目 录
1 引言 1
2 材料与方法 2
2.1实验材料2
2.2 实验设计2
2.3 测定方法 3
2.4 统计分析4
3 结果与分析 4
3.1 有无SAP添加情况下不同生物炭比例对基质性状的影响 4
3.2 有无SAP添加情况下不同生物炭比例对空心菜生长的影响 6
3.3 有无SAP添加情况下不同生物炭比例对空心菜养分吸收的影响 10
3.4 有无SAP添加情况下不同生物炭比例对基质养分损失的影响 13
4 讨论 15
结论 17
致谢 18
参考文献19
1 引言
生物质炭（biochar）属于黑炭的一种类型，是由植物生物质在完全或部分缺氧情况下经热解炭化产生的一类高度芳香化的难熔性固态物质[1]，具有高度热稳定性和较强吸附特性。生物炭（biochar）作为秸秆厌氧条件下低温热解产生的固体残渣，因其丰富的孔隙结构、高度难降解性和碱度特性，不仅可以改善土壤肥力，减少 CO2和 N2O 等气体的产生[2]，而且具有持续的碳封存能力。生物质炭施加到土壤中，可能作为土壤腐殖质中高度芳香化结构组分的来源，不仅能稳定土壤有机碳库，持留土壤养分，而且对维持土壤生态系统平衡可能发挥重要作用。同时生物质炭较强的吸附特性，还可有效降低农田氨的挥发，减少土壤养分淋失[3,4]。已有研究表明[5]，生物炭可以改变土壤的物理性状和结构，促进土壤生物化学与物理化学的交互作用，促进微生物的生长和活性，提高土壤保肥性能从而提高土壤肥力。
大量研究报道了不同生物炭施用量（0.5-135 t/ha）以及不同的作物反应（-29%—324%），施 *51今日免费论文网|www.jxszl.com +Q: ￥3^5`1^9`1^6^0`7^2$ 
用效果与生物炭种类、施用量和土壤类型等有关(Glaser et al., 2002[6]; Solaiman et al., 2012[7])。整体而言，因生物炭的高pH及本身含有的有害化合物等原因，生物炭施用的负面效应多发生在碱性土壤中，而正面效应则多见于风化土壤及酸性土壤中[8,9]。大量前人研究集中在生物炭在农业土壤中的应用研究，但因其具有优良的特性，在栽培基质研究领域具有广阔的前景。也有研究者探索了生物炭用作基质添加剂对基质性能及作物生长的影响[10,11]，但各研究得出了不一致的结论，生物炭的效果差异甚大，其中的原因和机理尚不明确。
另一方面，生物炭碱性过高的现象普遍存在，其负面作用引起了研究者的广泛关注(Zhu et al., 2014[12])。生物炭添加后过高的pH尤其会对中性和碱性基质中作物的生长产生较大的负面影响(Jayasinghe et al., 2010[13])。为了促进生物炭在基质调控中的应用，如何抑制pH的过高增长是关键问题之一。有研究发现，高吸水树脂（SAP）可不能程度地降低土壤pH。Bai等（2010）[14]报道，所用两种SAP可将沙质土壤pH分别降低11.2%和10.9%。而SAP作物基质添加剂的保水保肥等优良特性已进行过报道，这说明SAP有潜力与生物炭一起用于基质调控以降低生物炭碱性过大的危害。因此，本研究旨在对比研究生物炭单独用于基质调控剂和与SAP联用对基质性能及作物生长的影响。
2 材料与方法
2.1 实验材料
所用基质配方为：发酵床垫料堆肥+蛭石+珍珠岩+泥炭（体积比3：2：3：2），其总氮、磷、钾及速效氮、磷、钾养分含量分别为24.2、8.62、10.1、1.94、2.41和5.99 g kg-1。发酵床垫料堆肥来自江苏省农科院六合有机肥厂，由基于水稻秸秆的猪圈发酵床垫料圈内腐解（两年）及出圈后经过再次堆肥（一个月）制成。蛭石、珍珠岩和泥炭的最大持水量分别为：53.9%、31.4%和31.7%。SAP来自江苏省农科院农业设施与装备研究所，是以改性后的可溶性玉米淀粉为主要原料，丙烯酸和丙烯酰胺为接枝单体，采用水溶液聚合法制备的耐盐性钾型丙烯酸类高吸水树脂，外观为白色粉末，粒度为60-100目，容重在0.6-0.8 g cm-3之间，吸去离子水量为800-1000 g g-1，吸水速率小于30 s，pH值在6.9-7.3之间，电导率为4.0-5.0 dS m-1。生物炭为小麦秸秆在600 ºC高温下厌氧裂解得到，其容重、持水量、pH及电导率分别为0.31 g/cm3、139%、9.98和1.03，颗粒大小均在2 mm以下，碳和氮含量分别为79.3%和0.97%。
2.2 实验设计
生物炭添加量（体积比）分别为2.0%、4.0%、6.0%、8.0%、10%、12%、14%和16%，以不加生物炭基质为对照，上述基质再裂分为加0.8 g/L SAP和不加SAP两种处理。测定上述基质理化性质（基质容重、持水孔隙、总孔隙度、持水孔隙度、pH、EC、CEC、总NPK及速效养分含量），并进行温室空心菜栽培实验。栽培实验示意图如下：
图1 盆栽空心菜示意图
如图1所示，以塑料盆中线为界，一侧填充普通不同比例生物炭（0% (B0), 2%(B2) 4%(B4), 6%(B6), 8%(B8), *51今日免费论文网|www.jxszl.com +Q: ￥3^5`1^9`1^6^0`7^2$ 
10%(B10), 12%(B12), 14%(B14)和16% (B16) ）的基质（无SAP），另一侧为该改混有生物炭的基质与0.8 g/L SAP混合的基质，空心菜种植分布如图3-1所示，即于塑料盆中线位置一行6穴，两侧各一行6穴。用喷壶于塑料盆上方均匀洒水，每10 d浇水一次，生长期内共进行5个干湿循环。种植50天后收获，测定空心菜株高、茎粗、鲜重、干重、根系特征等生长指标。测定收获前后基质养分含量及植株吸收养分含量，据此计算不同处理中基质养分损失量。干湿循环的不同时间水分分布特点。
实验是在一个玻璃温室（24-35 °C）自然光条件下进行。基质混合物填充到其中，完全随机排列在塑料托盘（60×50×15厘米）中，并设计三次重复。于播种前一周将托盘用重量调节到保持的最大持水量（每盘大约2.5L）的80％。空心菜品种为三十六号空心菜（蕹菜）种子，每塑料托盘每穴播种两个种子。通过播种后种子发芽7天时发芽的数量计算获得的发芽率。然后幼苗间苗保持每托盘中最具活力的18棵苗。每10天浇水一次，在每个处理相同量的水（每盘2升）。无需额外的肥料使用。收获后取样测定基质混合物的水分和养分含量（50天收获）。植物茎的直径，植株高度，枝条和根的生物量在收获后立即测量。直径的子叶节点下测量；株高，从根球测定。叶绿素含量用SPAD-502叶绿素计（Spectrum Technologies Inc., Plainfield, IL, USA）测量。每个处理的植物芽和根称重，然后在65 °C的烘箱中，干燥至恒重，并测量干重。使用上述标准方法测定基质的混合物和干燥芽和根的养分（氮，磷，和K）浓度。N，P，K养分吸收用营养成分乘以干重，单位为mg/每株。营养损失估计为：
Nl (%) = (Ni – Nu – Nr)/Ni × 100. (4)
其中，Nl，Ni ，Nu,和Nr是营养损失，播种前基质的初始养分含量，分别为植物养分吸收的和收获后留在基质中的养分。
2.3 测定方法
EC和pH：将基质与去离子水1：5比例混合搅拌，静置8天后用pH计 (Thermo Fisher Scientific, MA, USA)和电导率仪(Hanna Instruments, RI, USA)测定pH和EC （Standards Australia, 2003）；

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