生物碳对土壤性能改良的技术方案
一、方案的目的和必要性
黄壤是重庆重要的土壤资源，占土地总面积的28.78%，是本地主要旱粮、经济作物以及林业用地。但这类土壤有效养分低，持水抗旱能力差，土性多显贫瘠。利用农业废弃物（秸秆）制备生物碳作为土壤改良剂，不仅可以实现农业废弃物的资源化利用，还可以改善重庆黄壤的水土流失状况，提高土壤肥效，这对实现作物的增产与增收有重要的应用价值。
水稻是重庆主要的农作物，以稻秆为原料制备生物碳作为土壤改良剂，既可以解决重庆黄壤存在的诸多问题，又可以使稻杆得以资源化利用，减少稻杆因焚烧而造成的环境污染。因此，利用以稻杆为原料的生物碳改良贫瘠土壤，具有很好的应用潜力和发展前景。为此，特提出如下实施方案。
二、方案的主要内容
根据重庆地区黄壤有效养分低，持水抗旱能力差的状况，本方案主要从以下几方面实施土壤改良：一是利用稻杆和棉秆，采用简易、经济的方法自制生物碳，将其与市售的其它生物质（花生壳）为原料的生物碳一起作为土壤改良剂，改良温室黄壤土，研究不同原料生物碳对土壤结构和理化性质的影响；二是在黄壤中添加不同质量的生物碳，研究生物碳添加量对温室黄壤土的作用效果；三是增施有机肥，研究碳肥共同作用对土壤性能的影响；四是在智能温室中，以改良后的土壤种植空心菜，检测生物碳改良后的土壤对植物生长状况的影响。通过以上四个方面的实施来寻求和探索一种既能增加土壤肥力，又能提高土壤持水抗旱能力的方法。
三、试验实施方案
本试验方案在智能温室中进行。各个处理的光照、温度、湿度等条件相同，浇水时间和浇水量相同。
1. 不同原料生物碳对土壤改良试验 试验设处理0（CK ）、处理1（稻杆生物碳）、处理2（花生壳生物碳）、处理（棉秆生物碳）3，共计4个处理。除对照外，每个处理施加相同质量生物碳（201kg/亩），并且每个处理设三次重复，研究不同原料生物碳对土壤的改良效果，确定对土壤改良效果最好的生物碳种类。 2. 生物碳添加量对土壤改良试验
根据确定的对土壤改良效果最好生物碳种类，试验设四个水平（67kg/亩、201kg/亩、335kg/亩、469kg/亩），每个水平设三次重复，研究生物碳添加量对土壤性能的影响，确定适宜的生物碳施加量。
3. 生物碳与有机肥共同作用改良土壤性能的试验
根据确定的对土壤改良效果最好生物碳种类及最适宜施加量，在土壤中增施
羊粪作为有机肥，提高土壤有机质。试验设三个处理，其中：处理0（CK ）不施生物碳和有机肥，处理1施生物碳，处理2施生物碳和有机肥，每个处理设三次重复。研究提高重庆地区黄壤有机质的措施。 4. 改良后的土壤对植物植株影响试验
由于重庆夏季温度高，因此选取耐热的空心菜作为供试作物，分别在三种不同处理的土壤中种植空心菜，研究改良土壤对作物的影响。试验中，处理0（CK ）为不施加稻杆生物碳和有机肥的土壤，处理1为施加稻杆生物碳的土壤，处理2为施加稻杆生物碳和有机肥的土壤。种苗按照株距10厘米，行距15厘米种植，植苗后7天进行日常水分、光照等管理，研究改良后的土壤对植物植株的生长状况的影响。
四、方案的技术要求
1、土壤样本监测：对实施改良前后的土壤进行取样，分析测定各种性状，包括土壤的含水率、有机质和土壤的pH 值等，比较方案实施前后土壤的理化性状的变化。
2、植株样本：在管理过程中，动态监测土壤基质中的含水率、有机质和pH 值变化，观测田间植株的生长状况，测定植株的株高、株径、分枝数和侧枝长。
五、方案的预期效果
1. 不同原料生物碳对土壤改良试验
在智能温室的黄壤中施加不同种类相同质量生物碳（201kg/亩），土壤的含水率、有机质和pH 值如图1~3所示。由图可知，几种原料制备的生物碳施加到土壤中，都使土壤的含水率和有机质得以提高，但土壤的pH 值变化不大。说明在土壤中施加生物碳，起到了涵养土壤水分，提高土壤肥效的作用。同其他原料制备的生物碳相比，以稻秆为原料制备的生物碳施加于土壤，土壤获得了最高的含水率和最高的有机质，说明在土壤中施加稻杆生物碳，可以最大程度改善重庆黄壤有效养分低，持水抗旱能力差的不足。
图1 不同原料生物碳对土壤含水率的影响
图2 不同原料生物碳对土壤有机质的影响
图3 不同原料生物碳对土壤pH 值的影响
2. 生物碳施加量对土壤改良试验
在土壤中施加不同量的稻杆生物碳，结果如表1。由表1可以看出，随着稻杆生物碳施加量的增加，土壤的含水率先增加后降低，施加201 kg/亩的稻杆，土壤的含水率达到最高值。随着稻杆生物碳施加量的增加，土壤有机质含量逐渐增加，但pH 值变化不大。施加生物碳的目的是使土壤能获得较高的有机质含量和含水率。虽然施加469 kg/亩的稻杆生物碳，土壤获得了最高的有机质含量，但从经济角度、含水率、pH 值和有机质含量综合考虑，对温室中的黄壤，选取201 kg/亩的稻杆生物碳作为土壤最适宜的施加量。
含水率（%）
pH 值 有机质（g/kg）
15.23±1.76 7.75±0.07 11.13±0.73
17.59±2.46 7.74±0.31 16.20±1.24
17.32±1.09 7.48±0.24 19.21±1.24
16.21±3.43 7.87±0.28 19.56±0.95
3. 生物碳与有机肥共同作用改良土壤性能的试验
将稻杆生物碳和羊粪均匀混合后施加到土壤中，检测土壤的性能，结果如图4所示。由图4可以看出，在添加稻杆生物碳的土壤中增施有机肥后，土壤中的有机质含量和含水率都明显提高，pH 值略有下降。这说明，在土壤中施加稻杆生物碳和有机肥，相比单一施加生物碳可以更好的改善土壤的物化性能，提高土壤的肥效和持水抗旱能力，还能对土壤的碱性起到部分调节作用。
图4生物碳与有机肥共同作用对土壤性能的影响
4. 改良土壤对植物植株影响试验
针对重庆夏季温度高的特点，选取耐热的空心菜作为供试作物，在三种不同处理的土壤中同时种植空心菜，研究改良土壤对作物的影响，结果见表2。由表2可以看出，在施加稻杆生物碳的土壤中种植空心菜，空心菜生长的高度、植株茎径和侧枝的个数都高于对照，而同时施加生物碳和有机肥后，空心菜生长的高度、植株茎径、侧枝的个数及侧枝长度都远高于对照，也高于施加生物碳的处理。这说明，在土壤中施加生物碳和有机肥，不仅可提高土壤持水抗旱能力，也可以有效提高作物的产量。
表2 改良后的土壤对植物植株影响
CK 稻杆生物碳 稻杆生物碳和有机肥
52.20±5.90 64.40±2.20 86.60±8.07
0.67±0.10 0.70±0.10 0.73±0.05
12.00±4.00 14.00±1.00 15.00±4.35
6.00±0.80 5.70±1.80 6.30±1.55
六、方案的效益分析
生物碳的专业化制作方法要求的条件较高，但本方案可利用简单方法制备生物碳。通过本方案的实施，可降低稻杆制备生物碳的成本，使稻杆在广大农村资源化的利用有很大的发展前景和技术推广的可能性。同时，通过本方案的实施，
温室黄壤土的理化性质得到改善，土壤的有机质含量提高了70%，土壤持水抗旱能力和作物的产量得到明显提高。本方案的实施，不仅有助于解决农村的秸秆剩余和粪便污染问题，减轻农业生产对化学肥料的依赖；还可提高重庆丘陵山区土壤肥效及持水抗旱能力和作物产量，有助于实现人们对有限土地的最大化利用，解决人口增长与耕地面积不断减少的矛盾，实现农业与社会的可持续发展。
生物碳对土壤性能改良的技术方案
一、方案的目的和必要性
黄壤是重庆重要的土壤资源，占土地总面积的28.78%，是本地主要旱粮、经济作物以及林业用地。但这类土壤有效养分低，持水抗旱能力差，土性多显贫瘠。利用农业废弃物（秸秆）制备生物碳作为土壤改良剂，不仅可以实现农业废弃物的资源化利用，还可以改善重庆黄壤的水土流失状况，提高土壤肥效，这对实现作物的增产与增收有重要的应用价值。
水稻是重庆主要的农作物，以稻秆为原料制备生物碳作为土壤改良剂，既可以解决重庆黄壤存在的诸多问题，又可以使稻杆得以资源化利用，减少稻杆因焚烧而造成的环境污染。因此，利用以稻杆为原料的生物碳改良贫瘠土壤，具有很好的应用潜力和发展前景。为此，特提出如下实施方案。
二、方案的主要内容
根据重庆地区黄壤有效养分低，持水抗旱能力差的状况，本方案主要从以下几方面实施土壤改良：一是利用稻杆和棉秆，采用简易、经济的方法自制生物碳，将其与市售的其它生物质（花生壳）为原料的生物碳一起作为土壤改良剂，改良温室黄壤土，研究不同原料生物碳对土壤结构和理化性质的影响；二是在黄壤中添加不同质量的生物碳，研究生物碳添加量对温室黄壤土的作用效果；三是增施有机肥，研究碳肥共同作用对土壤性能的影响；四是在智能温室中，以改良后的土壤种植空心菜，检测生物碳改良后的土壤对植物生长状况的影响。通过以上四个方面的实施来寻求和探索一种既能增加土壤肥力，又能提高土壤持水抗旱能力的方法。
三、试验实施方案
本试验方案在智能温室中进行。各个处理的光照、温度、湿度等条件相同，浇水时间和浇水量相同。
1. 不同原料生物碳对土壤改良试验 试验设处理0（CK ）、处理1（稻杆生物碳）、处理2（花生壳生物碳）、处理（棉秆生物碳）3，共计4个处理。除对照外，每个处理施加相同质量生物碳（201kg/亩），并且每个处理设三次重复，研究不同原料生物碳对土壤的改良效果，确定对土壤改良效果最好的生物碳种类。 2. 生物碳添加量对土壤改良试验
根据确定的对土壤改良效果最好生物碳种类，试验设四个水平（67kg/亩、201kg/亩、335kg/亩、469kg/亩），每个水平设三次重复，研究生物碳添加量对土壤性能的影响，确定适宜的生物碳施加量。
3. 生物碳与有机肥共同作用改良土壤性能的试验
根据确定的对土壤改良效果最好生物碳种类及最适宜施加量，在土壤中增施
羊粪作为有机肥，提高土壤有机质。试验设三个处理，其中：处理0（CK ）不施生物碳和有机肥，处理1施生物碳，处理2施生物碳和有机肥，每个处理设三次重复。研究提高重庆地区黄壤有机质的措施。 4. 改良后的土壤对植物植株影响试验
由于重庆夏季温度高，因此选取耐热的空心菜作为供试作物，分别在三种不同处理的土壤中种植空心菜，研究改良土壤对作物的影响。试验中，处理0（CK ）为不施加稻杆生物碳和有机肥的土壤，处理1为施加稻杆生物碳的土壤，处理2为施加稻杆生物碳和有机肥的土壤。种苗按照株距10厘米，行距15厘米种植，植苗后7天进行日常水分、光照等管理，研究改良后的土壤对植物植株的生长状况的影响。
四、方案的技术要求
1、土壤样本监测：对实施改良前后的土壤进行取样，分析测定各种性状，包括土壤的含水率、有机质和土壤的pH 值等，比较方案实施前后土壤的理化性状的变化。
2、植株样本：在管理过程中，动态监测土壤基质中的含水率、有机质和pH 值变化，观测田间植株的生长状况，测定植株的株高、株径、分枝数和侧枝长。
五、方案的预期效果
1. 不同原料生物碳对土壤改良试验
在智能温室的黄壤中施加不同种类相同质量生物碳（201kg/亩），土壤的含水率、有机质和pH 值如图1~3所示。由图可知，几种原料制备的生物碳施加到土壤中，都使土壤的含水率和有机质得以提高，但土壤的pH 值变化不大。说明在土壤中施加生物碳，起到了涵养土壤水分，提高土壤肥效的作用。同其他原料制备的生物碳相比，以稻秆为原料制备的生物碳施加于土壤，土壤获得了最高的含水率和最高的有机质，说明在土壤中施加稻杆生物碳，可以最大程度改善重庆黄壤有效养分低，持水抗旱能力差的不足。
图1 不同原料生物碳对土壤含水率的影响
图2 不同原料生物碳对土壤有机质的影响
图3 不同原料生物碳对土壤pH 值的影响
2. 生物碳施加量对土壤改良试验
在土壤中施加不同量的稻杆生物碳，结果如表1。由表1可以看出，随着稻杆生物碳施加量的增加，土壤的含水率先增加后降低，施加201 kg/亩的稻杆，土壤的含水率达到最高值。随着稻杆生物碳施加量的增加，土壤有机质含量逐渐增加，但pH 值变化不大。施加生物碳的目的是使土壤能获得较高的有机质含量和含水率。虽然施加469 kg/亩的稻杆生物碳，土壤获得了最高的有机质含量，但从经济角度、含水率、pH 值和有机质含量综合考虑，对温室中的黄壤，选取201 kg/亩的稻杆生物碳作为土壤最适宜的施加量。
含水率（%）
pH 值 有机质（g/kg）
15.23±1.76 7.75±0.07 11.13±0.73
17.59±2.46 7.74±0.31 16.20±1.24
17.32±1.09 7.48±0.24 19.21±1.24
16.21±3.43 7.87±0.28 19.56±0.95
3. 生物碳与有机肥共同作用改良土壤性能的试验
将稻杆生物碳和羊粪均匀混合后施加到土壤中，检测土壤的性能，结果如图4所示。由图4可以看出，在添加稻杆生物碳的土壤中增施有机肥后，土壤中的有机质含量和含水率都明显提高，pH 值略有下降。这说明，在土壤中施加稻杆生物碳和有机肥，相比单一施加生物碳可以更好的改善土壤的物化性能，提高土壤的肥效和持水抗旱能力，还能对土壤的碱性起到部分调节作用。
图4生物碳与有机肥共同作用对土壤性能的影响
4. 改良土壤对植物植株影响试验
针对重庆夏季温度高的特点，选取耐热的空心菜作为供试作物，在三种不同处理的土壤中同时种植空心菜，研究改良土壤对作物的影响，结果见表2。由表2可以看出，在施加稻杆生物碳的土壤中种植空心菜，空心菜生长的高度、植株茎径和侧枝的个数都高于对照，而同时施加生物碳和有机肥后，空心菜生长的高度、植株茎径、侧枝的个数及侧枝长度都远高于对照，也高于施加生物碳的处理。这说明，在土壤中施加生物碳和有机肥，不仅可提高土壤持水抗旱能力，也可以有效提高作物的产量。
表2 改良后的土壤对植物植株影响
CK 稻杆生物碳 稻杆生物碳和有机肥
52.20±5.90 64.40±2.20 86.60±8.07
0.67±0.10 0.70±0.10 0.73±0.05
12.00±4.00 14.00±1.00 15.00±4.35
6.00±0.80 5.70±1.80 6.30±1.55
六、方案的效益分析
生物碳的专业化制作方法要求的条件较高，但本方案可利用简单方法制备生物碳。通过本方案的实施，可降低稻杆制备生物碳的成本，使稻杆在广大农村资源化的利用有很大的发展前景和技术推广的可能性。同时，通过本方案的实施，
温室黄壤土的理化性质得到改善，土壤的有机质含量提高了70%，土壤持水抗旱能力和作物的产量得到明显提高。本方案的实施，不仅有助于解决农村的秸秆剩余和粪便污染问题，减轻农业生产对化学肥料的依赖；还可提高重庆丘陵山区土壤肥效及持水抗旱能力和作物产量，有助于实现人们对有限土地的最大化利用，解决人口增长与耕地面积不断减少的矛盾，实现农业与社会的可持续发展。