黃壤旱地施用生物質炭對白菜養分吸收及品質的影響

2019-09-10 07:22:44劉元生陳祖擁蒲通達朱健

山地農業生物學報 2019年3期

劉元生陳祖擁蒲通達朱健

摘要：通過盆栽試驗及大田試驗對黃壤旱地施用不同比例的生物質炭，探討施用生物質炭對白菜養分吸收及品質的影響。結果表明：黃泥土、黃砂土施用5%～15%生物質炭能明顯的提高白菜產量，白菜植株中N、P、K含量出現不同程度的增加，其增幅的大小順序為P>K>N;而且白菜植株中Fe、Mn、Cu、Zn、B含量也出現不同程度的提高，白菜產量與植株Fe、Mn、Cu、Zn含量存在極顯著的正相關。黃泥土、黃砂土施5%～15%生物質炭后白菜植株中可溶性固形物、水溶性總糖含量出現不同程度的提高，而維生素C、硝酸鹽含量出現不同程度的下降;可溶性固形物、水溶性總糖、維生素C含量與Fe、Mn、Cu、Zn含量存在顯著性負相關，硝酸鹽含量則與N、K含量存在極顯著的負相關。黃壤旱地施用生物質炭能明顯促進白菜對養分的吸收，有利于提高白菜水溶性總糖的含量以及降低硝酸鹽的含量。

關鍵詞：黃壤;生物質炭;白菜;養分吸收;品質

中圖分類號：S15

文獻標識碼：A

文章編號：1008-0457（2019）03-0033-05 國際DOI編碼：10.15958/j.cnki.sdnyswxb.2019.03.007

Abstract：The pot experiment and field experiment were carried out to explore the effects of different proportions of biochar on the growth，nutrient uptake and quality of Chinese cabbage. The results showed that the application of 5%～15% biochar in yellow soil and yellow sand soil could significantly increase the yield of Chinese cabbage. The contents of N，P and K in Chinese cabbage plants increased with the increasing biochar in soil，and the growth rate of contents was P>K>N. In addition，the contents of Fe，Mn，Cu，Zn and B in Chinese cabbage plants increased to same extent after treated with biochar. There was a significant positive correlation between the yield of Chinese cabbage and the contents of Fe，Mn，Cu and Zn. The content of soluble solids and soluble sugar in cabbage plants increased significantly after applying 5%～15% biochar to yellow soil and yellow sand soil，while the content of vitamin C and nitrate decreased significantly. The contents of soluble solids，soluble sugar and vitamin C in Chinese cabbage plants were significantly negatively correlated with the contents of Fe，Mn，Cu and Zn，and there was a significant negative correlation between nitrate content and N and K contents. The application of biomass charcoal in the dryland of yellow soil can significantly promote the absorption of nutrients in Chinese cabbage，and also increases the content of soluble sugar and reduce the content of nitrate.

Key words：yellow soil; biochar; Chinese cabbage; nutrient absorption; quality

白菜是中國南方常年種植的主要蔬菜之一，白菜產量及品質與土壤養分含量水平及施肥技術密切相關，土壤中保持適宜的養分數量及其合理比例有利于提高蔬菜的品質。生物質炭含大量的穩定芳香族結構化合物及豐富的P、K、Ca、Mg等礦物元素，生物質炭作為土壤調理劑已廣泛應用于不同區域的土壤改良[1-6]。生物質炭不僅可以提高土壤孔隙度和比表面積，調節土壤通透性，提高土壤保水能力，而且可以增加土壤生物有效性養分的數量，促進作物生長及改善作物品質[7-10]。施用生物質炭果蔬增產效應顯著，而生物質炭類型及施用量是影響設施土壤肥力與果蔬產量的關鍵因素[1]。此外，生物質炭可作為微生物肥料接種菌的載體，增加接種菌在土壤中存活率及對植物的侵染，有利于促進植物根際微生物多樣性及土壤酶活性，提高西芹產量[4]。然而，生物質炭施用的土壤改良及增產效果受氣候條件、土壤類型及作物種類等的影響明顯，如何提高生物質炭在農業生產中的應用效果及生態效益是當前需要解決的主要問題之一。近年來，在生物質炭對蔬菜地土壤理化性質以及不同蔬菜品種的產量和品質影響方面進行了較多的研究，施用生物質炭能顯著提高小白菜的產量，同時可降低小白菜中的硝酸鹽含量[5]，以及顯著提高小白菜可溶性蛋白質和維生素C含量 [7]。目前對生物質炭施用影響作物養分吸收方面主要集中在N、P、K大量元素[10-16]，而對作物微量元素吸收的研究相對較少。因此，本研究以貴州中部黃壤類旱作土為對象，探討生物質炭施用對白菜植株中N、P、K及微量元素吸收量的影響及其品質的變化，為黃壤區土壤有機培肥及蔬菜產業的可持續發展提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 供試材料

盆栽試驗土壤采自貴陽市花溪區黔陶鄉馬場村蔬菜生產基地由砂巖發育的黃砂土（pH 5.0、有機質15.10 g/kg、堿解氮12 mg/kg、有效磷0.9mg/kg、速效鉀22 mg/kg）及頁巖發育的黃泥土（pH6.8、有機質30.41 g/kg、堿解氮93 mg/kg、有效磷2.4 mg/kg、速效鉀92 mg/kg），取表層土壤（0～20 cm）均勻混合過5 mm篩備用。試驗用的生物質炭以馬尾松鋸末添加豬糞為原材料，使用小型炭化爐炭化而得。復合肥為市場購買產品，白菜種植品種為晉菜3號。

1.2 盆栽試驗

盆栽試驗于2017年4月中旬至6月下旬在貴州大學實驗農場進行。采用土壤（黃泥土、黃砂土）+復合肥（養分≥45%，N-P2O5-K2O 15-15-15）+生物質炭（不同比例組合）進行試驗設計，試驗設4個處理，每盆分別將不同比例的生物質炭量（按0、50、100、150 g/kg土）、10 g復合肥與5 kg土壤混合均勻后裝入塑料缽中，每個處理重復2次。選擇生長較一致的白菜幼苗移栽，每盆移植2株，試驗過程中時常澆水，保持白菜良好生長，待白菜種植30天后，每盆取1株測定株高及地上部生物量;到移栽60天收獲另外一株白菜地上部稱取產量，并采集植株樣品，部分樣品70℃烘干后磨樣備用。

1.3 大田試驗

大田試驗于2017年4月下旬至7月上旬在黔陶鄉馬場村蔬菜基地進行，土壤為黃砂土（pH 6.4、有機質32.56 g/kg、堿解氮118 mg/kg、有效磷10.0 mg/kg、速效鉀136 mg/kg）。大田試驗設4個處理，隨機組合排列，每處理重復2次，試驗小區（8 m2）按0%、5%、10%、15%生物質炭量均勻混合施在表層土壤（0～10 cm）中，每平方米表土（0～10 cm）按120 kg計算。待白菜移栽30天后，每小區取5株測定株高及地上部生物量;到移栽60天每小區取5株稱取產量，并采集植株樣品，部分樣品70℃烘干后磨樣備用。

1.4 樣品測定方法

利用烘干后白菜樣品測定植株中N、P、K、Fe、Mn、Cu、Zn、B等含量，新鮮樣品測定植株中可溶性固形物、水溶性總糖、維生素C、硝酸鹽的含量。白菜樣品采用H2SO4-H2O2消煮后，利用開氏定氮法測定全氮，釩鉬黃比色法測定全磷，火焰光度計法測定全鉀。此外，白菜樣品采用干灰化法灰化后，利用原子吸收分光光度法（AAS法）測定鐵、錳、銅、鋅的含量，利用姜黃素法測定硼的含量。白菜植株中可溶性固形物采用折射儀法測定、水溶性總糖采用蒽酮法測定、維生素C采用2，6-二氯酚靛酚法測定、硝酸鹽采用酚二磺酸比色法測定[13]。

2 結果與分析

2.1 生物質炭施用對白菜生長及產量的影響

從白菜移栽30天后測定的株高及地上部生物量來看（表1），盆栽條件下黃泥土、黃砂土施用5%～15%的生物質炭后，白菜株高比對照處理（未施用炭）分別增加16.48%～81.32%、8.75%～43.75%，白菜地上生物量則分別比對照提高16.97%～95.02%、14.07%～55.79%;到移栽60天后，白菜產量則分別比對照增加11.66%～64.80%、21.68%～53.17%;黃泥土、黃砂土施用生物質炭有利于促進白菜植株生長。

2.2 生物質炭施用對白菜養分吸收的影響

從表2中看出，生物質炭施用量在5%～15%時，白菜植株對不同營養元素的吸收量也發生明顯的變化。盆栽條件下黃泥土、黃砂土施炭后白菜植株氮含量分別比對照增加21.85%～64.24%、26.92%～30.77%，植株磷含量分別比對照提高26.19%～90.48%、47.62%～76.19%，而植株鉀含量則分別增加3.39%～67.80%、16.04%～79.25%。從大田試驗來看，黃砂土施炭后白菜植株氮、磷、鉀含量分別比對照高出6.59%～33.52%、52.78%～72.22%、7.50%～63.33%。可見，黃泥土、黃砂土施炭后白菜植株中N、P、K含量出現不同程度的增加，其增幅的大小順序為P>K>N。

從表2也看出，白菜對不同種類微量元素的吸收量出現較大差異，其含量大小順序為Fe、Mn>Zn>Cu>B，這些微量元素隨土壤施炭量的增加而出現不同程度的提高。在盆栽條件下黃泥土、黃砂土施用5%～15%的生物質炭后，白菜植株Fe含量分別比對照高出17.19%～63.37%、41.68%～57.45%，植株Mn含量則分別提高 19.57%～86.12%、16.77%～

2.3 生物質炭施用對白菜品質的影響

由表3看出，黃泥土、黃砂土施用5%～15%生物質炭下，盆栽種植60天后白菜植株的可溶性固形物、水溶性總糖、維生素C、硝酸鹽含量均出現明顯的變化。其中，白菜植株中可溶性固形物含量分別比對照提高3.79%～18.24%、9.84%～57.60%，而水溶性總糖含量則分別提高7.68%～31.11%、2.76%～19.52%;但白菜植株中維生素C含量分別下降9.75%～21.33%、7.14%～32.86%，硝酸鹽含量也降低4.24%～30.82%、12.71%～29.16%。

從大田試驗來看，黃砂土施炭后白菜植株中可溶性固形物、水溶性總糖含量分別比對照提高7.77%～14.49%、53.20%～76.85%，而白菜植株中維生素C、硝酸鹽含量則分別降低39.07%～48.37%、3.47%～32.23%。因此，黃泥土、黃砂土施用生物質炭后，白菜植株中可溶性固形物、水溶性總糖含量出現不同程度的提高，而維生素C、硝酸鹽含量出現不同程度的下降。

從白菜產量及品質指標與植株養分指標的相關系數來看（表4），白菜產量與植株N、P、K、B含量存在一定程度的正相關，但與Fe、Mn、Cu、Zn含量存在極顯著的正相關。從白菜的品質指標來看，白菜植株中可溶性固形物含量與Cu、Zn含量存在極顯著性負相關，與Fe、Mn含量有顯著的負相關關系;而植株水溶性總糖含量與Fe、Cu含量存在極顯著性負相關，與Mn、Zn含量存在顯著的負相關關系。此外，白菜植株中維生素C含量與Fe、Mn、Cu、Zn含量存在極顯著性負相關，但植株硝酸鹽含量與N、K含量有極顯著的負相關關系。可見，白菜產量及品質變化與植株微量元素吸收量存在明顯的關聯性，施用生物質炭有助于提高白菜對主要養分元素及微量元素的吸收，特別是提高植株對Fe、Mn、Cu、Zn的吸收有利于增加白菜產量以及白菜可溶性固形物、水溶性總糖的含量，但也造成植株維生素C含量出現一定程度的下降。因此，確定不同類型土壤及蔬菜品種的合理施炭量及其增產效應還需要進行深入的研究。

3 結論與討論

黃泥土、黃砂土施用5%～15%生物質炭有利于促進白菜植株生長，能明顯的提高白菜產量，其增產效果與土壤性質及施炭量密切相關。黃泥土、黃砂土施炭后白菜植株中N、P、K含量出現不同程度的增加，其增幅的大小順序為P>K>N。此外，黃泥土、黃砂土施炭后白菜植株中Fe、Mn、Cu、Zn、B含量也出現不同程度的提高。白菜產量變化與植株養分吸收量存在明顯的關聯性，白菜產量與植株N、P、K、B含量存在一定程度的正相關，但與Fe、Mn、Cu、Zn含量存在極顯著的正相關關系。張登曉等[5]研究溫室盆栽中施用生物質炭能顯著提高小白菜的產量，同時可降低小白菜中硝酸鹽含量;孫雪等[7]盆栽試驗下施用豬糞生物質炭較相應量豬糞廄肥處理的小白菜產量出現明顯的提高，隨著豬糞炭施用量的增加，小白菜氮、磷、鉀吸收量均表現出增加，施用豬糞生物質炭顯著提高小白菜可溶性蛋白質和維C含量，而硝酸鹽含量顯著降低。因此，施用適量的生物質炭有助于提高白菜對N、P、K及Fe、Mn、Cu、Zn等元素的吸收，從而提高白菜的產量。

黃泥土、黃砂土施用5%～15%生物質炭后，白菜植株中可溶性固形物、水溶性總糖含量出現不同程度的提高，而維生素C、硝酸鹽含量出現不同程度的下降。白菜植株中可溶性固形物含量與Cu、Zn含量存在極顯著性負相關，與Fe、Mn含量有顯著的負相關關系;而植株水溶性總糖含量與Fe、Cu含量存在極顯著性負相關，與Mn、Zn含量也有顯著的負相關關系。此外，白菜植株中維生素C含量與Fe、Mn、Cu、Zn含量存在極顯著性負相關，但植株硝酸鹽含量與N、K含量存在極顯著的負相關，白菜品質變化與植株養分吸收量也存在顯著的關聯性。劉曉雨等[2]田間試驗下添加不同生物質炭組分能顯著降低收獲期小白菜地上部硝酸鹽含量，添加水洗生物質炭提高了高肥力土壤中小白菜地上部維生素C含量，小白菜地上部硝酸鹽含量與鉀含量呈極顯著負相關關系;賈茹等[15]研究有機肥與無機肥料配施能提高白菜產量和對養分吸收的能力，有利于促進白菜對氮、磷、鉀和鈣的吸收，收獲期白菜體內鈣含量與產量線性相關。本研究也表明，施用生物質炭有助于提高白菜對主要養分元素及微量元素的吸收，特別是提高植株對Fe、Mn、Cu、Zn的吸收有利于增加白菜產量，以及白菜可溶性固形物、水溶性總糖的含量，但也造成植株維生素C含量出現一定程度的下降。因此，施用生物質炭時不僅要配施一定比例的氮、磷、鉀肥，還要補充施用適量的微量元素，才能更有利于白菜對營養元素的平衡吸收，實現白菜優質高產的栽培，這方面還值得進一步研究。

參考文獻：

[1] 肖婧，王傳杰，黃敏，等.生物質炭對設施大棚土壤性質與果蔬產量影響的整合分析[J].植物營養與肥料學報，2018，24（1）：228-236.

[2] 劉曉雨，劉成，王賀東，等.添加生物質炭不同組分對不結球白菜產量和品質的影響[J].南京農業大學學報，2018，41（ 6）：1070-1077.

[3] 劉玉學，王耀鋒，呂豪豪，等.不同稻稈炭和竹炭施用水平對小青菜產量、品質以及土壤理化性質的影響[J].植物營養與肥料學報，2013，19（6）：1438-1444.

[4] 楊冬艷，王學梅，馮海萍，等.生物質碳對設施西芹根際微生物及土壤酶活性的影響[J].廣東農業科學，2017，44（1）：82-87.

[5] 張登曉，周惠民，潘根興，等.城市園林廢棄物生物質炭對小白菜生長、硝酸鹽含量及氮素利用率的影響[J].植物營養與肥料學報，2014，20（6）：1569-1576.

[6] 俞映倞，薛利紅，楊林章，等.生物炭添加對酸化土壤中小白菜氮素利用的影響[J].土壤學報，2015，52（4）：759-767.

[7] 孫雪，劉琪琪，郭虎，等.豬糞生物質炭對土壤肥效及小白菜生長的影響[J].農業環境科學學報，2016，35（9）：1756-1763.

[8] 王冬冬，徐琪，楊洋，等.基施生物質炭對菜用大豆植株營養吸收及土壤養分供應初報[J].大豆科學，2013，32（1）：72-75.

[9] 李冬，陳蕾，夏陽，等.生物炭改良劑對小白菜生長及低質土壤氮磷利用的影響[J].環境科學學報，2014，34（9）：2384-2391.

[10] 周加順，鄭金偉，池忠志，等.施用生物質炭對作物產量和氮、磷、鉀養分吸收的影響[J].南京農業大學學報，2016，39（ 5）：791-799.

[11] 李淑儀，鄭惠典，廖新榮，等.施用中量微量元素對小白菜產量和硝酸鹽含量的影響[J].生態環境學報，2004，13（3）：441-444.