重增长，提高水稻根系
总吸收面积和活跃吸收面积，同时增加水稻产量，
以 20 g 生物炭 ／ kg 土的处理效果出众，产量提高了
33．21％。
此外，生物炭因其特有的疏松多孔结构和巨大
的比表面积性质，在施入土壤后可为土壤微生物的
聚集、生长和繁殖提供良好的生态环境，减少微生
物之间的生存竞争，进而提高微生物的生物量［10］。韩
光明等［11］研究表明，设施栽培的菠菜（Spinacia oler-
acea L．）其土壤添加生物炭后，土壤中的根际细菌、
真菌、放线菌及氨化细菌、好氧自生固氮菌和反硝
化细菌等功能性细菌的数量均有增加。 Prayogo等［12］
发现生物炭施用能够增加土壤细菌生物量，显著增
加革兰氏阴性菌和放线菌的丰度。 王晓辉等［13］发现
设施栽培退化土壤添加生物炭后，土壤中氨氧化细
菌与氨氧化细菌和 nirK 型反硝化细菌的丰度显著
增加，进而提高土壤的硝化潜势。
众多研究表明，生物炭在改良土壤和促进作物
生长上发挥着重要作用。 试验采用玉米秸秆炭化后
的生物炭为试验材料，通过盆栽试验研究施用生物
炭对连作土壤上种植香草兰的影响，同时探讨生物
炭对香草兰根际微生物的影响，旨在为解决香草兰
连续种植中出现的长势衰弱和土壤质量变差等连
作障碍问题提供理论依据。
1 材料与方法
1．1 试验材料
供试土壤采自中国热带农业科学院香料饮料
研究所种植 20 年的香草兰园土壤， 土壤质地为沙
壤土，养分含量为全氮 10．3 g ／ kg，速效磷 62．71mg ／kg，
速效钾 145．00 mg ／ kg，有机质 14．68 g ／ kg。试验用生
物炭原材料为玉米秸秆，粒径 1．5～2．0 mm，制备温度
为 500 ℃。 生物炭 pH 9．05，其含氮 10．6 g ／ kg，含磷
31．2 g ／ kg，含钾 24．4 g ／ kg。
1．2 试验设计
试验用容器采用周转箱（规格 600 mm×420 mm×
165 mm），每箱装干土 10 kg。 试验设置 5个处理：处
理 1 为对照（CK），不施生物炭；处理 2（C1）：在干土
里施加生物炭 10 g ／ kg；处理 3（C2）：在干土里施加
生物炭 30 g ／ kg；处理 4（C3）：在干土里施加生物炭
50 g ／ kg；处理 5（C4）在干土里施加生物炭 100 g ／ kg。
每处理 3 次重复，共 15 箱，随机排列。 选取长势一
致的健康香草兰苗，每箱栽种 2 株，1 株用于测定生
物量，另外 1 株用于根系形态扫描，同时采集根际
土壤用于微生物测定。
1．3 测定项目和方法
1．3．1 植物生物量及根系形态 在香草兰移栽 9
个月后挖出全株，抖净泥土，将根系及茎叶分别装
入牛皮纸袋中，迅速带回实验室；清洗干净后晾干，
采用 EPSON 根系扫描仪扫描整个根系，应用 WIN-
Rhizo 软件分析根系各生长参数； 将根系及茎叶置
烘箱里杀青并烘至恒重，称量。
1．3．2 土壤微生物数量测定 细菌采用牛肉膏蛋
白胨培养基培养， 配方为牛肉膏 3 g、 蛋白胨 10 g、
NaCl 5 g、琼脂 20 g、蒸馏水 1 000 mL，用浓度为 1
mol ／ L 的 HCl 或 NaOH 调 pH 至 7．0～7．2， 在 121 ℃
高压下灭菌 20 min。 放线菌采用改良高氏一号培养
基培养，配方为可溶性淀粉 20 g、KNO3 1 g、NaCl 0．5
g、K2HPO4 0．5 g、MgSO4·7H2O 0．5 g、FeSO4 0．01 g、琼
脂 20 g、蒸馏水 1 000 mL，调 pH至 7．2～7．4，在 121 ℃
灭菌20 min。 真菌采用马丁氏培养基培养，配方为
葡萄糖10 g、 蛋白胨 5 g、KH2PO4 0．5 g、MgSO4·7H2O
0．5 g、1 ／ 3 000 孟加拉红 100 mL、 琼脂 20 g，pH 自
然，蒸馏水 800 mL，在 115 ℃高压下灭菌 30 min，临
用前加入 0．03 ％硫酸链霉素稀释液 100 mL［14］。采用
平板稀释涂布计数法，称取新鲜保存的土壤样品 10
g，倒入含有 90 mL无菌水的 250 mL三角瓶中，放入
摇床振荡混匀（170 r ／ min，30 min）。土壤悬浊液用无
菌水依次稀释至 10－2、10－3、10－4、10－5。 取 10－3、10－4、10－5
浓度梯度稀释液各 0．1 mL 涂布至牛肉膏蛋白胨培
5648
第 22 期
养基上。 取 10－2、10－3、10－4、10－5 浓度梯度稀释液各
0．1 mL 涂布至改良高氏一号培养基上，取 10－3、10－4、
10－5 稀释液各 0．1 mL 涂布至马丁氏培养基上。 细
菌、放线菌平板置于 30 ℃培养箱中培养 3 d，真菌平
板放置于 28 ℃培养箱中培养 5 d， 培养结束后进行
计数。
1．4 数据分析
试 验 所 得 数 据 采 用 Microsoft Office Excel
2007 软件进行处理并作图，用 SPSS 16．0 软件进行
方差分析和多重比较。
2 结果与分析
2．1 生物炭处理对香草兰生物量的影响
施加生物炭对香草兰植株地上部及根系生物
量（干重）的影响情况见图 1。 由图 1－A 可知，C2 处
理香草兰地上部的干重最大， 与对照相比提高了
50．0％。 差异达到了显著水平（P＜0．05）；另外，C1、C4
处理地上部的干重分别比对照增加了 13．1％和6．7％，
但差异不显著（P＞0．05）。 由图 1－B 可知，C2 处理的
根系干重最大，显著高于其他处理（P＜0．05），分别比
对照、C1、C3、C4 处理增加了 74．7％、107．3％、102．6％、
63．3％；其余 4个处理间无显著差异（P＞0．05）。 由此可
见，C2 处理（在干土里施加生物炭 30 g ／ kg）可以显
著促进香草兰地上部及根系生物量的增长。
2．2 生物炭处理对香草兰根系生长的影响
施加生物炭对香草兰植株根系生长的影响情
况见表 1。 从表 1可见，C2处理的总根长最长，较对
照增加了 28．7％，但是差异不显著（P＞0．05）；C2 处理
的总根长分别较 C1、C3处理增加了 42．6％、40．6％，差
异显著（P＜0．05）。 C4 处理的根系表面积最大，显著
（P＜0．05）高于 C1、C3 处理，分别比 C1、C3 处理增
加了 33.4%、24.7%；比对照、C2 处理增加了 19.8%、
6.2%，但差异不显著（P＞0．05）。 C2 处理的根系表面
积分别比对照、C1、C3 处理增加了 12．9％、25．7％、
17．3％，差异不显著（P＞0．05）。 C4 处理的根系体积最
大 ， 分别比对照 、C1、C2、C3 处理增加了 33.2% 、
45.8%、35.7%、32.9%，差异均达显著水平（P＜0．05），
其余 4 个处理间差异不显著（P＞0．05）。 C4 处理的根
系平均直径最大，分别比对照、C1、C2、C3 处理增加
了 9.4%、8.2%、18.0%、5.3%，且与 C2 处理间的差异
达到了显著水平（P＜0．05）。 上述结果说明施用生物
炭后可促进香草兰根系的生长发育，且以 C2、C4 处
理对培育香草兰发达的根系具有较好的效果。
2．3 生物炭处理对香草兰植株根际土壤微生物数
量的影响
2．3．1 土壤细菌 施加生物炭对香草兰植株根际
土壤细菌数量的影响情况见图 2。 由图 2 可知，C2
处理的香草兰植株根际土壤细菌数量显著高于对
照（P＜0．05），为对照的 1．49 倍；同时显著高于 C1、
C3、C4 处理， 分别是 C1、C2、C4 处理细菌数量的
1．41、1．51、1．46倍。而 C1、C3、C4 处理的香草兰植株
根际土壤细菌数量与对照相比均有少量增加，但是
差异不显著（P＞0．05）。 由此可见，C2 处理（在干土里
施加生物炭 30 g ／ kg）） 可以显著增加香草兰根际土
CK C1 C2 C3 C4
处理
60
50
40
30
20
10
0根
际
土
壤
细
菌
数
量
//1
06
cf
u/
g
土 a
bbb b
图 2 生物炭处理对香草兰植株根际土壤细菌数量的影响
表 1 生物炭处理对香草兰根系生长参数的影响
处理
CK
C1
C2
C3
C4
总根长//m
5.39±1.10 ab
4.74±0.22 b
6.93±1.85 a
4.93±0.20 b
5.78±0.51 ab
根系表面积//cm2
301.27±29.53 ab
270.62±15.70 b
340.10±86.66 ab
289.93±21.53 b
361.05±34.78 a
根系体积//cm3
13.56±0.20 b
12.39±1.97 b
13.31±3.35 b
13.59±1.48 b
18.06±2.47 a
根系平均直径//mm
1.80±0.16 ab
1.82±0.18 ab
1.67±0.14 b
1.87±0.06 ab
1.97±0.14 a
注：同列数据后不同英文小写字母表示处理间在 P<0.05 水平上
存在差异显著性。
注：图柱上不同英文小写字母表示处理间在 P＜0．05 水平上存在
差异显著性。 下同。
图 1 生物炭处理对香草兰植株地上部及根系干重的影响
CK C1 C2 C3 C4
处理
25.0
20.0
15.0
10.0
5.0
0.0
地
上
部
干
重
//g
/株
A
b
ab
a
b
ab
CK C1 C2 C3 C4
处理
3.0
2.0
1.0
0.0
根
干
重
//g
/株
B
a
b
bb b
赵秋芳等：生物炭对香草兰生长及根际土壤微生物的影响 5649
湖 北 农 业 科 学 2015 年
壤中的细菌数量。
2．3．2 土壤放线菌 施加生物炭对香草兰植株根
际土壤放线菌数量的影响情况见图 3。由图 3可知，
C2 处理的香草兰植株根际土壤放线菌数量为对照
的 1．75 倍，差异显著（P＜0．05）；同时 C2 处理的放线
菌数量高于 C1、C3 处理 ， 分别为 C1、C3 处理的
1．27、1．11 倍，但差异不显著（P＞0．05）；不过 C2 处理
的放线菌数量显著高于 C4 处理（P＜0．05）。 C3 处理
的放线菌数量显著高于对照 （P＜0．05）， 为对照的
1．58 倍。 C1 处理的放线菌数量与对照差异不显著
（P＞0．05）。 C4 处理的放线菌数量最低， 显著低于
C1、C2、C3处理（P＜0．05）。这说明适量添加生物炭可
以增加香草兰根际土壤中的放线菌数量，但是生物
炭添加量为 100 g/kg时， 香草兰植株根际土壤放线
菌的数量反而降低。
2．3．3 土壤真菌 施加生物炭对香草兰植株根际
土壤真菌数量的影响情况见图 4。 由图 4 可知，C2
处理的香草兰植株根际土壤真菌数量最低，比对照
减少的程度最大，显著低于对照（P＜0．05），并且与
C1、C3、C4 处理相比， 分别降低了 77．4％、65．0％、
72．0％，但差异不显著（P＞0．05）。 另外 C1、C3、C4 处
理与对照相比 ， 根际土壤真菌数量分别降低了
62．1％、75．6％、69．5％，差异均达到了显著水平（P＜
0．05）。 由此可见，施用生物炭可以显著降低香草兰
植株根际土壤中的真菌数量。
3 小结与讨论
3．1 生物炭对香草兰地上部及根系生长的影响
植物在炭化以后，大多保留了原有生物质的良
好孔隙结构，具有较大的孔隙度和比表面积 ［15］。 生
物炭施入土壤后可以增加土壤的孔隙度，降低土壤
容重， 并可以有效的固持土壤水分， 增加土壤含水
量。 Oguntunde等［16］研究表明，施用生物炭可使土壤
容重降低 9％，而总孔隙率则从 45．7％增加到50．6％，
饱和导水率提高了 88％。 土壤容重降低和通气孔隙
提高为植物根系提供了良好的生长空间，有利于根
系生长。 同时施加生物炭促进了番茄根系的发育和
产量的提高。 勾芒芒等 ［17］研究表明，施加生物炭促
进了番茄根系生长和产量提高，在干土里施加生物
炭 40 g ／ kg 处理的主根长、主根直径、总根系鲜质量
和产量分别是对照的 1．20、1．24、1．21和 2．67倍。 本
试验中，施加生物炭可以促进香草兰植株地上部和
根系的生长，在干土里施加生物炭 30 g ／ kg 处理的
地上部干重比不施加生物炭的对照增加 50．0％，根
系干重较对照增加 74．7％。 另外添加生物炭可以促
进香草兰根系的生长， 在土里施加生物炭 30 g ／ kg
处理的总根长 、 根系表面积分别比对照增加了
28．7％、12．9％； 在土里施加生物炭 100 g ／ kg 处理的
根系表面积、根系体积和根系直径分别比对照提高
了 19.8%、33.2%、9.4%，这与张伟明等 ［9］在水稻上的
研究结果相一致。
3．2 生物炭对香草兰根际微生物生长的影响
众多研究表明，生物炭能够促进土壤微生物生
长有两个方面的原因，一是生物炭本身具有疏松多
孔的结构和巨大的表面积、能够保持水分和空气的
特点，可为土壤微生物聚集、生长与繁殖提供良好
的环境 ［10］；另外，生物炭含碳量丰富，在培养过程中
会部分降解，为微生物提供碳源，可促进特定微生
物的生长 ［18］，改变土壤中微生物群落的结构 ［19］。 试
验发现，在香草兰连作土壤里施入生物炭能够提高
香草兰根际土壤的细菌和放线菌数量，且以在土里
施加生物炭 30 g ／ kg 处理的细菌和放线菌数量最
多，分别为不施加生物炭的对照的 1．49、1．75倍。 另
外施用生物炭显著降低了香草兰根际土壤中的真
菌数量，其中 30 g ／ kg 处理的真菌数量最低，究其原
因可能是不同微生物群体对生物炭的响应方式不
同造成的。 Jin［20］通过比较亚马逊黑色土壤和生物炭
改良土壤的研究发现，改良土壤的真菌多样性比未
改良的土壤低。另外还有研究表明生物炭提高了土壤
中磷的有效性，导致菌根真菌的丰度下降［21］。 Aciego
CK C1 C2 C3 C4
处理
60
50
40
30
20
10
0根
际
土
壤
放
线
菌
数
量
//1
06
cf
u/
g
土
aab
bc
c
a
图 3 生物炭处理对香草兰植株根际土壤放线菌数量的影响
CK C1 C2 C3 C4
处理
50
40
30
20
10
0根
际
土
壤
真
菌
数
量
//1
04
cf
u/
g
土
a
b
b
b
b
图 4 生物炭处理对香草兰植株根际土壤真菌数量的影响
b
5650
第 22 期
等 ［22］发现，随着土壤 pH 上升，微生物的量有所增
加，但真菌和细菌对 pH 有不同的反应；随着 pH 上
升到大约 7时，细菌的丰度增加，而真菌的丰度变化
并不一致，或者在总生物量上没有变化［22］，或者在较
高的 pH时显著降低 ［23，24］。 在本试验中，添加生物炭
提高了土壤的 pH，对照处理的 pH 为 6．02，在土里
施加生物炭 100 g ／ kg 处理的 pH 提高至 7．05（另文
发表），这也可能是香草兰根际真菌降低的原因。 另
外真菌是造成香草兰出现根腐病的主要病原菌，施
用生物炭能显著降低根际土壤中的真菌数量，可以
降低香草兰根腐病发生的风险。
综上所述，在香草兰连作土壤里施用生物炭可
以促进香草兰植株地上部及根系的生长，增加根际
土壤细菌和放线菌的数量，同时降低根际土壤的真
菌数量，且以在干土里施加生物炭 30 g/kg 处理的效
果最佳。 不过由于试验仅就生物炭对香草兰生长及
其根际土壤微生物的影响进行了初步研究，生物炭
是否能够用于改良香草兰连作土壤，仍需要进一步
试验来验证。
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（责任编辑 王 珞）
赵秋芳等：生物炭对香草兰生长及根际土壤微生物的影响 5651