CN111548234A

CN111548234A - 一种退化红壤的改良剂及改良方法和应用

Info

Publication number: CN111548234A
Application number: CN202010395683.0A
Authority: CN
Inventors: 李小英; 李晓荣; 陈丽美; 邱宗海
Original assignee: Yunnan Tianjiu Agriculture And Forestry Technology Co ltd
Current assignee: Yunnan Tianjiu Agriculture And Forestry Technology Co ltd
Priority date: 2020-05-11
Filing date: 2020-05-11
Publication date: 2020-08-18

Abstract

本发明涉及一种肥力低、板结和退化红壤的改良剂及改良方法和应用，属于红壤改良和水果增产技术领域。本发明所述改良剂由有机肥和生物炭组成；所述有机肥的用量为22.5～45t·hm^‑2；所述生物炭的用量为有机肥用量的3～6％。本发明在有机肥中添加生物炭后能够使红壤持水能力增加、肥力持久、肥效提升。

Description

一种退化红壤的改良剂及改良方法和应用

技术领域

本发明涉及红壤改良和水果增产技术领域，具体涉及一种肥力低、板结和退化红壤的改良剂及改良方法和应用。

背景技术

红壤是我国中亚热带湿润地区分布的地带性红壤，在我国主要分布于长江以南的低山丘陵区，包括江西、湖南两省的大部分，滇南、湖北的东南部，广东、福建北部及贵州、四川、浙江、安徽、江苏等的一部分，以及西藏南部等地。丘陵红壤一般氮、磷、钾的供应不足，有效态钙、镁的含量也少，硼、钼很贫乏。红壤一般呈酸性(pH值4.5～6.5)，质地较黏重(粘粒含量40％以上)、分散性强、水稳性差，红壤中有机质含量低(<20g/kg)，保水保肥力差，耕性较差，有酸、粘、瘦的特性。这一区域是我国南方水果的集中分布区，也是夏季雨水集中区，容易造成明显的水土流失。

为了增加产量，经济果木产地常出现大量施用化肥造成红壤板结、退化、肥力降低等现象。针对红壤肥力容易流失、红壤退化，经济果木生长快的特点，种植户喜欢使用肥效快的化肥，但这加重了红壤板结和N、P流失，降低了红壤中氮磷肥料的利用效率，红壤板结、退化和肥力低的问题得不到有效解决。

发明内容

本发明的目的在于提供一种肥力低、板结和退化红壤的改良剂及改良方法和应用。本发明在有机肥中添加生物炭后能够使土壤持水能力增加、肥力持久、肥效提升。

本发明提供了一种肥力低、板结和退化红壤的改良剂，所述改良剂由有机肥和生物炭组成；所述有机肥的用量为22.5～45t·hm^-2；所述生物炭的用量为有机肥用量的3～6％。

优选的是，所述生物炭的比表面积＞60m².g^-1、孔径＞2nm且含碳量大于60％，pH值为8～12。

优选的是，所述生物炭包括橡胶木炭和竹炭或稻壳炭。

本发明还提供了基于上述技术方案所述改良剂的红壤改良方法，包括以下步骤：

在冬季或春季，将所述改良剂作为基肥施加于肥力低、板结和退化红壤中。

本发明还提供了上述技术方案所述改良剂或上述技术方案所述红壤改良方法在提升火龙果产量和品质中的应用。

优选的是，所述改良剂在红壤中的施加深度为5～20cm。

本发明还提供了上述技术方案所述改良剂或上述技术方案所述红壤改良方法在提升青枣产量和品质中的应用。

优选的是，所述改良剂在红壤中的施加深度为50～70cm。

本发明还提供了上述技术方案所述改良剂或上述技术方案所述红壤改良方法在提升葡萄产量和品质中的应用。

优选的是，所述改良剂在红壤中的施加深度为30～40cm。

本发明提供了一种肥力低、板结和退化红壤的改良剂。本发明在有机肥中添加生物炭后能够使红壤持水能力增加、肥力持久、肥效提升，所述改良剂能够显著提高表层红壤养分含量、红壤蔗糖酶和脲酶活性，降低脲酶活性和红壤pH值；且红壤养分含量高，增产效果好，能够提升种植水果品质。试验结果表明，本发明竹炭和有机肥的混施短期内提高了火龙果园地红壤肥力，竹炭与有机肥混施处理后比仅施高量有机肥对红壤改良效果更佳，达到减量施用有机肥目标又减低施肥成本；竹炭与有机肥混施提高了火龙果产量、维生素C、花青素和可溶性蛋白含量。生物炭基肥(竹炭+有机肥)的施加普遍改善了青枣地红壤肥力，在红壤养分提升方面，3％竹炭处理比6％竹炭处理表现更好；3％竹炭与低肥量(施肥量为5kg/株)的有机肥配施方案为较优配施方案。中等施肥量(10kg/ 株)+3％竹炭施肥方案显著地提高青枣的水分利用效率；中等施肥量(10kg/株)+6％竹炭显著提高了青枣的产量。同样将生物炭与有机肥配施入红壤中，不同处理对表层(0～20 cm)和下层(20～40cm)葡萄地红壤pH和养分含量及过氧化氢酶、蔗糖酶活性有显著差异；不添加竹炭条件下，对表层红壤而言，有机质含量随施肥量的增加而降低，红壤pH和总氮无显著差异，高有机肥用量反而降低红壤总磷、全钾、有效磷和速效钾含量；竹炭与中、高量有机肥配施增加了有机质含量，增幅为12.28％～50.07％；竹炭与中量有机肥配施显著提高了总氮和总磷含量，6％竹炭+10t·hm^-2有机肥、3％竹炭+10t·hm^-2有机肥处理较0％生物质炭+10t·hm^-2有机肥处理总氮和总磷含量分别增加73.85％、39.92％和 35.12％、27.15％；对底层红壤而言，中量有机肥的施用对红壤pH和养分含量的提升效果更佳；低、中量有机肥与竹炭配施能显著增强表层红壤过氧化氢酶活性。

附图说明

图1-1为本发明提供的竹炭与有机肥混施对红心火龙果总产量的影响；

图1-2为本发明提供的竹炭与有机肥混施对红心火龙果产量的影响；

图1-3为本发明提供的竹炭与有机肥混施对红心火龙果维生素C、花青素和可溶性蛋白含量的影响。

图2-1为本发明提供的竹炭与有机肥混施对红壤总孔隙度(％)的影响；

图2-2为本发明提供的竹炭与有机肥混施对红壤密度(g/cm³)的影响；

图2-3为本发明提供的竹炭与有机肥混施对红壤有机质(g/kg)的影响；

图2-4为本发明提供的竹炭与有机肥混施对红壤速效钾(mg/kg)的影响；

图2-5为本发明提供的竹炭与有机肥混施对红壤尿酶酶活性(mg/g)的影响；

图2-6为本发明提供的竹炭与有机肥混施红壤肥力指标主成分碎石图；

图2-7为本发明提供的竹炭与有机肥混施红壤肥力指标主成分分析图；

图2-8为本发明提供的竹炭与有机肥混施各个处理聚类分析图；

图3-1为本发明提供的竹炭与有机肥混施对青枣单果重、可食率及产量的影响；

图4-1为本发明提供的竹炭与有机肥混施对0～20cm和20～40cm土层pH和有机质含量的影响；

图4-2为本发明提供的竹炭与有机肥混施对0～20cm和20～40cm土层TN、TP和全钾含量的影响；

图4-3为本发明提供的竹炭与有机肥混施对0～20cm和20～40cm土层有效磷和速效钾含量的影响；

图4-4为本发明提供的竹炭与有机肥混施各处理的聚类分析图。

具体实施方式

本发明提供了一种肥力低、板结和退化红壤的改良剂，所述改良剂由有机肥和生物炭组成；所述有机肥的用量为22.5～45t·hm^-2；所述生物炭的用量为有机肥用量的3～6％。在本发明中，所述生物炭的比表面积＞60m².g^-1、孔径＞2nm且含碳量大于60％，pH值为8～12。常规生物炭如秸秆炭、烟杆炭、花生壳炭、松木枝条炭等比表面积较小，一般在10m².g^-1以下，本发明所述生物炭比表面积大，持水性强，控制红壤中氮磷流失的量小，特别是红壤中磷元素的淋失小，一定程度上提高了磷肥的利用效率。在本发明中，所述生物炭包括橡胶木炭和竹炭或稻壳炭，更优选为竹炭，本发明竹炭来源广泛、成本低，因竹子生长快，在南方每3年就可以采伐。本发明对所述有机肥的来源没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的常规有机肥即可，如畜禽圈肥或蔬菜垃圾废料等发酵制作而成。上述条件能够对红壤产生以下有益效果：综合改良红壤的理化性质及生物学性质。将生物炭施入红壤中，首先可以改良酸性红壤，提升红壤的pH值，另外红壤中加入具有孔隙结构的生物炭，也一定程度改良红壤的团粒结构；加入生物炭的红壤持水性提升，红壤中氮磷营养减少流失；在短时间内提高红壤的养分含量，如增加红壤有机质含量；提高红壤全量养分含量，如提高红壤的速效钾、有效磷及水解性氮等含量；激活红壤酶活性，如提高红壤的蔗糖酶酶活性、脲酶酶活性及过氧化氢酶活性。生物炭与有机肥配合使用可以减少有机肥的使用量，减少生产成本而效果不变。

具体表现在：(1)在火龙果实例中，0～20cm红壤层，0％竹炭+有机肥处理的红壤速效钾、有效磷分别为93.05～157.93mg/kg、179.10～286.99mg/kg；3％～6％竹炭+有机肥处理的红壤速效钾、有效磷分别为79.97～201.50mg/kg、208.85～293.08mg/kg。(2)在青枣实例中，0％竹炭+有机肥处理的红壤速效钾、有效磷、水解性氮含量分别为 127.69～163.65mg/kg、59.54～81.29mg/kg、65.33～140.00mg/kg，3％～6％生物炭+有机肥处理的红壤速效钾、有效磷、水解性氮含量分别为93.02～236.18mg/kg、10.50～91.92mg/kg、65.33～170.33mg/kg。0％竹炭+有机肥处理的青枣蒸腾速率Tr[mmol/(m²·s)]、瞬时水分利用效率WUEi[μmol/mmol]分别为7.996～11.271、1.859～2.463，3％～6％竹炭+有机肥处理的青枣蒸腾速率Tr[mmol/(m²·s)]、瞬时水分利用效率WUEi[μmol/mmol]分别为6.096～7.027、2.434～3.172，较0％生物炭+有机肥处理的青枣蒸腾速率Tr[mmol/(m²·s)]降低了31.17％～60.40％、瞬时水分利用效率WUEi[μmol/mmol]提高了29.37％～30.93％。(3) 在葡萄实例中，各处理表层(0～20cm)红壤有效磷含量、速效钾含量均高于下层(20～40 cm)，相对较高；就表层红壤而言，低、中有机肥用量下，竹炭与有机肥配施处理红壤有效磷含量均高于不添加竹炭处理；高有机肥用量下，竹炭与有机肥配施处理红壤速效钾含量均高于不添加竹炭处理。

在冬季或春季，将所述改良剂作为基肥施加于肥力低、板结和退化红壤中。本发明对所述改良剂的施加方式没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的常规基肥施加方法即可。本发明在改良过程中，优选采用滴灌的浇水方式。

本发明还提供了上述技术方案所述改良剂或上述技术方案所述红壤改良方法在提升火龙果产量和品质中的应用。本发明所述改良剂的施加能够提高火龙果产量，并且提高火龙果Vc、花青素和可溶性蛋白含量。

在本发明中，所述改良剂在火龙果园地红壤中的施加深度为5～20cm。

本发明还提供了上述技术方案所述改良剂或上述技术方案所述红壤改良方法在提升青枣产量和品质中的应用。本发明所述改良剂的施加能够提高青枣单果重、可食率、产量及青枣瞬时水分利用效率。

在本发明中，所述改良剂在青枣园地红壤中的施加深度为50～70cm。

在本发明中，所述改良剂在葡萄园地红壤中的施加深度为30～40cm。

下面结合具体实施例对本发明所述的一种肥力低、板结和退化红壤的改良剂及改良方法和应用做进一步详细的介绍，本发明的技术方案包括但不限于以下实施例。

实施例1

1材料与方法

1.1试验材料

本发明试验位于云南省农科院元谋热区农业生态所本部实施，具体位置为：东经101°52.6′，北纬25°41.5′，海拔1169m。该地区年平均降雨量613.8mm，年平均气温 21.9℃，降水分配不均，蒸发量高达年均降水量的6倍左右，全年旱季长达7～8个月。研究区红壤为燥红壤，果园面积为540(20×27)m²。供试生物炭采用竹炭，其基本理化性质为：pH值为11.31，C、N、H和S质量分数分别为79.98％、0.70％、2.21％、0.40％，全磷为2.04g·kg^-1。供试有机肥N、P₂O₅、K₂O含量分别为46g·kg^-1、14.50g·kg^-1、9.80g·kg^-1。供试红心火龙果品种为“台农二号”。供试红壤基本性质见表1。

表1供试红壤基本性质

1.2样地设置与取样方法

试验设置施肥量分别为低(L，22.5t·hm^-2)、中(M，45t·hm^-2)、高(H，90t·hm^-2)，有机肥中竹炭添加量分别为0％(Y0)、3％(Y3)、6％(Y6)，采用完全随机组合设计，均设三次重复，共27个小区，每个小区面积为20m²，试验设计详见表2。2018年5月初将当地发酵过的羊粪(45t·hm^-2)作为底肥均匀施用于每个处理小区并翻耕混匀(深约20 cm)，月末在种植墒面上开沟(宽40cm、深15cm)，将竹炭与有机肥按试验设置一次性施加于红心火龙果地，并与种植沟的表土拌匀后回填，试验期间不再追肥，定期滴灌浇水，按果园常规进行管理。

2018年6月火龙果开始产果，12月结束，对6～11月火龙果产量进行称重(按月计)，随机挑选小区并采集10个具有代表性、均一的果实带回实验室对其Vc、花青素、可溶性蛋白含量进行测定。2019年1月下旬对每个样地进行分层取样。在27个样地小区分别取0～20cm和20～40cm红壤样品(混合均匀)带回实验室，一部分实验室自然风干，并过0.25mm筛和1mm筛装自封袋保存留用；另一部分过1mm筛放4℃冰箱保存。

表2试验设计

1.3红壤理化性状测定

红壤指标均参照鲍士旦(2001)和关松荫(1986)的方法来测定，其中，有机质采用油浴加热-重铬酸钾氧化容量法测定；全氮(TN)采用凯氏蒸馏法测定；全磷(TP)采用高氯酸消解-钼锑抗比色法测定；采用BrayI法(0.025～0.03mol·L^-1NH₄F)浸提剂测定酸性红壤中的有效磷；全钾(TK)和速效钾采用ICP(电感耦合等离子体发射光谱仪)来测定；红壤过氧化氢酶活性采用高锰酸钾滴定法；红壤脲酶活性采用靛酚蓝比色法；红壤蔗糖酶活性采用3-5二硝基水杨酸比色法；pH采用pH酸度计(PHS-3C，PHS-4C型)来测定。

1.4火龙果产量、品质的测定

产量：采用称重法按月累计称重火龙果产量(6～11月)。

品质：在火龙果盛产季节，采集10个处理均一的红心火龙果进行维生素C、花青素及可溶性蛋白含量测定。采用紫外分光光度法、考马斯亮蓝G-250染色法分别测定火龙果维生素C含量和可溶性蛋白含量，花青素含量采用香草醛—盐酸法进行测定。

1.5数据分析

实验数据采用Excel 2019和SPSS 21.0对数据进行作图和统计分析。采用单因素方差分析方法(Duncan法检验，显著性水平均设0.05)分析不同竹炭量和不同施肥量混施对红心火龙果地红壤理化性质及其酶活性的影响，用Pearson相关系数分析火龙果园红壤理化性质和酶活性的相关性。

技术效果

竹炭与有机肥混施后0～20cm红壤中养分含量比单施有机肥显著提高；竹炭与有机肥混施提高了红壤过氧化氢酶和蔗糖酶活性，降低了脲酶活性；红壤性质与酶活性之间存在显著或极显著的正相关关系。单施高量有机肥量比低量有机肥量红心火龙果增产24.98％；竹炭与有机肥混施显著增加了红心火龙果总产量，与Y6H处理相比，Y6M、 Y6L处理分别增产9.94％、29.82％，且混施增加了红心火龙果中维生素C和花青素含量，而对可溶性蛋白含量差异不显著。在本发明试验条件下，22.5t·hm^-2或45t·hm^-2的有机肥用量下添加3％或6％的竹炭时0～20cm红壤养分含量最高，增产效果最好，且火龙果品质更佳。

2结果与分析

2.1竹炭与有机肥混施对红壤理化性质的影响

除红壤pH外，不同处理对红壤性质均存在显著差异；竹炭与有机肥混施均不同程度地影响了红壤性状，除速效钾以外，每个处理表层红壤中养分含量高于下层，更有利于火龙果根系吸收养分。表3显示，在不添加竹炭情况下，高施有机肥提高了表层(0～20cm)红壤有机质、全磷和全氮养分含量，Y0H处理较Y0M、Y0L处理对表层红壤有机质、全磷和全氮分别提高了8.76％、3.47％，40.08％、65.37％和60.99％、28.67％；高施有机肥提高了下层(20～40cm)红壤全磷、全氮和有效磷含量，Y0H处理较Y0M、Y0L处理对下层红壤全磷、全氮和有效磷含量分别提高了15.17％、391.18％，,22.78％、15.10％和 87.41％、225.91％，有肥力向下累积的趋势。Y6L处理表层红壤中有机质、全磷和全钾含量最高，与Y6H处理相比，表层红壤有机质、全磷和全钾增幅分别为43.81％、56.90％和40.68％；表层红壤Y6H处理全氮含量最高，比其他处理提高56.23％-175.34％；表层红壤中速效磷和速效钾含量分别为Y3L和Y3M处理最高，比Y6H处理表层红壤速效磷和速效钾含量分别提高了29.85％和59.58％；下层红壤中Y6H处理有机质、全钾和全氮含量最高。竹炭与有机肥混施降低了红壤pH值，但对下层其他红壤性状影响程度降低。

表3竹炭与有机肥混施对红心火龙果地红壤理化性状的影响

注：同列数据后不同小写字母分别表示处理间差异达显著(P<0.05)水平，每个处理的缩写见表2。

2.2竹炭与有机肥混施对红壤酶活性的影响

本发明竹炭与有机肥混施于表层(0～20cm)红壤，因此仅用表层红壤对酶活性显著性分析和红壤性质与酶活性的相关性分析。表4显示，与单施有机肥相比，竹炭与低量有机肥混施均能增加红壤过氧化氢酶和蔗糖酶活性，降低了红壤脲酶活性；竹炭与中量有机肥混施增加了红壤蔗糖酶活性，与高量有机肥混施降低了红壤过氧化氢酶活性。过氧化氢酶、蔗糖酶、脲酶活性分别表现为Y6L、Y6H、Y3M处理最高。其中，与Y0L处理相比，过氧化氢酶、蔗糖酶中Y6L、Y3L处理分别提升156.29％、107.55％和5.26％、 0.24％，脲酶活性分别降低了64.17％、77.86％；蔗糖酶、脲酶中Y6H处理比Y3H处理和Y0H处理分别提高12.16％、11.79％和155.35％、9.62％，Y6H处理比Y3H处理和 Y0H处理分别降低过氧化氢酶活性56.85％、29.95％。

表4竹炭与有机肥混施对红心火龙果地红壤酶活性的影响

2.3火龙果园红壤性质与酶活性的相关性分析

表5结果显示，红壤性质与酶活性之间有一定的相关性。红壤pH与全氮呈显著负相关；红壤有机质与全氮、有效磷和蔗糖酶呈显著正相关(P<0.05)，与全磷、全钾和过氧化氢酶呈极显著正相关(P<0.01)；红壤全氮与蔗糖酶呈极显著正相关；红壤全磷与全钾呈显著正相关，与过氧化氢酶、蔗糖酶和脲酶呈极显著正相关；红壤全钾与速效钾和过氧化氢酶呈极显著正相关；红壤有效磷与过氧化氢酶呈极显著正相关；红壤蔗糖酶与脲酶呈极显著正相关。

表5红壤理化性质与酶活性之间的关系

*在0.05水平(双侧)上显著相关，**在0.01水平(双侧)上显著相关

2.4竹炭与有机肥混施对火龙果总产量的影响

竹炭与有机肥混施对红心火龙果产量的影响有明显差异，试验结果显示，不施竹炭时，高施有机肥增产效果较好，而竹炭与有机肥混施后火龙果增产效果更好。如图1-1所示，单施有机肥条件下，火龙果产量随有机肥量的增加而增加，Y0H处理比Y0M和 Y0L处理分别增产8.61％、24.98％。在低(L)施肥量条件下，火龙果总产量随着竹炭量的增加而增加，Y3L和Y6L处理比Y0L处理火龙果分别增产14.97％、31.25％。中等(M) 施肥量条下竹炭添加量对火龙果产量影响差异不显著，而高(H)施肥量条件下，火龙果产量随着竹炭量的增加呈降低趋势，Y6H比Y0H和Y3H处理分别减产23.62％、13.78％； Y6H处理下火龙果产量最低，Y6L处理火龙果产量高于Y0H处理。在添加6％竹炭条件下，火龙果产量随施肥量的增加而降低，Y6M和Y6H处理较Y6L处理分别减产18.07％、29.82％；在添加3％竹炭条件下火龙果产量差异不大。9个处理中，Y6L处理为最佳组合，表明施加6％生物炭与低量有机肥混施可提高红壤肥力，减少化肥的施用，促进火龙果的生长，从而达到火龙果增产效应。图1-1为竹炭与有机肥混施对红心火龙果总产量的影响结果，其中，Y0L：0％竹炭+22.5t·hm^-2有机肥；Y3L：3％竹炭+22.5t·hm^-2有机肥；Y6L：6％竹炭+22.5t·hm^-2有机肥；Y0M：0％竹炭+45t·hm^-2有机肥；Y3M：3％竹炭+45t·hm^-2有机肥；Y6M：6％竹炭+45t·hm^-2有机肥；Y0H：0％竹炭+90t·hm^-2有机肥；Y3H：3％竹炭+90t·hm^-2有机肥；Y6H：6％竹炭+90t·hm^-2有机肥。下同。Y0L：0％。

2.5竹炭与有机肥混施对火龙果7、8月产量的影响

不同比例竹炭量、不同施肥量对红心火龙果产量显示，竹炭与有机肥混施可提高红心火龙果的产量，6％竹炭与高施有机肥反而会减产。7、8月份为火龙果盛产季(见图 1-2)，对7、8月份各处理下红心火龙果产量进行分析，由图1-2可以看出，在Y3M、 Y3L、Y6L处理条件下，7月份火龙果增产效果更佳。7月份除Y0L处理外，Y6H处理产量低于Y6M处理，说明添加6％竹炭与有机肥混施，中等施肥量比高施肥量增产效果更好，到8月份Y6H减产效应更明显。8月份Y3H处理产量最高，Y0H处理次之，这可能与有机肥肥效持久有关，高施有机肥会影响火龙果后期的生长。比较7月和8月产量，3％竹炭与有机肥混施比添加6％竹炭火龙果产量更加稳定。图1-2为竹炭与有机肥混施对红心火龙果产量的影响结果图。

2.6竹炭对火龙果品质的影响

竹炭与有机肥的混施对红心火龙果品质影响显示，竹炭与有机肥混施可显著提高火龙果维生素C、花青素含量，对可溶性蛋白含量影响不显著。

图1-3为竹炭与有机肥混施对红心火龙果维生素C、花青素和可溶性蛋白含量的影响结果。其中，图1-3(a)为火龙果维生素C含量，图1-3(b)为火龙果花青素含量，图 1-3(c)为火龙果可溶性蛋白含量，图1-3显示，不同处理火龙果Vc含量在128.02～240.65 μg·g^-1，Y3M处理Vc含量最高，Y6M处理次之，Y0L处理最低，Y3M处理比Y6M处理维生素C含量高3.66％。高量有机肥的施用能增加火龙果Vc含量，但竹炭与有机肥混施处理提升效果更显著，与不添加竹炭相比，添加竹炭后平均增幅为24.24％。不同处理火龙果中花青素含量在137.97～260.87μg·g^-1，花青素含量也是Y3M处理最高，Y6L处理次之，Y0H处理最低，其他处理差异不大，其中Y3M处理比Y6L处理花青素含量提高了10.13％。火龙果可溶性蛋白含量在1.00～1.17mg·g^-1，Y3M处理可溶性蛋白含量最高，Y3H处理可溶性蛋白含量最低，添加竹炭后，各处理对可溶性蛋白含量影响差异不大。

火龙果属于浅根系植物，其根系主要在距地表20cm以内，添加竹炭后，下层红壤有机质、氮、磷、全钾含量累积较少，说明添加竹炭对有机肥具有持留的效果，更有利于根系对N、P、K元素的吸收。本发明22.5t·hm^-2～45t·hm^-2的施肥量与竹炭混施提高了表层红壤养分含量，且22.5t·hm^-2有机肥中添加6％竹炭使得红心火龙果产量最高，减少高有机肥的施用，从而使红壤理化性质得到了较大改善。低施肥量与高比例竹炭混施更有利于红壤TN含量的保持，更利于红壤中作物对NH₄ ⁺-N的吸收，减少淋溶，为火龙果后期的生长提供所需养分。

2.7竹炭与有机肥混施对火龙果产量和品质的影响

本发明6％竹炭与22.5t·hm^-2有机肥混施(Y6L)条件下火龙果产量最高，而6％竹炭与90t·hm^-2的有机肥混施(Y6H)反而减产，说明有机肥中添加竹炭后高肥量的施用对火龙果的生长有一定的抑制作用。7、8月份盛产火龙果的产量比较，3％加炭量比6％加炭量的产量稳定，这可能与元谋这两个月降水集中、温度较高有关，有待进一步观测。红心火龙果营养价值和经济价值高，含丰富的维生素C和花青素。45t·hm^-2的有机肥中添加 3％竹炭对火龙果Vc、花青素和可溶性蛋白含量的提升效果最佳，红壤各肥力指标相关性分析表明，红壤性质与酶活性间存在显著或极显著的相关关系，竹炭与有机肥混施对红壤性质的改良，对红壤和作物水分状况产生积极的影响，从而提高养分，增强根系对营养元素的吸收，进而提高火龙果的品质。但高量有机肥用量下与竹炭混施反而降低了火龙果品质，其原因是竹炭固持养分点位有限，高量有机肥的施用反而流失。因此，竹炭和有机肥的混施应适地适量，合理配施，更有利于火龙果的生长。

综上所述，竹炭和有机肥的混施短期内提高了火龙果园地红壤肥力，竹炭与有机肥混施处理后比仅施高量有机肥对红壤改良效果更佳，达到减量施用有机肥目标又减低施肥成本。竹炭与有机肥混施均显著提高了表层红壤养分含量、红壤蔗糖酶和脲酶活性，降低了脲酶活性和红壤pH值，且红壤性质和酶活性间存在显著或极显著正相关的关系。此外，竹炭与有机肥混施提高了火龙果产量、维生素C、花青素和可溶性蛋白含量。

实施例2

2材料与方法

2.1试验材料

本发明试验位于云南省农科院热区所羊开窝基地，具体位置楚雄州元谋县黄瓜园镇苴林羊开窝基地，其经纬度为：东经101°51.7′，北纬25°48.0′，海拔1128m。年均降雨量657.5mm，年蒸发量是降雨量的3-4倍，全年霜期低于5天，年平均气温21.4℃，年日照时数2562.8小时。研究区红壤为燥红壤，试验前样地各指标如下：pH值7.86、全钾 3.84g/kg、速效钾38.51mg/kg、有机质3.00g/kg、全氮0.06g/kg、水解氮15.63mg/kg、全磷0.07g/kg、有效磷5.45mg/kg、红壤密度1.69(g/cm³)、红壤总孔隙度38.34(％)、蔗糖酶酶活性0.80mg/kg、脲酶酶活性0.05mg/kg。

竹炭基本理化性质：pH值11.31、C质量分数占79.98％、N质量分数占0.70％、H 质量分数占2.21％、S质量分数占0.40％、全磷2.04g/kg。

生物有机肥基本理化性质：N、P、K元素质量百分数分别为46％、14.50％、9.80％。

2.2样地设置与取样方法

青枣果园炭基肥处理设置：青枣种植密度2m×3m。根据样地实际情况设置三个施肥水平(H、M、L)，两个施炭水平(Y、Z)，空白为CK。共九个配施处理，每个处理三次重复共二十七个样区，每个样区面积为24m²，样区随机设置，一次性施加相应的炭基肥，各处理下具体生物质炭和有机肥施用量见表2-1。施用方法：树冠滴水线内侧 30cm～50cm处挖环形沟施放，沟宽30cm，深40cm，，结合灌水、除草进行。

表2-1不同处理条件下生物质炭和有机肥施用量

注：CKH：高施肥量不加炭，CKM：中施肥量不加炭，CKL：低施肥量不加炭，YH：3％生物炭加高施肥量，YM：3％生物炭加中施肥量， YL：3％生物炭加低施肥量，ZH：6％生物炭加高施肥量，ZM：6％生物炭加中施肥量，ZL：6％生物炭加低施肥量。下同。

2018年5月生物炭基有机肥施入青枣地，同时测定试验前样地各项肥力指标。经过10个月左右时间，于2019年2月再次取样对施肥后各项肥力指标进行定量测定。施加炭基肥前后两批样品测定在西南林业大学工学楼实验室完成。

红壤样品采集深度为0～40cm，用环刀垂直打入红壤剖面，取样用于红壤密度和红壤孔隙度测定，并取2kg左右的土样装入自封袋封好，将所有土样及时运到实验室，混匀后平铺于地面用四分法分出两份，挑取出树叶、枝干、碎石等杂物，一份新鲜样用 1mm筛子筛过后存于4℃冰箱供红壤尿酶、蔗糖酶活性测定，一份用牛皮纸铺开放在凉土架上风干，风干后磨细过0.25mm筛供其他理化性质测定用。

2.3红壤理化性状测定

红壤物理性质测定方法：红壤密度和孔隙度采用环刀法；化学指标测定方法：红壤pH 采用pH计测定，红壤有机质采用重铬酸钾-浓硫酸外加热法，全氮采用凯氏定氮法；红壤水解氮采用碱解扩散法；全磷、全钾采用氢氧化钠熔融-钼锑抗比色法、火焰光度计法测定；红壤有效磷采用0.5mol/L NaHCO₃浸提-钼锑抗比色法；红壤速效钾采用1mol/L NH₄OAC浸提-火焰光度计法测定。红壤酶活性测定方法：苯酚钠—次氯酸钠比色法(靛酚比色法)，红壤蔗糖酶采用3,5-二硝基水杨酸比色法测定。

2.5数据分析

本实验采用Excel2016进行数据初步整理，用R语言进行数据的统计分析和相关图表的绘制。运用单因素方差分析(One-way ANOVA)进行均值显著性检验，通过主成分分析(Principal Components Analysis)法对红壤各肥力指标进行综合评价。使用肥力变量数据对样方进行基于变量标准化后欧氏距离的Ward聚类分析(Hierarchical clusteranalysis)。

技术效果

生物炭基肥的施加普遍改善了红壤肥力。在红壤养分提升方面，3％生物炭处理比6％生物炭处理表现更佳。通过主成分分析法，将原来12个肥力指标降维处理成4个主成分，累计方差贡献率达71.18％，较全面地反映了原始数据信息总量。其中代表红壤物理化学性质的第一主成分(PC1)累计方差贡献率为32.67％；代表微生物学指标的第二主成分(PC2) 累计方差贡献率为18.51％；代表红壤化学元素肥力指标的第三主成分(PC3)方差贡献率为10.85％；代表红壤物理性质的第四主成分(PC4)方差贡献率为9.15％。通过主成分分析综合得分作为综合评价标准，聚类得到的结果与主成分分析结果吻合，此次试验结果表明3％竹炭与低肥量的有机肥配施方案(YL处理，即施肥量为5kg/株)为较优配施方案。研究结果为该区域的红壤改良提供了一种科学的配施方案。

3结果与分析

3.1竹炭与有机肥料配施对红壤理化、生物指标的影响

将土样带回实验室后及时测定其各项理化性质指标，在R语言环境下进行数据的处理与分析，运用单因素方差分析(One-way ANOVA)方法对各指标均值进行显著性检验，详细分析结果见表3-1。

经处理后发现竹炭基肥的施加提高了红壤全钾、全氮、红壤全磷、红壤速效钾、红壤水解氮、红壤有效磷、有机质含量和尿酶活性。但是在红壤水解氮、红壤有效磷、红壤全磷、全氮含量的提升方面，各处理间差异并不显著。

表3-1竹炭与有机肥料对红壤肥力指标的影响(M±SD)

续表3-1

注：CKH：不加生物炭高施肥量；CKM：不加生物炭中施肥量；CKL：不加生物炭低施肥量；YH：3％生物质炭和高施肥量配施；YM：3％生物质炭和中施肥量配施；YL：3％生物质炭和低施肥量配施；ZH：6％生物质炭和高施肥量配施；ZM：6％生物质炭和中施肥量配施；ZL：6％生物质炭和低施肥量配施。同一列中不同字母表示不同处理之间差异达显著水平(P<0.05)。

3.2不同配施处理下的红壤理化性质分析

ZM(6％生物炭加中施肥量)、ZL(6％生物炭加低施肥量)两个处理对红壤孔隙度较原土相比分别降低了1.10％、13.77％，其余处理均有所提高，YH较其他处理有显著差异(图2-1)。

ZM、ZL对红壤密度较原土相比分别上升了10％、1％，其他处理均有所下降，YH 较其他处理有显著差异(图2-2)。

不同配施处理对红壤pH值影响不显著，但是YH、CKH两个处理较原土相比下降程度更大，pH值下降超过原土13％。添加3％、6％的生物质炭对红壤的pH值影响并不显著。

各处理对原土有机质含量均有较好的提升作用，同时YH与其他处理有着显著性差异(图2-3)，3％加炭比例的YH、YM、YL三个处理分别较6％加炭比例的ZH、ZM、 ZL三个处理对有机质的影响都有明显提高，这六个处理对原土有机质含量提升比例为 569.33％、178.00％、235.00％、339.00％、72.00％、68.33％。这说明在施肥量一样时3％竹炭比6％竹炭对有机质含量提升效果好。

同时对比原土发现单施加肥料和炭肥配施对全钾含量均有明显的提升效果， CKH～ZL九个处理较原土分别提高了4.17％、69.53％、43.75％、64.06％、91.15％、99.22％、33.07％、85.16％、42.71％，但是每个处理间差异并不显著。对全氮和水解氮含量提升效果情况方面，可以看出施加炭基肥可以提高红壤全氮、水解氮含量，各处理间差异不显著(表3-1)。

从各处理对比可以看出，随着有机肥料施加量的增加，3％竹炭和6％竹炭对速效钾的影响效果有所不同。3％比例下速效钾含量随着有机肥施加量增加而增加；6％比例下速效钾含量随着有机肥施加量增加而降低。这说明并不是随着炭施加比例越高对速效钾的提升效果就一定越好。其中CKH、YH对原土速效钾含量的提升效果达到了324.95％、513.30％，YH处理达到了显著性差异(图2-4)。这种效果也体现在对有效磷的提升上，但是随着竹炭比例增加，红壤有效磷含量却有所下降。

3.3不同配施处理下的红壤酶活性分析

在对酶活性的影响上，各处理下蔗糖酶活性有所增强，处理间差异不显著，而在尿酶活性的影响方面，各组间差异较为显著，具体见图2-5，其中ZH、ZM、ZL较原土提升了1100.00％、1360.00％、1300.00％，显著提高了原土尿酶活性，且ZH、ZM与其他处理存在显著性差异(图2-5)，说明施加6％的生物质炭配施有机肥能显著提升红壤尿酶活性，在本实验田间定位试验中发现生物质炭对红壤尿酶活性提升起到显著提高作用。

3.4不同配施处理下的红壤肥力主成分分析

本试验采用主成分分析法，在R语言环境下进行数据的处理与分析，首先对各指标进行数据的标准化(先均值化后标准化)，使得量纲不同的指标能进行相关系数统计计算，标准化后数据见表3-2。

表3-2标准化后数据

注：TK：全钾；AK：速效钾；OM：有机质；TN：全氮；AN：水解氮；TP：全磷；AP：有效磷；ρ：红壤密度(g/cm³)；P：红壤总孔隙度(％)；IVN：蔗糖酶酶活性(mg/g)；URE：脲酶酶活性(mg/g)。各处理中标号1、2、3表示重复处理，下同。

运用主成分分析(PCA)方法求得各指标相关系数表(表3-3)，并计算出前四个主成分的特征值和方差贡献率(表3-4)。从相关系数表(表3-3)中可以看出各指标间具有一定的相关性，且有部分指标间相关性达到显著(p<0.05)或者极显著水平(p<0.01)，说明各个指标间有冗余信息，不宜直接用来表征红壤肥力。

表3-3红壤肥力指标相关系数

注：“*”表示P<0.05；“**”表示P<0.01。

运用主成分分析方法，根据相关系数矩阵可以求取主成分分析方差贡献率表(表3-4)，然后利用R语言软件进行主成分碎石图的绘制，通过特征值和碎石图(图2-6) 的信息，选出前四个主成分供红壤肥力的综合评价使用。

表3-4前四个主成分分析方差贡献率

由方差贡献率表(表3-4)可知前四个主成分的累计方差贡献率为71.8％，选取前四个互不相关的主成分同时能较好的反映出原始数据的信息量，保证了此次分析结果的科学性性与可靠性。主成分碎石图(图2-6)显示前四个主成分变化趋势较为明显，与累计方差贡献率选取结果相吻合。

由表3-4知，本试验主成分分析选取了四个主成分，第一主成分(PC1)累计方差贡献率为32.67％，为红壤肥力综合评价主要影响因素，其中根据红壤各肥力指标主成分得分表知第一主成分反映指标变化较多，能反映出红壤孔隙度、速效钾、有机质、速效氮、红壤密度、全钾、pH值的变化，但其中红壤密度、pH值、全钾呈正相关，其余为负相关，可以认为第一主成分代表的是红壤物理化学性质。第二主成分(PC2)累计方差贡献率为18.51％，为红壤肥力综合评价次要影响因素，主要反映了全氮、水解氮、尿酶活性、蔗糖酶活性的变化，且均为正相关关系，根据各指标的相关系数表知全氮、水解氮、蔗糖酶活性、尿酶活性呈正相关关系，说明第二主成分主要表征红壤酶活性变化。第三主成分(PC3)方差贡献率为10.85％，主要代表全氮、水解氮、全钾、全磷几个指标的变化，表明第三主成分代表红壤化学元素肥力指标。第四主成分(PC4)方差贡献率为9.15％，主要反映红壤有机质、pH、红壤孔隙度的变化，为次于第一主成分的红壤物理性质特征因子。通过编程将第一、二个主成分信息可视化，生成红壤肥力指标主成分分析图(图 2-7)，此步骤在R语言环境下进行，主要用到Vegan程序包和内置绘图函数。图2-7箭头与坐标中心点连线在坐标轴上的投影长度表示对应的红壤肥力指标对主成分的贡献率，长度越长，贡献率越大，反之亦然。箭头与坐标中心点连成的射线之间夹角代表每个红壤肥力指标之间的相关性，夹角是锐角表示正相关，反之表示负相关。

3.5红壤肥力综合评价及较优配施方案确定

红壤肥力各指标的得分在R中可以手工计算也可以利用各种主成分分析(PCA)程序来自动计算，本试验采用自动计算程序Vegan包和Lattice绘图程序包进行主成分得分分析与分析图的绘制。

红壤肥力各指标主成分得分(表3-5)，其中每个主成分对应的指标数值解释为：数值的绝对值代表该指标对主成分的方差贡献度，绝对值越大则说明该指标对此主成分的贡献度越大；数值的正负号表示相关关系，正号代表正相关，负号代表负相关。

表3-5红壤肥力各指标主成分得分

各处理(包括重复)得分及其综合得分见表3-6。各个处理得分是根据肥力指标得分表计算得来的，在R语言环境下通过程序编辑导出各个处理得分及其综合得分表(表 3-6)。综合得分函数模型计算原理：综合得分等于各个处理在四个主成分下的得分分别与各主成分的方差贡献率乘积加和，具体数学函数模型为：

F＝PC1×0.3267+PC2×0.1851+PC3×0.1085+PC4×0.0915

在表3-6中，各个处理的综合得分排名如下： YL1>YM2>ZH2>YL3>YL2>ZM2>CKM1>YM3>ZL1>ZM1>ZH3>ZM3>ZL2>ZH1>ZL3> CKL1>YM1>CKL3>CKL2>CKM2>CKH2>CKH3>CKM3>CKH1>YH3>YH2>YH1。从综合排名结果可以看出，施加生物质炭基肥比单施加有机肥对红壤肥力提升效果明显。综合得分排名第一的处理是YL1，第二名是YM2，第三名是ZH2，第四名是YL3，说明 YL1处理下红壤肥力提升表现最佳，但是综合得分排名前五个处理互相之间综合得分相差不大。为了进一步选取较优的配施方案，在主成分分析基础上对各个处理进行系统聚类分析，方法采用离差平方和法(Ward)。使用红壤肥力变量数据对样方进行基于变量标准化后Ward聚类分析，整个分析都在R语言环境下利用相关分析函数包实现，调用 Plot包自下而上地绘制聚类树图，选取欧式距离值为3.8，此时类间距离较为合适，绘制得到12类，ZM1、ZM2、ZL1为一类，CKM1、ZL3、CKL2为一类，YL3、ZM3、CKL1、 ZH1、L2、CKL3为一类，CKM2、CKM3为一类，YM2、YM1、YL1、YL2为一类， YH2、YH3为一类，ZH2、ZH3为一类，CKH1、CKH3、YH1、CKH2、YM3各自为一类。从图2-8可以看出YL1、YL2、YM1、YM2聚为了一类，且在主成分分析综合得分上，YL1、YL2、YM2三个处理均排在前五名，其他处理在聚类分析和主成分分析中结果也较吻合。因此本次试验可以利用主成分综合得分综合聚类结果选取较优的配施处理。先根据主成分综合得分选出前五个处理，在前五个处理中包含了同一个配施方案的三个重复处理YL1、YL2、YL3。综上所述可以认为YL即3％竹炭与低等肥量的有机肥配施方案为较优配施方案。

表3-6各处理(包括重复)主成分得分及综合得分

实施例3

3材料与方法

3.1试验材料

供试红壤的基本理化性质：pH值7.86、全钾3.84g/kg、速效钾38.51mg/kg、有机质3.00g/kg、全氮0.06g/kg、水解氮15.63mg/kg、全磷0.07g/kg、有效磷5.45mg/kg、红壤密度1.69(g/cm³)、红壤总孔隙度38.34(％)、蔗糖酶酶活性0.80mg/kg、脲酶酶活性 0.05mg/kg。

3.2试验方法

2018年5月生物质炭基有机肥施入青枣地，青枣果园施肥量设置：青枣种植密度2米×3米，施肥处理:H20——高施肥量(20kg/株)；M10——中等施肥量(10kg/株)； L5——低施肥量(5kg/株)，Y1:添加3％生物质炭；Y2:添加6％生物质炭；CK:不添加。产量与品质测定于2019年2月完成，光合效率测定于2019年9～10月完成。

3.3青枣指标测定

采用称重法测定的青枣产量、果重、可食率，采用Li-6400光合仪测定青枣光合参数(净光合速率Pn、气孔导度Gs、胞间CO₂浓度Ci、蒸腾速率Tr、瞬时水分利用效率)。

3.4数据分析

实验数据采用Excel 2019和SPSS 21.0对数据进行作图和统计分析。采用单因素方差分析方法(Duncan法检验，显著性水平均设0.05)分析不同生物质炭基有机肥施用量对青枣光合的影响，用Pearson相关系数分析青枣光合参数间的相关性。

技术效果

中等施肥量(10kg/株)+3％生物质炭(Y1M10)施肥方案显著地提高青枣的水分利用效率；中等施肥量(10kg/株)+6％生物质炭(Y2M10)显著提高了青枣的产量。

4结果与分析

4.1不同生物有机肥对青枣产量及品质的影响

生物质炭基肥对青枣产量与可食率的影响：与不加生物质炭的对照CK相比，随着施用量的增加单果重(图3-1中的(a))和可食率(图3-1中的(b))均有明显增加的趋势，但不同处理对单果影响不显著；中等有机肥量与6％生物质炭配施的总产量(图 3-1中的(c))明显高于其他两个处理，具体见图3-1。

4.2不同生物有机肥对青枣光合的影响

青枣叶片的净光合速率(Pn)和胞间CO₂浓度(Ci)在9个施肥处理间虽无显著差异，但与无添加生物质炭相比，生物质炭肥处理降低了气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)，从而减少了青枣在一定时间内单位叶面积蒸腾的水量，进而提高了青枣瞬时水分利用效率，说明了添加生物质炭处理可以降低蒸腾速率(表4-1)。

表4-1青枣各施肥处理实测光合参数比较

注：表中9个施肥处理的同一指标间进行单因素方差分析，字母不同表示二者间有显著差异(p≤0.05)。

对青枣的光合参数进行相关性分析得到表4-2，气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)都与净光合速率(Pn)呈显著正相关，这说明影响青枣Pn的是气孔因素；瞬时水分利用效率(WUEi)与气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)均呈极显著负相关，说明青枣的气孔导度和蒸腾速率越高，其水分利用效率越低，其水分利用效率的降低主要因素是蒸腾速率的增加。

表4-2光合参数间相关性分析

实施例4

4材料与方法

4.1试验材料

本研究试验基地位于云南省楚雄彝族自治州元谋县元马镇150号，其经纬度为：东经101°52.6′，北纬25°41.5′，海拔1169m。元谋属南亚热带干热季风气候，年平均气温 21.9度，极端最高温度可达42度，年平均降雨量613.8mm，年蒸发量为降水量的6.4倍，坝区平均霜日2天，年平均日照时数7.3小时/天，造成元谋坝区水热矛盾突出。供试红壤为燥红壤，其表层红壤的基本理化性质见表4-1。

表4-1红壤基本理化性质

供试葡萄为夏黑葡萄。供试生物质炭为竹炭，其基本理化性质为：pH值11.31、C 质量分数占79.98％、N质量分数占0.70％、H质量分数占2.21％、S质量分数占0.40％、全磷2.04g·kg^-1。供试有机肥N、P₂O₅、K₂O含量分别为46g·kg^-1、14.50g·kg^-1、9.80g·kg^-1。

4.2试验方法

金沙江元谋坝区葡萄一般早熟上市，葡萄种植于云南省农业科学院热区生态农业研究所本部试验基地，试验采用随机区组法，共设9个处理，依次为B0L(0％生物质炭+5t·hm^-2有机肥)、B0M(0％生物质炭+10t·hm^-2有机肥)、B0H(0％生物质炭+20t·hm^-2有机肥)、B3L(3％生物质炭+5t·hm^-2有机肥)、B3M(3％生物质炭+10t·hm^-2有机肥)、B3H(3％生物质炭+20t·hm^-2有机肥)、B6L(6％生物质炭+5t·hm^-2有机肥)、B6M(6％生物质炭 +10t·hm^-2有机肥)、B6H(6％生物质炭+20t·hm^-2有机肥)，每个处理3次重复，每个小区设置为5m×6m，2017年11月每个小区按试验设计在距葡萄树主干30～50cm处，深度为15～20cm开挖施加竹炭与有机肥混合肥与红壤混匀，并覆表土，试验期间不再追肥，按当地习惯进行管理。

葡萄收成后，2019年1月采集红壤样品，每个小区分层(0～20cm、20～40cm)

采集土样并混匀，带回实验室，一部分装自封袋放冰箱(0～4℃)保留测定红壤酶活性 (捡去动植物残体、石块)，另一部分自然风干(分别过0.25mm和0.1mm筛)装入自封袋置于干燥阴凉处(同样捡去动植物残体、石块)，用于红壤pH和红壤养分含量的测定。

4.3红壤指标测定

参照鲍士旦《红壤农化分析》，红壤理化性质指标测定方法：红壤有机质采用重铬酸钾容量法测定；红壤pH采用电位计法(土：水＝1:1)测定；红壤全氮(TN)采用凯式定氮法测定；红壤全磷(TP)采用钼锑抗比色法测定；红壤全钾和速效钾采用ICP(电感耦合等离子体发射光谱仪)测定；红壤有效磷采用BrayI法(0.025mol·L^-1-0.03mol·L^-1NH₄F) 浸提剂测定。参照关松荫的方法：红壤过氧化氢酶活性采用高锰酸钾滴定法测定；红壤脲酶活性采用靛酚蓝比色法测定；红壤蔗糖酶活性采用3-5二硝基水杨酸比色法测定。

4.4数据分析

所有数据采用Excel 2019和SPSS 21.0软件进行数据处理分析和作图，采用单因素方差分析红壤理化性质和酶活性(Duncan法检验，显著性水平均设0.05)，采用Pearson相关系数分析红壤养分含量和酶活性的相关性，对9个处理进行系统聚类分析。

技术效果

不同处理对表层(0～20cm)和底层(20～40cm)红壤pH和养分含量及过氧化氢酶、蔗糖酶活性有显著差异，对表层(0～20cm)和底层(20～40cm)脲酶活性无显著差异和有显著差异。不添加竹炭条件下，对表层红壤而言，有机质含量随施肥量的增加而降低，红壤pH和TN无显著差异，高有机肥用量反而降低红壤TP、全钾、有效磷和速效钾含量。竹炭与中、高量有机肥配施增加了有机质含量，增幅为12.28％～50.07％；竹炭与中量有机肥配施显著提高了TN和TP含量，B6M、B3M处理较B0M处理TN和TP含量分别增加 73.85％、39.92％和35.12％、27.15％。对底层红壤而言，中量有机肥的施用对红壤pH 和养分含量的提升效果更佳。红壤pH和养分含量的规律性变化不明显。低、中量有机肥与竹炭配施能显著增强表层红壤过氧化氢酶活性，抑制了表层红壤蔗糖酶活性；高量有机肥与竹炭配施抑制了表层红壤过氧化氢酶活性；各处理对表层红壤脲酶活性无显著差异。系统聚类分析划分为5个类群，分别是B0M类；B3L、B3M和B6M类；B6L类； B0H和B6H类；B0L和B3H类。

5结果与分析

5.1竹炭与有机肥配施对红壤pH及养分含量的影响

图4-1中的(a)显示，葡萄根区红壤呈弱酸性或碱性，施有机肥、竹炭与有机肥配施的交互作用对红壤pH有显著影响(P<0.05)。表层(0～20cm)红壤pH变化范围为 6.73～7.07，底层(20～40)红壤pH变化范围为6.80～7.17。低有机肥用量下，表层红壤pH 随竹炭的增加而增加，底层红壤pH变化无明显规律；中、高有机肥用量下，表层和底层红壤pH值变化均无明显规律。

图4-1中的(b)显示，不同处理对红壤有机质含量存在显著差异(P<0.05)。对于表层(0～20cm)红壤，不添加竹炭处理下，有机质含量随有机肥量的增加而降低，高量有机肥流失。低有机肥用量下，红壤有机质含量随竹炭量的增加而降低，降幅分别为5.24％和27.63％；中、高有机肥用量下，添加竹炭增加了有机质含量，增幅为12.28％～50.07％；低、中有机肥与竹炭配施有机质含量高于高量有机肥与竹炭的配施；所有处理中，B6M 处理有机质含量最高。对于底层(20～40cm)红壤，不添加竹炭条件下，中有机肥用量下红壤有机质含量较高。低、中有机肥用量下，红壤有机质含量随随竹炭量的增加而降低，降幅为12.61％～44.55％；高有机肥用量下，红壤有机质含量差异性不显著(P>0.05)。

5.2竹炭与有机肥配施对红壤全量养分影响

由图4-2可知，随着土层深度的增加，红壤TN(图4-2中的(a))和TP(图4-2 中的(b))含量逐渐降低，各处理土层之间TN、TP和全钾(图4-2中的(c))含量均差异显著(P<0.05)，葡萄根区全钾含量普遍较高，表层(0～20cm)红壤TN、TP和全钾含量均是B6M处理最高。

就表层(0～20cm)红壤而言，不添加竹炭时，中量有机肥用量下红壤TP和全钾含量较高。低、中有机肥用量下，红壤TN和TP含量变化趋势一致。低有机肥用量下，B3L 处理红壤TN和TP含量高于其他处理，红壤全钾含量无显著差异；中有机肥用量下，红壤TN和TP含量随竹炭量的增加而增加，B6M、B3M处理较B0M处理TN和TP含量分别增加73.85％、39.92％和35.12％、27.15％；高有机肥用量下，各处理红壤TN、TP 和全钾含量均低于其他处理，各处理间无明显规律性变化。

就底层(20～40cm)红壤而言，不添加竹炭时，中施有机肥红壤TN、TP和全钾含量较高，B0M处理较B0L和B0H处理TN、TP和全钾含量分别提高9.46％、58.14％和2.56％、 200％及3.62％、3.62％。9个处理中，红壤TN、TP和全钾含量分别是B0M、B0M和 B6M较高，全钾含量变化与表层相似。中有机肥用量下，红壤TN和TP含量随竹炭量的增加而降低，红壤全钾含量随竹炭的增加而增加。

5.3竹炭与有机肥配施对红壤速效养分的影响

图4-3显示，各处理土层之间有效磷(图4-3中的(a))和速效钾(图4-3中的(b)) 含量存在显著差异(P<0.05)，各处理表层(0～20cm)红壤有效磷含量均高于底层(20～40cm)，红壤速效钾含量相对较高。就表层红壤而言，低、中有机肥用量下，竹炭与有机肥配施处理红壤有效磷含量均高于不添加竹炭处理；高有机肥用量下，竹炭与有机肥配施处理红壤速效钾含量均高于不添加竹炭处理。对于底层红壤而言，低有机肥用量下，B6L 和B0L处理红壤有效磷和速效钾含量均高于B3L处理增，幅为175％、203.57％和 137.60％、83.52％；中有机肥用量下，红壤有效磷和速效钾含量随竹炭量的增加而降低。

5.4竹炭与有机肥配施对红壤酶活性的影响

本研究竹炭与有机肥混施于红壤表层(0～20cm)，故仅用表层红壤分析红壤酶活性、红壤理化性质与酶活性之间的相关性分析及9个处理的聚类分析。从表5-1可知，各处理对红壤过氧化氢酶和蔗糖酶均差异显著(P<0.05)，而对脲酶差异不显著(P>0.05)。过氧化氢酶活性范围为7.14～9.61mg·g^-1·30min^-1，高施有机肥(Y0H)过氧化氢酶活性活性最高，添加竹炭却降低了过氧化氢酶活性，降幅为5.37％～34.59％，说明竹炭与有机肥混施反而降低红壤过氧化氢酶活性。脲酶活性范围为26.84～34.98μg·100g^-1·24h^-1。蔗糖酶活性范围为57.08～73.28μg·100g^-1·24h^-1，低施有机肥(B0L)蔗糖酶活性最高且与其他处理存在显著差异，说明竹炭与有机肥配施、高施有机肥会抑制红壤蔗糖酶活性。

表5-1不同处理对红壤酶活性的影响

注：表中数据为平均值±标准差，同一列中不同的小写字母表示差异显著(P<0.05)。

5.5红壤pH、养分含量与酶活性的相关性分析

表5-2结果显示，红壤pH、养分含量与酶活性之间有一定的相关性。有机质与TN、全钾和有效磷呈极显著正相关(P<0.01)，与脲酶呈显著正相关(P<0.05)。TN与全钾和有效磷呈极显著正相关(P<0.01)。全钾与有效磷呈显著显著正相关(P<0.05)。除有效磷外，pH与其他指标均呈负相关关系，与速效钾的相关性达到显著性水平(P<0.05)。过氧化氢酶与蔗糖酶的相关性水平达到极显著水平(P<0.01)。

表5-2红壤pH、养分含量与酶活性各指标间的相关性分析

**在.01水平(双侧)上显著相关，*在0.05水平(双侧)上显著相关。

5.6对9个处理的聚类分析

为了研究红壤养分含量与酶活性的关系，将9个处理进行系统聚类分析(图4-4)，利用组间联结指定类间距离、Pearson相关系数指定点间距离的计算方法，将距离阀值定为10，按红壤肥力水平相似亲疏程度将其划分为5个类群。

第一类是B0M处理。第二类是B3L、B3M和B6M处理，这类处理对红壤养分含量和酶活性的提升效果显著，这一等级属于高肥力水平。第三类是B6L处理。第四类是B0H 和B6H处理。第五类是B0L和B3H处理，这一类的红壤养分含量水平较低。说明本研究中，竹炭与有机肥的配施能不同程度的影响红壤养分含量，从而影响红壤肥力水平，且竹炭与有机肥的配比是影响红壤养分含量的重要因素。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种肥力低、板结和退化红壤的改良剂，其特征在于，所述改良剂由有机肥和生物炭组成；所述有机肥的用量为22.5～45t·hm^-2；所述生物炭的用量为有机肥用量的3～6％。

2.根据权利要求1所述的改良剂，其特征在于，所述生物炭的比表面积＞60m².g^-1、孔径＞2nm且含碳量大于60％，pH值为8～12。

3.根据权利要求1或2所述的改良剂，其特征在于，所述生物炭包括橡胶木炭和竹炭或稻壳炭。

4.基于权利要求1～3任一项所述改良剂的红壤改良方法，包括以下步骤：

5.权利要求1～3任一项所述改良剂或权利要求4所述红壤改良方法在提升火龙果产量和品质中的应用。

6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，所述改良剂在红壤中的施加深度为5～20cm。

7.权利要求1～3任一项所述改良剂或权利要求4所述红壤改良方法在提升青枣产量和品质中的应用。

8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述改良剂在红壤中的施加深度为50～70cm。

9.权利要求1～3任一项所述改良剂或权利要求4所述红壤改良方法在提升葡萄产量和品质中的应用。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述改良剂在红壤中的施加深度为30～40cm。