摘要
糖厂滤泥的处置是糖厂废弃资源再利用难题和环保难题，利用糖厂滤泥可制作滤泥炭基肥。但糖厂滤泥炭基肥在柑橘园的施用效果目前还不明确。采用大田试验，以金香柑为研究对象，设置不同用量化肥（F1、F2、F3）和炭基肥（BF1、BF2、BF3）、常规施肥（N），研究炭基肥对柑橘土壤养分状况、酶活性及养分吸收等指标的影响。研究结果表明，相同的化肥水平下，炭基肥处理提高了土壤含水率、pH、有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、有效磷和速效钾含量，增幅分别为 3.56% ～ 15.45%、8.11% ～ 11.06%、 9.28% ～ 18.13%、9.31% ～ 18.59%、38.88% ～ 54.64%、9.48% ～ 34.35%、24.08% ～ 27.69%、24.02% ～ 42.07% 和 21.87% ～ 31.23%；炭基肥处理土壤脲酶活性、蔗糖酶活性和酸性磷酸酶活性分别比化肥处理提高了 7.22% ～ 23.99%、22.09% ～ 30.08%、5.72% ～ 11.23%；炭基肥处理提高了叶片全氮、全磷和全钾的含量，增幅分别为 31.83% ～ 42.95%、10.43% ～ 37.13%、12.28% ～ 17.22%。综上所述，施用糖厂滤泥炭基肥对提高土壤养分具有积极的作用，可提高叶片养分含量，综合炭基肥对土壤理化性质以及叶片养分含量的效果，减施 30% 化肥的炭基肥效果最佳。
Abstract
Disposal of filter peat was a difficult problem of reuse of waste resources in sugar mills and environmental protection，and filter peat could be used to make filter peat-based fertilizer．However，the application effect of sugar factory filter peat-based fertilizer in citrus orchards was still unclear．In this experiment，a field experiment was conducted with golden citrus as the research object，different dosages of chemical fertilizers（F1，F2，F3）and peat-based fertilizers（BF1， BF2，BF3），and routinely applied fertilizers（N）were set up to study the effects of peat-based fertilizers on soil nutrient status，enzyme activity，and nutrient uptake of citrus and other indexes．The results showed that at the same fertilizer level，BF treatments increased soil water content，pH，organic matter，total nitrogen，total phosphorus，total potassium， alkali-hydrolyzale nitrogen，available phosphorus and available potassium by 3.56%-15.45%，8.11%-11.06%，9.28%- 18.13%，9.31%-18.59%，38.88%-54.64%，9.48%-34.35%，24.08%-27.69%，24.02%-42.07%，and 21.87%- 31.23%，respectively；Soil urease activity，sucrase activity，and acid phosphatase activity were increased by 7.22%-23.99%， 22.09%-30.08%，and 5.72%-11.23%，respectively；The BF treatment increased leaf total nitrogen，total phosphorus and total potassium contents by 31.83%-42.95%，10.43%-37.13% and 12.28%-17.22%，respectively．In conclusion，the application of sugar mill filter peat-based fertilizer had a positive effect on improving soil nutrients and could increase leaf nutrient content.
柑橘是世界上最重要的经济作物之一，占世界水果总产量的四分之一[1]。目前我国大部分地区的柑橘生产仍以施用化肥为主，化肥的过量施用导致水体富营养化、空气污染等环境污染问题[2-4]。因此，为了保护土壤质量和降低环境污染风险，迫切需要一种环境友好型的农业战略以减少化肥的施用。
生物炭是由生物质原料在有限供氧条件下经热裂解过程产生的富含碳的有机材料，具有细密多孔、比表面积大、吸附性能力强，含氧活基团较多等特点[5]。在土壤中添加生物炭可以显著提高土壤通气性、孔隙度、持水性和养分含量，从而提高土壤肥力，促进植物生长[6]。生物炭可以作为肥料载体，将生物炭与肥料按一定比例混合，制成炭基肥。炭基肥兼具生物炭以及肥料的双重特性，施加到土壤中之后，在供给作物生长所需养分的同时，改善土壤理化性质，达到改良土壤的效果[7-8]。滤泥是制糖生产的一项大宗废弃物，大部分滤泥基本上处于废弃状态，糖厂滤泥含有大量的有机质和部分可溶性碳水化合物，同时含有氮、磷、钾等大量元素以及钙、镁、硫、硅等中微量元素[9]，可作为肥料回归土壤，由于滤泥含水率高，存放时容易发酵、发臭，造成严重的空气污染和环境污染[10]。因此，以糖厂滤泥为生物质进行热解后生产炭基缓释肥，可以起到改良土壤、提高产量的目的，并达到滤泥资源化利用，降低环境污染风险，促进糖业健康可持续发展。
糖厂滤泥制作炭基肥在柑橘土壤上的应用效果尚未见报道，本试验在柑橘园使用滤泥炭基肥，以研究糖厂滤泥生物炭肥对柑橘土壤理化性质及养分吸收的影响，一方面可以提高柑橘园肥料利用效率，减少化肥施用量，另一方面，可为糖厂大宗废弃物滤泥的资源化利用提供参考依据。
1 材料与方法
1.1 试验地概况
本试验于 2022 年 7 月至 2023 年 8 月在广西省南宁市邕宁区百济镇那业村（22°28′86"N， 108°28′85"E）进行，该地区属于亚热带季风性气候，年平均气温为 22.4℃，年平均降水量 1178.6mm，年平均日照 1768 h。供试土壤为红壤。土壤基本理化性状：pH 4.91，有机质含量 17.57 g/kg，全氮 0.79 g/kg，全磷 0.27 g/kg，全钾 3.46 g/kg，碱解氮 32.68 mg/kg，有效磷 55.96 mg/kg，速效钾 91.54 mg/kg。试验地坡度约为 30°。
1.2 试验设计
供试柑橘品种为金香柑，由广西凯荣农业科技有限公司提供，供试糖厂滤泥由广西扶南东亚糖业有限公司提供，糖厂滤泥生物炭（简称生物炭）采用实验室依托专利成果研制的炭化炉生产：将糖厂滤泥粉碎，置于炭化炉炭化 12 h（专利号： ZL201810946932.3[11]）。糖厂滤泥炭基肥（简称炭基肥）由实验室依托专利成果研制：将生物炭、尿素、钙镁磷肥、氯化钾等原料充分粉碎，充分混合均匀，加发酵液充分搅拌，风干后装袋保存备用 （专利号：ZL201810977723.5[12]）。
如表1所示，本试验共设置 7 个处理，分别为两种肥料（化肥与炭基肥）和 4 个化肥水平（常规施肥、70% 化肥、30% 化肥、不施用化肥）。化肥施用量按当地常规化肥施用量减量处理，当地金香柑常规施肥用量如下：尿素 0.260 kg/ 株、钙镁磷肥 0.667 kg/ 株、氯化钾 0.200 kg/ 株。炭基肥处理 BF1～3 的化肥使用量与 F1～3 分别对应，并添加生物炭 3 kg/ 株，生物炭与化肥混合均匀形成炭基肥后施用。每个处理设置 3 个重复，每个重复选用 3 株树，共 63 株树，在园区坡地上呈随机分布。所用化肥分别为尿素（N ≥ 46.2%）、钙镁磷肥（P2O5 ≥ 18%）、氯化钾（K2O ≥ 60%）。根据当地施肥习惯，一年中的肥料分为夏肥（50%）和冬肥（50%）两次施入，施用时间分别为 2022 年 7 月 22 日和 12 月 30 日。
表1各处理施肥量
1.3 测定项目及方法
1.3.1 土壤理化性质测定
土壤采集：分别于 2022 年 9 月 20 日、12 月 10 日、2023 年 4 月 16 日、8 月 20 日采样时按五点取样法用土钻采集耕层土壤，去除植物根系、动植物残体、碎石子等杂物装入干净无菌的自封袋，做好标记，带回实验室。土壤样品分成 2 份：一份风干后过 2 mm 土壤筛用于土壤基本理化性质与酶活性测定，另一份放于-20℃冰箱保存以供土壤微生物测定。参考鲁如坤[13]的方法测定土壤基本理化性质。含水率（MC）采用烘干法，pH 采用电位法，有机质（OM）采用重铬酸钾容量法-外加热法，全氮（TN）采用凯氏定氮法，全磷（TP）、全钾（TK）采用碱熔法，碱解氮（AN）采用碱解扩散法，有效磷（AP）采用盐酸-硫酸浸提-钼锑抗比色法，速效钾（AK）采用 1 mol/L 乙酸铵浸提-火焰光度法。
1.3.2 土壤酶活性测定
参考关松荫[14] 的方法测定土壤酶活性。脲酶活性（UE）用苯酚-次氯酸钠比色法，蔗糖酶活性（SUC） 用 3，5-二硝基水杨酸比色法，酸性磷酸酶活性（ACP）用北京索莱宝试剂盒测定。
1.3.3 叶片养分测定
叶片采集：分别于 2022 年 9 月 20 日、12 月 10 日、2023 年 4 月 16 日、8 月 20 日取样时，选取果树不同方向、长势良好且相似的叶片，用剪刀剪下后装入无菌自封袋，做好标记，带回实验室冷藏。参考文献[15]的方法，采用凯氏定氮法测定叶片全氮含量；采用火焰光度法测定叶片全钾含量；采用钒钼黄吸光光度法测定叶片全磷含量。
1.4 统计分析
采用 Excel 2016、Origin 2021 对数据进行整理、计算并作图，采用 SPSS 26.0 和 Duncan 检验法进行差异显著性分析。
2 结果与分析
2.1 对土壤基本理化性质的影响
由表2可知，与 F 处理相比，BF 处理增加了土壤含水率、pH 和有机质。
在相同的化肥水平下，BF1、BF2 的含水率分别比 F1、F2 提高了 3.56%、15.45%，BF3 与 F3相比，在前两个时期 BF3 略高于 F3，后两个时期 BF3 略低于 F3。BF1、BF2、BF3 处理的土壤 pH 分别比 F1、F2、F3 提高了 11.06%、8.25%、8.11%。 BF1、BF2、BF3 处理的土壤有机质含量分别比 F1、 F2、F3 提高了 18.13%、16.63%、9.28%。在 2022 年 9 月 20 日和 12 月 10 日，BF 处理的土壤有机质显著大于 F 处理，BF 处理之间差异不显著。从结果来看，土壤有机质呈先降后升再降的趋势，但在相同时期，相同施肥水平下，施用甘蔗滤泥炭基肥可以显著提高土壤有机质的含量。
表2糖厂滤泥炭基肥对土壤含水率、pH、有机质的影响
注：不同小写字母代表同一采样时期下不同处理间在 P<0.05 水平有显著差异；P 表示时期，B 表示生物炭，F 表示化肥水平，P×B 表示时期 × 生物炭，P×F 表示时期 × 化肥水平，B×F 表示生物炭 × 化肥水平，P×B×F 表示时期 × 生物炭 × 化肥水平；* 和 ** 分别表示 0.05 和 0.01 显著性，ns 表示不显著。下同。
2.2 对土壤全量养分的影响
由表3可知，在相同的化肥水平下，与 F 处理相比，BF 处理增加了土壤全氮、全磷、全钾的含量。
在相同的化肥水平下，BF1、BF2、BF3 处理的土壤全氮含量分别比 F1、F2、F3 提高了 18.59%、9.31%、 18.38%。BF1、BF2、BF3 处理的土壤全磷含量分别比 F1、F2、F3 提高了 43.03%、38.88%、54.64%。2022 年 12 月 10 日和 2023 年 8 月 20 日，BF 处理的土壤全磷含量均显著高于 F 处理。在 2022 年 9 月 20 日，除 BF1 外，BF 处理的土壤全磷含量均显著高于 F 处理。BF 处理之间差异均显著。BF1、BF2、BF3 处理的土壤全钾含量分别比 F1、F2、F3 提高了 34.35%、 18.82%、9.48%。4 个时期中，BF 处理的土壤全钾含量大多显著高于 F 处理，除 2022 年 9 月 20 日以外， BF 处理之间差异显著。综上所述，土壤全效养分作为土壤肥力的重要衡量标准，在添加甘蔗滤泥炭基肥后，土壤的全氮、全磷、全钾相较于传统施肥方式与减施化肥方式均得到了显著提高。
表3糖厂滤泥炭基肥对土壤全效养分的影响
2.3 对速效养分的影响
由表4可知，与 F 处理相比，BF 处理增加了土壤碱解氮、有效磷、速效钾的含量。
在相同的施肥水平下，BF1、BF2、BF3 处理的土壤碱解氮含量分别比 F1、F2、F3 提高了 24.21%、27.69%、24.08%。4 个时期中，BF 处理的碱解氮含量几乎都显著高于对应的 F 处理，BF 处理之间差异均显著。BF1、BF2、BF3 处理的土壤有效磷含量分别比 F1、F2、F3 提高了 42.07%、 37.32%、24.02%，BF 处理与 F 处理之间差异均显著。BF1、BF2、BF3 处理的土壤速效钾含量分别比 F1、F2、F3 提高了 31.23%、25.27%、21.87%。 4 个时期中，BF 处理的土壤速效钾含量几乎都显著高于对应的 F 处理。
表4糖厂滤泥炭基肥施用对土壤速效养分的影响
2.4 对土壤酶活性的影响
由表5可知，与 F 处理相比，BF 处理增加了土壤脲酶、蔗糖酶、磷酸酶的活性。
在相同的施肥水平下，BF1、BF2、BF3 处理的土壤脲酶活性分别比 F1、F2、F3 提高了 22.77%、 23.99%、7.22%。4 个时期中在相同的施肥条件下，BF 各处理的土壤脲酶活性几乎显著高于对应的 F 处理， BF 处理之间差异大多不显著。BF1、BF2、BF3 处理的土壤蔗糖酶活性分别比 F1、F2、F3 提高了 30.08%、 26.71%、22.09%。在相同化肥水平下，BF 处理的土壤蔗糖酶活性大多显著高于 F 处理，显著低于 N 处理。BF 处理之间大多无显著性差异。BF1、BF2、BF3 处理的土壤酸性磷酸酶活性分别比 F1、F2、F3 提高了 11.23%、11.23%、5.72%。2022 年 9 月 20 日，BF1 和 BF2 处理的土壤酸性磷酸酶活性显著低于 N 处理。 2022 年 12 月 10 日，BF 处理的土壤酸性磷酸酶活性与 F 处理相比差异不显著。2023 年 4 月 16 日，除 BF3 处理外，BF1 和 BF2 处理土壤酸性磷酸酶活性均显著高于对应的 F1 和 F2 处理。2023 年 8 月 20 日， BF 处理的土壤酸性磷酸酶活性与 F 处理差异不显著。
表5糖厂滤泥炭基肥对土壤酶活性的影响
2.5 对叶片养分含量的影响
由表6可知，与 F 处理相比，BF 处理大多增加了叶片全氮、全磷、全钾的含量。
在相同施肥水平下，BF1、BF2、BF3 处理的叶片全氮含量分别比 F1、F2、F3 提高了 3.62%、 5.54%、5.66%。4 个时期中，BF 处理的叶片全氮含量几乎显著高于对应的 F 处理，除 2022 年 9 月 20 日外，BF 处理之间差异显著。BF1、BF2 和 BF3 处理的叶片全磷含量分别比 F1、F2、F3 提高了 13.47%、6.18% 和 0.15%。4 个时期中，BF 处理的叶片全磷含量几乎显著高于对应的 F 处理。BF1、 BF2、BF3 处理的叶片全钾含量分别比 F1、F2、F3 提高了 7.63%、11.49%、12.70%。
表6糖厂滤泥炭基肥对叶片养分含量的影响
3 讨论
3.1 对土壤理化性质的影响
土壤含水率在一定程度上可以反映土壤墒情。本试验中施用甘蔗滤泥炭基肥后土壤含水率有增加趋势，研究结果与魏永霞等[16]发现施用生物炭提高黑土土壤含水量的结果一致。可能是滤泥中有机质制成的生物炭能与土壤结合形成微小的团聚结构，进而增加土壤对水分子的吸持能力，从而减少土壤水分散失的缘故[17]。
土壤 pH 是土壤理化性质的重要指标，与作物生长以及土壤的养分有效性、微生物群落结构等特征都密切相关[18]。与单施化肥处理相比，炭基肥显著提高了土壤 pH，说明炭基肥有利于缓解土壤酸化。这与阮泽斌等[19]发现化肥减氮中添加生物炭显著提高了土壤 pH 的研究结果类似。生物炭能够提高土壤 pH，其原因是生物炭呈碱性且含有钾、钠等盐基离子，可以提高土壤盐基离子饱和度[20]。
土壤有机质含量是评价土壤肥力最重要的指标，土壤有机质含量高能够促进土壤中微生物的繁殖，改善土壤理化性状，进而提高土壤肥力状况[21]。有研究发现，与不施肥相比，氮肥与生物炭配施能显著提高有机质含量[22]。本试验中施用甘蔗滤泥炭基肥显著增加了土壤有机质含量，这与前人研究结果一致。土壤有机质含量的提高，有利于土壤对氮、磷等养分的吸附，提高肥效[23]。
土壤养分可以分为全效养分和速效养分，全效养分指各种形态的氮、磷、钾等养分的总量，可以反映土壤对植物生长发育所需养分的持续供给能力；速效养分是指可以直接被植物吸收利用的养分，如有效磷、速效钾、碱解氮等[24]。在本试验中，全效养分和速效养分随着化肥水平提高而增加。与单施化肥处理相比，甘蔗滤泥炭基肥处理提高了全氮、全磷、全钾、有效磷、速效钾和碱解氮的含量，说明炭基肥延缓了化肥等营养成分的释放。与杨劲峰等[25]、汪坤等[26]、程凯乐[27]的研究进行对比，以甘蔗滤泥为原料制作的炭基肥，对土壤磷、钾养分含量的提高幅度均高于普通炭基肥，可能与糖厂滤泥中丰富的磷、钾等元素有密切关系，谭宏伟[28]的研究表明，糖厂滤泥中磷、钾含量分别可达 1.4% 和 0.7%。
生物炭具有稳定的性质、较强的吸附能力和丰富的孔隙结构等特点，提高了土壤对养分离子的吸附[29]。Schulz 等[30]认为，生物炭还可以通过产生可交换的络合物来吸附营养物质。因此，炭基肥料可以利用自身较强的吸附能力把养分吸附在生物炭周围。此外，生物炭丰富的孔隙结构可以起到保水保肥、缓释养分的作用，在作物生长后期仍能源源不断地释放养分，减少土壤养分流失风险，从而提高土壤肥力和肥料利用率[31]。
3.2 对土壤酶活性的影响
已有研究表明，炭基肥的施用可以提高土壤酶活性。Medeiros 等[32]和谢婷婷等[33]研究发现，生物炭的施用可以增加脲酶、蔗糖酶和酸性磷酸酶活性，本试验中，与单施化肥处理相比，甘蔗滤泥炭基肥处理提高了土壤脲酶、蔗糖酶和酸性磷酸酶活性，与前人的研究结果一致。总体来说，施用甘蔗滤泥炭基肥对柑橘不同时期土壤酶活性具有不同程度的提高作用，一方面是因为炭基肥良好的孔隙结构有利于土壤中的反应底物附着在其表面，加强酶促反应，进而提高土壤酶活性；另一方面酶分子也被吸附到炭基肥表面，保护酶促反应结合位点，抑制酶促反应，进而降低土壤酶活性[34-35]。
3.3 对叶片养分的影响
炭基肥促进植物养分吸收的作用显著，但施用效果受多种因素的影响。田福等[36]研究发现，生物炭与化肥减量配施可显著增加植物氮、磷、钾的积累量。在本试验中，施用炭基肥对叶片全氮、全磷含量影响最显著，对叶片全钾的影响相对较小。与单施化肥相比，炭基肥处理提高了叶片养分的吸收，可能是因为生物炭可以改善土壤质量，提高土壤酶活性，促进土壤微生物活动，加快土壤养分的循环，进而促进植物对养分的吸收[37-38]。
综合所得，本试验通过将甘蔗滤泥这一宗甘蔗产业上的大型废弃物制成生物炭，与化肥均匀混合形成甘蔗滤泥炭基肥后施用于柑橘果树，对土壤理化性质的改良、土壤肥力的提高、土壤酶活性的提高以及柑橘果树的生长均有积极的影响。此外，本研究发现，以甘蔗滤泥制作的炭基肥在施用后，与前人报道的炭基肥比较，糖厂滤泥制作的炭基肥能更显著地提高土壤磷、钾养分含量，除了柑橘产业以外，可以更针对性地应用在对土壤磷、钾养分有大量需求的作物上，减少化肥的施用，解决糖厂滤泥的资源化利用，促进农业的绿色可持续发展。
4 结论
（1）与单施化肥相比，炭基肥处理提高了土壤含水率、pH、有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、有效磷和速效钾含量。
（2）与单施化肥相比，炭基肥处理提高了土壤脲酶、蔗糖酶、酸性磷酸酶活性。
（3）与单施化肥相比，炭基肥处理提高了叶片全氮、全磷、全钾的含量。
（4）综合炭基肥土壤理化性质以及叶片养分含量的效果，减施 30% 化肥的炭基肥的效果最佳。