草木灰传统知识及其克服连作障碍原理.pdf

第48 卷第2 期2023年6 月文章编号：10 0 6-0 9 6 0（2 0 2 3）0 2-0 0 44-0 4草木灰传统知识及其克服连作障碍原理甘肃林业科技Journal of Gansu Forestry Science and TechnolgyVol.48 No.2Jun.2023郭鹏飞1,芦娟,陈翠莲？,王三英,王俊杰2（1.麦积区林草工作站，甘肃天水7 410 0 0；2.甘肃省林业科学研究院，甘肃兰州7 3 0 0 2 0）摘要：草木灰是传统多效物料，能防治农林病虫害、克服连作障碍，但其作用原理远非明了。以文献调研为主，辅以甘肃天水草木灰民间使用经验，总结分析草木灰传统知识，指出草木灰主要结构成分为生物炭，其防治农林病虫害、克服连作障碍的原理在于其强大的吸附性能，还可能与其碳纳米颗粒和孔隙纳米结构有关。作为草木灰的换代物料，生物炭将在实现双碳目标中大有作为。关键词：草木灰；传统知识；病虫害；连作障碍；生物炭；吸附中图分类号：S141.6The Traditional Knowledge of Plant Ash and its Principleof Overcoming Obstacles to Continuous Cropping文献标识码：Adoi:10.3969/j.issn.1006-0960.2023.02.012GUO Pengfei,LU Juan,CHEN Cuilian,WANG Sanying,WANG Junjie?(1.Forest and Grass Workstation of Maiji District,Tianshui Gansu 741000,China;2.Gansu Research Academyof Forestry Sciences and Technology,Lanzhou 730020,China)Abstract:Plant ash is a traditional multi-effect material,which can control agricultural and forestry pestsand overcome the obstacles of continuous cropping,but its mechanism is far from clear.Based on the literatureresearch and supplemented by the folk use experience of plant ash in Tianshui,Gansu province,the traditionalknowledge of plant ash was summarized and analyzed.It was pointed out that the main structural component ofplant ash was biochar,and the principle of its prevention and control of agricultural and forestry diseases andinsect pests and overcoming the obstacles of continuous cultivation lies in its strong adsorption performance,which may also be related to its carbon nanoparticles and pore nanostructures.As a replacement material forplant ash,biochar will play a great role in achieving the goal of double carbon.Keywords:Plant ash;traditional knowledge;pests and diseases;continuous cropping obstacles;biochar;adsorb草木灰堪称传统农林业的“百宝箱”。除了用作肥料，防治植物病虫害，克服连作障碍，改良土壤，拌种消毒，花卉嫁接，预防植物冻害、涝害、干热风，蔬菜大棚降湿，食用菌栽培，等等，草木灰都收稿日期：2 0 2 3-0 4-16作者简介：郭鹏飞（19 6 7 一），男，甘肃天水人，高级工程师，从事林木育苗工作。通讯作者：芦娟（19 8 3 一），女，甘肃兰州人，硕士，副研究员，从事林业科技信息工作。E-mail:第2 期能大显身手1-41,甚至被用于保健、洗涤、美容、饮食,治疗人畜疾病,鱼塘防病2.5-7 。如此多面手，但对其功效的作用原理，人们却知之甚少。知其然而不知所以然，传统知识就只能停留在经验层面而不能系统化，技术创新就难免盲目，千百次试错，以求侥幸中的。为此，本文以文献调研为手段，试就草木灰防治病虫害、克服连作障碍的原理论述一得之见，以期抛砖引玉，启发同仁。草木灰的使用传统由来已久，最早起源于刀耕火种，放火烧掉荒地杂草杂木，然后耕种，草木灰就地作肥料。春秋时代诗经小雅正月“燎之方扬，宁或灭之”8。燎指纵火，全句是说，烈火正在燎原，难道还能扑灭，说明当时烧荒现象十分常见。汉代淮南子主术训篇记载“昆虫未蛰，不得以火烧田”，战国时代吕氏春秋季夏纪解释“烧可以粪田畴，可以美土疆”元代王祯农书垦耕篇总结“凡垦群荒地，春日燎荒，草莱深者，至春烧荒易为开垦”8 。草木灰的使用最早见载于二千三百年前，战国时代礼记月令“仲夏之月毋烧灰”,秦代睡虎地秦简田律：“夏月，毋敢草为灰”8.9 。熱指焚烧，限制烧灰时间，表明当时烧用草木灰的现象很普遍8 。此后有关草木灰作肥料的记载逐渐增多，并涉及更多用途5.8,甚至元代鲁明善农桑衣食撮要记载“古人云无灰不种麦”18 。“二月二，龙抬头，打灰簸箕爆金花，家家户户炒金豆”,这是甘肃天水的民俗。金花指炒爆的玉米花，金豆指豌豆等豆类。打灰簸箕时，用簸箕盛草木灰，用擀面杖等棍棒敲打簸箕，把灰撒在墙脚四周、巷道等地，一边打一边念“二月二，龙抬头，跳蚤臭虫都抬头，一棒打到灰里头”。爆金花、炒金豆，打灰簸箕，均取意杀虫除害，祈盼五谷丰登。天花，又称出痘，属于小儿恶疾，因此吃金花金豆以求祛病灾。二月二之后，开始用牛耕种,要给牛添加精料，精料则为炒豆磨粉，生豆粉会引起腹胀。炒熟的豆子又称料豆，人难免先尝为快，相沿成习，再附会上祛痘就相沿成俗了。二月二习俗中涉及草木灰的防病治病功效，事实上，天水民间传统用草木灰除治农林蚜虫、红蜘蛛、锈病、腐烂病等病虫害，早晨露水未干之前撒施到叶面即可，或者刮除病灶涂施伤口。使用经验是，草木灰越新鲜越好，新烧成的灰效果最好，颜色越灰白越好，灶膛灰比炕灰好，煤渣过筛郭鹏飞等：草木灰传统知识及其克服连作障碍原理45的粉灰也有一定效果。天水传统用草木灰、炕土、旧墙土为肥，当地农谚称“陈墙老炕，产量猛上”甚至有歇后语“坚家河(地名）的墙炕土一一有劲哩”。天水土炕由称作子的土坏垒砌，炕腔砌成回旋烟道，用树叶、草末、草根、牛马粪之类填炕煨烧。土坏蓄热保温，土炕因而供暖平稳持久。黑烟的本质是细小炭粒，烟熏就是炭粒的渗入过程。高温熔融磷、钾等矿物养分可以与炭粒结合，并随炭粒渗入保留在炕坏中。因此，经烟熏火燎的炕坏肥力较高。土墙会通过毛细作用从潮湿的地基土壤中吸湿，然后逐渐干燥，作为“蒸发器”能够富集矿物养分，长此以往就会逐渐显现肥力。天水民间比较重视种麦使用草木灰拌种和作肥料，农谚称：“麦草烧灰完得紧，来年麦子好收成；麦草烧灰松又散，来年麦子减一半。”当地口语，事情做不好称“完了”，全句意指今年麦草不易烧透，明年麦子会增产；今年麦草容易烧透则明年麦子欠收。与此相似，天水民间还有烧灰克服花椒连作障碍的做法。花椒园清除老败植株，至少要轮作三年以上才能重新种植花椒，否则椒苗不能成活，即使成活也易生根腐病。伐倒败株，挖出老根，晒干后焚烧，翻入土中，即使原位补植椒苗也能成活，而且生长健壮，连作障碍基本消失。值得注意的是，北魏时的贾思齐民要术转引西汉晚期汇胜之书称，种桑时混合播种黍和椹子，收获黍后齐地面割倒桑苗，原地晒干，选择适当有风天气，放火烧掉，来春桑苗茂盛。贾思并介绍说，榆树、构树播种育苗当年也要割倒烧掉，否则生长缓慢。无疑，这种做法是刀耕火种向烧灰更新椒园过渡的形式。经验知识常体现为语，互联网搜索得到草木灰相关农3 1条。1）论述吸湿性能4条：草灰结成饼，天有风雨临；灶灰湿成块，定有大雨来；水缸穿裙山戴帽，灶灰结雨来到；灶灰潮作块，将有大雨来。2）论述通用性能12 条：种地无师傅，全靠灰粪土；灰要暴，粪要陈；干灰喂，增一倍；粪长肉，灰长骨；草木灰，单积揽，上地壮棵又增产；要得年成好，烧灰割冬草；冬积灰满缸，秋天谷满仓；勤填锅底勤掏灰，门前才有三大堆；灰粪打底，水粪滴；苗黄灌粪水，苗黑撒草灰；冷风冷雨秧要坏，放水撒灰盖被盖；麦子过冬雍遍灰，赛过冷天盖棉被。3）论述具体作物15条：无力不打铁，无灰不种麦；麦在灰里滚，收成靠得稳；46灰里芝麻泥里豆，麦子种早到老瘦；豌豆不要粪，只要灰来拼；蚕豆不要粪，只要灰里困；蚕豆一把灰，角角起堆堆；骨灰上棉花，狗粪上菜瓜；土豆上灰好，块大质量高；麻饼豆，豆饼花，灶灰地灰种地瓜；做瓦靠坏，种红薯靠灰。红茗丢把灰，结得起堆堆；一棵红薯一把灰，结得红薯一大堆；要想韭菜盛，多施灰与粪；要想韭菜好，只要灰里找；割时一把灰，韭菜堆成堆。值得注意的是，上述第三类谚语涉及的特殊作物中，小麦、芝麻连作障碍较重，原因是其根系释放化感物质较多。天水果农反映，果园套种小麦会“烧”死果树。所谓“烧”死果树，正是小麦根系化感物质抑制果树的体现10,连作障碍即属这类化感效应。明代朱国祯涌幢小品记载：开垦荒地要先种一年芝麻以促进草木残根腐烂；四川东南山区群众经验，伐竹开垦竹荒地，要先种一年芝麻，促使竹根腐烂，然后种杉木才有成效,原因同样是芝麻根系的他感效应。第三类谚语中，豆类有根瘤菌，土豆、红薯（红、地瓜）结生块茎或块根，韭菜宿根易生根，与一般作物相比，都要求土壤条件有所不同。第二类谚语表明，草木灰与主要提供养分的粪肥有所不同,第一类谚语则表明草木灰吸湿性很强。由此可见，草木灰能够提高特殊作物产量的关键就在于其吸湿性能。吸湿是吸附气态水分子的现象。扫描电子显微镜观察发现，草木灰颗粒呈长条状、块状、絮状或球状，堆积松散，表面粗糙，多孔隙12-14,与木炭、活性炭相似,均属于黑炭。黑炭指生物质的略微炭化物到黑烟颗粒物，包括自然野火或人为烧荒、化石燃料不完全燃烧的残留物15。亚马逊流域降雨丰沛，淋溶作用强烈，土壤贫，但人们却在当地发现一种肥沃黑土15.16 ,研究揭示其黑土是古代印第安人把垃圾烧成炭施人土壤而成17 。后来，人们认为黑土中的木炭可以保存数百年，能有效封存大气二氧化碳，因此提出土壤施黑炭作为碳汇的设想，并特称土壤所用黑炭为生物炭15.16 18 。木炭是木材不完全燃烧，或隔绝空气热解而成的黑色固体残物，保留了木材中的导管和死细胞空腔，加之热解造成的裂隙,因而疏松多孔。富碳材料隔绝空气经6 0 0 9 0 0 高温热解，再于40 0 9 0 0 经空气、二氧化碳、水蒸气等活化，于惰性气氛中冷却即成活性炭。中国工程院院士陈温福教授率领团队发明“组合式半封闭甘肃林业科技炭化炉和亚高温缺氧干馏制炭新工艺”可以大规模炭化农林废弃物制作生物炭19 。草木燃烧中，局部缺氧同样可以造成材料热解形成生物炭颗粒。活性炭的高吸附能力首先源于其丰富的孔隙壁面，木炭、生物炭同样因其多孔而具有强大的吸附能力。生物炭微观结构多由扭曲芳香环片层组成，具乱层结构，富含高度羧酸酯化、芳香化结构和脂肪族链状结构，包括羧基、酚羟基、羰基、内酯、吡喃酮、酸酐等基团,其中双键和芳香环极性结构进一步增强其吸附能力12.1516 ,暴露在空气中，某些基团会被氧化而失去极性。生物炭孔隙壁面可以吸附NH4t、NO、NH 3、K、P等养分，以及有机小分子,尤其疏水性有机小分子12.15。墙炕土有劲、亚马逊黑土肥沃，原因就在于草木灰中的生物炭颗粒能够吸附保持养分。连作障碍的成因，一是根系释放的残留化感物质，二是残留的土传病原菌。根系可能通过某些化感物质实现向湿生长2 0 ,因此根系可能普遍释放他感物质。草木灰中的生物炭颗粒渗人土壤，镶嵌在孔隙中，如同微型过滤器，会吸附化感物质，降低土壤水中的化感物质浓度，从而消弱化感性连作障碍。许多病原菌会通过化学信号招募同类向宿主聚集，只有数量足够克服宿主的免疫反应时才会致病，生物炭颗粒则吸附其招募信号分子,切断其信号联系而削弱病原菌侵染能力2 1。另外，草木灰降低土壤黏重性，提高土壤碱性，促进某些土壤有益微生物繁殖2 2 ,通过拮抗作用抑制病原菌 2 3 。至于草木灰除治病虫害作用的原理，传统解释认为草木灰碱性强，而病原微生物和一些聚集性昆虫偏喜酸性环境。其实，由上述分析可知，草木灰除治病虫害与其吸附性不无关系。病原微生物和红蜘蛛、蚜虫等聚集性昆虫都需要招募信号聚集为害，草木灰吸附其信号分子而抑制危害，新鲜草木灰中生物炭颗粒的基团未被氧化，吸附性能更强，因而除治效果更优。另外,草木灰中的碳纳米颗粒可进入生物体内2 4,碳纳米颗粒表面活性大，可能会干扰体量微小的病原微生物别昆虫的生长发育。还有研究认为，纳米结构的表面活性效应会强烈影响细菌的细胞壁，持续作用将拉伸甚至撕裂细胞壁，从而杀灭病菌2 5。草木灰中生物炭颗粒的各种基团呈纳米突起结构，可能也第48 卷第2 期是其杀菌的机制之一。草木灰作为传统多效物料在农林业中曾经发挥巨大作用，使用经验丰富。随着柴灶土炕的消失和化肥农药的普及，草木灰的使用不复盛况，逐渐被生物炭取代。草木灰主要结构成分为生物炭，通过吸附克服化感性和土传病原性连作障碍，其杀菌灭虫作用可能与其碳纳米颗粒和纳米结构的表面活性有关。如果能揭示草木灰杀菌灭虫作用的纳米机制，无疑有助于改进生物炭除治病虫害的性能。生物炭能在土壤中稳定存在数百年，有效增加碳汇。生物炭能够充分资源化利用农林剩余物，将在实现双碳目标中大有作为。参考文献：1吕云生,孙继.草木灰在农业上的十三种用途J.农村科学实验，2 0 0 2（10）：2 4.2刘福英.草木灰在农林上的应用.农技服务，2 0 16,3 3(11):88.3庞冉琦，赵海军,晃阳.草木灰在牡丹嫁接繁殖中的应用.北方园艺,2 0 0 3（1)：50.4李雪村,李正飞.巧用石灰、草木灰防连作菇房杂菌农技服务，19 9 5（1）：2 0.5许成委，卜凤贤，陈静.草木灰在古代生活中的再利用研究J.农业考古,2 0 10（1)：12-16.6许成委,陈静，卜凤贤，草木灰在古代医药领域中的再利用研究J.中国农学通报，2 0 10,2 6（6）：3 40-3 43.7丰硕.鱼塘施用草木灰好J.农村养殖技术，19 9 6（2：18.8林蒲田.草木灰施用考.农业考古，19 9 3（1)：7 8-80,86.9赵平安.也谈睡虎地秦简“夜草为灰”.中原文化研究，2018,6(6):64-68.10孙磊,陈兵林，周治国.麦棉套作系统中小麦根区化感物质对棉苗生长的影响J.棉花学报，2 0 0 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