全 文 ：中国生态农业学报 2013年 8月 第 21卷 第 8期
Chinese Journal of Eco-Agriculture, Aug. 2013, 21(8): 979−984


* 公益性行业(农业)科研专项项目(201303095)和现代柑橘产业技术体系项目资助
** 通讯作者: 姜存仓(1976—), 男, 博士, 副教授, 主要从事植物营养机理与施肥研究。E-mail: jcc2000@mail.hzau.edu.cn
张祥(1990—), 男, 硕士研究生, 主要从事植物养分资源高效利用及机理研究。E-mail: zx6237@163.com
收稿日期: 2013−03−11 接受日期: 2013−04−07
DOI: 10.3724/SP.J.1011.2013.00979
生物炭对我国南方红壤和黄棕壤理化性质的影响*
张 祥 1 王 典 1 姜存仓 1** 朱 盼 1 雷 晶 1 彭抒昂 2
(1. 华中农业大学资源与环境学院 武汉 430070; 2. 华中农业大学园艺林学学院 武汉 430070)
摘 要 为了探讨生物炭对不同土壤的改良效果, 采用盆栽试验, 研究了施用生物炭对我国南方两种代表性
土壤(红壤和黄棕壤)理化性质的影响及其动态变化差异。结果表明: 强酸性红壤施用生物炭能明显提高 pH而
降低其酸度, 同时增加土壤的有机质、速效磷、速效钾和碱解氮含量, 且随着生物炭施用量(生物炭量/土壤量:
0、0.5%、1.0%、2.0%)的增加, 改良效果不断加强; 弱酸性黄棕壤施用生物炭也提高了土壤 pH、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。不同生物炭用量的效应存在较大差异, 在 2.0%
时对两种土壤各理化性质影响均表现为最明显, 红壤 pH平均增加 0.61, 有机质、速效磷、速效钾、碱解氮分
别平均提高 203.4%、369.3%、368.0%、30.4%, 而黄棕壤 pH、有机质、速效磷、速效钾分别平均增加 0.55、
124.2%、57.5%、50.3%。因而, 相同用量的生物炭对红壤的改良效应好于黄棕壤, 且施用生物炭对两种土壤
速效钾含量影响最大, 其次是有机质、pH、速效磷、碱解氮。
关键词 生物炭 红壤 黄棕壤 土壤改良 理化性质
中图分类号: X71; S156.6 文献标识码: A 文章编号: 1671-3990(2013)08-0979-06
Effect of biochar on physicochemical properties of red and yellow brown soils
in the South China Region
ZHANG Xiang1, WANG Dian1, JIANG Cun-Cang1, ZHU Pan1, LEI Jing1, PENG Shu-Ang2
(1. College of Resources and Environment, Huazhong Agricultural University, Wuhan 430070, China; 2. College of Horticulture and
Forestry Sciences, Huazhong Agricultural University, Wuhan 430070, China)
Abstract Biochar is a key by-product of chemical processes with a huge potential for application in environmental and soil science
studies. In recent years, biochar has received considerable attention as soil conditioner, fertilizer carrier and carbon sequestration
agent. However, the role of biochar in improving the fertility of different soil types has remained unclear. This has especially been the
cause for the red and yellow brown soils in the South China Region (SCR), where any such studies have been largely lacking. In this
study, biochar from peanut shells was used to determine biochar effect on different soils. In the pot experiment, the dynamics of the
physicochemical properties of the two representative soils (red and yellow brown soils) in the SCR were investigated after treatments
with different doses (0, 0.5%, 1.0% and 2.0%) of biochar. The results showed that red soil was strongly acidic, but the acidity
significantly reduced under treatments of different doses of biochar. Furthermore, biochar increased soil organic matter, available
phosphorus, available potassium and alkaline hydrolyzed nitrogen contents. With increasing biochar dose, these influence became
more obvious. Yellow brown soil was weakly acidic. Biochar treatments significantly improved pH, and contents of organic matter,
available phosphorus and available potassium of yellow brown soil. Also increasing biochar dose enhanced the positive effects of
biochar on yellow brown soil. However, different biochar doses resulted in different effects on physicochemical properties of the two
soils. At 2% of biochar aplication dose, the impact of biochar on the physicochemical properties of the two soils was most obvious.
For the red soil, pH increased by 0.61. Also organic matter, available phosphorus, available potassium, and alkaline hydrolyzed
nitrogen increased by 203.4%, 369.3%, 368.0% and 30.4%, respectively, in red soil. In addition to alkaline hydrolyzed nitrogen, pH,
organic matter, available phosphorus, and available potassium respectively increased by 0.55, 124.2%, 57.5% and 50.3% in yellow
brown soil. Based on the above results, it was concluded that biochar application favored red soil more than yellow brown soil in the
980 中国生态农业学报 2013 第 21卷


SCR. Moreover, complex specific data on each index suggested that biochar application most influenced soil available potassium,
followed by soil organic matter, pH, available phosphorus, and alkaline hydrolyzed nitrogen in the representative soil types in SCR.
Key words Biochar, Red soil, Yellow brown soil, Soil improvement, Physicochemical property
(Received Mar. 11, 2013; accepted Apr. 7, 2013)
生物炭是化工生产的副产品, 其在全球碳的生
物地球化学循环和缓解全球气候变化研究领域, 在
农业土壤改良和作物栽培领域以及在土壤污染物质
的生态修复领域等都有重要意义, 在环境科学和土
壤学方面有较大的应用前景[1−2]。近年来对生物炭的
研究越来越多, 其作为土壤改良剂、肥料缓释载体
及碳封存剂备受重视[3]。黄超等[4]研究表明, 施用生
物炭不仅大大提高了红壤的碳库, 还可降低其酸度,
增加土壤 pH和盐基饱和度, 增加土壤速效磷、钾和
有效氮, 增强土壤保肥能力, 改善植物生长环境。花
莉 [5]研究发现, 土壤中的生物炭有利于提高土壤阳
离子交换量、pH、总磷、总氮的含量, 阳离子交换
量的增幅可达到 40%, 而 pH可提高 1个单位左右。
但生物炭对于不同土壤类型的改良效果, 特别是对
我国南方具有代表性的红壤和黄棕壤效应的研究还
较缺乏。 ﹑红壤是发育于热带和亚热带雨林 季雨林
或常绿阔叶林植被下的土壤, 由于该区域高温多雨,
土壤淋溶作用强, 养分含量普遍偏低, 而酸性强。黄
棕壤是亚热带地区的主要土壤类型, 呈弱酸性, 养
分含量中等, 物质运移复杂。这两种土壤在我国南
方有较大范围的分布。因此, 本研究通过施用不同
用量生物炭, 探讨其对我国南方具有代表性的红壤
和黄棕壤的理化性质的影响, 为生物炭在土壤改良
及农业生产上的科学应用提供一定依据。
1 材料与方法
1.1 试验材料
试验于 2011—2012年在华中农业大学盆栽场进
行。土壤为江西赣南柑橘产区酸性红壤和采自华中
农业大学试验基地的黄棕壤, 其主要性状如表 1。生
物炭由沈阳农业大学制备和提供的花生壳原料生物
炭, 其主要性状为: pH 8.76, 全炭 321.93 g·kg−1, 全
氮 18.84 g·kg−1, 全磷 2.59 g·kg−1, 全钾 8.48 g·kg−1。
1.2 试验设计
试验设 4 个生物炭水平, 即生物炭与土壤的质量
百分比分别为 0(对照 CK)、0.5%、1.0%和 2.0%, 各水
平设 3 次重复, 2 种不同土壤处理, 共 24 盆。盆栽取
2.5 kg过 2 mm筛的风干土, 加各个水平生物炭混合均
匀后置于 3 L塑料盆中培养。试验过程中, 用称量法控
制盆中土壤水分在 28%(相当于 75%田间持水量)。
表 1 供试土壤基本性质
Tablel 1 Basic properties of the soil in the pot experiment
土壤类型
Soil type
pH 碱解氮 Alkali-hydrolyzable N
(mg·kg−1)
速效磷 Available P
(mg·kg−1)
速效钾 Available K
(mg·kg−1)
有机质 Organic matter
(g·kg−1)
红壤 Red soil 4.41 18.62 1.17 33.39 6.04
黄棕壤
Yellow brown soil
6.51 47.05 5.91 145.93 10.35

1.3 样品采集与测定
土壤培养初期分别在第 0 d、2 d、4 d、6 d、8 d、
10 d取土样进行理化分析, 以后每 7 d取样一次, 共
历时 38 d。土壤样品风干后, 四分法把部分土样过
20目和 100目土筛后用于土壤质量指标的测定。土
壤理化性质均按照鲍士旦[6]的方法测定。有机质含
量采用重铬酸钾容量法−外加热法测定; pH采用 pH
计法(电位法)测定; 碱解氮含量采用碱解扩散法测
定; 速效磷含量采用 0.5 mol·L−1碳酸氢钠浸提−钼锑
抗比色法测定; 速效钾含量采用 1 mol·L−1醋酸铵提
取−火焰光度计法测定。
1.4 数据处理
试验数据采用 Excel 软件处理, 并用 LSD 法做
显著性比较。
2 结果与分析
2.1 生物炭对酸性土壤有机质含量的影响
图 1 显示, 生物炭处理的红壤和黄棕壤有机质
含量始终比对照处理高, 这说明生物炭可以显著增
加土壤有机质含量, 且随着生物炭施用量增加而增
加。其中施用 0.5%、1.0%、2.0%生物炭的红壤有机
质含量与对照相比分别平均增加 43.2%、92.0%、
203.4%。2.0%生物炭处理的黄棕壤有机质含量显著
高于 0.5%和 1.0%处理, 但 0.5%与 1.0%处理之间差
异不显著。施加 0.5%、1.0%、2.0%生物炭的黄棕壤
有机质含量与对照相比分别平均增加 3 8 . 5 %、
45.0%、124.2%。生物炭对黄棕壤的影响表现为, 在
培养前期, 有机质含量波动变化较大, 而后期渐渐
第 8期 张 祥等: 生物炭对我国南方红壤和黄棕壤理化性质的影响 981



图 1 不同用量生物炭处理的红壤(a)和黄棕壤(b)有机质含量的动态变化
Fig. 1 Dynamic change of organic matter content in red soil (a) and yellow brown soil (b) as a result of different amounts of biochar
amendments
CK、0.5%、1.0%和 2.0%分别表示生物炭用量为 0、0.5%、1.0%和 2.0%的处理。CK, 0.5%, 1.0% and 2.0% in the figure indicate the
treatments of different application amounts of biochar of 0, 0.5%, 1.0% and 2.0%. 下同 The same below.
较小, 最后逐步稳定。
2.2 生物炭对酸性土壤 pH的影响
由图 2a 可知, 生物炭处理的红壤 pH 始终比对
照处理高, 这说明生物炭能显著提高土壤 pH, 且随
着生物炭施用量增加而升高, 处理间变化较显著。
施加 0.5%、1.0%、2.0%生物炭的红壤 pH与对照相
比分别平均增加 0.18、0.32 和 0.61。不同处理的土
壤 pH随时间推移, 出现一定的波动变化, 但整体较
为稳定。从图 2b可以看出, 生物炭处理的黄棕壤 pH
始终比对照处理高, 且随着生物炭施用量增加, 土
壤 pH 明显升高。2.0%处理土壤 pH 显著高于 0.5%
和 1.0%处理, 但 0.5%与 1.0%处理之间差异不显著。
施加 0.5%、1.0%、2.0%生物炭土壤 pH与对照相比
分别平均增加 0.15、0.21和 0.55。

图 2 不同用量生物炭处理的红壤(a)和黄棕壤(b)pH随时间的动态变化
Fig. 2 Dynamic change of pH in red soil (a) and yellow brown soil (b) as a result of different amounts of biochar amendments
2.3 生物炭对酸性土壤碱解氮含量的影响
图 3a表明, 生物炭处理的红壤碱解氮含量始终
比对照处理高, 这说明施加生物炭能显著增加土壤
中碱解氮的含量 , 且随着生物炭施加量增加而增
加。施加 0.5%、1.0%和 2.0%生物炭的土壤碱解氮含
量与对照相比平均分别增加 10.2%、21.4%和 30.4%。
从整个培养周期看, 各个处理的土壤碱解氮含量随
时间变化整体上呈上升趋势。由图 3b可得, 生物炭
对黄棕壤碱解氮含量的影响不显著, 不同处理土壤
碱解氮含量随时间推移变化较小。
2.4 生物炭对酸性土壤速效磷含量的影响
如图 4a, 施用生物炭后红壤速效磷含量始终比
对照处理高, 说明生物炭能显著增加土壤速效磷含
量, 且随着生物炭施加量增加而增加。施加 0.5%、
1.0%和 2.0%生物炭的土壤速效磷含量与对照相比
平均分别增加 93.0%、163.9%和 369.3%。从图 4b
可以看出, 生物炭处理后黄棕壤速效磷含量明显增
加, 且随生物炭施加量增加而增加。2.0%生物炭处
理土壤速效磷含量显著高于 0.5%和 1.0%, 但 0.5%
与 1.0%处理之间差异不显著。施加 0.5%、1.0%和
2.0%生物炭的土壤速效磷含量与对照相比平均分别
增加 17.0%、21.1%和 57.5%。
2.5 生物炭对酸性土壤速效钾含量的影响
图 5a显示，生物炭处理的红壤速效钾含量显著
982 中国生态农业学报 2013 第 21卷



图 3 不同用量生物炭处理的红壤(a)和黄棕壤(b)碱解氮含量随时间的动态变化
Fig. 3 Dynamic change of alkali-hydrolyzable N content in red soil (a) and yellow brown soil (b) as a result of different amounts of
biochar amendments

图 4 不同用量生物炭处理的红壤(a)和黄棕壤(b)速效磷含量随时间的动态变化情况
Fig. 4 Dynamic change of available P content in red soil (a) and yellow brown soil (b) as a result of different amounts of biochar
amendments

图 5 不同用量生物炭处理的红壤(a)和黄棕壤(b)速效钾含量随时间的动态变化情况
Fig. 5 Dynamic change of available K content in red soil (a) and yellow brown soil (b) as a result of different amounts of biochar
amendment
提高，且随着生物炭施加量增加而增加。施 0.5%、
1.0%和 2.0%生物炭的土壤速效钾含量比对照分别
平均增加 87.1%、181.1%和 368.0%。各处理土壤速
效钾含量随时间推移变化较小。从图 5b中可以明显
看到，生物炭处理的黄棕壤速效钾含量也明显增加。
2.0%处理速效钾含量显著高于 0.5%和 1.0%处理。但
0.5%与 1.0%处理之间效果不显著。施加 0.5%、1.0%
和 2.0%生物炭的土壤速效钾含量与对照相比分别增
加了 21.2%、25.7%和 50.3%。从整个培养周期来看，
在第 17 d 到 24 d 出现明显波动，其他时段土壤速
效钾含量较为稳定。
3 讨论
生物炭是在限氧或隔绝氧的环境条件下, 通过
第 8期 张 祥等: 生物炭对我国南方红壤和黄棕壤理化性质的影响 983


高温裂解, 将小薪柴、农作物秸秆、杂草等生物质经
炭化而形成的, 其表面的—COO—和—O—等有机官
能团和生物炭中的碳酸盐是碱的主要存在形态[7−8]。
生物炭中的碱性基团在施入土壤后可以很快释放出
来, 中和土壤酸度, 使 pH升高[9]。本试验表明, 生物
炭改良酸性土壤 pH 效应较快, 施入生物炭后, 短期
内土壤 pH比对照明显升高, 且后期稳定。同时, 施
用生物炭能够促进土壤有机质水平的提高[10−12]。红
壤和黄棕壤添加生物炭后有机质含量均有提高, 且
不同用量效应不同, 其中添加 2.0%生物炭的处理有
机质含量显著增加。
生物炭含有一定量的矿质养分, 可增加土壤中
矿质养分含量[13]。试验结果表明, 生物炭能够不同程
度地增加两种土壤的碱解氮、速效磷和速效钾含量。
有研究表明施加生物炭可以增加土壤对 NH3和 NH4+
的吸收[14], 减少N2O的排放[15]以及NO3−的流失[16−17],
从而影响氮循环。红壤和黄棕壤均为酸性土壤, 铁、
铝活性高, 易与磷形成难溶性的铁磷和铝磷, 甚至有
效性更低的闭蓄态磷, 使土壤磷绝大部分转化为固
定态磷, 故这两种土壤原始速效磷含量都较低。而加
入生物炭后一方面由于增加了土壤 pH, 减少了活性
铁、铝, 从而增加速效磷、钾。另一方面研究表明, 在
土壤中添加生物炭能够有效减少铁氧化物对磷的吸
附[18]和降低有效磷的淋失[17], 从而提高土壤速效磷
的含量。此外, 有机质也能减少磷吸附, 这是由于有
机质在腐解过程中产生有机酸, 能促进土壤中磷的
活化, 有机质还能减少无机磷的固定, 提高无机磷肥
的效果[19−20], 生物炭可能是通过增加土壤有机质含
量来间接提高速效磷的含量。杨芳等[21]研究发现, 在
南方, 特别是红壤地区, 土壤有机质在形成过程中螯
合铁和铝等金属元素, 而这些螯合的铁和铝可以吸
附磷, 使土壤吸磷量增加。而施加不同量的生物炭能
够增加土壤速效钾的含量, 一方面可能由于其本身
含有大量的钾元素, 另一方面生物炭的孔隙结构能
减小水分的渗滤速度, 增强土壤对溶液中移动性很
强和容易淋失的 K+的吸附能力, 从而增加土壤速效
钾的含量。最后, 生物炭具有独特的表面特性使其
对土壤水溶液中的铵态氮、硝态氮、钾、磷及气态
氨等不同形态存在的营养元素有很强吸附作用, 同
时施加生物炭后土壤持水能力和供水能力得到显著
提高[22−23]。因而, 施用生物炭不仅可以调节土壤酸
性及提高有机质含量, 而且还起着肥料的作用, 施
入土壤后可提高土壤中的速效养分水平[4]。
4 结论
施用生物炭对红壤和黄棕壤的理化性质均有较
大影响, 且对不同土壤的改良效应存在一定差异。(1)
红壤施用生物炭能明显增加土壤 pH 而调节土壤酸
度, 同时提高土壤有机质、速效磷、速效钾和碱解
氮含量。且随施用量的增加, 效果愈明显。(2)黄棕
壤施用生物炭也能提高土壤 pH, 增加有机质、速效
磷、速效钾含量, 但对土壤碱解氮含量无明显影响,
且黄棕壤各参数增加的幅度低于红壤。(3)本试验条
件下, 在生物炭施用量提高到 2.0%时, 对两种土壤
的改良效果最好。
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