不同溫度蔗渣基生物炭對(duì)辣椒產(chǎn)量及氮肥利用率的影響

張文　曾建華　符傳良

摘要 通過(guò)辣椒田間試驗(yàn)研究在不同的炭化溫度下，蔗渣基生物炭對(duì)辣椒產(chǎn)量和氮肥利用率的影響。結(jié)果表明，炭化溫度分別為300、500、700 ℃下蔗渣基生物炭可增加辣椒產(chǎn)量3.5%～11.7%，其中500 ℃蔗渣基生物炭增產(chǎn)11.7%；300、500 ℃蔗渣基生物炭辣椒地上部氮吸收量比全化肥處理分別提高6.3%和16.5%，氮肥利用率分別提高2.4個(gè)百分點(diǎn)和6.3個(gè)百分點(diǎn)；比習(xí)慣施肥分別提高4.9個(gè)百分點(diǎn)和8.8個(gè)百分點(diǎn)。

關(guān)鍵詞 辣椒；蔗渣基生物炭；產(chǎn)量；氮肥利用率

中圖分類號(hào) S641.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-5739（2016）07-0065-03

Abstract A field test was set up in order to investigate the effects of bagasse biochar under different temperatures on yield and nitrogen use efficiency of Capsicum.The results showed that carbonization temperature was 300 ℃，500 ℃ and 700 ℃ of bagasse biochar increased capsicum yield 3.5%～11.7%，top of capsicum N uptake than NPK（fertilizer）treatment increased by 6.3% and 16.5% respectively with 300 ℃ and 500 ℃ of bagasse biochar，nitrogen use efficiency increased by 2.4 percentage points and 6.3 percentage points respectively，and 4.9 percentage points and 8.8 percentage points higher than that of conventional fertilization.

Key words Capsicum；bagasse biochar；yield；nitrogen use efficiency

生物質(zhì)炭（Biochar）是由生物質(zhì)在完全或部分缺氧的情況下經(jīng)高溫裂解、去除混合可燃?xì)怏w和焦油后得到的一類高度芳香化難熔性固態(tài)物質(zhì)，常見(jiàn)的生物質(zhì)炭包括木炭、竹炭、秸稈炭等。生物質(zhì)炭的元素組成主要包括碳（一般高達(dá)60%以上）、氫、氧、硫、氮等，其次為灰分元素。生物質(zhì)炭的含碳量與生物質(zhì)最終炭化溫度有關(guān)，隨著最終炭化溫度的升高，其含碳量增加，氫和氧的含量降低，灰分含量亦有所增加[1]。生物質(zhì)炭具有多孔性、高比表面積，施入土壤后對(duì)土壤容重、孔性、CEC、微粒大小分布、吸附解吸特征都有一定影響。

生物質(zhì)炭不僅能有效地改良土壤，而且對(duì)作物產(chǎn)量有一定的影響。因?yàn)樯镔|(zhì)炭中含有豐富的有機(jī)大分子和空隙結(jié)構(gòu)，施入土壤后又較易形成大團(tuán)聚體，因而可能增進(jìn)土壤的養(yǎng)分離子吸附和保持。劉世杰等[2]的研究結(jié)果表明，生物質(zhì)炭能夠促進(jìn)玉米苗期的生長(zhǎng)，株高、莖粗分別比對(duì)照有所增加；張萬(wàn)杰等[3]報(bào)道不同氮素水平下，生物質(zhì)炭與氮肥配施可以提高菠菜產(chǎn)量，明顯增加氮肥當(dāng)季利用效率；陳 琳等[4]發(fā)現(xiàn)生物質(zhì)炭基肥處理下水稻，炭基肥處理施氮量減少19.94%，但水稻的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量提高6.70%，提高了水稻產(chǎn)量和氮肥利用率；俞映倞等[5]發(fā)現(xiàn)生物炭添加顯著增加了小白菜的產(chǎn)量及氮素累積量，有效降低了土壤速效氮含量；靖 彥等[6]發(fā)現(xiàn)生物質(zhì)炭能顯著減少土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的淋溶速率，延長(zhǎng)淋溶時(shí)間，減少累計(jì)淋失量；郭 偉等[7]基于華北高產(chǎn)農(nóng)田 3 年的定位試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)施用生物質(zhì)炭處理明顯增加了土壤耕層全氮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；陳雪嬌等[8]報(bào)道了施用生物質(zhì)炭復(fù)混肥小白菜生物量提高了21%～93%，櫻桃蘿卜生物量提高了20%～45%；但也有不同結(jié)果研究，如李 明等[9]報(bào)道低溫裂解秸稈炭（300 ℃）的添加，并沒(méi)有顯著影響土壤堿解氮和無(wú)機(jī)氮含量；鄧萬(wàn)剛等[10]研究了木炭對(duì)牧草產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)木炭輸入沒(méi)有使得柱花草和王草產(chǎn)量的增加。因此，生物質(zhì)炭的增產(chǎn)作用及適宜用量還需視農(nóng)田作物類型、土壤類型和性質(zhì)以及施肥情況而定。

1 材料與方法

1.1 供試土壤

在海南省定安縣定城鎮(zhèn)多校洋，選擇土壤肥力屬中等水平的地塊來(lái)安排試驗(yàn)，研究不同溫度生物炭對(duì)辣椒產(chǎn)量、品質(zhì)氮肥利用率等的影響，找出產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)效益好、環(huán)境友好的處理來(lái)指導(dǎo)蔬菜生產(chǎn)，以實(shí)現(xiàn)蔬菜生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展。供試土壤為潮沙泥田，其土壤基本性質(zhì)為pH值5.72，有機(jī)質(zhì)19.6 g/kg，堿解氮66.3 mg/kg，速效磷32.8 mg/kg，速效鉀85.8 mg/kg。

1.2 供試材料

供試作物為辣椒，品種為海椒109，上茬作物為水稻。辣椒于2014年10月16日播種，11月18日移植；2015年1月29日開(kāi)始采摘，4月25日采摘結(jié)束。試驗(yàn)施用的化肥主要包括尿素（含純N 46%）、過(guò)磷酸鈣（含P2O5 12%）、硫酸鉀（含K2O 50%），生物炭為蔗渣，分別在300、500、700 ℃炭化蔗渣基生物炭，分別記為T(mén)300、T500、T700，用量水平為7 500 kg/hm2。T300蔗渣基生物炭經(jīng)過(guò)測(cè)量，其理化性質(zhì)：pH值8.55，有機(jī)質(zhì)464 g/kg，全氮11.1 g/kg，全磷2.52 g/kg，全鉀26.2 g/kg；T500蔗渣基生物炭經(jīng)過(guò)測(cè)量，理化性質(zhì)為pH值9.27，有機(jī)質(zhì)584 g/kg，全氮12.1 g/kg，全磷2.72 g/kg，全鉀29.2 g/kg；T700蔗渣基生物炭經(jīng)過(guò)測(cè)量，其理化性質(zhì)為pH值10.32，有機(jī)質(zhì)667 g/kg，全氮12.4 g/kg，全磷3.36 g/kg，全鉀34.3 g/kg。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)6個(gè)處理，分別為處理1：全化肥；處理2：化肥+T300 7 500 kg/hm2；處理3：化肥+T500 7 500 kg/hm2；處理4：化肥+T700 7 500 kg/hm2；處理5：不施氮肥；處理6：習(xí)慣施肥（N-P2O5-K2O=450-320-560）。3次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列，小區(qū)面積為18.2 m2（2.6 m×7.0 m）。每小區(qū)種植蔬菜4行，株距0.40 m，0.5 m（壟溝）～0.8 m（壟上），辣椒種植于壟上。

施肥方法：辣椒定植整地前，各處理生物炭、100%化肥P2O5、20%化肥N和40%化肥K2O作基肥；80%化肥N和60%化肥K2O分5次隨水追施，每次追肥間隔時(shí)間約20 d。各處理采用滴灌的方式。病蟲(chóng)害防治及除草等日常管理上按照當(dāng)?shù)氐牧?xí)慣進(jìn)行。試驗(yàn)辣椒施肥水平為N-P2O5-K2O=375-180-450，隨生物炭帶入的養(yǎng)分相應(yīng)從化肥扣除，確保施肥量一致。

1.4 測(cè)定項(xiàng)目及方法

辣椒采摘時(shí)采用田間稱重法記錄每個(gè)小區(qū)辣椒的產(chǎn)量，同時(shí)取樣測(cè)定辣椒果實(shí)、莖、葉干物質(zhì)量及其氮、磷、鉀含量。

植株全氮、全磷和全鉀均用硫酸—過(guò)氧化氫消煮，全氮是消煮液堿化后用蒸餾定氮法測(cè)定，全磷用釩目黃比色法測(cè)定，全鉀用火焰光度法測(cè)定。土壤硝態(tài)氮采用2 mol/L KCl浸提—紫外分光光度法測(cè)定；土壤堿解氮測(cè)定采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定；土壤速效磷測(cè)定采用0.5 mol/L碳酸氫鈉浸提—鉬銻抗比色法；土壤速效鉀測(cè)定采用1 mol/L醋酸銨浸提—火焰光度法比色。

土壤有機(jī)質(zhì)測(cè)定采用重鉻酸鉀—濃硫酸氧化（外加熱法），硫酸亞鐵溶液滴定法測(cè)定；土壤pH值采用2.5∶1.0的水土比懸液電位法測(cè)定；土壤硝態(tài)氮采用2 mol/L KCl溶液浸提—雙波長(zhǎng)紫外分光光度法測(cè)定；土壤銨態(tài)氮用2 mol/L KCl浸提—靛酚藍(lán)比色法測(cè)定；土壤堿解氮測(cè)定采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定；土壤速效磷測(cè)定采用0.5 mol/L碳酸氫鈉浸提—鉬銻抗比色法；土壤速效鉀測(cè)定采用1 mol/L醋酸銨溶液浸提—火焰光度法比色；交換性Ca、Mg用1 mol/L乙酸銨交換—原子吸收分光光度法測(cè)定。

1.5 數(shù)據(jù)處理

本研究的數(shù)據(jù)分析采用Microsoft Excel 2003和SAS 9.0軟件進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對(duì)辣椒產(chǎn)量的影響

從表1可以看出，施氮增產(chǎn)83.2%；化肥+T300處理、化肥+T500處理和化肥+T700處理比全化肥處理增產(chǎn)3.5%～11.7%，其中化肥+T500處理達(dá)到顯著差異水平；與高量施肥的習(xí)慣施肥處理比較，純施化肥全化肥、化肥+T300處理和化肥+T700減產(chǎn)1.4%～6.2%，化肥+T500處理增產(chǎn)4.8%，但統(tǒng)計(jì)差異均不明顯，表明習(xí)慣施肥存在施肥過(guò)量的問(wèn)題。

2.2 不同處理對(duì)辣椒果實(shí)內(nèi)外觀品質(zhì)的影響

不同處理的辣椒果實(shí)中的硝酸鹽含量和可溶性糖含量均差異不大（表2）。不同處理的辣椒果實(shí)硝酸鹽平均含量在216.1～298.8 mg/kg之間，以全化肥處理硝酸鹽含量最高，為298.8 mg/kg，均低于無(wú)公害辣椒硝酸鹽最高限量標(biāo)準(zhǔn)300 mg/kg。

辣椒施氮較不施氮顯著增加單果重和果長(zhǎng)（表3），單果重平均增加30.4%，果長(zhǎng)平均增加17.9%；但其他處理間差異不明顯。

2.3 不同處理對(duì)辣椒干物質(zhì)的影響

表4顯示所有處理果實(shí)干物質(zhì)量>莖干物質(zhì)量>葉干物質(zhì)量；施氮顯著提高辣椒葉、果實(shí)和地上部的干物質(zhì)量；化肥+T500處理、化肥+T700處理和習(xí)慣施肥處理葉片、莖干和果實(shí)干物質(zhì)明顯高于純化肥處理；地上部分干物質(zhì)化肥+T500處理、化肥+T700處理和習(xí)慣施肥處理顯著高于純化肥處理；化肥+T500處理明顯高于其他處理。

從表5可以看出，施氮肥明顯增加辣椒干物質(zhì)量，較不施氮增加94.8%；與全化肥處理相比，T300處理、T500處理、化肥+T700處理辣椒干物質(zhì)量分別增加3.9%、11.6%、4.9%；與高量施肥的習(xí)慣施肥處理比較，全化肥、T300、T500、化肥+T700處理分別增加-5.3%、-1.6%、5.7%和-0.6%。

2.4 不同處理對(duì)辣椒全氮含量和氮吸收量的影響

施氮肥較不施氮肥明顯增加了辣椒葉、莖和果實(shí)的氮含量，其他處理之間對(duì)辣椒葉、莖桿和果實(shí)氮含量影響不大（表6）；從表7可以看出，果實(shí)氮吸收量>葉氮吸收量>莖氮吸收量，施用氮肥明顯增加辣椒葉片、莖桿和果實(shí)的氮吸收量，其中化肥+T500處理明顯高于其他施氮處理；化肥+T300處理、化肥+T500處理地上部氮吸收量明顯高于其他施氮肥處理；施氮肥明顯增加辣椒地上部氮吸收量，比不施氮增加220.6%；與全化肥處理相比較，化肥+T300、化肥+T500、化肥+T700處理辣椒地上部分氮吸收量增加3.8%～16.5%；與習(xí)慣施肥比較，純化肥處理、化肥+T300、化肥+T500、化肥+T700處理辣椒地上部分氮吸收量增減-4.0%～9.0%（表8）。

2.5 不同處理對(duì)辣椒氮肥利用率和氮肥農(nóng)學(xué)利用率的影響

從表9可以看出，化肥+T300、化肥+T500、化肥+T700處理分別比全化肥處理辣椒氮肥利用利率提高2.4、6.3、1.4個(gè)百分點(diǎn)；化肥+T300、化肥+T500、化肥+T700處理比全化肥處理辣椒氮肥農(nóng)學(xué)利率提高7.8%～25.9%，平均15.0%；全化肥、化肥+T300、化肥+T500、化肥+T700處理比習(xí)慣施肥辣椒氮肥農(nóng)學(xué)利率提高4.8%～31.9%，平均16.6%。

3 結(jié)論

試驗(yàn)結(jié)果表明，辣椒增施300、500、700 ℃蔗渣基生物炭7 500 kg/hm2比全化肥處理增產(chǎn)3.5%～11.7%，其中化肥+ 500 ℃蔗渣基生物炭處理達(dá)到顯著的差異水平。不同處理的辣椒果實(shí)硝酸鹽含量和可溶性糖含量均差異不大；辣椒施氮處理較不施氮處理單果重平均增加30.4%，果長(zhǎng)平均增加17.9%；但其他處理間差異不明顯。增施500 ℃和700 ℃蔗渣基生物炭和習(xí)慣施肥處理辣椒葉片、莖桿和果實(shí)干物質(zhì)明顯高于全化肥處理，300、500、700 ℃下蔗渣基生物炭7 500 kg/hm2處理辣椒干物質(zhì)量比全化肥處理分別增加3.9%、11.6%、4.9%；增施300、500 ℃蔗渣基生物炭地上部氮吸收量明顯高于其他施氮肥處理；與全化肥處理相比300、500、700 ℃蔗渣基生物炭處理辣椒地上部分氮吸收量增加3.8%～16.5%。

增施300、500、700 ℃蔗渣基生物炭處理比純化肥處理辣椒氮肥利用利率提高2.4、6.3、1.4個(gè)百分點(diǎn)；增施300、500、700 ℃蔗渣基生物炭7 500 kg/hm2處理比全化肥處理辣椒氮肥農(nóng)學(xué)利用率提高7.8%～25.9%，平均15.0%；全化肥處理與增施300、500、700 ℃蔗渣基生物炭7 500 kg/hm2處理比習(xí)慣施肥辣椒氮肥農(nóng)學(xué)利用率提高4.8%～31.9%，平均16.6%。

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