生物炭添加對設施茄子磷吸收及利用率的影響

陳新 徐欣 曲紅云

摘要 以設施茄子為研究對象，探究生物炭添加對設施茄子磷吸收及產量的影響，選取常規水肥處理（WF）、常規水肥+生物炭（WFB）以及減水減肥+生物炭（80%W80%FB）處理，分析添加生物炭對茄子磷吸收量及利用效率的影響。結果表明，與常規水肥處理相比，常規水肥+生物炭處理產量為54.88 t/hm2，增加4.28%（P<0.05），茄子磷的吸收量為13.99 kg/hm2，增加11.74%（P<0.05），磷的吸收效率、利用效率和偏生產力分別增加11.80%（P<0.05）、160.83 kg/kg（P<0.05）和4.28%（P>0.05）;減水減肥+生物炭處理產量為 52.79 t/hm2，增加0.30%（P>0.05），茄子磷的吸收量為13.73 kg/hm2，增加9.58%（P>0.05），磷的吸收效率、利用效率和偏生產力分別增加9.67%（P>0.05）、11.66 kg/kg（P>0.05）和25.38%（P<0.05）。綜上所述，施加生物炭可以促進植株對磷的吸收利用、增加作物產量、減少土壤中的肥料殘留。

關鍵詞 生物炭;設施茄子;磷吸收;利用率;產量

中圖分類號 S641.1 ?文獻標識碼 A ?文章編號 0517-6611（2020）19-0149-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2020.19.040

Abstract Taking eggplant in facility vegetable field as the research object， effects of biochar addition on phosphorus absorption and yield of eggplant were explored. Regular irrigation and fertilizer treatment （WF）， regular irrigation and fertilizer + biochar （WFB）， and reducing irrigation and reducing fertilizer + biochar （80%W80%FB） were selected and then effects of biochar addition on phosphorus absorption and utilization efficiency were analyzed. The results showed that in the regular irrigation and fertilizer + biochar treatment， yield was 54.88 t/hm2， which increased by 4.28% （P<0.05） compared to that in the regular irrigation and fertilizer treatment;the absorption of phosphorus in eggplant was 13.99 kg/hm2， which increased by 11.74% compared to the regular irrigation and fertilizer treatment （P<0.05）;the absorption efficiency， utilization efficiency and partial productivity of phosphorus increased by 11.80% （P<0.05）， 160.83 kg/kg （P<0.05）， and 4.28% （P>0.05）， respectively. In reducing irrigation and reducing fertilizer + biochar treatment， yield was 52.79 t/hm2， which increased by 0.30% （P<0.05） compared to the inregular irrigation and fertilizer treatment;the phosphorus absorption of eggplant was 13.73 kg/hm2， which was an increase of 9.58% （P>0.05） compared to the regular irrigation and fertilizer treatment;the absorption efficiency， utilization efficiency and partial productivity of phosphorus increased by 9.67% （P>0.05）， 11.66 kg/kg （P>0.05）， and 25.38% （P<0.05）， repectively. In summary， the application of biochar in the facility eggplant field could promote the absorption and utilization of phosphorus by plants， increase vegetable yields and reduce fertilizer residues in soil.

Key words Biochar;Eggplant in facility vegetable field;Phosphorus absorption;Utilization rate;Yield

基金項目 國家科技部重點研發計劃項目“農田氮磷淋溶損失污染與防控機制研究”（2016YFD0800100）;東北農業大學寒地黑土利用與保護重點實驗室項目“不同水肥管理對設施菜田黑土氮淋溶的影響”。

作者簡介 陳新（1993—），男，河北承德人，碩士研究生，研究方向：植物營養。*通信作者，教授，博士，從事土壤生態與植物營養方面的研究。

收稿日期 2020-05-08;修回日期 2020-06-06

隨著我國農業的發展，以蔬菜為主體的設施園藝在農業經濟方面貢獻越來越大[1]，我國的設施園藝面積占世界總面積的85%以上，一直穩居世界第一，其中蔬菜和西（甜）瓜種植面積占世界總面積的90%以上，年人均供應量近200 kg[2];同時由于設施園藝的發展還創造了近7 000萬個就業崗位，大大提高了鄉村居民人均收入[3]。設施園藝在種植過程中為了追求更高的經濟收益，肥料大量投入和盲目灌溉等現象普遍存在，造成未能被植株吸收的養分，在土壤中大量損失[4-5]，并通過土壤間隙向下遷移[6]，流失進入到水體中[7]，加劇農業面源污染和水體富營養化[8]，極大地危害了生態環境。磷素是作物生長過程中必不可少的營養元素之一，影響茄子的生理生化過程，促進植株的生長發育[9]，所以磷肥的施用量一直普遍偏高[10-11]，使得磷肥的當季利用率一般只有10%～25%[12]。設施菜田肥料對環境造成的污染是目前設施菜田面臨的嚴峻挑戰。

生物炭是由秸稈等廢棄有機物在缺氧條件下通過低溫熱解產生的一種有機質含量豐富的固態物質[13]，具有孔隙度大、含水量充足、保持土壤養分等特點，能增加根系對土壤中營養物質的吸收面積，在提高植株養分吸收能力和促進作物生長發育方面發揮重要作用[14-15]。研究表明施用生物炭可以顯著提高茄子的產量[15-17]。生物炭還具有極強的吸附性[18]，可以作為一種新型的土壤改良劑，固定土壤中的有機物[19-20]，降低土壤中氮、磷的流失和淋失[21]。但也有研究表明施加生物炭對作物增產效應不明顯甚至減產[22]。雖然土壤中施加生物炭能夠提高作物產量，減少土壤中養分的殘留，但目前關于生物炭在東北黑土區設施園藝栽培應用等方面的研究較少，筆者以此為切入點，探究了生物炭添加對設施茄子產量、植株磷吸收量和磷肥利用率的影響，旨在為生物炭在東北地區設施茄子生產中應用提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗在黑龍江省農業科學院園藝分院（126°39′E，45°37′N）內進行，每棟設施大棚的面積為 324 m2（27 m×12 m），每個小區面積為 18 m2（6 m × 3 m）。茄子種植壟距為1 m，壟間距為0.5 m，每壟種植2行，品種為龍雜201，土壤為草甸黑土，供試土壤基本理化性質見表1[23]。

1.2 試驗設計

共設置常規水肥處理（CK）、常規水肥+生物炭（WFB）和減水減肥+生物炭（80%W80%FB）3個處理，每個處理重復3次。①常規水肥處理（CK）：常規施肥為施用有機肥（有機質含量 ≥ 40%）5 t/hm2，化肥施用量為純 N 72 kg/hm2、P2O5 72 kg/hm2 和 K2O 110 kg/hm2，作為基肥混合后一次性施入，施用深度為 0 ～ 30 cm。茄子生長至盛果期進行2次追肥，第一次追肥（6月22日）為施用純 N 70 kg/hm2，第二次追肥（7月23日）施用純N 23 kg/hm2和K2O 113 kg/hm2，追肥方式為穴施。茄子移栽后進行灌水27 m3/hm2;開花期后每隔 7～10 d灌水一次，灌水量約45 m3/hm2，灌溉方式均為滴灌。茄子在尾果期前停止灌溉。②常規水肥+生物炭（WFB）：施用基肥時混入30 t/hm2的生物炭，其余施用基肥的種類、施用量和施用時間均與CK相同。追肥的種類、施用量和追肥時間也與CK相同。灌溉量和灌溉時間與CK也相同。③減水減肥+生物炭（80%W80%FB）：常規施肥為有機肥（有機質含量≥ 40%）5 t/hm2，化肥施用量為純 N 57.6 kg/hm2、P2O5 57.6 kg/hm2 和K2O 88 kg/hm2，并添加30 t/hm2的生物炭，作為基肥混合后一次性施入，施用深度為 0～30 cm。茄子生長至盛果期進行2次追肥，第一次追肥為施用純N 56 kg/hm2，第二次追肥施用純N 18.4 kg/hm2和K2O 90.4 kg/hm2，追肥時間和追肥方式與CK相同。茄子移栽后進行灌水21.6 m3/hm2;開花期后灌水量約36 m3/hm2，灌溉時間和灌溉方式與CK相同。茄子在尾果期前停止灌溉。茄子育苗結束后，均為人工進行栽植，并用黑色地膜覆蓋栽培。除灌溉采用滴灌設備外，其余田間管理均采用人工操作進行。

1.3 樣品采集與測定

1.3.1 樣品采集及處理。

茄子從門茄時（6月17日）開始進行第一次采摘，后期每隔7～10 d采摘一次，共采集 13 次;每次將茄子樣品帶回實驗室烘干粉碎，進行測定。茄子植株在拉秧期（10月4日）統一進行收割，將整株茄子的根、莖、葉分開，處理方式和果實相同。

1.3.2 樣品測定及計算。

植株磷含量采用鉬銻抗比色法測定。植株磷素吸收量（kg/hm2）= 植株干物質量×植株磷素含量;磷素吸收效率=作物吸磷量/作物全生育期施磷量×100%;磷素利用效率（kg/kg）=作物產量/作物全生育期內吸磷量;磷肥偏生產力（kg/kg）=作物產量/作物全生育期期內施磷量。

1.4 數據處理與分析

采用 Excel 2019進行數據處理，SPSS 20.0 進行分析，并用 Duncan多重比較法對不同處理進行差異顯著性檢驗。

2 結果與分析

2.1 生物炭添加對茄子產量及生物量的影響

生物炭添加對茄子產量及生物量的影響見表2。由表2可知，生物炭添加可以增加茄子的產量，其中WFB的產量最高為54.88 t/hm2，與WF相比產量增加4.28%（P<0.05），80%W80%FB處理比WF產量增加0.30%（P>0.05），但未達差異顯著水平（P>0.05）。生物炭添加對茄子生物量的影響較小，與WF處理相比，WFB生物量表現為增加，并未達差異顯著水平（P>0.05），而80%W80%FB生物量比WF略有降低，也未達差異顯著水平（P>0.05）。

2.2 生物炭添加對茄子不同部位磷吸收量和干物質積累量的影響

生物炭添加對茄子磷吸收的影響見圖1。由圖1可知，茄子總的磷吸收量在12.52～13.99 kg/hm2，其中WFB的總磷吸量最高，為 13.99 kg/hm2，較WF增加11.74%（P<0.05）。與WF處理相比，WFB和80%W80%FB可顯著提高茄子磷的吸收量，分別增加29.21%（P<0.05）、26.55%（P>0.05）。WFB和80%W80%FB與WF相比，葉、莖、根的磷吸收量均呈下降趨勢，葉、莖的磷吸收量均未達顯著水平（P>0.05），但WFB根的磷吸收量顯著降低41.67%（P<0.05），80%W80%FB根的磷吸收量顯著降低50.00%（P<0.05）。

生物炭添加茄子對不同部位干物質積累量的影響見圖2。由圖2可知，生物炭對茄子果實干物質積累量有顯著影響，WFB果實干物積累量比WF增加41.62%（P<0.05），80%W80%FB比WF果實干物質累積量增加39.94%（P<0.05）;但生物炭添加對茄子根、莖、葉干物質累積量影響較小，均未達差異顯著水平（P>0.05）。

2.3 生物炭添加對茄子磷利用的影響

生物炭添加對磷利用的影響見表3。由表3可知，WFB的磷吸收效率為19.43%，比WF增加11.80%（P<0.05），80%W80%FB與WF未達差異顯著水平（P>0.05）;添加生物炭后磷利用效率和偏生產力也有所提高，與WF相比，WFB和80%W80%FB磷利用效率分別增加160.83和11.66 kg/kg;80%W80%FB的磷偏生產力最高，為916.49 kg/kg，比WF增加25.38%（P<0.05），WFB與WF的磷偏生產力未達差異顯著水平（P>0.05）。

3 結論與討論

生物炭的添加可以促進設施茄子對磷的吸收和利用，常規水肥添加生物炭處理茄子磷的吸收量為13.99 kg/m2，磷的吸收效率為19.43%，磷的偏生產力為762.22 kg/kg;減水減肥添加生物炭處理茄子磷的吸收量為13.72 kg/hm2。生物炭的添加可以增加設施茄子的產量，常規水肥添加生物炭處理茄子產量為54.88 t/hm2，顯著高于常規水肥處理;減水減肥+生物炭處理茄子產量為52.79 t/hm2也略高于常規水肥處理。因此，生物炭可以作為設施菜田茄子減少肥料用量增加產量的一種手段。

植物所能利用的磷大部分均來源于土壤，而土壤中磷素的總含量僅為 0.02%～0.20%（P2O5 0.05%～0.46%）[24]。土壤中磷的轉化方式主要包括沉淀和溶解、吸附和解吸，無機磷的生物固定以及有機磷的礦化等一系列復雜的生物化學過程[25]。生物炭作為土壤改良劑，具有改善土壤-植物系統中氮和磷循環利用的能力[26]，隨著生物炭施用量的增加，土壤-生物炭濾液中氮、磷養分含量顯著降低[27]。研究中常規水肥添加生物炭、減水減肥添加生物炭比常規水肥處理總的磷吸收量都有提高，說明生物炭的添加使土壤中植物可利用的磷含量增多，從而促進了茄子對磷的吸收及利用，主要原因是生物炭孔洞疏松，可以為土壤中的微生物提供合適的分解環境，不僅可以加快土壤中磷的轉化速率[28]，還能提高土壤中磷的轉化能力，加速了有效磷的生成[29]，使土壤中有效磷含量增加，促進植株對磷的吸收利用。研究顯示生物炭的添加可以增加茄子的產量，與李中陽等[30]的研究結果基本一致，說明生物炭的添加對茄子產量的增加有明顯的促進作用。相對于常規水肥，減水減肥添加生物炭處理對茄子產量增產的效應較低，主要原因減水減肥對茄子產量影響較大，會降低茄子的產量[31]，而生物炭具有很強的保水能力[32]，可以減少水分的向下滲透，促進植株對水分的吸收，同時生物炭添加后與肥料相互作用提升肥料的利用效率[33]，促進植物對養分的吸收利用。這進一步說明生物炭的添加對提高作物產量及促進作物對養分的利用具有重要作用。

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