不同生物炭配施基肥處理對(duì)桑樹(shù)幼苗葉片品質(zhì)的影響及綜合評(píng)價(jià)

陳 慧， 時(shí)正倫， 吳永波， 高 婷， 薛建輝

〔1. 南京林業(yè)大學(xué)： a. 生物與環(huán)境學(xué)院， b. 南方現(xiàn)代林業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心， 江蘇 南京 210037；2. 江蘇省中國(guó)科學(xué)院植物研究所(南京中山植物園)， 江蘇 南京 210014〕

貴州省既是中國(guó)西南部喀斯特地形的核心分布區(qū)，也是中國(guó)土壤石漠化最為嚴(yán)重的地區(qū)[1]。貴州省大面積山地土壤遭到侵蝕，水土流失嚴(yán)重，土壤水肥調(diào)蓄能力和生態(tài)系統(tǒng)生物多樣性低[2-5]。近年來(lái)，貴州省在實(shí)施退耕還林和人工植被恢復(fù)的過(guò)程中采用封山育林(草)、人工造林、土壤改良、水土保持與農(nóng)林復(fù)合經(jīng)營(yíng)技術(shù)等措施改善喀斯特退化山地的生態(tài)環(huán)境，已經(jīng)取得了一定的成效[6]。例如，按照因地制宜和適地適樹(shù)的原則進(jìn)行植被修復(fù)[7-8]，或通過(guò)施用土壤改良劑改善土壤理化性質(zhì)[9]，改善土壤理化性質(zhì)，形成植被和土壤間的良好養(yǎng)分循環(huán)關(guān)系，從而提高喀斯特生態(tài)環(huán)境質(zhì)量。

生物炭具有官能團(tuán)豐富、孔隙多和比表面積大等特點(diǎn)，可有效改善土壤理化性質(zhì)，緩解土壤退化程度[10-11]，提高作物生產(chǎn)力[12]，被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境修復(fù)。將有機(jī)肥或無(wú)機(jī)肥與生物炭混合制成生物炭配施基肥，能顯著提高土壤養(yǎng)分含量[13]。與單施化肥相比，施用生物炭配施基肥對(duì)土壤的改良效果更顯著，并能夠促進(jìn)植物對(duì)土壤養(yǎng)分的吸收[14]。此外，施用生物炭配施基肥還能夠促進(jìn)植物根系發(fā)育，加快喀斯特地區(qū)的植被恢復(fù)[15]。

桑樹(shù)(MorusalbaLinn.)原產(chǎn)于中國(guó)中部和北部，具有根系發(fā)達(dá)、適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，在全國(guó)各地均有自然分布和人工種植。該樹(shù)種在生態(tài)保護(hù)與恢復(fù)、石漠化治理及水土流失防治等方面發(fā)揮著重要作用[16]；其葉片含有豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)(包括蛋白質(zhì)、脂肪和纖維素等)[17-18]，并含有多酚、多糖和黃酮等活性成分[19-20]，具有較高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值、飼用價(jià)值及藥用價(jià)值。此外，桑樹(shù)還是喀斯特地區(qū)發(fā)展生態(tài)經(jīng)濟(jì)林的主要樹(shù)種之一，在貴州省喀斯特石漠化山地的生態(tài)修復(fù)中具有潛在的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值。

目前，有關(guān)生物炭和生物炭基肥改善喀斯特石漠化山地土壤的理化特性和微生物群落結(jié)構(gòu)，進(jìn)而提高土壤肥力和保水保肥性能的研究已有報(bào)道[21-23]，但關(guān)于生物炭基肥對(duì)桑樹(shù)葉片品質(zhì)的影響卻不清楚，不利于飼用桑樹(shù)在喀斯特地區(qū)的有效種植。為此，本研究將不同種類和用量的生物炭與豬糞堆肥和化肥混合，制成生物炭配施基肥，并將不同生物炭配施基肥施入喀斯特山地石灰土中，采用盆栽法進(jìn)行栽培實(shí)驗(yàn)，探究不同生物炭配施基肥處理下1年生桑樹(shù)幼苗葉片品質(zhì)的差異；在此基礎(chǔ)上，采用隸屬函數(shù)法綜合評(píng)價(jià)不同生物炭配施基肥處理對(duì)桑樹(shù)葉片品質(zhì)的影響，以期篩選出在喀斯特山地土壤中種植飼用桑樹(shù)的適宜生物炭配施基肥的配方，為在喀斯特地區(qū)種植飼用桑樹(shù)提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 材料

供試材料為來(lái)自貴州省安順市普定縣馬官鎮(zhèn)(東經(jīng)105°45′、北緯26°13′)的1年生桑樹(shù)幼苗。供試植株生長(zhǎng)旺盛且長(zhǎng)勢(shì)基本一致，株高(50±2) cm、地徑(6.0±0.2) mm。

供試土壤為貴州典型的喀斯特山地石灰土，采自貴州省安順市普定縣馬官鎮(zhèn)觀音山(東經(jīng)105°27′、北緯26°25′)，為0～25 cm的表層土。土壤的有機(jī)質(zhì)含量為14.44 g·kg-1，有效磷含量為5.40 mg·kg-1，堿解氮含量為65.81 mg·kg-1，速效鉀含量為26.84 g·kg-1，pH 7.72。

供試化肥由尿素(N含量46.7%)、磷酸二氫銨(P2O5含量61.7%)和氯化鉀(K2O含量63.2%)按照質(zhì)量比3.00∶2.25∶1.50的比例混合而成；有機(jī)肥料為豬糞堆肥，購(gòu)自上海時(shí)科生物科技有限公司，總養(yǎng)分含量6.85%，有機(jī)質(zhì)含量823 g·kg-1，總氮含量17.1 g·kg-1，總磷含量42.8 g·kg-1，總鉀含量8.6 g·kg-1，pH 8.50。

供試生物炭有3種，分別為木炭、竹炭和稻殼炭，均購(gòu)自安徽拜爾福生物科技有限公司，裂解溫度450 ℃～500 ℃，燒制時(shí)間40 min。3種生物炭的理化性質(zhì)見(jiàn)表1。

表1 供試生物炭的理化性質(zhì)

實(shí)驗(yàn)在南京林業(yè)大學(xué)下蜀教學(xué)實(shí)習(xí)林場(chǎng)(東經(jīng)119°14′、北緯31°59′)進(jìn)行。該林場(chǎng)位于江蘇省句容市境內(nèi)，屬北亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，四季分明，年降水量1 104 mm，年均溫15.2 ℃。

1.2 方法

1.2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 采用室外盆栽法進(jìn)行栽培實(shí)驗(yàn)，每盆裝7.5 kg土壤。根據(jù)預(yù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，共設(shè)置8個(gè)處理組：CK組為對(duì)照，即不添加生物炭和基肥；T1組為基肥處理組；T2組和T3組分別為添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%和4%木炭的生物炭配施基肥處理組；T4組和T5組分別為添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%和4%竹炭的生物炭配施基肥處理組；T6組和T7組分別為添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%和4%稻殼炭的生物炭配施基肥處理組。其中，T1組添加120 g豬糞堆肥和1份化肥(包含3.00 g尿素、2.25 g 磷酸二氫鉀和1.50 g氯化鉀)；T2組添加120 g豬糞堆肥、1份化肥和150 g木炭；T3組添加120 g豬糞堆肥、1份化肥和300 g木炭；T4組添加120 g豬糞堆肥、1份化肥和150 g竹炭；T5組添加120 g豬糞堆肥、1份化肥和300 g竹炭；T6組添加120 g豬糞堆肥、1份化肥和150 g稻殼炭；T7組添加120 g豬糞堆肥、1份化肥和300 g稻殼炭。

1.2.2 處理及采樣方法 實(shí)驗(yàn)前，將土壤風(fēng)干、消毒，去除石礫等雜物，過(guò)孔徑2 mm篩，備用。按照實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的比例將各生物炭和基肥混勻，然后將其與7.5 kg土壤充分混勻，裝入上口徑21 cm、下口徑16 cm的花盆中，置于室內(nèi)，充分反應(yīng)2周后，栽植桑樹(shù)幼苗。每個(gè)處理6盆，每盆1株，視為6個(gè)重復(fù)。實(shí)驗(yàn)期間，采取常規(guī)栽培管理措施并定期澆水。

培養(yǎng)8個(gè)月后，采集各單株的所有成熟葉片，放入樣品袋中并編號(hào)；于105 ℃殺青15 min，75 ℃烘干至恒質(zhì)量，粉碎后過(guò)孔徑2 mm篩，備用。

1.2.3 葉片品質(zhì)指標(biāo)測(cè)定 采用鹽酸水解法[24]測(cè)定葉片的半纖維素含量；采用硫酸蒽酮比色法[25]222-223測(cè)定葉片的纖維素含量；采用滴定法[24]測(cè)定葉片的木質(zhì)素含量；采用凱氏定氮法[25]195-198測(cè)定葉片的粗蛋白含量；采用索氏抽提法[25]241-242測(cè)定葉片的粗脂肪含量；采用分光光度計(jì)法[26]測(cè)定葉片的總黃酮含量；采用蒽酮比色法[25]202-203測(cè)定葉片的多糖含量。各指標(biāo)均重復(fù)測(cè)定3次，結(jié)果取平均值。

1.3 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析

2 結(jié)果和分析

2.1 不同生物炭配施基肥處理對(duì)桑樹(shù)幼苗葉片品質(zhì)的影響

不同生物炭配施基肥處理對(duì)桑樹(shù)幼苗葉片品質(zhì)的影響見(jiàn)表2。方差分析結(jié)果表明：各組間葉片的半纖維素、纖維素、木質(zhì)素、粗蛋白、粗脂肪、總黃酮和多糖含量差異顯著(P<0.05)。T1組〔添加120 g豬糞堆肥和1份化肥(包含3.00 g尿素、2.25 g磷酸二氫鉀和1.50 g氯化鉀)〕葉片的半纖維素、木質(zhì)素、粗蛋白和多糖含量分別較CK組(對(duì)照，不添加生物炭和基肥)升高了10.92%、20.68%、7.61%和27.17%，且該組的半纖維素、木質(zhì)素和多糖含量與CK組差異顯著；而該組葉片的纖維素、粗脂肪和總黃酮含量分別較CK組降低了16.04%、6.42%和40.33%，且該組的纖維素和總黃酮含量與CK組差異顯著。

表2 不同生物炭配施基肥處理對(duì)桑樹(shù)幼苗葉片品質(zhì)的影響

多重比較分析結(jié)果表明：T2組(添加120 g豬糞堆肥、1份化肥和150 g木炭)葉片的半纖維素含量在供試的6個(gè)生物炭配施基肥處理組中最高，分別較CK組和T1組升高了37.77%和24.21%。與CK組相比，T2組和T6組(添加120 g豬糞堆肥、1份化肥和150 g稻殼炭)葉片的半纖維素含量顯著升高，T7組(添加120 g豬糞堆肥、1份化肥和300 g稻殼炭)葉片的半纖維素含量略升高，T5組(添加120 g豬糞堆肥、1份化肥和300 g竹炭)葉片的半纖維素含量顯著降低，而T3組(添加120 g豬糞堆肥、1份化肥和300 g木炭)和T4組(添加120 g豬糞堆肥、1份化肥和150 g竹炭)葉片的半纖維素含量略降低。與T1組相比，T2組和T6組葉片的半纖維素含量顯著升高，而T3組、T4組、T5組和T7組葉片的半纖維素含量顯著降低。

多重比較分析結(jié)果表明：T4組葉片的纖維素含量在所有處理組中最高，分別較CK組和T1組升高了12.43%和33.92%。與CK組相比，T2組和T4組葉片的纖維素含量顯著升高，T3組葉片的纖維素含量略降低，而T5組、T6組和T7組葉片的纖維素含量顯著降低。與T1組相比，供試的6個(gè)生物炭配施基肥處理組葉片的纖維素含量均顯著升高。

多重比較分析結(jié)果表明：T3組葉片的木質(zhì)素含量最高，分別較CK組和T1組升高了40.89%和16.74%。與CK組相比，T2組、T3組、T4組、T6組和T7組葉片的木質(zhì)素含量顯著升高，而T5組葉片的木質(zhì)素含量略降低。與T1組相比，T3組和T4組葉片的木質(zhì)素含量顯著升高，T7組葉片的木質(zhì)素含量略升高，而T2組、T5組和T6組葉片的木質(zhì)素含量顯著降低。

多重比較分析結(jié)果表明：T3組葉片的粗蛋白含量最高，分別較CK組和T1組升高了31.48%和22.18%。與CK組相比，T3組葉片的粗蛋白含量顯著升高，而T4組、T5組和T7組葉片的粗蛋白含量略升高，而T2組和T6組葉片的粗蛋白含量略降低。與T1組相比，T3組葉片的粗蛋白含量顯著升高，T6組葉片的粗蛋白含量顯著降低，而T2組、T4組、T5組和T7組葉片的粗蛋白含量略降低。

多重比較分析結(jié)果表明：T5組葉片的粗脂肪含量均最高，分別較CK組和T1組升高了24.86%和33.42%。與CK組相比，T4組和T5組葉片的粗脂肪含量顯著升高，T2組和T7組葉片的粗脂肪含量略升高，而T3組和T6組葉片的粗脂肪含量略降低。與T1組相比，T2組、T4組、T5組和T7組葉片的粗脂肪含量顯著升高，T3組葉片的粗脂肪含量略升高，而T6組葉片的粗脂肪含量略降低。

多重比較分析結(jié)果表明：T3組葉片的總黃酮含量最高，分別較CK組和T1組升高了12.04%和87.77%。與CK組相比，T3組和T7組葉片的總黃酮含量顯著升高，T2組葉片的總黃酮含量略升高，而T4組、T5組和T6組葉片的總黃酮含量顯著降低。與T1組相比，供試的6個(gè)生物炭配施基肥處理組葉片的總黃酮含量顯著升高。

多重比較分析結(jié)果表明：T5組葉片的多糖含量最高，分別較CK組和T1組升高了60.57%和26.26%。與CK組相比，供試的6個(gè)生物炭配施基肥處理組葉片的多糖含量顯著升高。與T1組相比，T4組、T5組和T6組葉片的多糖含量顯著升高，T7組葉片的多糖含量略升高，T2組葉片的多糖含量顯著降低，而T3組葉片的多糖含量略降低。

2.2 不同生物炭配施基肥處理對(duì)桑樹(shù)幼苗葉片品質(zhì)影響的綜合評(píng)價(jià)

基于上述研究結(jié)果，采用隸屬函數(shù)法綜合評(píng)價(jià)了不同生物炭配施基肥處理對(duì)桑樹(shù)幼苗葉片品質(zhì)的影響，結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 不同生物炭配施基肥處理對(duì)桑樹(shù)幼苗葉片品質(zhì)影響的綜合評(píng)價(jià)

結(jié)果表明：各生物炭配施基肥處理組的綜合評(píng)價(jià)值為0.28～0.62。其中，T1組〔添加120 g豬糞堆肥和1份化肥(包含3.00 g尿素、2.25 g磷酸二氫鉀和1.50 g氯化鉀)〕的綜合評(píng)價(jià)值最小(0.28)，CK組(對(duì)照，不添加生物炭和基肥)次之(0.29)；T3組的綜合評(píng)價(jià)值最大(0.62)，T4組次之(0.61)。T2組(添加120 g豬糞堆肥、1份化肥和150 g木炭)、T3組(添加120 g豬糞堆肥、1份化肥和300 g木炭)、T4組(添加120 g豬糞堆肥、1份化肥和150 g竹炭)、T5組(添加120 g豬糞堆肥、1份化肥和300 g竹炭)、T6組(添加120 g豬糞堆肥、1份化肥和150 g稻殼炭)和T7組(添加120 g豬糞堆肥、1份化肥和300 g稻殼炭)的綜合評(píng)價(jià)值均大于CK組和T1組。說(shuō)明添加木炭、竹炭和稻殼炭的生物炭配施基肥處理組桑樹(shù)幼苗的葉片品質(zhì)優(yōu)于不添加任何肥料以及僅添加豬糞堆肥和化肥的土壤。比較而言，添加木炭的生物炭配施基肥處理組的綜合評(píng)價(jià)值均值最大(0.58)，而添加稻殼炭的生物炭配施基肥處理組的綜合評(píng)價(jià)值均值最小(0.43)。

3 討論和結(jié)論

相關(guān)研究結(jié)果表明：施肥可改善桑樹(shù)葉片品質(zhì)[29-30]。本研究中，T1組〔添加120 g豬糞堆肥和1份化肥(包含3.00 g尿素、2.25 g磷酸二氫鉀和1.50 g氯化鉀)〕桑樹(shù)幼苗葉片的半纖維素、木質(zhì)素、粗蛋白和多糖含量顯著高于CK組(對(duì)照，不添加生物炭和基肥)，說(shuō)明添加豬糞堆肥和化肥可顯著提高桑樹(shù)葉片的半纖維素、木質(zhì)素、粗蛋白和多糖含量，這是因?yàn)樘砑迂i糞堆肥和化肥可增加土壤中有機(jī)質(zhì)和多種養(yǎng)分的含量，從而提高土壤肥力，利于桑樹(shù)葉片中有機(jī)物的形成。

本研究結(jié)果表明：不同生物炭配施基肥處理對(duì)桑樹(shù)幼苗的葉片品質(zhì)均有顯著影響，其原因可能是添加生物炭可改善土壤的理化性質(zhì)，提高土壤肥力[31-32]，從而促進(jìn)植物生長(zhǎng)。然而，不同種類生物炭的特性、施用量及施用方式對(duì)植物生長(zhǎng)的調(diào)控作用不同[33-35]。本研究中，不同生物炭配施基肥處理組間葉片品質(zhì)指標(biāo)也存在顯著差異。

根據(jù)不同處理組桑樹(shù)幼苗葉片品質(zhì)的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果，各生物炭配施基肥處理組桑樹(shù)幼苗的葉片品質(zhì)均優(yōu)于CK組和T1組，其原因可能是生物炭配施基肥可改善土壤的理化性質(zhì)、微生物特性及養(yǎng)分狀況，有利于植物生長(zhǎng)，增加葉片有機(jī)物合成[23，36]。比較發(fā)現(xiàn)，添加木炭和竹炭的生物炭配施基肥處理組桑樹(shù)幼苗葉片品質(zhì)的綜合評(píng)價(jià)值均值大于添加稻殼炭的生物炭配施基肥處理組，說(shuō)明木炭或竹炭配施基肥對(duì)喀斯特山地桑樹(shù)幼苗葉片品質(zhì)的提升效應(yīng)更強(qiáng)。T3組(添加120 g豬糞堆肥、1份化肥和300 g木炭)桑樹(shù)幼苗葉片品質(zhì)的綜合評(píng)價(jià)值最大，因此，可將其作為喀斯特山地人工桑樹(shù)林的施肥方式。

綜上所述，采用不同生物炭配施基肥(即豬糞堆肥和化肥)的方式可明顯提高桑樹(shù)幼苗的葉片品質(zhì)，并以添加木炭的提升效果最好。在喀斯特地區(qū)種植飼用桑樹(shù)時(shí)，宜采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)4%木炭配施豬糞堆肥和化肥的施肥方式。