全 文 ：第 18 卷
第 6 期

Vol. 18
No. 6
草
地
学
报
ACTA AGRESTIA SINICA



2010 年
11 月

Nov.

2010
低量生物质炭对 2种热带牧草产量和
品质的影响研究初报
邓万刚1, 2 , 吴鹏豹1, 赵庆辉1 , 漆智平2 , 吴蔚东1*
( 1.海南大学, 热带作物种质资源保护与开发利用教育部重点实验室, 海口
570228;
2.中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所, 海南 儋州
571737)
摘要: 运用田间小区试验, 设置 3 个处理(生物质炭与土壤质量( 0~ 20 cm)比分别为 0. 1% , 0. 5% , 1. 0% ) ,同时
以不加生物质炭作为对照,研究生物质炭对王草( Pennisetum p urp ur eum K. Scbumacb
P . ty p hoid eum Rich)和
柱花草( S ty losanthes g uianensis SW. ) 2 种供试牧草产草量和品质的影响。结果表明: 与对照相比, 各处理均对柱
花草和王草产草量的影响不显著, 0. 5%的生物质炭对 2 种草品质无显著影响; 0. 1%的生物质炭显著降低了第 1
茬王草蛋白质的含量, 1. 0%的生物质炭的施用显著增加了第 2 茬柱花草粗灰分的含量。因此, 低量生物质炭施用
在海南花岗岩砖红壤对王草和柱花草生长无正面影响。
关键词:生物质炭; 王草;柱花草; 产草量;品质
中图分类号: S54; S141. 9



文献标识码: A




文章编号: 1007
0435( 2010) 06
0844
05
The Effect of Biochar on Grass Yield and Quality
DENG Wan
gang1, 2 , WU Peng
bao1 , ZHAO Q ing
hui1 , QI Zhi
ping 2 , WU Wei
dong1 *
( 1. H ain an Un iversity, Key Lab oratory of Protect ion and Developm ent Ut ilizat ion of Tropical Crop Germplasm Resources, M inist ry of Educat ion,
H aik ou, H ain an Province 570228, China; 2. T ropical Crops Genet ic Resources Inst itute, CAT AS , Dan zhou, Hainan Province 571737, Ch ina)
Abstract: T his study investig ates the effect of biochar produced by py rolysis o f w ood on grass y ield and
quality for tw o forages ( P ennisetum pur pureum
P. amer icana cv. Reyan No. 4 and Sty losanthes guianen

sis ) ; and four rates o f biochar ( bio char / so il = 0% , 0. 1% , 0. 5%, 1. 0%) analyzed in field tr ials. Results
show that the yields of tw o forag es have no signif icant dif ferences among four r ates of biochar. T he quality
of P ennisetum p ur pureum
P. americana cv. Reyan No. 4 in the f irst cut t ing w as significant ly decreased
w ith 0. 1% biochar compared to control. The content o f crude ash in the second cutt ing o f S ty losanthes
guianensis was signif icantly increased w ith 1. 0% biochar t reatment compared to control. Qualit ies o f nei

ther o f the tw o forages show any signif icant dif ferences betw een 0. 5% biochar t reatment and contro l.
Therefore, the low rate of biochar ( biochar / soil < 1. 0% ) does not have posit ive impact on either yield o r
quality of tw o for ag es.
Key words: Biochar; P ennisetum p ur pureum
P. amer icana cv. Reyan No. 4; S ty losanthes g uianensi s;
For age yield; Quality


生物质炭是由生物质在完全或部分缺氧的情况
下经热解炭化产生的一类高度芳香化难熔性固态物
质[ 1]。常见的生物质炭包括生物质炭、竹炭、秸秆炭
等。生物质炭的元素组成主要包括碳(一般高达
60%以上[ 2] )、氢、氧等,其次是灰分。生物质炭的元
素组成由最终炭化温度决定。
研究者还发现生物质炭不但具有多孔性、高比
表面积,而且具有大量的表面负电荷以及高电荷密
度的特性 [ 3] ,能吸附固定水、土壤或沉积物中的无机
离子(如 Cu2+ , Zn2+ , Pb2+ , Hg2+ 和 NO-3 等) [ 4~ 8]及
极性或非极性有机化合物[ 9~ 14] 。Glaser 等[ 15] 研究
发现,土壤中的生物质炭表面可部分被轻度氧化形
成羰基、酚基和醌基,提高土壤的阳离子交换量。生
物质炭还具有改善微生物细胞附着性能、促进特殊
收稿日期: 2010
07
26;修回日期: 2010
09
22
基金项目:国家自然科学基金项目( 40761024) ;现代农业产业技术体系建设专项资金; 海南省自然科学基金项目( 808104 ) ;海南省教育厅
高等学校科研项目( H j2008
02)资助
作者简介:邓万刚( 1976
) ,男,甘肃白银人,讲师,硕士,主要从事土壤资源与管理、土壤利用与环境变化、土壤肥力等方面的研究, E
mail :
w gden g666@ yahoo. com. cn; * 通讯作者 Auth or for correspon dence, E
m ail: w dw u@ sohu. com
第 6期 邓万刚等:低量生物质炭对 2种热带牧草产量和品质的影响研究初报
类群土壤微生物的栖息生长 [ 16, 17] 和土壤团聚体的
形成[ 18] 、改变土壤固氮与硝化微生物菌群活性 [ 19, 20]
的作用。同时, 生物质炭对 NH 3 和 NO-3 也具有相
当强的吸附特性 [ 21~ 23]。可有效降低农田土壤氨的
挥发,显著减少土壤养分淋失,提高作物产草量。生
物质炭能够有效降低农田土壤 N, P 等养分流失,
减少化肥施用量,提高作物产量[ 24]。
鉴于生物质炭数量的巨大和功能的强大, 不少
学者作了相关的研究。对于生物质炭对作物产量和
品质的影响, 不同的研究者有不同的观点。Chan
等[ 25]研究发现, 在有氮肥配合施用的条件下, 100 t

hm- 2的生物质炭施用量可使萝卜( Paphanus sa

ti vus L. )的干物质量增加 95%到 266%。然而, 对
于土壤中施入生物质炭能提高作物产量的说法, 部
分学者的研究得出相反的结论, 有学者发现当分别
施入 5000 和 15000 kg
hm - 2生物质炭时, 大豆
( Gly cine max ( L inn. ) Merr. )和玉米( Zea may s )
的产量下降[ 26~ 29]。
关于生物质炭对作物产量影响的研究在国内尚
属起步阶段,对作物品质的影响更为鲜见。为了弄
清生物质炭在海南热带花岗岩砖红壤中对热带牧草
产草量和品质的影响,本试验以木炭为材料, 研究其
在施入海南热带花岗岩砖红壤中对热带牧草产草量
和品质的影响, 为生物质炭在生产中的有效利用和
相关科学研究提供依据。
1
材料与方法
1. 1
试验设计
本研究供试土壤为中国热带作物科学院品作物
品种资源研究所牧草基地花岗岩砖红壤, 以市场上
销售的木炭为供试生物质炭, 王草 ( Pennisetum
purp ur eum K. Scbumacb
P. ty phoideum Rich)
和柱花草( S ty losanthes guianensis SW. )为供试草
种。大量研究结果表明, 低量生物质炭 ( 0. 5 ~ 5
Mgha
- 1
)对作物产量及生物量生产有显著增产效
果[ 30]。本研究设为王草实验区和柱花草实验区 2
个试验区,参考前人研究,按生物质炭与试验小区表
层土壤( 0~ 20 cm)质量比例不同,每个试验区分别
设炭土比 0. 1%, 0. 5%, 1. 0%共 3个处理,同时以
不加入生物质炭作为对照, 每个处理设 3 个重复。
王草试验区每个小区的面积为 3. 0 m
4. 9 m,柱花
草区实验小区的面积为 3. 0 m
5. 0 m。具体施入
生物质炭的方法为: 将过 0. 4 mm 筛的生物炭均匀
覆盖在小区地表面, 将生物炭和0~ 20 cm 深度的土
壤混合均匀,然后分别种植王草和柱花草。
1. 2
施肥管理
根据中国热带农业科学院试验所得的最佳施肥
量,柱花草为: 尿素, 钙镁磷肥, 氯化钾分别是 60,
660, 195 kg
hm- 2 ,每个实验小区施肥量为每小区
0. 090, 0. 495, 0. 146 kg ;王草为: 尿素,钙镁磷肥,氯
化钾分别是 255, 330, 105 kg
hm- 2 ,每个实验小区
施肥量为每小区 0. 375, 0. 485, 0. 154 kg, 肥料在牧
草移植一个月左右后一次施完。
1. 3
牧草产草量和品质测定
王草共刈割 2次(分别为 2009年 8月 15日和
2009年 10月 30日) ,柱花草刈割 2次( 2009年 8月
21日和 2009年 11月 13 日)。初次移栽后部分王
草出苗不齐,移栽同时期栽培的备用苗和王草个体
有一定的差异,因此王草第 1次刈割不记产草量,只
计第 2次产草量; 柱花草记 2 次产草量。所有产草
量以烘干样质量计算。
牧草品质指标粗蛋白质的测定用半微量凯氏定
氮法;粗脂肪的测定采用索氏浸提法;粗灰分的测定
用直接灰化法;粗纤维的测定用酸、碱分次水解法;
磷含量用钒钼黄比色法。
1. 4
数据分析
采用 SPSS 11. 5 软件, 在 P< 0. 05 水平下用
LSD法分析数据。
2
结果与分析
由表 1 可知, 与对照相比, 处理 ( 炭土比为
0. 1%, 0. 5%和1. 0% )在一定程度上降低了王草第
2次刈割产草量和柱花草第 1 次刈割产草量, 炭土
比为 0. 5%时, 柱花草第 2 次产草量大于对照产草
量。但无论是炭土比为 0. 5%, 0. 1%还是 1. 0%都
对王草和柱花草第 1次和第 2次的刈割产草量没有
显著影响。


研究结果表明(表 2) ,不同百分比的生物质炭
在土壤中的施用对王草和柱花草品质有一定的影
响,主要对牧草的粗灰分、蛋白质和牧草中的磷含量
有影响,对王草和柱花草的粗脂肪和纤维素的含量
没有显著影响;不同百分比生物质炭在不同的生长
时期对牧草品质的影响是不同的。
就第一茬王草而言,处理与对照以及不同处理
之间相比,王草中的粗脂肪、纤维素、粗灰分和磷的
含量都没有显著差异, 而生物质炭的施用除对蛋白
质产生显著影响( P< 0. 05) ,施用 0. 1%生物质炭处
理中王草蛋白质含量显著低于对照中王草蛋白质含
845
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报 第 18卷
量,施用 0. 5%和 1. 0%生物质炭处理中王草蛋白质
含量也低于对照中王草蛋白质含量但不显著。
表 1
生物质炭对牧草产草量的影响
Table 1
Effect o f biochar on y ield of tw o fo rag e
生物炭、土壤
质量百分比
Quat it y rat e o f
bio cha r and
soil, %
第二次刈割
王草产草量
Yield of second
cut ting Penni setum
purp ureum

P. ty phoideum cv.
Reyan N o. 4
kg
hm- 2
第一次刈割
柱花草产草量
Yield of first
cutt ing
Sty l osant hes
guianensis
kg
hm - 2
第二次刈割
柱花草产草量
Yield of second
cutt ing Sty lo santhes
guianensi s
kg
hm- 2
1. 0 10243. 9
1081. 4a 2379. 3
319. 6a 4491. 1
98. 3a
0. 5 10866. 4
1998. 8a 2583. 2
58. 4a 4828. 0
304. 7a
0. 1 12191. 1
646. 2a 2695. 3
443. 6a 4631. 5
230. 7a
CK 12886. 5
810. 0a 2822. 6
185. 0a 4644. 5
252. 5a


注:表中值为 Mean
Std. Error;表中字母 a表示不同处理之间
的显著性( P < 0. 05)
Note: Data in th e table are m ean
Std. Err or. Let ter
a
indi

cates s ignifi cant di ff erence ( P < 0. 05) am on g different b iochar t reat

ments


与第一茬王草不同, 0. 1% , 0. 5%和 1. 0%生物
质炭的施用对第二茬王草中蛋白质、粗脂肪、纤维
素、粗灰分和磷含量的影响都不显著,但不同处理王
草的粗灰分和磷含量差异显著( P < 0. 05)。施用
0. 1% 生物质炭处理中王草粗灰分和磷含量显著低
于施用0. 5%生物质炭处理,施用 0. 1%生物质炭处
理王草的中粗灰分含量显著低于施用 1. 0%生物质
炭处理的中王草粗灰分含量( P< 0. 05)。
生物质炭的施用对柱花草的影响与王草不同,
0. 1%, 0. 5%和 1. 0%生物质炭的施用对第一茬柱
花草中蛋白质、粗脂肪、纤维素、粗灰分和磷含量的
影响都不显著,不同处理柱花草中蛋白质、粗脂肪、
纤维素、粗灰分和磷含量差异也不显著。
就第二茬柱花草而言, 0. 1%和 0. 5%水平的生
物质炭处理柱花草中蛋白质、粗脂肪、纤维素、粗灰
分和磷含量与对照中蛋白质、粗脂肪、纤维素、粗灰
分和磷含量差异不显著, 1. 0%水平的生物质炭处理
柱花草中粗灰分含量显著高于对照中粗灰分含量
( P< 0. 05)。各处理相同指标之间差异不显著。
表 2
生物质炭对 2种牧草的品质的影响
Table 2
Effects o f biocha r on quality o f tw o for age
炭土比
Biochar/ soil, %
粗脂肪
Crude fat, %
纤维素
Crude fib er, %
蛋白质
Crude pr otein, %
粗灰分
Crude ash, %
磷
Phosphate, %
第一茬王草 0 9. 13
2. 60a 72. 67
2. 46a 6. 01
0. 31a 13. 61
0. 38a 0. 257
0. 015a
0. 1 10. 21
4. 44a 72. 90
5. 78a 3. 73
0. 55b 15. 00
0. 39a 0. 243
0. 018a
0. 5 10. 21
4. 18a 76. 36
5. 17a 5. 52
0. 57ab 13. 33
0. 64a 0. 250
0. 025a
1. 0 13. 52
3. 19a 76. 95
3. 97a 5. 60
0. 84ab 14. 42
0. 74a 0. 267
0. 007a
第二茬王草 0 9. 39
0. 72a 67. 05
5. 52a 5. 03
0. 06a 9. 20
0. 55ab 0. 210
0. 010ab
0. 1 10. 57
0. 98a 70. 54
0. 82a 4. 01
0. 70a 8. 24
0. 06b 0. 163
0. 027b
0. 5 12. 29
0. 79a 76. 26
1. 05a 5. 03
0. 04a 10. 07
0. 33a 0. 227
0. 017a
1. 0 9. 17
1. 43a 73. 15
1. 44a 5. 22
0. 32a 9. 90
0. 19a 0. 213
0. 003ab
第一茬柱花草 0 7. 61
1. 13a 74. 28
2. 88a 9. 46
0. 15a 11. 64
0. 77a 0. 380
0. 015a
0. 1 7. 69
2. 74a 75. 63
2. 60a 9. 07
0. 07a 11. 61
0. 59a 0. 363
0. 012a
0. 5 5. 72
1. 40a 70. 12
1. 22a 8. 97
0. 29a 12. 24
0. 59a 0. 390
0. 000a
1. 0 10. 74
4. 53a 76. 40
10. 25a 9. 71
0. 73a 11. 39
0. 59a 0. 393
0. 009a
第二茬柱花草 0 13. 76
0. 45a 73. 85
1. 29a 7. 04
0. 35a 6. 95
0. 27b 0. 300
0. 015a
0. 1 13. 91
1. 23a 76. 94
1. 26a 7. 20
0. 32a 7. 16
0. 13ab 0. 273
0. 022a
0. 5 10. 96
0. 63a 75. 62
2. 53a 7. 29
0. 23a 7. 32
0. 09ab 0. 297
0. 017a
1. 0 11. 95
1. 44a 74. 27
0. 03a 6. 94
0. 09a 7. 63
0. 22a 0. 300
0. 006a


注:表中值为 Mean
Std. E rror;表中 a, b为同一牧草同一茬割时期不同处理牧草品质指标的不同处理之间的显著性( P< 0. 05)
Note: Data in th e table are m ean
Std. E rror. L et ter a or b indicates s ignifi can t diff erence ( P< 0. 05) am on g dif feren t bioch ar t reatments
3
讨论
生物质炭对作物产量的影响受生物质材料、制
炭条件(温度、氧气)、土壤性质、炭土比、施肥状况、
水分状况和作物品种等诸多因素的影响。
生物质炭在不同的施用量、土壤和作物条件下
对作物产量的影响各不相同。Liang 等 [ 31] 研究发
现,玉米施炭比不施炭产量增加 91%, 生物量增加
44%; Kishimoto等 [ 32]发现,火山灰壤土上施炭 500
kg
hm- 2 , 大豆产量增加 51%; 施炭 5000 kg

hm- 2 , 大豆产量降至 63% ;施炭 15000 kg
hm- 2 ,
大豆产量降至 29% ; Gundale 和 DeLuca[ 33] 在加砂
混匀田间土壤上分别施 0% , 0. 5% , 1. 0% , 2. 0%和
5. 0%的山火产生的炭和室内生产的炭( 2种松树) ,
846
第 6期 邓万刚等:低量生物质炭对 2种热带牧草产量和品质的影响研究初报
然后种植禾本科牧草,发现施山火产生的炭, 显著促
进植物生长,而室内生产的炭显著抑制植物生长。
从 Sohi等 [ 30] 的统计中发现, 0. 5 M gha- 1生物
质炭施用量足以使印度、日本等地多种土壤上豌豆
( Pisum satium Linn. )、绿豆( Vig na radiata )、大豆
等多种作物产量及生物量增加,而本研究中, 重量为
表层土壤( 0~ 20 cm)重量 0. 1%, 0. 5%和 1. 0%的
生物质炭的施用均造成王草和柱花草产草量不显著
的下降。因此, 对海南花岗岩砖红壤上种植的王草
和柱花草来说, 低量生物质炭的施用量是不够的, 需
增加生物质炭施用量才有可能达到预期的增产效
果。近年来,有关生物质炭对植物生长的影响多集
中在作物产量及生物量方面, 生物质炭对作物及牧
草品质的影响鲜见报道。施用重量为表层土壤( 0~
20 cm)重量 0. 1%的生物质炭显著降低了第一茬王
草蛋白质的含量,可能与炭的施用造成碳氮比增加
有关。Glaser 等 [ 34] 研究发现, 施用炭增加了土壤
pH , 减少活性 Al, 增加有效 P, K, M g 和 Ca。本
研究中重量为表层土壤( 0~ 20 cm)重量 1. 0%的生
物质炭的施用显著增加了第二茬柱花草粗灰分的含
量,可能与生物质炭本身含量以及生物质炭的施用
使土壤 pH 升高,盐基饱和度、可交换性 K, Ca, M g
和 Na等显著增加有关。
国内外有关生物质炭对作物产量的影响基本为
短期试验,结果不一 [ 25~ 31]。本研究中生物质炭施用
短期内对王草和柱花草产草量影响不显著, 而且降
低牧草品质,但生物质炭一次加入对作物产量和品
质长时间的影响值得进一步研究。
4
结论
4. 1
海南花岗岩砖红壤上施用低量生物质炭(炭土
比为 0. 1% , 0. 5%和 1. 0% )对王草和柱花草产草
量短期内影响不显著。
4. 2
海南花岗岩砖红壤上施用低量生物质炭(炭土
比为 0. 1% , 0. 5%和 1. 0% )会造成王草和柱花草
品质下降。
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