李喜凤，杨小妮，罗艳君，王俊峰，李丙智，韩明玉，张林森

(西北农林科技大学 园艺学院，陕西杨凌 712100)

生物炭及有机肥对苹果园土壤有机碳组分及果树生长的影响

李喜凤，杨小妮，罗艳君，王俊峰，李丙智，韩明玉，张林森

(西北农林科技大学 园艺学院，陕西杨凌 712100)

为研究生物炭与有机肥配施对渭北旱地苹果园土壤有机碳各组分及苹果树生长、产量的影响。试验设对照(CK)、单施生物炭(B)、单施有机肥(OF)和生物炭与有机肥配施(B+OF)4个处理。通过3 a野外果园定位施肥试验，分层采集0～100 cm土层的土样，研究不同处理下土壤有机碳组分的变化。结果表明：单施生物炭或生物炭与有机肥配施均可显著增加0～40 cm土壤总有机碳(TOC)、颗粒有机碳(POC)、轻质有机碳(LFOC)、微生物量碳(MBC)、易氧化有机碳(ROC)和可溶性有机碳(DOC)质量分数。在0～20 cm表层土壤中，与CK相比，B、B+OF处理ROC质量分数分别增加35%和58%。B+OF、B及OF处理0～20 cm土层中，土壤颗粒POC质量分数分别较CK增加0.44、0.24和0.138 g·kg-1。B+OF、B及OF处理耕层土壤TOC质量分数分别较CK提高60.1%、38%和6.5%。土壤pH由7.49(CK)增至7.89(B)和7.79(B+OF)。各处理的株高、茎粗和1 a生枝条长度均显著高于CK，B+OF、B及OF处理的株高分别较CK提高26.4%、19.4%和15.7%，主干直径分别比CK增大49.5%、12.9%和5%。施肥处理均有利于苹果树成花，其中生物炭与有机肥配施处理的成花量最高。与CK相比，B+OF、OF和B处理的单株产量分别提高43.3%、33.6%和20.4%。生物炭和有机肥显著提高土壤有机碳各组分的质量分数，有助于苹果植株生长及产量提高，其中黄土高原地区苹果园生物炭与有机肥混施效果更好。

苹果园；生物炭；有机肥；土壤有机碳组分；土壤pH

黄土高原地区苹果园土壤有机质含量低，土壤干旱保肥能力差，对果实品质产量影响较大，是生产中存在的突出问题。因此，在渭北旱地果园，如何提高果园的土壤有机质含量、加速有机质的转化、科学合理地改良土壤，提高土壤质量和苹果树肥水利用效率，一直是苹果产业提质增效研究的重点。土壤有机质是土壤质量最重要的组成部分，能维持土壤的可耕性，有助于减少养分损失，支撑土壤生物调节养分循环，也是陆地最大的碳储存库，减缓气候变化的关键因子[1-2]。生物炭是原料在300～600 ℃高温厌氧或部分厌氧条件下热解而成的一种高度稳定、富含芳香族碳环结构的高温热解产物[3]，对微生物分解具有热稳定和高度抵抗性[4-6]。生物炭可显著改善土壤耕层质量，提高土地生产力、土壤保肥能力和提高土壤对植物的肥效，阻止土壤退化，也是土壤养分严重枯竭、有机肥资源稀缺、供水供肥不足地区维持粮食和燃料可持续生产的有效措施。生物炭作为优良的土壤改良剂和肥料缓释载体备受重视。Thies等[7]研究表明，以生物炭作为土壤改良剂可吸附有机化学品和农药，通过多种潜在机制影响土壤物理、化学和生物特性，减少土传病害，提高微生物多样性。Lentz等[8]认为生物炭和厩肥影响玉米田钙质土的净氮矿化和温室气体排放。Lehmann等[9]通过在亚马逊盆地中部土壤中添加生物炭研究发现，混施生物炭可以降低土壤的水分渗出，保持土壤肥力，减少肥料淋溶，进而促进作物生长。Zhang等[10]通过将不同量的生物炭施入稻田研究发现，添加生物炭可提高水稻产量、土壤pH、土壤有机碳、总氮，降低土壤体积质量。Lychuk等[11]研究发现，生物炭可以提高作物产量、土壤pH、阳离子交换量和土壤有机碳质量分数，对于改善土壤理化性质具有积极的影响。但生物炭施用的不同差异随着土壤条件、气候、管理、生物炭特性的不同而不一致[12]，对生物炭如何影响集约化苹果树体生长结果的机理缺乏理解。目前，关于生物炭的研究主要集中于自身结构，以及其对养分动态变化、土壤污染物的吸附等影响上[4-7]，而研究其对黄土高原地区土壤有机碳组分影响的报道较少，对生物炭与有机肥配施对苹果树生长影响方面的协同效应效益也缺乏长期田间系统的研究。本研究将生物炭与有机肥配施，对比分析单施生物炭及配施有机肥对苹果园土壤有机碳各组分、土壤pH的影响及对苹果树生长、果实产量的影响，以期为生物炭在提高果园肥力中的进一步推广应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验地位于陕西乾县铁佛寺陈家坳村果友协会苹果园(108°3′51″E，34°16′6″N)，海拔为751.8 m，属暖温带大陆性季风气候，全年无霜期224 d左右，气候温和，年平均温度 13.1 ℃，年均降水量 580 mm。

供试果园为1 a生礼泉短富(MalusdomesticaBorkh.cv.Spur Fuji)，中间砧为M26，基砧为八楞海棠，株行距为1.0 m×4.0 m。试验前0～40 cm土层基础养分为：有机质 11.1 g·kg-1，碱解氮68.83 mg·kg-1速效磷24.37 mg·kg-1，速效钾209.3 mg·kg-1，土壤类型为垆土。定植前施过磷酸钙 600 kg·hm-2，有机肥为甘蔗渣发酵有机肥，广西凭祥市丰源生物肥业有限公司生产，养分(N+P2O5+K2O)为6%，有机质质量分数为45%。生物炭是安徽宣城家乐米业有限公司生产，以稻壳为原料，350 ℃下高温热解制成，体积质量为0.15～0.24 g·cm-3，总孔隙度82.5%(大为57.5%，小为25%)，氮质量分数0.54%，速效磷66 mg·kg-1，速效钾6.6 g·kg-1，灰分6%，pH为7.5～8.7。

1.2 试验设计

于2012年10月份进行试验。根据预试验结果，试验设置不施生物炭和有机肥为空白对照(CK)、单施生物炭2 kg·m-2(B)、生物炭2 kg·m-2与有机肥2.5 kg·m-2配施(B+OF)、单施有机肥2.5 kg·m-2(OF)4个处理。试验树选取生长一致的苗木，按试验处理每株树施2 m2，以树行为中心线，各向行间外延1 m，每个重复每处理3株树。为防止不同处理树之间养分渗透，不同处理树中间用宽2 m，深1 m的塑料板隔开，随机区组设计，重复4次。于2012年10月初将生物炭及有机肥均匀撒施地表后，人工用钉耙翻耕入土20 cm，确保与表层土壤混合均匀，对照树也进行同样人工翻耕。试验树仅在2012年10月按试验设计施入生物炭与有机肥。为保证试验一致性，仅施用生物炭与有机肥，没有施用其他有机肥料。其他管理措施一致。

1.3 土样的采集

2014-2015年，苹果采收后，10月初按8点采样法在果树树冠下生物炭撒施范围内，随机按确定的相同位置用土钻采土。分别采集 0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm、60～80 cm、80～100 cm 土层土壤，同一小区的同层土样均匀混合作为一个单独样本，剔除土壤样品中植物残根等杂物。

1.4 测定项目及方法

1.4.1 有机碳组分测定 用NaI比重法提取轻质有机碳(Light fraction organic carbon,LFOC)；用质量浓度为5 g·L-1的( NaPO3)6溶液提取颗粒有机碳(Particulate organic carbon,POC)；用氯仿熏蒸K2SO4提取法提取微生物量碳(Microbial biomass carbon,MBC)；用改进的Blair等方法测定易氧化有机碳(Readily oxidizablae organic carbon,ROC)；采用水∶土质量为5∶1的浸提法提取可溶性有机碳(Dissolued organic carbon,DOC)；提取的所有有机碳组分及总有机碳(Total organic carbon,TOC)用岛津TOC-SSM-5000A 碳分析仪直接测定[13]。

1.4.2 土壤pH测定 用土壤pH计测定(蒸馏水浸提，水土质量比为2.5∶1)。

1.4.3 树体生长结果指标的测定 施入生物炭第3年，在2015年春季统计树体花序量，秋季分别用卷尺与数字游标卡尺测量植株的株高、干粗和枝条年生长量，秋季采果时调查单株产量。

1.5 数据处理

采用Excel 2007对试验数据进行处理，用SPSS 19.0软件进行方差分析，用SigmaPlot 12.0软件完成绘图。

2 结果与分析

2.1 生物炭与有机肥配施处理对土壤有机碳各组分的影响

2.1.1 易氧化有机碳 由图1可以看出，添加生物炭显著提高耕层土壤ROC质量分数，各处理土壤ROC质量分数随土壤深度的增加而降低。在0～40 cm 土层中，B处理和B+OF处理的土壤ROC质量分数均显著高于CK。在0～20 cm表层土壤中，与CK相比，B、B+OF处理的土壤ROC质量分数分别增加35%和58%。40 cm以下土层中，各处理的ROC质量分数与CK相比差异不明显。

不同字母表示处理间差异显著(P<0.05)。下图同

Different letters mean significant difference (P<0.05) among treatments.The same as below

图1 不同处理土壤ROC质量分数
Fig.1 ROC mass fraction under different treatments

图2 不同处理土壤MBC质量分数Fig.2 MBC mass fraction under different treatments

2.1.2 微生物量碳 由图2可知，与土壤ROC情况一致，添加生物炭显著增加耕层土壤中MBC的质量分数， MBC质量分数亦随土层深度的增加而降低。在0～40 cm土层中MBC质量分数较高，一般为0.9～1.6 g·kg-1，40 cm以下土层MBC质量分数较低。在0～20 cm表层土壤中，B、OF、B+OF处理的MBC质量分数均高于CK，其中B+OF处理最高。40 cm以上土层中，各处理的MBC质量分数与CK差异不明显。由此可以看出，微生物在0～20 cm土层中含量较高，施入生物炭与有机肥均有利于土壤微生物生长，而生物炭与有机肥配施效果更好。

2.1.3 可溶性有机碳 从图3可以看出，生物炭显著提高土壤DOC质量分数。0～20 cm土层中，B、B+OF处理的土壤DOC质量分数明显高于CK，DOC最高质量分数可达681.6 mg·kg-1。同样在20～40 cm土层中，B、B+OF这B、B+OF处理的土壤DOC质量分数也显著高于CK。由此可见，土壤中施入生物炭有利于提高土壤DOC的质量分数。60 cm以上土层中，各处理的土壤DOC质量分数差异不明显。

2.1.4 土壤颗粒有机碳 图4表明，各处理的土壤POC质量分数随着土壤深度的增加而降低。与CK相比，生物炭与有机肥处理使0～40 cm土层土壤POC质量分数显著升高，B+OF、B及OF处理的0～20 cm土壤POC质量分数分别增加0.44 g·kg-1、0.24 g·kg-1和0.138 g·kg-1。B+OF处理显著高于B处理，这B+PF、B处理均显著高于CK和OF处理，这表明，果园土壤中施入生物炭对表层土粒的缠绕、固结及团聚胶结十分有利，促进了颗粒有机碳的形成。

图3 不同处理土壤DOC质量分数Fig.3 DOC mass fraction under different treatments

图4 不同处理土壤POC质量分数Fig.4 POC mass fraction under different treatments

2.1.5 轻质有机碳 由图5可见,土壤LFOC质量分数随土壤深度的增加而降低。在0～40 cm 土层中， B处理和B+OF处理的土壤LFOC质量分数显著高于CK。在0～20 cm表层土壤中，B、B+OF处理的土壤LFOC质量分数分别是CK的2.2倍和2.3倍OF处理与CK差异不显著。

2.1.6 总有机碳 由图6可见，从低到高，CK、OF、B和B+OF处理耕层土壤TOC质量分数分别为11.87 g·kg-1、12.64 g·kg-1、16.40 g·kg-1和19.01 g·kg-1。3个处理(OF、B和B+OF处理)耕层土壤TOC质量分数分别较CK提高60.1%、3.8%和6.5%。添加生物炭的2个处理(B和B+OF处理)显著提高耕层土壤TOC质量分数，其中生物炭与有机肥混施处理的作用最佳。

图5 不同处理土壤LFOC质量分数Fig.5 LFOC mass fraction under different treatments

图6 不同处理土壤TOC质量分数Fig.6 TOC mass fraction under different treatments

2.2 生物炭与有机肥配施对土壤pH的影响

添加生物炭可以提高土壤pH。B和B+OF处理的土壤pH明显高于CK和OF处理(图7)。B处理的土壤pH高于CK 4.64%，而OF处理与CK相比没有明显变化。B+OF处理的pH却低于B处理，高于CK，二者配施略缓解了石灰钙质性土壤由于生物炭的施入造成的pH升高。

图7 不同处理土壤pHFig.7 Soil pH under different treatments

2.3 生物炭与有机肥配施对果树生长的影响

由表1可见，试验第3年生物炭和有机肥明显促进苹果树的生长，植株的株高、茎粗和1 a生枝条长度的高低顺序为B+OF>B>OF>CK，均显著高于CK。植株生长高度分别较CK提高26.4%、19.4%和15.7%，主干直径分别较CK增大49.5%、12.9%和5%，但是观察与第1年生长没有明显差异。从表1还可以看出，B、OF和B+OF处理都有利于苹果树成花，其中B处理与OF处理的成花量较CK分别高31.6%和72%，而B+OF处理的成花量较CK高130%。与CK相比，B+OF、OF和B处理的单株产量分别提高43.3%、33.6%和20.4%。试验第1年对苹果生长没有效应。

3 讨 论

可溶性有机碳和轻质有机碳等是土壤质量的重要指标，土壤颗粒型碳增加有利于土壤质量的提升，代表了土壤有机质分解和养分释放的潜力[14]。Wang等[15]研究表明，应用秸秆还田可以显著提高0～40 cm 土层中总SOC、LFOC、DOC和MBC质量分数，增加水稻产量。Demisie等[16]研究表明，在红壤土施中0.5%比例生物炭，有利于较大微颗粒团聚体形成，提高总有机碳、高锰酸钾易氧化碳、轻质有机碳、水溶性碳、微生物炭。竹生物炭比橡树木生物炭效果好，但认为高量使用生物炭可能不利于团聚体形成或不明显。本研究结果表明，果园土壤中适量添加生物炭显著提高了耕层土壤总有机碳质量分数和各有机碳组分，这与和前人研究一致。施用生物炭可提高灰漠土有机碳含量，促进有机碳积累，显著提高灰漠土易氧化碳、水溶性碳和微生物量碳质量分数[17]。增施生物炭可以减少温室气体的排放，促进CH4吸收，增加土壤中碳储存[18-19]。生物炭具有土壤固碳、改善土壤质量和促进植物生长的潜力[20]。Lychuk等[11]研究表明，土壤增施生物炭可以增加SOC质量分数，提高土壤pH，提高阳离子交换量，改善土壤理化性质。Van等[21]发现向红壤土和石灰质土壤中加入由造纸厂废弃物热解制成的生物炭，2种土壤中的总碳均有所增加。施用生物碳平均提高土壤pH 0.4 ～ 0.6(图7)。Lychuk等[11]研究表明施入生物碳可以使土壤pH由3.9增至5.64。Major等[22]研究初始pH为3.91，施入生物碳后pH增至4.19，Sukartono等[23]研究初始pH为5.97，增施生物碳后pH为6.25。因此，酸性土壤pH即使是少量的增加都会显著改善土壤质量。生物碳在这些试验中的改良效应可以归因于土壤的原始酸度。然而，在本试验中，土壤pH增加而对钙质土壤质量没有积极的影响，可能是由于土壤初始为偏碱性，添加有机肥可以缓解钙质土壤pH的上升。Sekar 等[24]研究表明，土壤增施生物碳可提高土壤pH(从7.21至7.57),增加阳离子交换量，对土壤化学性质和作物生长具有积极的影响，因此推测在中国山东苹果园酸化土壤中效果会更好。

表1 不同处理苹果树生长和产量Table 1 Growth and yield of apple trees under different treatments

注：不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05)。

Note:Different letters mean significant difference(P<0.05)among treatments.

Sekar 等[24]研究表明单施生物炭增加小萝卜总干物质量产量约91%，处理过的沼液与生物碳混施比单施沼液总干物质量产量增加约12%，生物炭与沼液配施显著提高产量并改善土壤化学特性。添加秸秆和生物质碳可以促进苹果植株生长和对肥料氮的吸收[25]。Major等[22]研究发现，施入生物碳和NPK复合肥2 a和3 a后，作物产量分别较对照提高28%和30%，而第4年，生物碳+复合肥处理的产量是对照的120%。Steiner等[26]研究发现，生物碳与矿物肥料配施对水稻和高粱有影响。生物碳+矿物肥料处理的水稻产量是单施矿物肥的9倍。Jones等[27]将生物碳施入草地，2 a后地上生物量显著增加。Street等[28]将绿色垃圾制成的生物碳进行盆栽，表明生物碳与砂质土混施比沙壤土混施对苹果砧木M26营养和生长有促进作用，并且可提高苹果砧木叶片中Ca、B、S的含量。Agegnehu等[29]在澳大利亚热带地区土壤上施用生物碳和生物碳-堆肥处理共同堆肥分别增加花生仁产量23%和24%，土壤有机碳SOC从0.93%提高到1.25%，土壤体积水含量从18%提高到23%以上。但是David等[30]研究施用秸秆生物碳和商品堆肥3 a五季中前3季作物产量和磷吸收。产量增加不超过8%，第3季末产量没有发现差异，可能认为有机物添加的大部分效应是由于直接的营养添加，随时间消耗完。Zhao等[31]设置盆栽试验，应用秸秆生物碳进行研究，发现秸秆生物碳施入土壤后可以缓解CH4排放，促进水稻生长，提高产量，同时对养分N、P、K、Ca 和 Mg的吸收具有积极的影响。生物碳和氮肥合理配施可以促进棉花生长，提高棉花产量，明显增加氮肥利用率[32]。本试验结果观察表明在第3年对地上部有促进作用。说明生物炭与土壤起作用，转化需要一个过程，生物碳与有机肥一起施用，为微生物繁育提供了碳源养分和繁育栖息的场所。同样，Baronti等[33]试验表明有机添加的潜在效益首先会延迟几个生长季，仅在水分养分限制的条件下效果明显。

因此黄土高原苹果园生物炭碳肥与有机肥等配施已经显示在改良土壤方面的应用前景，今后需要进一步研究生物炭筛选及其有机肥、化肥等配施条件下，局部优化苹果根际土壤环境对养分有效性、温室气体排放、果园减肥和苹果树营养水分吸收、品质形成等方面的研究，形成苹果园生物炭碳肥施用土壤质量提升的技术体系。

4 结 论

生物炭与有机肥配施可以显著提高土壤总有机碳、易氧化有机碳、颗粒有机碳、微生物量碳、可溶性有机碳和轻质有机碳质量分数。

添加生物炭可以提高石灰性土壤pH，与有机肥配施稍缓解土壤pH上升。

生物炭与有机肥均可以促进低肥力土壤果树生长，提高果树开花量，增加单株产量，两者混施的效果优于单施处理。

Reference：

[1] SCHMIDT,M W I,TORN M S,ABIVEN S,etal.Persistence of soil organic matter as an ecosystem property[J].Nature,2011,478(7367):49-56.

[2] LEHMANN J,KLEBER M.The contentious nature of soil organic matter[J].Nature,2015,528(7580):60-68.

[3] LEHMANN J.Bio-energy in the black[J].FrontiersEcologyandtheEnvironment,2007,5(7):381-387.

[4] LEHMANN J,JOSEPH S.Biochar for Environmental Management[M].London:Earthscan Publications Ltd,2009:448.

[5] SINGH B P,HATTON B J,SINGH B,etal.Influence of biochars on nitrous oxide emission and nitrogen leaching from two contrasting soils[J].JournalofEnvironmentalQuality,2010,39(4):1224-1235.

[6 ] HARVEY,O R,KUO,L J,ZIMMERMAN A R,etal.An index-based approach to assessing recalcitrance and soil carbon sequestration potential of engineered black carbons (biochars) [J].EnvironmentalScienceandTechnology,2012,46(3):1415-1421.

[7] THIES,J.E.,RILLIG,M.C.Characteristics of biochar:biological properties[M]// Biochar for Environmental Management:Science and Technology.London:Earthscan,2009:85-106.

[8] LENTZ R D,IPPOLITO J A,Spokas K A,etal.Biochar and manure effects on net nitrogen mineralization and greenhouse gas emissions from calcareous soil under corn[J].SoilScienceSocietyofAmericaJournal,2014,78(5):1641-1655.

[9] LEHMANN J,DA SILVA J P,STEINER C,etal.Nutrient availability and leaching in an archaeological Anthrosol and a Ferralsol of the Central Amazon basin:fertilizer,manure and charcoal amendments[J].PlantandSoil,2003,249(2):343-357.

[10] ZHANG A F,BIAN R J,PAN G X,etal.Effects of biochar amendment on soil quality,crop yield and greenhouse gas emission in a Chinese rice paddy:A field study of 2 consecutive rice growing cycles[J].FieldCropsResearch,2012,127:153-160.

[11] LYCHUK T E ,IZAURRALDE R C,HILL R L,etal.Biochar as a global change adaptation:predicting biochar impacts on crop productivity and soil quality for a tropical soil with the Environmental Policy Integrated Climate (EPIC) model[J].MitigAdaptStrategGlobChange,2015,20(8)1437-1458.

[12] SUN H,HOCKADAY W C,MASIELLO C A,etal.Multiple controls on chemical and physical structure of biochars[J].Industrial&EngineeringChemistryResearch,2012,51(9):3587-3597.

[13] 张林森,刘富庭,张永旺，等.不同覆盖方式对黄土高原地区苹果园土壤有机碳组分及微生物的影响[J].中国农业科学,2013,46(15):3180-3190.

ZHANG L S,LIU F T,ZHANG Y W,etal.Effects of different mulching on soil organic carbon fractions and soil microbial community of apple orchard in Loess Plateau[J].ScientiaAgriculturaSinica,2013,46(15):3180-3190 (in Chinese with English abstract).

[14] XU M G,LOU Y L,SUN X L,etal.Soil organic carbon active fractions as early indicators for total carbon change under straw incorporation[J].BiologyandFertilitySoils,2011,47(7):745-752.

[15] WANG W,LAI D Y F,WANG C,etal.Effects of rice straw incorporation on active soil organic carbon pools in a subtropical paddy field[J].Soil&TillageResearch,2015,152:8-16.

[16] DEMISIE W,LIU Z Y,ZHANG M K.Effect of biochar on carbon fractions and enzyme activity of red soil[J].Catena,2014 (121):214-221.

[17] 马 莉,吕 宁,冶 军,等.生物碳对灰漠土有机碳及其组分的影响[J].中国生态农业学报,2012,20(8)：976-981.

MA L,LÜ N,YE J,etal.Effects of biochar on organic carbon content and fractions of gray desert soil[J].ChineseJournalofEco-Agriculture,2012,20(8)：976-981 (in Chinese with English abstract).

[18] LENTZ R D,IPPOLITO J A,SPOKAS K A.Biochar and manure effects on net nitrogen mineralization and greenhouse gas emissions from calcareous soil under corn[J].SoilScienceSocietyofAmericaJournal,2014,78(5):1641-1655.

[19] KARHU K,MATTILA T,BERGSTROM I,etal.Biochar addition to agricultural soil increased CH4 uptake and water holding capacity-results from a short-term pilot field study[J].AgricultureEcosystemsandEnvironment,2011,140(1/2):309-313.

[20] WINDEATT J H,ROSS A B,WILLIAMS P T,etal.Characteristics of biochars from crop residues:Potential for carbon sequestration and soil amendment[J].JournalofEnvironmentalManagement,2014,146:189-197.

[21] VAN ZWIETEN L,KIMBER S,MORRIS S,etal.Effects of biochar from slow pyrolysis of papermill waste on agronomic performance and soil fertility[J].PlantandSoil,2010,327(1/2):235-246.

[22] MAJOR J,RONDON M,MOLINA D,etal.Maize yield and nutrition during 4 years after biochar application to a Colombian savanna oxisol[J].PlantandSoil,2010,333(1/2):117-128.

[23] SUKARTONO,UTOMO W H,KUSUMA Z,etal. Soil fertility status,nutrient uptake,and maize(ZeamaysL.) yield following biochar and cattle manure application on sandy soils of Lombok,Indonesia[J]JournalofTropicalAgricuture,2011,49(1/2):47-52.

[24] SEKAR S,HOTTLE R D,LAL R.Effects of biochar and anaerobic digester effluent on soil quality and crop growth in Karnataka,India[J].AgriculturalResearch,2014,3(2):137-147.

[25] 葛顺峰,彭 玲,任饴华,等.秸秆和生物质碳对苹果园土壤容重、阳离子交换量和氮素利用的影响[J].中国农业科学.2014,47(2):366-373.

GE S F,PENG L,REN Y H,etal.Effect of straw and biochar on soil bulk density,cation exchange capacity and nitrogen absorption in apple orchard soil[J].ScientiaAgriculturaSinica,2014,47(2):366-373 (in Chinese with English abstract).

[26] STEINER C,TEIXEIRA W G,LEHMANN J,etal.Long term effects of manure,charcoal and mineral fertilization on crop production and fertility on a highly weathered central amazonian upland soil[J].PlantandSoil,2007,291(1/2):275-290.

[27] JONES D L,ROUSK J,EDWARDS-JONES G,etal.Biochar-mediated changes in soil quality and plant growth in a three year field trial[J].SoilBiologyandBiochemistry,2012,45:113-124.

[28] STREET T A,DOYLE R B,CLOSE D C.Biochar media addition impacts apple rootstock growth and nutrition[J].HortScience,2014,49(9):1188-1193.

[29] AGEGNEHU G,BASSA M ,NELSON P N,etal.Biochar and biochar-compost as soil amendments:effects on peanut yield,soil properties and greenhouse gas emissions in tropical North Queensland.Australia[J].Agriculture,EcosystemsandEnvironment,2015,213:72-85.

[30] DAVID J.M.HALL,RICHARD W.BELL.Biochar and compost increase crop yields but the effect is short term on sandplain soils of western Australia[J].Pedosphere,2015 25(5):720-728.

[31] ZHAO X,WANG J W,WANG SH Q,etal.Successive straw biochar application as a strategy to sequester carbon and improve fertility:A pot experiment with two rice/wheat rotations in paddy soil[J].PlantSoil,2014,378(1/2):279-294.

[32] 廖 娜,侯振安,李 琦,等.不同施氮水平下生物碳提高棉花产量及氮肥利用率的作用[J].植物营养与肥料学报.2015,21( 3):782-791.

LIAO N,HOU ZH A,LI Q,etal.Increase effect of biochar on cotton yield and nitrogen use efficiency under different nitrogen application levels[J].JournalofPlantNutritionandFertilizer,2015,21( 3):782-791 (in Chinese with English abstract).

[33] BARONTI S,VACCARI F P,MIGLIETTA F,etal.Impact of biochar application on plant water relations inVitisvinifera(L.)[J].EuropeanJournalAgronomy,2014,53:38-44.

(责任编辑：史亚歌 Responsible editor:SHI Yage)

Effect of Combination of Biochar and Organic Fertilizers on Soil Organic Carbon Fractions,Growth and Yield of Apple Orchard

LI Xifeng,YANG Xiaoni,LUO Yanjun,WANG Junfeng,LI Bingzhi,HAN Mingyu and ZHANG Linsen

(College of Horticulture,Northwest A&F University,Yangling Shaanxi 712100,China)

This study explores the effect of biochar and organic fertilizers on soil organic carbon fractions,growth and yield of apple trees in the orchards of the Weibei dryland,Loess Plateau,China. A 3-year orchard experiment was conducted,which consisted of four treatments:CK (control),B (rice husk biochar alone),OF (organic fertilizers alone) and B+OF (biochar + organic fertilizers). Soil samples were taken from 0-100 cm soil depth to examine the effects of different treatments on various soil organic carbon fractions. Results showed that B and B+OF treatments significantly increased contents of total soil organic carbon,particulate organic carbon,light fraction organic carbon,microbial biomass carbon,readily oxidizable organic carbon and dissolved organic carbon at 0-40 cm soil depth compared with CK. At 0-20 cm soil depth,the contents of readily oxidizable organic carbon under B and B+OF treatments significantly increased by 35% and 58% compared with CK. The particulate organic carbon mass fraction at 0-20 cm soil depth under B+OF,B and OF treatments increased by 0.44,0.24 and 0.138 g·kg-1,respectively,compared with CK. The soil total organic carbon content at 0-20 cm soil depth under B+OF,B and OF treatments increased by 60.1%,38% and 6.5%,respectively,compared with CK. Application of biochar increased soil pH from 7.49 (CK) to 7.89 (B) and 7.79 (B+OF). Plant height,stem diameter and annual shoot length of both B and B+OF were significantly higher than those of CK and the plant height under B+OF,B and OF treatments were 26.4%,19.4% and 15.7% higher than that of CK,respectively. The stem diameter under B+OF,B and OF treatments increased by 49.5%,12.9% and 5%,respectively. The B and B+OF treatments enhanced apple flower formation relative to CK and the number of flower buds was highest in the B+OF treatment. The yield per apple tree of treatments B+OF,OF and B increased by 43.3%,33.6% and 20.4%,respectively,compared with CK. Application of biochar and organic fertilizers improved mass fraction of soil organic carbon fractions and apple tree growth and yield. The combination of biochar and organic fertilizers was the most effective agricultural method in the apple orchards of the Loess Plateau.

Apple orchard; Biochar; Organic fertilizer; Soil organic carbon fractions; Soil pH

LI Xifeng,female,master student. Research area:apple cultivation. E-mail:jun917feng@163.com

ZHANG Linsen,male,master supervisor. Research area:arboriculture,efficient use of fertilizer and water. E-mail:linsenzhang@163.com

日期：2017-03-30

2016-03-21

2016-05-10

国家苹果产业技术体系项目(CARS-28)；陕西省科技统筹创新工程计划(2015KJZDNY02-03-02)。

李喜凤，女，硕士，从事果树栽培、水肥研究。E-mail:jun917feng@163.com

张林森，男，硕士生导师，主要从事果树栽培生理、肥水高效利用的研究。E-mail:linsenzhang@163.com

S6601.1

A

1004-1389(2017)04-0617-08

网络出版地址：http://kns.cnki.net/kcms/detail/61.1220.S.20170330.1509.036.html

Received 2016-03-21 Returned 2016-05-10

Foundation item The Earmarked Fund for China Agriculture Research System(No.CARS-28); the Sci-tech Coordinating Innovative Engineering Project of Shaanxi Province (No.2015KJZDNY02-03-02).