全 文 ：广 西 植 物 Guihaia Jun．2015，35(3)：317—324 http：／／journa1
． gxzw．gxib．cn
DoI：10．11931／glihaia．gxzw201403021
方培结，李青芳，张超兰，等．生物炭对岩溶区石灰土性质及作物生长的影响_J]
． 广西植物，2015，35(3)：317—324
Fang PJ，Li QF，Zhang CI ，et a1．Efects of bioehar on the properties of limestone soil in karst area and crop growth[J]
生物炭对岩溶区石灰土性质及作物生长的影响
方培结 ，李青芳 ，张超兰 ，张春来。，卜巧珍zw，曹建华z*
(1．广西大学 环境学院 ，南宁 530004；2．中国地质科学院岩溶地质研究所国土资源部／广西壮族自治区
岩溶动力学重点实验室，广西 桂林 541004；3．广西师范大学 生命科学学院 ，广西 桂林 541004)
摘 要：以玉米(迪卡 008)和大豆(开鲜 9号)为供试材料 ，通过野外盆栽实验 ，设置 5个处理，每个处理蔗渣
生物炭材料分别以土壤质量百分 比0(CK)、O．5 (T1)、1 (T2)、2 (T3)、5 (T4)添加，研究蔗渣生物炭对
岩溶区石灰土性质及农作物生长的影响。结果表明：生物炭对石灰土 pH和碱解氮均无显著影响，土壤容重
显著降低，提高了土壤有机碳、全氮、速效磷和速效钾的含量；与对照相比，玉米组和大豆组 T2、T3、T4处理的
土壤有机碳含量分别显著增加了 53．01 、96．77 、237．03％和 32．66 、107
．
84％o、256
．46 ，速效磷分别显著
增加 了，32．26 、34．78 、85．37 和 34．85 、35．60 、81．71 ，速效钾 分别显著增加 了 41
． 93％、82．49％、
155．15 和 69．77 、116．58 、206．91％；T3、T4处理土壤全氮分别显著增加 了 5．68 、25
． 57 0A 和 9．04 、
19．77％，T3、T4处理玉米棒干重分别显著增加了 1l_51％、16．41 ；T1、T2、T3、T4处理大豆豆荚干重分别显
著增加了 11．07 、11．24 、35．14 、24．89 。可见 ，蔗渣生物炭作为土壤改 良剂，在一定程度上改善了石灰
土的养分状况 ，促进 了玉米和大豆生长。
关键词 ：生物炭；石灰土；土壤性质 ；玉米 ；大豆 ；生物量
中图分类号 ：Q948．116；S156．2 文献标识码 ：A 文章编号：1000—3142(2015)03—0317—08
Effects of biochar on the pro rties of limestone
‘ 一 ● 一
soil in karst area and crop growth
FANG Pei—Jie ，LI Qing-Fang ，ZHANG Chao-Lan ，ZHANG Chun_Lai。，
BU Qiao-Zhen ，CAO Jian-Hua
(1．School of Environment，Guangxi University，Nanning 530004，China；2．KP LabDrat0rv 0，K“r t Dvnami(． ，
Ministry of Land and Resource& Guangxi，Institute of Karst Geology，Chinese Acade”l of Geozogical Scie |ce，
Guilin 541004，China；3．Colege of Life Sciences，Guangxi Normal Uni ersitv，Guilin 541004，China)
Abstract：A field pot experiment was conducted to study the effects of biochar on the properties of karst liraestone so订
and crop growth with the plants of maize and soybean planted respectively，five mass percentage levels。f biochar from
sugarcane bagasse were divided and added into limestone soil，which were no biochar(CK)，O
．5 (T1)，1 (T2)，2
(T3)and 5 (T4)．The results showed that biochar did not have signifcant elfects on soil DH and available N
． How
ever，the soil bulk density was reduced significantly，and the SOC，total N，available P and available K were increased
because of the biochar．As compared to the control，the contents of TOC after the treatments of T2
，T3 and T4 in
maize and soybean group increased by 53．01 ，96．77％，237．03 and 32．66％，107．84％，256．46％，respectivelv，a—
vailable P significantly increased by 32．26 ，34
． 78 ，85．37 and 34．85 ，35．60Y0，81．71 ，available K
收稿日期：2014—05—18 修回Et期：201 4-08—16
基金项目：国家自然科学基金青年基金(413O2289)；中国地质调查项目(12120113005300)；国土资源部公益性行业科研专项(2O1211086—05)；广西重
点实验室建设项目(13—051—05)；广西自然科学基金(青年基金)(2O13GxNsFBA()19217)；广西科学研究与技术开发计划项目(桂科合 14125008—2一1)
。
作者简介：7f~ (1989一)，男，江西上饶人 ，硕士，主要研究方向为水土环境污染修复理论与技术，(E mail)fpjie0906@163
． 。om 。
通讯作者：曹建华 ，教授，Nnk~ -N，主要从事水土环境污染修复理论与技术研究，(E-mail)jhcao@karst．edu．c 。
318 广 西 植 物 35卷
significantly increased by 41．93 ，82．49 ，155．15 and 69．77 ，116．58 ，206．91 ，respectively．The soil total N
after treatments of T3 and T4 in maize and soybean group significantly increased by 5．68％，25．57 and 9．04 ，
19．77 ，respectively．The dry weight of maize cob after treatments of T3 and T4 significantly increased by 11．51 0A，
16．41 ，respectively．However，soybean significantly increased 11．07 ，11．24 ，35．14 ，24．89 in T1，T2，T3 and
T4 treatments，respectively．Therefore，biochar from Bagasse as soil amendment，improved soil properties and
nutrients to some extent，accelerate maize and soybean growth．
Key words：biochar；limestone soil；soil properties；maize；soybean；biomass
生物炭是生物质在缺氧或无氧条件下在 350～
700℃下裂解得到的固体副产物，是一种含碳量高、
多空隙、吸附能力强、碱性、稳定性高的多用途材料
(Kwapinski et a1．，2010；何绪生等 ，2011)。生物炭
研究源于 20世纪 9O年代亚马逊流域 黑土 (Terra
preta)的发现 (Glaser et a1．，2001；Renner，2007)。
近十几年来 ，生物炭的应用研究在国内外得到了飞
速发展，在环境保护和农业生产等领域取得丰硕的
研究成果 。目前，关于生物炭的研究 主要集 中于三
个方面 ：第一 ，生物炭作为土壤改 良剂 ，施加到土壤
中，改善土壤的结构和提高土壤的肥力 ，以促进农作
物的生长 ；第二，生物炭作为碳 的稳定富集体添加到
土壤 中，增加土壤有机碳库量，同时减少 CO 、N O
和CH 等温室气体的排放；第三，生物炭作为环保
材料，应用于土壤重金属、农药等有机物污染修复
(Lehmann，2007；Sohi et a1．，2010；谢祖彬等，2011；
Jha et a1．，2010)。但随着研究不断深入 ，研究结果
也不尽相 同。生物炭对 土壤改 良研究视 生物炭原
料、土壤类 型和农作 物种类不 同而不 同(Zhang et
Z．，2012；Yao et a1．，2012；Rajkovich et a1．，2011)。
目前 ，国内外生物炭关于土壤改 良的研究多集 中在
风化程度高的土壤和酸性土壤，而对西南地区的岩
溶石灰土的研究还鲜见报道。
我国西南地区拥有岩溶 连片 区，岩溶面积达 51
万 km。(Jiang et“z．，2014)。岩溶石灰土是 岩溶地
区岩石、大气、水 、生物等 四大圈层相互作用的产物
(李阳兵等 ，2004)。岩溶生态系统导致岩溶石灰土
具有以下性质 ：①碳酸盐岩分化成土速率慢 ，土壤侵
蚀速率快 ；②土壤有机碳易于积累，而营养元素供给
速率慢 ；③营养元 素供给不平衡 ，石灰土粘重 ；④在
有机质含量较低时 团粒结构性差 ；⑤富钙偏碱的岩
溶环境使石灰土呈现 富钙偏碱 的特性 (曹建华 等，
2003)。现今 ，我国西南许多岩溶山区面临严重的石
漠化问题 ，解决石漠化土壤是关键 ，如何保存和改 良
岩溶山区现存的石灰土，提高石灰土的肥力，促进岩
溶山区农作物生长 。是解决岩溶石漠化途径之一(曹
建华等 ，2008)。结合生物炭研究 ，通过野外盆栽试
验 ，将蔗渣生物炭添加到岩溶石灰土中，探究生物炭
对岩溶区石灰土的性质和农作物产量的影响。
1 材料与方法
1．1材 料
供试土壤采 白广西壮族 自治区桂林市临川I县潮
田乡灯明洼地(110。14 E，25。15 N)0～3O em耕作
土，自然风干后过 4 mm 尼龙筛备用。土壤为棕色
石灰土，土壤性质见表 1。
以桂林市永福县顺丰糖厂生产的当年的蔗渣为
原料 ，出厂新鲜蔗渣晾晒 3 d备用 。用 自制 的炭化
炉烧制生物炭 ，温度控制在 500℃左右 ，停 留时间约
2h。生物炭的主要性状为 pH 值 8．31、全碳 633．20
g·kg～、全氮 6．32 g·kg～、全磷 1．52 g·kg 、全钾
4．04 g·kg 、灰分 14．09 、产率 20 。玉米 (迪 卡
008)和大豆(开鲜 9号)均购置于市场。
表 1 供试土壤的性质
Table 1 Characters of soil used in this study
1．2方法
1．2．1盆栽试验地 点 野外盆栽试验位于桂林市灵
川县潮 田乡毛村(¨ 0。33 E，25。10 N)，土壤采集点
和试验点都是典型的峰丛洼地和峰丛谷地 ，属 中亚
3期 方培结等：生物炭对岩溶区石灰土性质及作物生长的影响 319
热带湿润气候，降雨充沛，气候温和，年平均降雨量
1 915．2 mm ·a～，年平均蒸发量 1 378．3 mm ·a～，
年平均气温 18．8℃ ，受季风影 响，全年的降水分配
不均，降雨主要在 4—7月，9月到来年 2月份为旱
季 ，降雨很少(Yang et a1．，2010)。
1．2．2盆栽试验设计 试验设两组 ，一组种植玉米 ，
另一组种植大豆，每组设五个处理 ，每个处理生物炭
与土壤 质量百 分 比分别为 0 (CK)、0．5 (T1)、
1％(T2)、2％(T3)、5 (T4)，每个 处理 3次重 复，
栽种玉米和大豆两种作 物共 30盆。盆栽采用直径
31 cm、高 50 cm PVC装置。将生物炭与供试土壤
按 比例混合均 匀后 ，每盆装入 (25±0．1)kg。2013
年 4月 26日播种，玉米每盆播种 4～5粒种子，大豆
每盆播种 10粒 ，待玉米和大豆分别长至三叶期时选
苗 ，每盆留 2株长势相同的玉米 ，每盆留 4株长势相
同的大豆 。播种前施加底肥 N：150 mg·kg～、P：50
mg·kg 、K：125 mg·kg (尿素 、磷酸氢二铵 、氯
化钾 )，玉 米 在拔 节 期 追施 一 次肥 (N：150 mg·
kg 、P：50 mg·kg 、K：125 mg·kg。。)，大豆则 不
追加施肥。视天气 和玉米 的生长情况 每隔 2～3 d
灌溉一次，每个处理 灌溉岩溶 水 (富含 Ca。 和
HCO )2～3 L。2013年 8月 2日采收大豆 ，2O13
年 8月 12日采收玉米，将玉米棒和玉米秸秆 ，大豆
秸秆和大豆荚分开采收 ，并带 回实验室分别进行 生
物量分析 ，植物采收完之后取 土回实验室进行土壤
性质分析。
1．2．3测定指标及 方法 土壤指标分析测试均参 考
鲁如坤(2000)的方法 。其中，pH测定采用 pH计电
位法(水土 比 2．5：1)，有机碳用重铬酸钾容量法一
外加热法 ，全氮用 开 氏消煮法 ，碱解 氮用碱解扩 散
法 ，速效磷用 0．5 moL·L NaHCO 浸提一钼锑抗
比色法 ，速效钾用 NH OAc浸提一火焰光度法 。生
物炭阳离子交 换量 采用 乙酸铵 交换 法 (Gaskin et
“z．，2008)，pH采用炭水 比 1：2O(W／V)，振荡 24 h
后静置测量 (Zhao et a1．，2013)，生物炭总碳 、总氮
用德国 elementar公 司生产 的 CNS元 素分析仪 测
定(Zhang et a1．，2010)，生物炭灰分及 P、K、Ca、Mg
元素含量测定参照 (Yuan et a1．，2011)的方法 。玉
米和大豆生物量 的测定玉米秸秆和玉米棒 、大豆秸
秆和豆荚分开采收，采收完之后带回实验室在 105
℃杀青 30 min，然后在 80℃烘干至恒重。
1．2．4数据处理 使用 Excel 2007处理实验数据 ，
SPSS 16．0进行单因素方差分析及相关性分析 ，多
重 比较用 Ducan法 (P≤0．05)，Origin 8．5绘 图。
2 结果与分析
2．1生物炭土壤 pH影响
生物炭对石灰土 pH 没有显著影响(图 1)。玉
米组和大豆组的 CK、T1、T2、T3、T4处理土壤 pH
分别为 6．43、6．29、6．23、6．27、6．40和 6．33、6．29、
6．30、6．47、6．33，虽然各处理问土壤 pH有变化 ，但
均没达到显著变化水平。
OK T1 T2 T3 T4
生物炭处理 B iocha r treatment
图 1 生物炭对土壤 pH 的影响 不同小写字母表示
同一种植物不同生物炭处理间差异显著(PFig．1 Effects of biochar on soil pH Diferent smal
letters meant significant differences among treatments in the
same crop at O．05 leve1．The same below．
2．2生物炭对土壤容重影响
土壤容重随着生物炭添加量增加而显著降低
(图2)。其中，玉米组 CK、T1、T2、T3、T4处理土壤
容重分别为 1．40、1．35、1．27、1．19、0．99 g·cm～，与
CK相 比，T1、T2、T3、T4分别显 著降低 了 3．57 、
9．29％0、15．0O 、29．29 ；大豆组 CK、T1、T2、T3、
T4处理土壤 容重 分别 为 1．26，、1．14、1．08、0．99、
0．86 g·cm ，T1、T2、T3、T4分别 比 CK显著降低
了 9．52％、14．29 、21．43 、31．75 。相关性分 析
结果显示 ，土壤容重与生物炭添加量呈极显著负相
关(P≤0．01，下同)，玉米组 和大豆组 的相关性系数
分别达到一0．982和一0．933。
2．3生物炭对土壤有机碳及 C／N的影响
生物炭对土壤有 机碳含量及 C／N 影响表 现出
相似的变化趋势 (图 3)，即土壤有机碳含量和 C／N
随着生物炭添加量增加 而增加 ，当生物炭添加量达
到 1 时 ，随着 生物 炭添加量增加而显著增加 。其
中，玉米组和大豆组 的 CK、T1、T2、T3、T4处理 土
8 7 6 5 4 3 2 1 O
口
320 广 西 植 物 35卷
CK T1 T2 T3 T4
生物炭处理 B i ochar treatment
图 2 生物炭对土壤容重的影响
Fig．2 Effects of bioehar on soil bulk density
壤有机碳 含量分 别为 11．45、13．93、17．52、22．53、
38．59和 l0．84、12．13、14．38、22．53、38．64 g·kg ，
T2、T3和 T4处理与玉米组和大豆组分别 比 CK显
著增 加 53．01 、96．77 、237．03 和 32．66 、
l07．84 、256．46 。玉米组和大豆组 CK、T1、T2、
T3、T4处理 C／N分别为 6．49、7．96、10．18、12．55、
l7．42和 6．14、6．7O、7．94、11．68、18．23。其中，玉米
组 T2、T3、T4处理土壤 C／N分别 比 CK显著增加
了 56．86 、93．37 、168．41 ，大 豆组 T2、T3、T4
处理土壤 C／N 分别 比 CK 显 著增 加 了 29．32 、
90．23 、196．91 。T1处理 的土壤 有机碳 含量和
C／N较 CK的增加均不显著 。
罨
鲜
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0
I I I
b
CK I1 l2 I3 T4
生物炭处理 B io(3har treatment
图 3 生物炭对土壤有机碳含量和 C／N的影响
Fig．3 Effects of biochar on SOC and C／N
相关性分析结果表明，土壤有机碳含量和 C／N
与生物炭添加量的极显著正相关 ，有机碳与生物炭
添加量相关性系数 为 0．992和 0．994，土壤 C／N与
生物炭添加量相关性系数为 0．972和 0．992。
2．4生物炭对土壤全氮及碱解氮的影响
生物炭增加土壤全氮 的含量 ，但是对土壤碱解
氮未产生显 著影响 (图 4)。玉米组 和大豆组 CK、
T1、T2、T3、T4处 理 土壤全氮 分别为 1．76、1．75、
1．72、1．86、2．21和 1．77、1．81、1．81、1．93、2．12 g·
kg～。其 中，T3、T4处理于玉米组和大豆组分别 比
CK显著增加了 5．68V0、25．57 和 9．04 、19．77 ，
且 T4比 T3也显著增加 ；玉米组和大豆组中的 T1、
T2处理与 CK之 间均变化不 显著 。玉米组 和大豆
组土壤碱解 氮含量分别为 115．48、115．14、】16．66、
114．72、115．52和 131．72、130．2O、129．06、126．44、
128．66 mg·kg 。无论是种植玉米还是大豆 ，各试
验处理间土壤碱解 氮含量均未发生显著变化 ，但大
豆组各生物炭试验处理土壤碱解氮含量均高于相 同
处理下玉米组的。
2．5
2．0
1．5
1．0
O 5
O．0
120
90
60
30
0
束 MaI ze b a 豆 Soybe 兀c C C b
C ÷ C
厂 厂 厂
a
a a a a
-一 _●一 _。一 -．11- 。-
a
OK T1 T2 T3 T4
生物炭处理 B i oehar treatment
图 4 生物炭对土壤全氮和碱解氮的影响
Fig．4 Effects of biochar on soil TN and available N
2．5生物炭对土壤速效磷和速效钾的影响
土壤速效磷和速效钾的含量随着生物炭添加量
的增加而增加，玉米组土壤速效磷和速效钾 的含量
均高于同一水平处理下大豆组土壤速效 磷 的含量
(图 5)。玉米组 和大豆组 CK、T1、T2、T3、T4处理
土壤速效磷分别为 14．29、15．04、18．90、19．26、26．49
和 13．23、13．82、17．84、17．94、24．04 mg·kg ，其 中
玉米组 和大 豆组 的 T2、T3、T4处理土壤速效磷 的
含量 分 别 比 CK 显著增 加 了 32．26 、34．78 、
85．37 和 34．85 、35．6O 、81．71 ，T1较 CK虽
有增加但不显著。
玉米组和大豆组的 CK、T1、T2、T3、T4处理土
壤速 效 钾 含 量 分 别 为 202．17、206．58、286．94、
368．95、515．83和 151．12、179．12、256．56、327．30、
463．80 mg·kg～。其中玉米组和大豆组 中 T2、T3、
T4处理较 CK 分别 显著增 加了 41．93 、82．49 、
155．15 和 69．77 、116．58 、206．91 ，T1较 CK
4 2 O 8 6 4 2 0
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3期 方培结等：生物炭对岩溶区石灰土性质及作物生长的影响 321
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C C
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CK T1 T2 T3 T4
生物炭处理 B i ochar treatment
图 5 生物炭对土壤速效磷和速效钾 的影响
Fig．5 Effects of biochar on soil available P and K
增加没达到显著水平。
2．6生物炭对作物生物量和产量的影响
施加生物炭对玉米和大豆的生物量和产量产生
不同的影响 (表 2)。玉米组 ，当生物炭 添加量达 到
2 ，玉米秸秆和玉米棒干重 均 比 CK显著增加 ；且
T4处理玉米秸秆干重 比 T3处理显著增加 ，而 T4
处理玉米棒 干重 比 T3没有显 著增 加。如 T3、T4
处理玉 米 秸 秆 干 重 较 CK 显 著 增 加 了 12．92 、
33．O1 ，玉 米 棒 干 重 分 别 显 著 增 加 了 l1．51 、
16．41 。大豆组 ，添加生物炭均能显著增加大豆秸
秆和豆荚干重 。其 中，大豆秸秆干重随着生物炭添
加量增加而增加；当生物炭添加量小于 2 ，豆荚干
重随着生物炭添加量增加而增加 ，当生物炭添加量
大于 2 ，和 2 生物炭添加量相比，增施生物炭会
降低豆荚干重。如，T1、T2、T3、T4处理大豆秸秆
干重 分 别 比 CK 显 著 增 加 了 14．3O 、17．69 、
33．61 、63．77 ；豆荚干重则分别增加 了 11．07 、
l1．24 、35．14 、24．89 ；T4处理豆荚 干重 比 T3
处理显著降低 7．59 。
3 讨论
3．1生物炭对土壤性质的影响
在以往的研究中，当土壤 pH较低时，生物炭往
往能显著增加其 pH；而当土壤 pH 较高时 ，则无显
著影响。如 Chan et a1．(2008)的研究发现添加生物
炭能增加酸性土壤 的 pH，而 Chintala et a1．(2013)
的研究表明生物炭能明显增加 pH较低的土壤 pH，
对 pH相对较高的土壤 pH 无显著影响。本研究结
果表明 ，生物炭对石灰土 pH无显著影响，原因可能
生物炭中的一co0H、一oH等碱性基团和灰分中可
溶态 K、Ca、Mg等金 属元素能显著 提高酸性 土壤
pH(袁金华等，2011；Xu et a1．，2012)。但 在岩溶石
灰土的富钙偏碱 的环境里 ，石灰土的 pH较高(曹建
华等 ，2003)，如本试验中土壤 pH 为 6．91，具有一定
的抗缓冲能力 ，生物炭 的碱性不足以显著提高石灰
土的 pH。
生物炭具有 比表面积较大、孑L隙结构丰富、质地
轻等特点(Zhao et n z．，2O13)，施加到土壤 中能够降
低土壤容重 ，起到疏松 土壤作用 ，从 而降低土壤 容
重 ，Mukherjee et a1．(2O14)试 验结果也证 明生物炭
能显著降低 土壤容重 ，这与本次研究 结果相 吻合 。
但是并不是所有土壤容重 降低都有利于植物生长 ，
有研究指出生物炭应用于质地粘重较大的土壤 中增
加土壤空隙和增加土壤持水性能 ，促进植物根系的
生长；但质地疏松的土壤中应用会加大土壤空隙，反
而降低土壤持水性能，不利于植物 的生长 (潘洁等 ，
2013)。石灰土一般粘重较大 ，所 以生物炭施加到石
灰土降低土壤容重能起到有利作用，促进植物生长。
生物炭富含碳 ，且结构高度芳 香化 ，稳 定性较
高 ，施加到土壤中能长期存在土壤 中，显著地增加土
壤有 机 碳 的含 量 ，起 到 长 期 稳 定增 加 土壤 碳 库
(Lehmann et a1．，2006)，这与本次试验研究结果相
一 致。但土壤有机碳的增加并不意味着土壤的肥力
就会增加，有研究指出，长期单一施用生物炭会显著
降低土壤水溶性有机碳含量(章明奎等，2012)；且土
壤有机质中腐殖酸(胡敏酸和富里酸)的比例下降 ，
而黑炭和胡敏素的含量显著增加(黄超等，2011)；反
而导致土壤肥力下降 。
添加生物炭会增加土壤 中全氮 的含量 ，但对碱
解氮的含量没有显著影响 。全氮增加可能是因为生
物炭本身含有一定的氮 ，在生物炭矿化过程 中会 释
放氮；并且生物炭 的吸附能力会减少氮的流失 ，提高
土壤保氮能力 (Zheng et a1．，2013)；同时生物 能够
降低土壤容重，提高土壤通气水平 ，减少因反硝化作
用而损失 的土壤氮 (潘逸凡等 ，2O13；Laird et a1．，
2010)。但生物炭中的氮大多数是以 C～N杂环形式
存在(Silber et a1．，2010)，且 生物炭释放 的氮大 多
数是有机氮 (Mukherjee et a1．，2013)，而植物不 能
直接利用有机氮(王常慧等，2004)，并且生物炭在提
高全氮含量的同时显著提高土壤 C／N，C／N会降低
土壤对氮 肥 的使 用效 率 (Galvez et a1．，2012；AI—
burquerque et a1．，2O13；李贵才等 ，2001)，因此土壤
巧 协 0
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0 O 0 O 0 0 ∞∞ ∞∞ 。
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322 广 西 植 物 35卷
表 2 不同处理对玉米和大豆的生物量和产量的影响
Table 2 Effects of biochar Oil the biomass and yield of maize and soybean
注：不 同小写字母表示不 同处理间差异显(P≤0．05)。
Note：Different small letters meant significant differences among treaments at 0．05 leve
碱解氮含量没有显著改变 。
石灰土中含有丰富的 Ca ，当水溶性磷肥施加
到土壤中去后会与土壤 中的 Ca 发生一系列 的反
应 ，最后生成不能被植物吸收利用的磷酸十钙沉淀 ，
大大降低了磷肥的使用效率 (向万胜等 ，2004)。生
物炭本身和灰分中含有一定量的磷，而且这部分磷
大多数能够被植物吸收利用 ；施加生物炭 ，土壤速效
磷与土 壤 pH 和 有 机质 含 量 呈 正相 关 (靖 彦 等，
2013)，本次试验中土壤 pH 没有 发生显著改变 ，但
有机质的增加会使土壤速效磷的释放增加 (向万胜
等，2004)；生物炭能够 降低土壤中铁氧化合物对磷
的吸附和增加 土壤磷 的活性 (Cui et a1．，2011)；生
物炭的保肥能力 ，能够减少土壤水溶性磷的淋失 ，从
而提高土壤速效磷的含量。生物炭在增加岩溶石灰
土速效磷 的同时也显著增加土壤速效钾 的含量 ，生
物炭显著增加土壤速效钾这一研究结果与刘玉学等
(2013)研究结果一致。原因可能有两方面 ，第一 ，生
物炭含有大量的可溶性被植物吸收利用 的钾，施加
到土壤中能显著提高土壤速效钾含量 ；第二 ，生物炭
良好的比表面积和孔 隙结构 ，能够加强水溶性和易
流失的钾 吸附，减少水溶性钾 的淋失量(Peng et
“Z．，20l1；张祥等 ，2O13)。
在玉米拔节期对玉米追施磷肥和钾肥 ，而大豆
在生长过程中没有追肥 ，从 而导致种植玉米土壤 的
速效磷和速效钾的含量均高于同一生物炭处理下种
植大豆的土壤的速效磷和速效钾 的含量。大豆根瘤
菌的固氮作用 ，且玉米对氮的需求要高于大豆 ，则导
致种植大豆土壤碱解氮的含量高于同一生物炭处理
水平下种植玉米的土壤碱解氮含量。
3．2生物炭对生物量的影响
生物炭最初被发现就是因为生长在富含生物炭
的亚马逊流域黑土(terra preta)上 的农作物生长 比
周边好 (Rennet，2007)。本文研 究结果证 明，添加
生物炭能增加玉米和大豆的生物量和产量 ，与大多
数国内外研究结果相似 。如 Zhang et a1．(2012)研
究表明无论是否施加氮肥 ，生物炭均能增加玉米的
产量 ；Major et“z．(2O10)研究 结果显示 ，添加生物
炭的第一年对玉米生长没有显著影响 ，但在第二 、三
和四年均 会 显著 增 加 玉米 的 产量 ；Tagoe et“z．
(2008)将生物炭与化肥同施 ，结果增加 了大豆产量。
综合前面的分析与讨论 ，导致这一结果原 因可能有
两方面 ：第一 ，生物炭 良好的性质能够改善土壤的理
化性质，促进植物的生长，如本次试验中显著降低土
壤容重 ，增加土壤孔 隙率，促进植物根系生长 ；第二 ，
生物炭提高了土壤 的肥力 ，如本试验中生物炭提高
石灰土中全氮、速效磷 、速效钾和有机质 的含量 ，为
农作物生长更好的提供养分 。
4 结论
研究结果表 明：将蔗渣生物炭施加到岩溶石灰
土 中，能够显著降低土壤容重 ，当生物炭添加达 1
时能显著增加土壤有碳 、速效磷和速效钾的含量 ，当
添加量达 2 时土壤全氮有显著增加；但对土壤 pH
和碱解氮含量无显著影响。生物炭通过提高石灰土
的肥力 ，改善植物的生长环境 ，促进了玉米和大豆的
生长 。在本研究条件下 ，当生物炭添加量达到 2 ，
玉米的生物量和产量均有显著增加 ；各生物炭处理
均能显著增加大豆的生物量和产量 ；生物炭对大豆
生物量和产量增加效果要好于玉米 。可见，生物炭
作为土壤改 良剂，在一定程度上改善 了岩溶区石灰
土的养分状况 ，促进了玉米和大豆的生长。
参考文献 ：
Alburquerque JA，Salazar P，Barr6n V，el口 ．2013．Enhanced
wheat yield by biochar addition under different mineral
3期 方培结等 ：生物炭对岩溶区石灰土性质及作物生长 的影响 323
fertilization levelsl,J]．Agron Sust Dev，33(3)：475—484
Cao JH(曹 建 华 )，Yuan DX(袁 道 先 )，Pan GX(潘 根 兴 )．
2003．Some soil features in karst ecosystem(岩溶生态系统 中的
土壤)[J]．Adv Earth Sci(地球科学进展)，18(1)：37—44
Cao JH(曹 建 华)，Yuan DX(袁 道 先 )，Tong LQ(童 立 强 )．
2008．Features of karst ecosystemand integrating measurefor
rock desertification in Southwest China(中国西南岩溶生态系统
特征与石漠化综合治理对策 )[J]．Pratac Sci(草业科学)，25
(9)：40— 50
Chan K ，Van Zwieten L，Meszaros I，et a1．2008．Agronomic values
of greenwaste biochar as a soil amendment[J]．Soil Res，45(8)：
629— 634
Chintala R，Schumacher TE， M cDonald LM ， et a1． 2013．
Phosphorus sorption and availability from biochars and soil／bio
char mixturesl,J]．CLEAN-Soil Air Wat，41(9 999)：1—9
Cui HJ，Wang MK，Fu ML，et a1．2011．Enhancing phosphorus a—
vailability in phosphorus—fertilized zones by reducing phosphate
adsorbed on ferrihydrite using rice straw-derived biochar[J]．J
S0ils＆ SPd，11(7)：1 135—1 141
Galvez A，Sinicco T，Cayuela M L，et a1．2012．Short term effects of
bioenergy by-products on soil C and N dynamics。nutrient availa
bility and biochemical properties[J]．Agric Ecosyst& Environ，
160：3— 14
Gaskin J，Steiner C，Harris K，et a1． 2008．Efect of low-
temperature pyrolysis conditions on biochar for agricultural use
I-J]．Trans Asabe，51(6)：2 O61—2 069
Glaser B，Haumaier L，Guggenberger G，et a1．2001．The‘Terra
Preta’phenomenon：a model for sustainable agriculture in the
humid tropics[J]．Naturzvisenschaften，88(1)：37—41
He XS(何 绪 生 )，Zhang SQ(张 树 清)，She D(佘 雕)，et a1．
20 1 1．Effects of biochar on soil and fertilizer and future research
(生物炭对土壤肥料 的作用 及未来研究)[J]．Chin Agric Sci
Bull(中国农学通报)，27(15)：16—25
Huang C(黄超 )，Liu LJ(刘丽 君)，Zhang MK(章 明奎)．2011．
Efects of biochar on properties of red soil and ryegrass growth
(生物质炭对红壤性质和黑麦草生长的影响)[J]．J Zhejiang
Univ：Agric& L Sci Ed(浙江 大学学报 ·农业与 生命科
学)，37(4)：439—445
Jha P，Biswas A，Lakaria B，et a1．2010．Biochar in agriculture-pros—
pects and related implications[J]．Curt Sci，99(9)：l 218—1 225
Jiang Z，Lian Y，Qin X．2014．Rocky desertification in So uthwest
China：Impacts，causes，and restoration[J]．Earth—Sci Rev，132：
1— 12
Jing Y(靖 彦 )，Chen XM(陈 效 民)，Liu ZX(刘 祖 香 )，et a1．
2013．Efects of combined application of biochar and inorganic
fertilizers on the available phosphorus content of upland red soil
(生物黑炭与无机肥料配施对旱作红壤有效磷含量 的影响)
[J]．Chin J Appl Ecol(应用生态学报)，24(4)：989 994
Kwapinski W ，Byrne CMP，Kryachko E，et a1．2010．Biochar from
biomass and waste[J]．Waste Biota Valot，1(2)：177 189
Laird D，Fleming P，W ang B，et a1．2010． Biochar impact on
nutrient leaching from a midwestern agricultural soil[J]．Geo—
derma，158(3— 4)：436— 442
Lehmann ．2007．Bio-energy in the black[J]．Front Ecol Environ，
5(7)：381— 387
Lehmann J，Gaunt J，Rondon M．2006．Bio-char sequestration in
terrestrial ecosystems-a review[J]．Mitig Adapt Strat Glob
Chang，11(2)：395— 419
Li GC(李贵才)，Han XG(韩兴 国)，Huang JH(黄建辉)．et a1．
2001．A review of affecting factors of soil nitrogen mineralization
in forest ecosystems(森林生态系统土壤氮矿化影响因素研究进
展)[J]．Acta Ecol Sin(生态学报)，21(07)：1 187—1 195
Li YB(李 阳兵)，Wang SJ(王世杰)，Li RL(李瑞玲)．2004．Some
soil features of karst ecosystem(岩溶 生态 系 统 的土壤 )I-J]．
Ecol& Environ(生态环境)，13(3)：434—438
Liu YX(刘 玉 学)，Wang YF(王 耀 锋 )，LU HH(吕豪 豪 )，et
a1．2013．Effects of different application rates of rice straw
biochar and bamboo biochar on yield and quality of greengrocery
(Brassica chinensis)and soil properties(不同稻秆炭和竹炭施用
水平对小青菜产量、品质 以及 土壤理化性 质的影响 )[J]．J
Plant Nutr Fert(植物营养与肥料学报)，19(6)：1 438—1 444
Lu RK(鲁 如坤)．2000．The Methods for Agricultural Chemical
Study(土壤农 业化 学 分析 方 法)[M]．Beijing(北 京 )：China
Agricultural Press(中国农业科技出版社)
Major J，Rondon M，Molina D，et a1．2010．Maize yield and
nutrition during 4 years after biochar application to a Colombian
savanna oxisol[J]．Plant& Soil，333(1—2)：117—128
Mukherjee A，Lal R，Zimmerman A．2014．Effects of biochar and
other amendments on the physical properties and greenhouse gas
emissions of an artificialy degraded soil[J]．Sci Total Environ，
487：26— 36
Mukherjee A，Zimmerman AR．2013．Organic carbon and nutrient
release from a range of laboratory produced biochars and biochar
soil mixtures[J]．Geoderma，193—194：122—130
Pan J(潘 洁)，Xiao H(肖辉 )，Cheng WJ(程 文娟)，et a1．2013．
Effect of biochar on vegetable yields and the soil physical and
chemical properties in greenhouse(物黑炭对设施土壤理化性质
及蔬菜产量 的影响)[J]_Chi Agric Sci Bul(中 国农 学通
报)，29(31)：174—178
Pan YF(潘 逸 凡 )，Yang M (杨 敏 )，Dong D(董 达 )，et a1．
2013．Effects of biochar ob soil nitrongen cycle and related
mechanisms：a review(生 物质 炭对土壤 氮素循环的影响及其
机理研究进展 )[J]．Chin J Appl oz(应 用生 态学报 )，24
(9)：2 666— 2 673
Peng X，Ye LL，W ang CH，et a1．20l1．Temperature and duration
dependent rice straw-derived biochar： characteristics and its
efects on soil properties of an Ultisol in southern China[J]．Soil
& Till RP5，112(2)：159～166
Rajkovich S，Enders A，Hanley K，et a1．2011．Corn growth and ni—
trogen nutrition after additions of biochars with varying properties
to a temperate soil[J]．Biol&Fert Soils，48(3)：271—284
Renner R．2007．Rethinking bioehar[J]．Environ Sci Technol，41
(17)：5 932— 5 933
Silber A ，Levkovitch I，Graber E．2010．pH—dependent mineral re—
lease and surface properties of cornstraw biochar：agronomic im—
plicationsl,J]．Environ Sci Technol，44(24)：9 318—9 323
So hi SP，Krul E，Lopez Capel E，et a1．2010．A Review of Biochar
and Its Use and Function in Soil[J]．Adv Agr，105：47—82
Tagoe SO，Horiuehi T，Matsui T．2。O8．Effects of carbonized and
dried chicken manures on the gr0wth，yield，and N content of
soybeanLJ ．PZ岔 & S0 ，306(1—2)：211—22O
wang CH(王 常 慧)，xing XR(邢 雪 荣)，Han XG(韩 兴 国)．
2O04．Advances in study Of factors afecting soil N mineralization
in grassland ec。systems(草地生态系统 中土壤氮素矿化影响因
素的研究 进展)[J]． ．厂A声 z＆ (应用 生态 学报 )，15
(11)：2】84— 2】88
324 广 西 植 物 35卷
Xiang WS(向万胜 )，Huang M(黄 敏)，Li XY(李 学垣 )．2004．
Progress on fractioning of soil phosphorous and availability of va
rious phosphorous fractions to crops in soil(土壤磷素的化学组
分及其植物有效性)[J]．Plant Nutr Fert Sci(植物营养与肥
料学报)，10(6)：663—670
Xie ZB(谢祖彬)，Liu Q(刘琦)，Xu YP(许燕萍)，et a1．2011．Ad—
vances and perspectives of biochar research(生物炭研究进展及
其研究方向)口]．Soils(土壤)，43(6)：857 861
Xu RK，Zhao AZ，Yuan JH，et a1．2O12．pH buffering capacity of
acid soils from tropical and subtropical regions of China as influ—
enced by incorporation of crop straw biochars[J]．J Soils&
Sed，12(4)：494— 502
Yang H，Zhang L，Cao J．2010．Effects of different land use types
on soil organic carbon and carbon management index in Karst
area[J]．Agric Sci＆ Technol，11(9—10)：136—139
Yao Y，Gao B，Zhang M ，et a1．2012．Effect of biochar amendment
on sorption and leaching of nitrate，ammonium ，and phosphate in
a sandy soilEJ]．Chemosphere，89(11)：1 467—1 471
Yuan JH(袁 金 华 )，Xu RK(徐 仁 扣 )．2011．Progress of the
research on the properties of biochars and their influence on soil
environmental functions(生物质炭的性质及其对土壤环境功能
影响的研究进展)[J]．Ecol Environ Sci(生态 环境 学报)，20
(4)：779—785
Yuan JH，Xu RK，Zhang H．2011．The forms of alkalis in the bio—
char produced from crop residues at different temperatures
LJ ．Bioresour Technol，102(3)：3 488—3 497
Zhang A，Cui L，Pan G，et a1．2010．Effect of biochar amendment
on yield and methane and nitrous oxide emissions from a rice
paddy from Tai Lake plain，China[J]．Agric Ecosyst &
Environ，139(4)：469—475
Zhang A ，Liu Y，Pan G，et a1．2012．Effect of biochar amendment
on maize yield and greenhouse gas emissions from a soil organic
carbon poor calcareous loamy soil from Central China Plain
LJ ．Plant& Soil，351(1—2)：263—275
Zhang MK(章明奎)，Bayou WD，Tang HJ(唐红娟)．2012．Effects
of biochafs application on active organic carbon fractions in soil
(生物质 炭对 土 壤有 机 质 活性 的影 响)EJ]．J Soil Water
Conserv(水土保持学报)，26(2)：127—132
Zhang X(张 祥 )，Wang D(王 典)，Jiang CC(姜存 仓 )，et a1．
2013．Effect of biochar on physicochemieal properties of red and
yelow brown soils in the South China Region(生物炭对我国南
方红壤和黄棕壤理化性质的影响)[J]．Chin J Eco-Agric(中
国生态农业学报)，21(08)：979—984
Zhao L，Cao X，Magek O，et a1．2013．Heterogeneity of biochar
properties as a function of feedstock sources and production tem—
peraturesl-J]．J Hazard Mat，256(15)：1 9
Zheng H，Wang Z，Deng X。et a1．2013．Impacts of adding biochar
on nitrogen retention and bioavailability in agricultural soil
l-J]．Geoderma，206：32—39
(上接第 302页 Continue from page 302)
metals for three dominant plants in Pb-Zn mine tailings eastern
Guangdong(粤东铅锌尾矿三种优势植物对重金属的吸收和富
集特性研究)I-J]．Guihaia(广西植物)，32(6)：743—749
Mattina MJI，Lannucci BW ，Musante C，et a1．2003．Concurrent
plant uptake of heavy metals and persistent organic pollutants
form soil[J]．Environ Poll，124(3)：375—378
M alandrino M ，Abollino O，Buoso S，et a1．2011．Accumulation of
heaw metals from contaminated soil to plants and evaluation of soil
remediation by vermiculite[J]．Chemosphere，82(2)：169—178
Pan P(潘 攀 )，Yang JC(杨 俊 诚 )，Deng SH(邓 仕 槐 )，et a1．
20 1 1．Proceedings and prospects of pesticides and heavy metals
contamination in soil—plant system(土壤一植物体系 中农药和 重
金属污染研究现状及展望)l-J]．J Agro—Environ Sci(农业环境
科学学报)，30(12)：2 389—2 398
Pan YH(潘 义宏)，Wang HB(王宏 镔)，Gu ZP(谷兆萍 )，et a1．
2010．Accumulation and translocation of heavy metals by macro
phytes(大型水生植物对重金属的富集与转移)[J]．Acta Ecol
Sin(生态学报)，30(23)：6 430—6 441
Rascio N，Navari—hzo F．2011．Heavy metal hyper-accumulating
plants：How and why do they do it?And what makes them SO in—
terestingLJj．Plant Sci，180(2)：169 181
Saifulah，Meers E，Qadir M ，et a1．2009．EDTA assisted Pb phyto—
extraction[J]．Chemosphere，74(10)：1 279—1 291
Sarret G，Saumitou-Laprade P，Bert V ，et a1．2002．Froms of Zinc
accumulated in the hyeraccumulator Arabidopsis halleri[J]．
Plant Physiol，130(4)：1 815 1 826
Sun YB(孙约兵)，Zhou QX(周启星)，Guo GL(郭观林)．2007．Phy—
toremediation and strengthening measures for soil contaminated by
heavy metals(植物修复重金属污染土壤的强化措施)[J]．Chin J
Environ Eng(环境工程学报)，1(3)：1O3 110
Wang YZ(王永 志)，Yang YH(杨 毅恒 )，Chu N(初娜 )，et a1．
2008．Clustering analysis for speciation of Cu in soil samples of
Dawu River in dexing copper mine(德 兴铜 矿大坞河 流域 土壤
Cu元素形态的聚类分析)[J]．Pmgr Geophysics(地球物理学
进展)，23(1)：233—236
Wei SH(魏树 和)，Zhou QX(周 启 星 )，Wang X(王 新 )．2003．
Characteristics of 1 8 species of weed hyperaccumulating heavy
metals in contaminated soils(18种杂草对重金属 的超积累特性
研究)[J]．J Basi Sei& Eng(应用基础与工程科学学报)，11
(2)：152 16O
Xia JQ(夏家淇)．1996．Detailed Explanation of Soil Environmental
Quality Standards(土壤环境 质量标 准详解 )[M]．Beijing(北
京)：China Environmental Sciences Press(中 国环 境科 学 出版
社)：53
Yan Y(闫妍)，Li JP(李建平)，Zhao ZG(赵志国)，et a1．2008．Ad
vances in the mechanisms of heavy metal tolerance and
accumulation in hyper accumualtors(超富集植物对重金属耐受和
富集机制的研究进展)l-J]．Guihaia(广西植物)，28(4)：505 51O
Zhang B(张本 )．1988．Studies on Poyang Lake(鄱 阳 湖研 究 )
[M]．Shanghai(上海)：Shanghai Science and Technology Press
(上海科学技术出版社 )：5 10
Zeng FP(曾凡萍)，Xiao HY(肖化 云)，Zhou WB(周文斌)．2007．
Spatial and temporal variations and their source analysis of copper，
lead and zinc in riverwaters and sediments of the Le’an River(乐安
江河水和沉积 物中 Cu，Pb，Zn的时空变化特 征及 来源分析)
I-J]．Res Environ Sci(环境科学研究)，20(6)：14—2O