刮老烏慈姑在江蘇里下河地區(qū)的生長發(fā)育動態(tài)特征

陳兵+馮翠+焦慶清+張培通

摘要：在江蘇省里下河地區(qū)系統(tǒng)調(diào)查刮老烏慈姑莖、葉、匍匐莖及球莖生長的發(fā)育情況。結(jié)果表明，刮老烏在江蘇里下河地區(qū)種植的大田生育期約為160 d，移栽后一般有2周左右的緩苗期；莖葉生長主要時期在移栽后5～11周（5月中旬至7月初），移栽后7～11周進(jìn)入莖葉營養(yǎng)生長與球莖生殖生長并進(jìn)時期；移栽11周后以球莖生殖生長為主，移栽15周（8月上旬）后莖葉停止生長，球莖鮮質(zhì)量也停止增加，但球莖干物質(zhì)仍繼續(xù)積累。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)刮老烏生長發(fā)育動態(tài)特點(diǎn)將刮老烏生長期劃分為緩苗期、莖葉快速生長期、球莖膨大期、衰老成熟期4個關(guān)鍵生育階段，且生長期存在重疊現(xiàn)象。

關(guān)鍵詞：刮老烏；慈姑；生育階段；緩苗期；莖葉快速生長期；球莖膨大期；衰老成熟期

中圖分類號： S645.901文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號：1002-1302（2017）23-0129-03

刮老烏是一種烏慈姑，具有抗病性強(qiáng)、產(chǎn)量高的特點(diǎn)，是江蘇里下河地區(qū)主栽的地方品種。江蘇省有關(guān)慈姑生育特征特性的研究較少，對刮老烏慈姑的生育特點(diǎn)還不完全了解，導(dǎo)致栽培措施不當(dāng)，影響產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益。為此，江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院泰州農(nóng)科所在江蘇省里下河地區(qū)開展刮老烏慈姑生長發(fā)育動態(tài)特征的研究，探討其生長發(fā)育動態(tài)特點(diǎn)及生育關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，為該地區(qū)刮老烏慈姑的高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)和簡化栽培技術(shù)集成提供理論基礎(chǔ)。

1材料與方法

1.1試驗材料

供試材料為江蘇里下河地區(qū)慈姑主栽品種刮老烏，青皮扁圓，2015年3月15日育苗，4月15日移栽，株行距為 30 cm×30 cm，種植密度為11.1萬株/hm2。慈姑肥水管理為前期、后期保持淺水層，中期保持8～10 cm深水層；移栽前施足基肥，用量為N ∶P2O5 ∶K2O=15 ∶15 ∶15的45%復(fù)合肥 300 kg/hm2 和腐熟雞糞45 t/hm2，球莖膨大期追施 N ∶P2O5 ∶K2O=15 ∶15 ∶15的45%復(fù)合肥300 kg/hm2。其他田間管理同大田常規(guī)高產(chǎn)栽培措施。

1.2調(diào)查取樣方法

4月15日移栽時進(jìn)行初次取樣；移栽后約2、4、6、9、11、13、15、17、19、21周各取樣1次，取樣時間分別為4月29日、5月13日、5月28日、6月23日、7月3日、7月21日、8月7日、8月26日、9月10日、9月26日，其中9月26日為刮老烏收獲期。每次取樣時，選取長勢正常且一致的植株5株，分單株進(jìn)行調(diào)查，測定綠葉數(shù)，株高，單株匍匐莖條數(shù)，每條匍匐莖的長度與粗度，單株結(jié)球莖數(shù)，單個球莖的厚度、橫徑、縱徑；按葉、葉柄、匍匐莖、球莖等部位分開，分別稱取鮮質(zhì)量；干燥箱中105 ℃殺青25～30 min，75 ℃烘干至恒質(zhì)量，分別稱取干質(zhì)量。

1.3數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

采用Excel 2007軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，采用Origin 7.5軟件進(jìn)行繪圖。

2結(jié)果與分析

2.1刮老烏莖葉生長和發(fā)育動態(tài)特征

由圖1可見，刮老烏慈姑緩苗期持續(xù)約2周（4月中旬至4月底），其間株高、綠葉數(shù)、莖葉鮮質(zhì)量緩慢增加，根系快速生長，形成新的根系以適應(yīng)大田土壤環(huán)境；后進(jìn)入莖葉快速生長期，大約持續(xù)6周（5月中旬至7月初），其間綠葉數(shù)、株高、莖葉鮮質(zhì)量快速持續(xù)增長；此后莖葉生長緩慢，株高、綠葉數(shù)、莖葉鮮質(zhì)量在移栽后11周時達(dá)到最高值，株高、綠葉數(shù)、莖鮮質(zhì)量、葉鮮質(zhì)量分別為117.60 cm、9.6張、671.81 g/株、11534 g/株；移栽后12～15周（7月初至8月底），莖、葉生長處于維持階段，綠葉數(shù)、株高、莖葉鮮質(zhì)量維持相對穩(wěn)定，該階段莖葉的枯萎老化速度與生長速度基本相當(dāng)；移栽15周后至收獲期，莖葉生長呈減退趨勢。刮老烏在江蘇省里下河地區(qū)種植，其莖葉發(fā)育可分為緩苗期、快速生長期、緩慢生長期、衰老期4個階段。

2.2刮老烏匍匐莖和球莖生長發(fā)育動態(tài)特征

2.2.1匍匐莖發(fā)生和生長動態(tài)特征緩苗期結(jié)束后，刮老烏從葉腋處開始抽出匍匐莖。由圖2可見， 匍匐莖數(shù)量呈階段

性增長，整個生長期出現(xiàn)3個快速增長期，每個快速增長期大約持續(xù)2～3周；移栽后3～6周為第1個快速增長期，匍匐莖數(shù)量從0條增加到4.5條，平均日增量為0.2條；移栽后10～11周為第2個快速增長期，匍匐莖數(shù)量增加了4.8條，平均日增量為0.5條；移栽后16～17周為第3個快速增長期，匍匐莖數(shù)量增加了3.6條，平均日增量為0.2條；移栽17周后，匍匐莖數(shù)量不再增長；刮老烏匍匐莖伸長與增粗的動態(tài)變化趨勢基本相似，整個生長期出現(xiàn)2個快速增長期，移栽后3～4周為匍匐莖長度、粗度第1個快速增長期，匍匐莖平均長度、粗度日增量分別為0.47 cm、0.22 mm；移栽后10～11周為匍匐莖長度第2個快速增長期，匍匐莖平均長度日增量為0.90 cm，而移栽后10～15周為匍匐莖粗度第2個快速增長期，匍匐莖平均粗度日增量為0.15 mm；移栽11周后匍匐莖平均長度、移栽15周后匍匐莖平均粗度不再增加；移栽后5～9周，匍匐莖出現(xiàn)數(shù)量、平均長度與粗度增長緩慢，可能與此時正值莖葉生長旺盛期有關(guān)。

2.2.2球莖發(fā)生和發(fā)育動態(tài)慈姑球莖是匍匐莖經(jīng)一段時間生長發(fā)育而在其頂端膨大形成的。由圖3可見，單株球莖數(shù)量呈階段性增長趨勢，整個生長期出現(xiàn)2個快速增長期；移栽后7～13周為球莖第1個快速發(fā)生期，持續(xù)約6周（5月底至7月下旬），球莖數(shù)量平均日增量為0.1個；移栽后16～17周為球莖第2個快速增長期，持續(xù)時間超過2周（8月上旬至8月下旬），球莖數(shù)量平均日增量為0.2個；移栽17周后，單株球莖數(shù)量呈下降趨勢；球莖鮮質(zhì)量增加呈“S”形曲線增長，快速增長期在移栽后7～17周，持續(xù)時間約10周（5月底至8月下旬），平均單株球莖鮮質(zhì)量增長量為0.20 g/（株·d）；球莖鮮質(zhì)量增加高峰期在移栽后14～17周，持續(xù)時間4周左右（7月下旬至8月下旬），平均單株球莖鮮質(zhì)量增長量為 036 g/（株·d）；移栽17周后單株球莖鮮質(zhì)量不再增加。endprint

2.3刮老烏干物質(zhì)積累分配動態(tài)特征

2.3.1干物質(zhì)積累動態(tài)由圖4-A可見，刮老烏慈姑生長期內(nèi)的總干物質(zhì)積累呈“S”形曲線，干物質(zhì)快速增質(zhì)量期在移栽后7～15周，持續(xù)時間超過9周（5月底至8月上旬），平均單株干質(zhì)量增長速率為1.40 g/（株·d），其間有2個增長高峰期，移栽后7～11周為第1個高峰期，持續(xù)時間約5周（5月底至7月初），平均單株干質(zhì)量增長速率為1.70 g/（株·d），移栽后14～15周為第2個高峰期，持續(xù)時間約2周（7月下旬至8月上旬），平均單株干質(zhì)量增長速率為1.81 g/（株·d）；移栽15周后單株干物質(zhì)質(zhì)量不再增長。

2.3.2各器官干物積累動態(tài)由圖4-B可見，刮老烏葉片的干物質(zhì)積累總量較低，所占比例也不高，其干物質(zhì)快速增長期在移栽后5～11周，12～13周增長緩慢，14～15周再次出現(xiàn)增長，之后不再增長；葉柄是刮老烏慈姑干物質(zhì)分配的主要營養(yǎng)器官，在總干物質(zhì)積累中所占比例較高，尤其是地上部營養(yǎng)生長為主的前中期，葉柄的干物質(zhì)積累動態(tài)表現(xiàn)與葉片相似；匍匐莖是刮老烏慈姑發(fā)生球莖的關(guān)鍵器官，其干物質(zhì)積累總量是各器官中相對最低的，所占比例也低，其干物質(zhì)快速增長期在移栽后11～15周，之后保持相對穩(wěn)定；球莖是慈姑的經(jīng)濟(jì)器官，其干物質(zhì)快速增長期在移栽后11～17周，之后持續(xù)穩(wěn)定增長；刮老烏慈姑單株干物質(zhì)質(zhì)量呈前增后降的動態(tài)特征，單株干物質(zhì)質(zhì)量最大期在移栽后15周（8月上旬），此時為葉片、莖、匍匐莖干物質(zhì)質(zhì)量最大期，而球莖干物質(zhì)質(zhì)量的最大期在收獲前。

2.3.3干物質(zhì)積累分配動態(tài)由圖4-B可見，刮老烏干物質(zhì)積累在地上部分器官中分配為主的時期在移栽后16周前；營養(yǎng)器官中，莖的干物質(zhì)分配比例高于葉片，葉片的干物質(zhì)分配比例相對較低；移栽16周后，刮老烏慈姑干物質(zhì)積累開始轉(zhuǎn)為以地下部分器官為主，主要是球莖干物質(zhì)的積累。

3結(jié)論與討論

刮老烏在江蘇里下河地區(qū)種植的大田生育期約為160 d，移栽后一般有2周左右的緩苗期。莖葉生長發(fā)育動態(tài)為緩苗期后莖葉生長加速，移栽后5～11周（5月中旬至7月初）為莖葉快速增長時期，移栽后7～11周（5月下旬至7月初）為莖葉增長速度最快的時期，此階段莖葉外形迅速增長，干物質(zhì)積累也快；移栽后12～13周（7月初至7月下旬），莖葉外形和干物質(zhì)積累緩慢；移栽后14～15周莖葉外形、鮮質(zhì)量雖未增長，但干物質(zhì)質(zhì)量再次增長。莖葉的生長發(fā)育表現(xiàn)為明顯的階段性，這可能與慈姑移栽后12～13周（7月初至7月下旬）遇連續(xù)陰雨天氣有關(guān)。匍匐莖的發(fā)生和生長具有明顯的階段性，移栽后3～4周為第1個快速增長期，移栽后10～11周為第2個快速增長期，移栽后16～17周還有1個匍匐莖數(shù)量快速增加和粗度快速增長的階段；匍匐莖在移栽后7～9周、12～13周出現(xiàn)2個明顯緩慢發(fā)生和生長的階段，第1個緩慢階段與莖葉的生長發(fā)育高峰同步，可能是受到莖葉的高速生長影響所致，第2個緩慢期可能是連續(xù)陰雨天氣造成的。球莖數(shù)量呈2段增長動態(tài)，第1次在移栽后7～11周，第2次在14～15周；移栽后12～13周，球莖數(shù)量增加緩慢，也可能是連續(xù)陰雨天氣所致。單株球莖鮮質(zhì)量快速增長期在移栽后7～17周，高峰期在移栽后14～17周，干物質(zhì)快速增長期在移栽后11～17周；移栽17周后，單株球莖鮮質(zhì)量不再增加，但干物質(zhì)質(zhì)量仍持續(xù)增長。因此，刮老烏慈姑在江蘇省里下河地區(qū)種植，其莖葉生長的主要時期在移栽后5～11周（5月中旬至7月初）；以移栽后7周球莖開始發(fā)生、加速生長期為標(biāo)志，進(jìn)入莖葉營養(yǎng)生長與球莖生殖生長并進(jìn)時期；移栽后12周，球莖快速膨大、快速生長，轉(zhuǎn)為以球莖生殖生長為主的時期；移栽后16周（8月上旬）莖葉鮮質(zhì)量和干物質(zhì)質(zhì)量都下降，球莖鮮質(zhì)量也停止增長，但球莖干物質(zhì)仍繼續(xù)積累，此階段可能存在莖葉，尤其是莖內(nèi)養(yǎng)分向球莖運(yùn)轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。

根據(jù)刮老烏莖、葉、匍匐莖和球莖等器官的形態(tài)、鮮質(zhì)量、干物質(zhì)及生長發(fā)育特點(diǎn)，結(jié)合干物質(zhì)累積轉(zhuǎn)運(yùn)及生長中心轉(zhuǎn)移規(guī)律，將刮老烏生長期劃分為緩苗期、莖葉快速生長期、球莖膨大期、衰老成熟期4個關(guān)鍵生育階段，前后生長期存在重疊現(xiàn)象，這與一年生植物蒺藜（Tribulus terrestris）、黃花蒿（Artemisia annua）的生長期分類[7-8]類似。刮老烏在江蘇里下河地區(qū)種植過程中，不同生育時期應(yīng)采取不同的主攻方向。緩苗期一般為移栽后2周內(nèi)，此時主要目標(biāo)是促進(jìn)發(fā)根和活棵。莖葉快速生長期為移栽后5～11周（5月中旬至7月上旬），其間以7～11周（5月底至7月初）為莖葉生長發(fā)育高峰期，此階段莖葉旺盛生長，匍匐莖也旺盛生長，球莖開始形成，并逐步進(jìn)入旺盛生長階段，是慈姑刮老烏營養(yǎng)體形成的關(guān)鍵階段，應(yīng)主攻莖葉生長，在移栽后9周開始要注意為球莖膨大期做好準(zhǔn)備。球莖膨大期為移栽后11～17周（7月初至8月底），生長中心以球莖為主，其主攻目標(biāo)是促進(jìn)地下球莖膨大，同時要保護(hù)好莖葉，保證球莖膨大有充足的營養(yǎng)。衰老成熟期主要是移栽15周（8月上旬）后，其間球莖鮮質(zhì)量已不再

增長，主要是球莖的干物質(zhì)積累，莖葉養(yǎng)分向球莖輸送，是提高球莖品質(zhì)的關(guān)鍵時期。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙有為. 幾種主要的水生蔬菜生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展概述（下）[J]. 長江蔬菜，1992（2）：17-18.

[2]陳家寬. 中國慈姑屬的系統(tǒng)與進(jìn)化植物學(xué)研究[M]. 武漢：武漢大學(xué)出版社，1989：21-89.

[3]邢湘臣. 慈姑的食療[J]. 蔬菜，2002（8）：40.

[4]黃新芳，孔慶東，柯衛(wèi)東，等. 華夏慈姑種質(zhì)資源及其研究（上）[J]. 長江蔬菜，1998（11）：1-3.

[5]黃新芳，孔慶東，柯衛(wèi)東，等. 華夏慈姑種質(zhì)資源及其研究（下）[J]. 長江蔬菜，1998（12）：1-3.

[6]黃新芳，孔慶東，柯衛(wèi)東，等. 慈姑種質(zhì)資源的綜合評估[C]//中國科學(xué)技術(shù)協(xié)會青年學(xué)術(shù)討論會.北京，1998：627-631.endprint

[7]韓大勇，韓梅，楊利民，等. 蒺藜生長發(fā)育動態(tài)研究[J]. 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2006，28（5）：525-529.

[8]崔廣林，李隆云，吳葉寬. 武陵山區(qū)黃花蒿生長發(fā)育規(guī)律研究[J]. 熱帶亞熱帶植物學(xué)報，2016，24（1）：87-92.江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)2017年第45卷第23期戚琳，宋修超，韓承輝，等. 不同熱解溫度水稻秸稈生物炭對菠菜生物量和品質(zhì)的影響[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2017，45（23）：132-135.

doi：10.15889/j.issn.1002-1302.2017.23.035不同熱解溫度水稻秸稈生物炭對菠菜生物量

和品質(zhì)的影響戚琳1， 宋修超2， 韓承輝1， 謝偉芳1， 程婷1

（1.江蘇城市職業(yè)學(xué)院環(huán)境與生態(tài)學(xué)院，江蘇南京 210019； 2.江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，江蘇南京 210014）摘要：土壤中施用生物炭具有改良土壤、提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)的潛能。以水稻秸稈為原料，分別在300、500、700 ℃ 下熱解制備生物炭，通過盆栽試驗研究不同溫度制備的生物炭（T300、T500、T700）在不同添加量（10、20 g/kg）下對菠菜生長和品質(zhì)的影響。結(jié)果表明，相比于對照，土壤中添加生物炭可提高菠菜株高和生物量，且其增量與生物炭添加量成正比；植株硝酸鹽含量因生物炭的添加而降低，且高水平添加量（20 g/kg）的T500、T700處理達(dá)到顯著水平（P<0.05）。同時，高水平添加生物炭可顯著提高植株維生素C、可溶性糖和可溶性蛋白含量。綜合各項指標(biāo)，T500和T700生物炭在高水平添加量時，對作物生物量的提高和品質(zhì)的改善效果更顯著。添加水稻秸稈生物炭有利于增加土壤孔隙度、提高土壤肥力，進(jìn)而促進(jìn)菠菜生長和改善品質(zhì)。因此，生物炭可作為改良劑施用于土壤，但其具體用量須根據(jù)土壤狀況和蔬菜種類而定。

關(guān)鍵詞：熱解溫度；稻秸稈生物炭；菠菜；株高；生物量；營養(yǎng)品質(zhì)；硝酸鹽；孔隙度；土壤肥力；土壤改良劑

中圖分類號： S636.104文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號：1002-1302（2017）23-0132-04

收稿日期：2017-04-24

基金項目：江蘇省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練指導(dǎo)項目（編號：20150000014X）；江蘇省環(huán)境工程重點(diǎn)實(shí)驗室開放課題（編號：KF2015012）。

作者簡介：戚琳（1987—），女，山西臨汾人，碩士研究生，助理實(shí)驗師，主要從事環(huán)境生態(tài)學(xué)及土壤修復(fù)相關(guān)研究。E-mail：qlkatrina@163.com。隨著設(shè)施蔬菜種植面積的不斷擴(kuò)大，長期過量地不合理施肥和單一品種連作會造成土壤酸化和板結(jié)、營養(yǎng)元素失衡，土壤中有機(jī)物的礦化與分解速率減慢、養(yǎng)分有效性降低、肥力下降[1-2]，給生態(tài)環(huán)境帶來不良影響和危害，同時造成蔬菜產(chǎn)量和品質(zhì)降低等后果[3]。菠菜（Spinacia oleracea L.）是一種重要的經(jīng)濟(jì)作物，營養(yǎng)價值高，被廣泛種植和食用。但菠菜屬于喜硝作物，極易富集硝酸鹽，這已成為制約其品質(zhì)的重要因素[4-5]。因此，加強(qiáng)土壤理化性狀的調(diào)控和改良，對提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)具有重要的理論和實(shí)踐意義。

生物炭（biochar）一般指生物有機(jī)質(zhì)如農(nóng)業(yè)廢棄物、植物組織或木材等在相對缺氧狀態(tài)下高溫裂解形成的物質(zhì)[6]。生物炭性質(zhì)穩(wěn)定，不易被微生物分解[7]，具有較大的比表面積和陽離子交換量[8]。近年來有關(guān)生物炭的研究和應(yīng)用得到了廣泛關(guān)注，其主要作用集中在以下幾個方面：（1）改善土壤理化性質(zhì)，提高土壤保水保肥性能[9-10]；（2）固碳作用，提高土壤碳庫固碳潛力和碳封存能力[11]；（3）促進(jìn)植物生長，增加農(nóng)作物產(chǎn)量和改善品質(zhì)[12-13]；（4）穩(wěn)定土壤污染物，降低重金屬和有機(jī)污染物的生物有效性等[14-15]。生物炭的理化性質(zhì)及結(jié)構(gòu)特性受生物質(zhì)原料和熱解條件的影響[16]。不同生物質(zhì)原料的組分（如纖維素、半纖維素、木質(zhì)素等）、粒徑和全水分含量不同，制備得到的生物炭酸堿度、表面官能團(tuán)組分[17]和對重金屬的吸附性能[18]不同；而升高熱解溫度有利于生物炭微孔和孔隙結(jié)構(gòu)的形成，隨著熱解溫度的升高，孔隙數(shù)量增加、平均孔徑變小，生物炭比表面積、微孔表面積和總孔容增加[8]，這在一定程度上決定了生物炭在土壤中的穩(wěn)定性及其作用效果[13]。利用生物炭作為土壤添加劑的研究發(fā)現(xiàn)，蔬菜硝酸鹽含量因生物炭而顯著降低，生物炭可改變氮素形態(tài)，緩慢供應(yīng)以滿足作物對氮素的需求，對蔬菜體內(nèi)硝酸鹽的富集具有較好的調(diào)控作用[19-20]，同時維生素C和可溶性糖含量升高，蔬菜的營養(yǎng)品質(zhì)得到提升，但也有研究發(fā)現(xiàn)生物炭施用后產(chǎn)生了相反的作用[21-22]。針對不同的試驗結(jié)論，本試驗利用溫室盆栽試驗，以菠菜作為供試作物，研究常規(guī)水肥措施下不同熱解溫度制備的水稻秸稈生物炭在不同施加量下對菠菜生物量和品質(zhì)的影響，以期尋求更合理的生物炭制備溫度和施用濃度，為生物炭在蔬菜種植和生產(chǎn)過程中改善設(shè)施土壤質(zhì)量、提高蔬菜產(chǎn)量與品質(zhì)提供依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗材料

試驗選用的菠菜品種為內(nèi)蒙古大葉菠菜，購買自上海瑞琪種子有限公司。供試土壤采自江蘇省蘇州市相城區(qū)望亭鎮(zhèn)設(shè)施大棚，該溫室大棚已經(jīng)采用常規(guī)管理方法連續(xù)種植番茄、黃瓜、茄子和辣椒等超過5年。土壤屬沙質(zhì)壤土，耕層土壤（0～15 cm）pH值=5.2，含總有機(jī)碳18.3 g/kg、全氮 1.6 g/kg、全磷0.7 g/kg、全鉀0.9 g/kg。種植前土壤過2 mm篩，去除肉眼可見植物殘體和石塊。

水稻秸稈（簡稱稻稈）生物炭的制備：水稻秸稈采自蘇州市相城區(qū)望亭鎮(zhèn)。將稻稈洗凈后自然風(fēng)干，粉碎并過2 mm篩，置于陶瓷坩堝中，分別以300、500、700 ℃在馬弗爐（carbolite CWF 12/13，GB ）中厭氧裂解3 h，冷卻至室溫后研磨過1 mm篩，得到的3種生物炭分別記為T300、T500、T700，其基本理化性質(zhì)見表1。表1不同熱解溫度生物炭元素組成及基本性質(zhì)endprint

熱解溫度

（℃）平均孔徑

（nm）碳含量

（%）氮含量

（%）灰分含量

（%）pH值全磷含量

（g/kg）全鉀含量

（g/kg）陽離子交換量

（cmol/kg）30018.9453.12 1.50 21.288.22.11 42.513.550011.0465.08 0.87 29.4310.52.86 59.115.87004.7368.81 0.27 37.0510.73.49 64.722.1

1.2試驗設(shè)計

試驗于2016年10—11月在江蘇城市職業(yè)學(xué)院屋頂花園進(jìn)行，菠菜種植盆缽選用長×寬×高為42 cm×23 cm×17 cm的長方形塑料花盆，每盆盛土20 kg，播種前將土壤與生物炭充分混勻并先澆透底水。試驗處理設(shè)置為雙因素交互試驗，3種不同熱解溫度的生物炭T300、T500、T700分別設(shè)置2個濃度梯度：C1=10 g/kg、C2=20 g/kg（生物炭/土壤）；同時，以僅施用基肥、不添加生物炭的空白作為對照（CK）共7個處理，每處理3個重復(fù)，共21個盆缽，完全隨機(jī)擺放。各處理施加同水平基肥：N ∶P2O5 ∶K2O =2 ∶1 ∶1.5。

選飽滿、整齊一致的菠菜種提前在50 ℃溫水中浸種2 h，再在室溫下浸種22 h，置于鋪有2層濕潤紗布的培養(yǎng)皿中，在18 ℃培養(yǎng)箱中避光培養(yǎng)，取長勢健壯一致的幼苗移栽于盆缽中，每盆15株，待長出2張真葉后間苗，每盆保留6株。每隔2 d于上午澆水1次，以不滲出盆底托盤為準(zhǔn)，整個栽培期間不再補(bǔ)施任何肥料。

1.3分析方法

1.3.1菠菜株高及生物量的測定菠菜出苗50 d后收獲，用水洗凈后用蒸餾水沖洗1遍，用吸水紙吸干水分后測量株高，稱質(zhì)量并記錄每個盆缽菠菜單株生物量（包括地上部分和地下部分）。

1.3.2菠菜品質(zhì)的測定 選擇部分處理好的代表性樣品進(jìn)行菠菜品質(zhì)分析。其中，植株硝酸鹽含量的測定利用水楊酸比色法[23]；維生素C含量的測定采用2，6-二氯靛酚滴定法[24]；可溶性糖含量的測定采用蒽酮比色法[25]；可溶性蛋白含量的測定采用考馬斯亮藍(lán)染色法[25]。

1.4數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2010軟件對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，SPSS 19.0統(tǒng)計軟件進(jìn)行單因素方差分析（One-Way ANOVA）和LSD多重比較檢驗處理間的差異以及試驗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計，顯著性水平α=0.05，利用Origin 9.0進(jìn)行圖表制作。

2結(jié)果與分析

2.1不同處理對菠菜株高和生物量的影響

由表2可知，與對照相比，高量（C2）生物炭的添加顯著提高了菠菜株高（P<0.05），分別提高10.94%、15.73%、1285%；但低量（C1）生物炭的添加對株高的影響不顯著（P>0.05），3種熱解溫度處理間差異也不顯著。

由表2還可知，菠菜生物量對不同生物炭處理的響應(yīng)不同。對于同種熱解溫度生物炭而言，植株地上部和地下部生物量隨生物炭添加量的增加而增大；而添加量相同時，T500生物炭較其他兩種生物炭對植株地上部和地下部生物量的促進(jìn)作用更強(qiáng)烈；三種熱解溫度生物炭在兩種添加水平下均比對照顯著提高了植株地下部生物量（P<0.05），而地上部生物量受低水平T500和高水平添加量的三種生物炭影響顯著；不同添加量的同種生物炭處理間植株地上部生物量無顯著差異，而地下部生物量受不同添加量的T300和T700生物炭影響顯著（P<0.05）。

表2生物炭對菠菜株高和生物量的影響

生物炭

處理溫度

處理株高

（cm）地上部生物量

（g，鮮質(zhì)量）地下部生物量

（g，鮮質(zhì)量）C0CK17.36±0.71c30.53±2.27c20.89±1.17dC1T30018.08±0.67bc33.86±1.21bc26.03±2.13bcT50018.34±0.56bc35.99±2.63ab29.87±0.87aT70018.68±1.13abc32.89±1.88bc25.39±1.54cC2T30019.26±0.44ab37.03±2.01ab29.73±2.41aT50020.09±0.72a39.17±3.17a31.38±1.51aT70019.59±1.13ab35.91±2.35ab28.91±1.86ab注：不同小寫字母表示處理間差異顯著（P<0.05）。下同。

2.2不同處理對菠菜品質(zhì)的影響

與對照相比，生物炭的添加可降低植株硝酸鹽含量，且C2添加量的T500和T700處理達(dá)到顯著水平（圖1，P<0.05）；2個處理的植株硝酸鹽含量分別為795.49、803.34 mg/kg，相比于對照分別降低11.39%、10.52%；添加生物炭的各處理間菠菜植株硝酸鹽含量差異不顯著，且所有硝酸鹽含量均低于國家安全標(biāo)準(zhǔn)（≤3 000 mg/kg，鮮質(zhì)量），未產(chǎn)生硝酸鹽含量超標(biāo)的風(fēng)險。

維生素C是評價蔬菜營養(yǎng)品質(zhì)的重要指標(biāo)之一。相比

于對照，在C1添加量下，T300處理的菠菜植株維生素C含量降低，T500處理升高，但均未達(dá)到顯著水平（P>0.05）；而其他處理均顯著提高了維生素C含量。對于相同熱解溫度生物炭而言，添加量越大，菠菜維生素C含量越高，且3種生物炭處理間差異顯著（P<0.05，圖2）。

由圖3、圖4可知，生物炭添加水平無論是高還是低，3種熱解溫度生物炭對菠菜可溶性糖和可溶性蛋白含量有促進(jìn)作用。相比于對照，C1生物炭對菠菜植株可溶性糖含量影響不顯著，而C2生物炭的影響達(dá)到顯著水平（P<0.05）；C1添加量下的T300和T700對植株可溶性蛋白含量影響不顯著，其他處理則達(dá)到顯著水平。3種生物炭添加量增大時，可溶性糖和可溶性蛋白含量均顯著提高（P<0.05），且T500處理下的生物炭對可溶性糖和蛋白含量的促進(jìn)作用高于其他2種生物炭，但與T700生物炭差異不顯著。endprint

3討論

3.1生物炭對菠菜生物量的影響

本研究發(fā)現(xiàn)，施加生物炭可提高菠菜株高、植株地上部和

地下部生物量，且高水平生物炭對其影響顯著。這可能是由于生物炭施入土壤中可改善土壤性狀、提高土壤肥力、促進(jìn)作物根系活力與養(yǎng)分吸收能力，進(jìn)而促進(jìn)植株生長[26]。因此，添加生物炭可作為提高作物產(chǎn)量的有效方式。有研究發(fā)現(xiàn)，生物炭對番茄根系形態(tài)特征的優(yōu)化與產(chǎn)量的提高具有一定的促進(jìn)作用[27]；房彬等發(fā)現(xiàn)，玉米和油菜秸稈生物炭處理下的玉米和油菜作物產(chǎn)量均高于對照組，生物炭有利于作物生物學(xué)產(chǎn)量的提高，且油菜籽實(shí)產(chǎn)量隨著生物炭添加比例增大而顯著提高[28]；劉玉學(xué)等發(fā)現(xiàn)，土壤中添加稻稈生物炭可增加白菜生物量，且在10、20 t/hm2水平下差異顯著[26]。

3.2生物炭對菠菜品質(zhì)的影響

硝酸鹽是致癌物亞硝胺的前體，易誘發(fā)人體消化系統(tǒng)癌變，是衡量蔬菜品質(zhì)的重要指標(biāo)之一。本研究發(fā)現(xiàn)，生物炭的添加可降低菠菜植株硝酸鹽含量，這可能是由于生物炭的孔隙結(jié)構(gòu)對土壤硝態(tài)氮起到吸附和調(diào)控作用，從而能夠起到固持、緩釋土壤氮素的作用，減少菠菜硝酸鹽的短期積累，達(dá)到降低植株硝酸鹽含量的效果[20]。付嘉英等發(fā)現(xiàn)，小麥炭基肥處理的白菜的硝酸鹽含量顯著低于復(fù)合肥，認(rèn)為小麥炭基肥料對小白菜硝酸鹽的富集具有較好的調(diào)控作用[19]。劉玉學(xué)等發(fā)現(xiàn)，在180 kg/hm2施氮情況下，添加稻稈炭可降低小青菜硝酸鹽含量，但低水平添加量下差異不顯著，添加量達(dá) 40 t/hm2 時硝酸鹽含量顯著降低[26]；張萬杰等通過盆栽試驗得到了相反的結(jié)論[29]。各研究中生物炭施用效果的差異與應(yīng)用土壤的固有特征和生物炭本身性質(zhì)有關(guān)，在施加量不同或與不同肥料配施的條件下，對不同作物生長和品質(zhì)的影響產(chǎn)生差異。

植株維生素C、可溶性糖和可溶性蛋白代表蔬菜的營養(yǎng)品質(zhì)[30-32]，本研究發(fā)現(xiàn)土壤中添加生物炭可提高菠菜植株各營養(yǎng)指標(biāo)的含量，且高水平添加量的生物炭對其影響顯著，這與前人研究結(jié)果相同。王鳳婷等研究發(fā)現(xiàn)，添加高水平稻稈炭可顯著提高白菜維生素C含量[33]；付嘉英等發(fā)現(xiàn)，麥秸炭基肥可顯著提高維生素C和可溶性糖含量[19]。這可能是由于稻稈生物炭富含有機(jī)碳、無機(jī)碳酸鹽和植物生長所需的大量營養(yǎng)元素，其輸入可提高土壤養(yǎng)分水平[34]，促進(jìn)植株體內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)的合成和積累。同時，生物炭的添加可提高土壤陽離子交換量（CEC），改善土壤保肥能力[16，35]；降低土壤酸性，改善土壤pH值狀況，有助于作物對養(yǎng)分的吸收和利用[10]，進(jìn)而改善作物品質(zhì)。而高溫?zé)峤馍锾靠紫督Y(jié)構(gòu)更發(fā)達(dá)，pH值和CEC更高，對土壤物理性狀的改善和養(yǎng)分水平的提高能力優(yōu)于低溫?zé)峤馍锾俊?/p>

4結(jié)論

在常規(guī)水肥管理條件下，生物炭的添加可提高菠菜植株地上部和地下部生物量、改善菠菜營養(yǎng)品質(zhì)。高水平添加量的3種熱解溫度生物炭均顯著提高了菠菜植株的維生素C、可溶性糖和可溶性蛋白含量；同時，高熱解溫度生物炭對硝酸鹽含量降低效果顯著。針對同種熱解溫度的生物炭，其添加量越大，菠菜品質(zhì)指標(biāo)的增加量越大；而3種熱解溫度生物炭中，高熱解溫度生物炭增效優(yōu)于低熱解溫度生物炭。結(jié)合其他研究發(fā)現(xiàn)，生物炭對作物產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，要綜合考慮當(dāng)?shù)赝寥蕾|(zhì)地與水肥狀況、作物品種和類型、生物炭類型和施加量等多方面因素。同時，植株生長和品質(zhì)依賴于土壤養(yǎng)分狀況，因此今后的研究應(yīng)結(jié)合土壤輸入生物炭后理化性狀及養(yǎng)分情況的變化，綜合探討生物炭對作物生物量和品質(zhì)的影響，以期進(jìn)一步驗證更適合當(dāng)?shù)赝寥拦逃刑匦原h(huán)境的生物炭熱解溫度和添加量。

參考文獻(xiàn)：

[1]管安琴，盧昱宇，陳罡，等. 棚室蔬菜栽培中的光、溫、土壤環(huán)境調(diào)控技術(shù)綜述[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，43（9）：191-193，194.

[2]張丹丹，包立，張乃明，等. 不同設(shè)施栽培基質(zhì)對生菜生長與品質(zhì)的影響[J]. 北方園藝，2015（8）：173-176.

[3]沈虹，王磊，苗艷，等. 海藻渣對菠菜生長和品質(zhì)的影響[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2016，44（10）：196-199，200.

[4]陳新平，鄒春琴，劉亞萍，等. 菠菜不同品種累積硝酸鹽能力的差異及其原因[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報，2000，6（1）：30-34.

[5]葛曉光，郝楠. 綠色蔬菜生產(chǎn)中化肥施用問題的討論[J]. 中國蔬菜，2006，1（4）：1-4.

[6]Cao X D，Ma L，Gao B，et al. Dairy-manure derived biochar effectively sorbs lead and atrazine[J]. Environmental Science & Technology，2009，43（9）：3285-3291.

[7]Lehmann J，Nguyen B T，Kinyang J，et al. Long-term black carbon dynamics in cultivated soil[J]. Biogeochemistry，2009，92（1/2）：163-176.

[8]簡敏菲，高凱芳，余厚平. 不同裂解溫度對水稻秸稈制備生物炭及其特性的影響[J]. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2016，36（5）：1757-1765.

[9]何緒生，張樹清，佘雕，等. 生物炭對土壤肥料的作用及未來研究[J]. 中國農(nóng)學(xué)通報，2011，27（15）：16-25.

[10]高敬堯，王宏燕，許毛毛，等. 生物炭施入對農(nóng)田土壤及作物生長影響的研究進(jìn)展[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2016，44（10）：10-15.

[11]Jindo K，Sanchez-Monedero M A，Hernandez T A，et al. Biochar influences the microbial community structure during manure composting with agricultural wastes[J]. Science of the Total Environment，2012，416（2）：476-481.endprint

[12]Gaskin J W，Steiner C，Harris K，et al. Effect of low-temperature pyrolysis conditions on biochar for agricultural use[J]. Transactions of the ASABE，2008，51（6）：2061-2069.

[13]Yuan J H，Xu R K，Zhang H. The forms of alkalis in the biochar produced from crop residues at different temperatures[J]. Bioresource Technology，2011，102（3）：3488-3497.

[14]安增莉，方青松，侯艷偉. 生物炭輸入對土壤污染物遷移行為的影響[J]. 環(huán)境科學(xué)導(dǎo)刊，2011，30（3）：7-10.

[15]Cornelissen G，Gustafsson O，Bucheli T D，et al. Extensive sorption of organic compounds to black carbon，coal，and kerogen in sediments and soils：mechanisms and consequences for distribution，bioaccumulation，and biodegradation[J]. Environmental Science & Technology，2005，39（18）：6881-6895.

[16]王宏燕，王曉晨，張瑜潔，等. 幾種生物質(zhì)熱解炭基本理化性質(zhì)比較[J]. 東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2016，47（5）：83-90.

[17]李明，李忠佩，劉明，等. 不同秸稈生物炭對紅壤性水稻土養(yǎng)分及微生物群落結(jié)構(gòu)的影響[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，48（7）：1361-1369.

[18]林珈羽，張越，劉沅，等. 不同原料和炭化溫度下制備的生物炭結(jié)構(gòu)及性質(zhì)[J]. 環(huán)境工程學(xué)報，2016，10（6）：3200-3206.

[19]付嘉英，喬志剛，鄭金偉，等. 不同炭基肥料對小白菜硝酸鹽含量、產(chǎn)量及品質(zhì)的影響[J]. 中國農(nóng)學(xué)通報，2013，29（34）：162-165.

[20]廖上強(qiáng)，陳延華，李艷梅，等. 生物炭基尿素對芹菜產(chǎn)量、品質(zhì)及土壤硝態(tài)氮含量的影響[J]. 農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境學(xué)報，2015，32（5）：443-448.

[21]李澤鋒，李娜，劉金華，等. 生物質(zhì)炭對辣椒果實(shí)品質(zhì)和產(chǎn)量的影響[J]. 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2016，38（6）：686-692.

[22]van Zwieten L，Kimber S，Morris S，et al. Effects of biochar from slow pyrolysis of papermill waste on agronomic performance and soil fertility[J]. Plant and Soil，2010，327（1/2）：235-246.

[23]趙世杰，劉華山，董心純. 植物生理學(xué)實(shí)驗指導(dǎo)[M]. 北京：中國農(nóng)業(yè)科技出版社，1998：43-125.

[24]劉春生，楊守祥. 農(nóng)業(yè)化學(xué)分析[M]. 北京：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社，1996：8-187.

[25]李合生. 植物生理生化試驗原理與技術(shù)[M]. 北京：高等教育出版社，2000：184-195.

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

[27]勾芒芒，屈忠義. 土壤中施用生物炭對番茄根系特征及產(chǎn)量的影響[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報，2013，22（8）：1348-1352.

[28]房彬，李心清，趙斌，等. 生物炭對旱作農(nóng)田土壤理化性質(zhì)及作物產(chǎn)量的影響[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報，2014，23（8）：1292-1297.

[29]張萬杰，李志芳，張慶忠，等. 生物質(zhì)炭和氮肥配施對菠菜產(chǎn)量和硝酸鹽含量的影響[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2011，30（10）：1946-1952.

[30]馮營，胡新燕，馮清偉，等. 不同熟期辣椒果實(shí)農(nóng)藝性狀和維生素C含量動態(tài)變化[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，43（2）：156-157.

[31]徐心誠. 外源腐胺和精胺對弱光脅迫下黃瓜葉片可溶性糖含量的影響[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，43（7）：130-134.

[32]李潔. 干旱脅迫對青稞幼苗可溶性蛋白的影響[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，43（12）：124-126.

[33]王鳳婷，艾希珍. 鉀與蔬菜品質(zhì)的相關(guān)性研究進(jìn)展[J]. 西北農(nóng)業(yè)學(xué)報，2004，13（4）：183-186.

[34]Woolf D，Amonette J E，Street-Perrott F，et al. Sustainable biochar to mitigate global climate change[J]. Nature Communications，2010，1（5）：56.

[35]Lehmann J，da Silva J P，Steiner C，et al. Nutrient availability and leaching in an archaeological Anthrosol and a Ferralsol of the Central Amazon basin：fertilizer，manure and charcoal amendments[J]. Plant and Soil，2003，249（2）：343-357.江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)2017年第45卷第23期王林闖，趙建鋒，羅德旭，等. 不同多效唑浸種時間對黃瓜苗期生長的影響[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2017，45（23）：136-138.endprint