肿柄菊生物炭助力贫瘠土壤改良与西兰花增产

【字体: 时间:2025年03月09日 来源:Scientific Reports 3.8

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  为改善尼日利亚西南部退化砂壤土,研究人员探究肿柄菊生物炭影响,发现其能提升土壤肥力与西兰花产量。

  在广袤的农业领域,土壤就如同农作物的 “生命源泉”,肥沃的土壤能让作物茁壮成长,为人们带来丰收的喜悦。然而,尼日利亚西南部的森林 - 稀树草原过渡区的土壤却面临着诸多难题。长期的作物种植和矿物肥料的使用,使得这里的土壤肥力下降、酸性增加,独特的土壤特性也让蔬菜种植困难重重。化学肥料虽能在短期内提升作物产量,但过度使用会带来土壤质量下降、养分失衡等一系列问题,严重威胁着农业的长期可持续发展。
在这样的背景下,来自尼日利亚阿德昆勒?阿贾辛大学(Adekunle Ajasin University)的研究人员决心寻找一种有效的解决办法,他们将目光聚焦在了肿柄菊生物炭(Tithonia diversifolia Biochar)上。生物炭是有机废料通过热解(pyrolysis)制成的,它具有增强碳固存、改善土壤理化性质等诸多优点,被视为一种极具潜力的土壤改良剂。此次研究成果发表在《Scientific Reports》上,为当地乃至全球类似土壤问题的解决带来了新的希望。

研究人员开展了一项筛选实验,旨在评估肿柄菊生物炭对土壤理化性质、西兰花叶片养分浓度及生长的影响。他们采用了多种关键技术方法:首先,通过化学分析测定生物炭和土壤的各项理化指标,如 pH、有机碳(OC)、总氮(TN)等;接着,在盆栽实验中设置不同生物炭施用量处理组,以完全随机设计进行实验;实验期间,定期测定西兰花的生长参数,包括株高、叶片数等;实验结束后,对土壤和西兰花叶片进行分析,探究生物炭对土壤养分和叶片养分浓度的影响。

实验结果


  1. 土壤理化性质:实验开始前,所用土壤为砂壤土,酸性强,容重高,总孔隙度低,各项肥力指标均很低,如有机碳含量仅 0.96%,总氮 0.08% 等,表明该土壤肥力较差,难以维持作物高产。实验后发现,施用肿柄菊生物炭显著降低了土壤容重,增加了土壤孔隙度和含水量。与对照组相比,施用量为 10、20、30 和 40 tha-1 的生物炭分别使土壤容重降低 13%、20%、26% 和 33%,孔隙度增加 20%、32%、41% 和 51%,含水量增加 24%、44%、59% 和 75%。同时,生物炭的施用还显著提高了土壤的 pH、OC、TN、磷(P)、钾(K)、钙(Ca)和镁(Mg)含量。随着生物炭施用量的增加,这些指标均相应增加12
  2. 西兰花叶片养分浓度:研究表明,施用肿柄菊生物炭显著影响了西兰花叶片的养分浓度。在一定范围内,随着生物炭施用量的增加,叶片中氮(N)、磷(P)、钾(K)、钙(Ca)和镁(Mg)的浓度升高。当生物炭施用量为 20 tha-1 时,叶片中这些养分的浓度达到最高,相比对照组,N、P、K、Ca 和 Mg 浓度分别增加 99%、134%、103%、62% 和 88%。但施用量超过 20 tha-1 后,叶片中养分浓度反而下降3
  3. 西兰花生长参数:肿柄菊生物炭的施用显著促进了西兰花的生长。在不同施用量下,西兰花的株高、叶片数、叶面积、茎围和生物量鲜重均显著增加。其中,20 tha-1 的施用量效果最佳,相比对照组,生物量鲜重增加了 38%。施用量超过 20 tha-1 时,生长参数有下降趋势,表明生物炭施用量过高可能会产生负面影响4

研究结论与讨论


研究结果表明,肿柄菊生物炭能显著改善土壤的物理和化学性质,提高土壤肥力,增加西兰花植株的养分积累,促进西兰花生长。在不同施用量中,20 tha-1 的生物炭对改善西兰花叶片养分浓度和生长参数最为有效,30 tha-1 和 40 tha-1 次之。

这一研究成果意义重大。对于尼日利亚西南部森林 - 稀树草原过渡区的农业来说,肿柄菊生物炭为改良退化的砂壤土提供了一种可行的方法,有助于提高当地西兰花的产量和质量,保障粮食安全。从更广泛的角度来看,该研究为全球其他面临类似土壤问题的地区提供了参考,为可持续农业发展提供了新的思路和技术支持。同时,研究中发现生物炭施用量过高会产生负面影响,这也为后续研究生物炭的合理使用提供了方向,推动生物炭在农业领域的更深入应用。

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