生物質(zhì)炭載鋅對白菜產(chǎn)量及品質(zhì)的影響

陳江博，劉元生，范成五，劉桂華，胡 崗，朱仁秀，瞿 飛，陳曉燕，秦 松*

(1. 貴州大學 農(nóng)學院，貴州 貴陽 550025；2. 貴州省農(nóng)業(yè)科學院 土壤肥料研究所，貴州 貴陽 550006；3. 貴州省農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境工程技術(shù)研究中心，貴州 貴陽 550006；4.貴州省龍里縣農(nóng)村工作局，貴州 龍里 551200 )

1 材料與方法

1.1 試驗材料

白菜品種為晉菜三號。

生物質(zhì)炭為鋸末微波碳化，粉碎并過20目篩，其CEC(陽離子交換量)為8.36 cmol/kg。鋅源為ZnSO4·7H2O。生物質(zhì)炭載鋅：分別稱取0、125、250、500、750、1000 mg鋅，用500 mL蒸餾水分別溶解于100 g生物質(zhì)炭中，混勻風干。

供試土壤：黃砂土取自貴陽市花溪區(qū)孟關(guān)鄉(xiāng)，黃粘土取自貴州大學南校區(qū)農(nóng)學院試驗地，大泥土取自貴州省農(nóng)業(yè)科學院；土壤采回后，撿出石塊、植物碎屑等磨碎，過10目篩備用。供試土壤基本理化性質(zhì)見表1。

1.2 試驗設(shè)計

盆栽試驗于2016年8-10月在貴州大學試驗基地進行。采用單因素(鋅濃度)試驗設(shè)計，6個用量水平，3次重復，即單施生物質(zhì)炭100 g(對照)與1 kg土施生物質(zhì)炭載鋅50、100、200、300及400 mg。盆栽土壤每盆2.5 kg(干重)，將土壤分別與各濃度生物質(zhì)炭載鋅均勻混合裝于盆中。沿盆壁注入去離子水，使土壤充分潤濕，濕度達田間最大持水量。靜置 24 h后每盆播種10粒白菜種子。出苗1周后間苗，每盆留 苗3株，每天保證充足的水量和光照，生長60 d后收獲。

1.3 樣品采集與分析測定

植株成熟后進行收割，取地上部分，用去離子水沖洗干凈，用吸水紙擦去水分，晾干，稱鮮重，在105 ℃下殺青30 min，75 ℃烘干至恒重。將干樣磨碎測其品質(zhì)指標及鋅含量。

基本養(yǎng)分指標采用常規(guī)方法測定[13]，可溶性固體物質(zhì)、水溶性總糖、維生素C含量采用張志良[14]和鄒琦[15]的方法測定。植株鋅含量測定：每個烘干樣品過0.5 mm篩孔，準確稱取0.5～1.0 g ，置于石英坩堝中在電爐上加熱碳化，移入高溫電爐中(500 ℃)2～3 h，灰化后冷卻。準確加入1∶1硝酸溶液5 mL溶解灰分，溶解后無損移入100 mL容量瓶中，用水定容。用干濾紙過濾，濾液收集于干塑料瓶內(nèi)，直接用原子吸收分光光度計測定(AAS法)。

表1 供試土壤的基本理化性質(zhì)Table 1 Basic physical and chemical properties of tested soil

不同小寫字母表示各處理間差異顯著(P<0.05)，下同Different lowercase letters indicate significance of difference between different treatments at P<0.05 level. The same as below圖1 不同濃度生物質(zhì)炭載鋅不同類型土壤栽培的白菜鮮重Fig.1 Fresh weight of Chinese cabbage cultivated in different soil types under different zinc concentrations of Zn absorbed to biochar

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010對數(shù)據(jù)進行整理，SPASS 20.0進行分析，Origin8.6 作圖。

目前，MAG○R+液硫鼓泡脫氣技術(shù)已經(jīng)成功應用于普光天然氣凈化廠的實際生產(chǎn)，即使在出現(xiàn)了各種不利條件的工況下，液硫產(chǎn)品質(zhì)量仍然合格，具有巨大的經(jīng)濟效益和社會效益[6]。

2 結(jié)果與分析

2.1 白菜鮮重

從圖1 看出，不同濃度生物質(zhì)炭載鋅對不同類型土壤種植的白菜鮮重有顯著影響。白菜鮮重均隨生物質(zhì)炭載鋅濃度的增加呈先增加后減少的趨勢，相同濃度不同土壤中以黃砂土中白菜產(chǎn)量最佳，黃粘土次之，大泥土最后。黃砂土中，生物質(zhì)炭載鋅濃度為100 mg/kg時白菜鮮重(156.35 g/株)顯著高于其他濃度；黃粘土中，生物質(zhì)炭載鋅濃度為300 mg/kg時白菜鮮量(115.97 g)顯著高于其他濃度；大泥土中，生物質(zhì)炭載鋅濃度200 mg/kg時白菜鮮重顯著高于其他濃度。

2.2 白菜的品質(zhì)

從圖2看出，不同濃度生物質(zhì)炭載鋅不同土壤類型栽培的白菜可溶性固形物含量、水溶性總糖含量和維生素C含量有顯著差異。

(1)可溶性固形物含量。白菜可溶性固形物含量均隨生物質(zhì)炭載鋅濃度的增加呈先增后減趨勢。黃砂土中，生物質(zhì)炭載鋅濃度為100 mg/kg時白菜可溶性固形物含量顯著高于其他濃度，為7.4 %；黃粘土中，生物質(zhì)炭載鋅濃度為50 mg/kg時，白菜可溶性固形物含量顯著高于其他濃度；大泥土中，生物質(zhì)炭載鋅濃度100 mg/kg時白菜可溶性固形物含量為6.5 %，顯著高于其他濃度，生物質(zhì)炭載鋅濃度在200、300和400 mg/kg時白菜可溶性固形物含量差異不顯著，但200 mg/kg的可溶性固形物含量略高。相同濃度不同土壤中，黃砂土白菜可溶性固形物含量最高，黃粘土次之，大泥土最低。

(2)水溶性總糖含量。白菜水溶性總糖含量隨著生物質(zhì)炭載鋅濃度的增加均呈現(xiàn)先增加后減少趨勢。黃砂土與黃粘土中，100 mg/kg生物質(zhì)炭載鋅的白菜水溶性總糖含量分別為6.49 %和6.32 %，均顯著高于其他濃度；大泥土中，生物質(zhì)炭載鋅濃度在100和200 mg/kg時，白菜水溶性總糖含量分別為6.67 %和6.58 %，顯著高于其他濃度，兩者之間差異不顯著，但100 mg/kg的白菜水溶性總糖含量稍高。不同土壤同一濃度的生物質(zhì)炭載鋅中，白菜水溶性總糖含量大泥土中最高，黃粘土次之，黃砂土最低。

(3)維生素C含量。不同土壤類型中白菜維生素C含量均隨著生物質(zhì)炭載鋅濃度的升高呈先升高后降低的趨勢。黃砂土中白菜維生素C含量在生物質(zhì)炭載鋅濃度為100 mg/kg時顯著高于其他濃度；黃粘土中生物質(zhì)炭載鋅濃度在100和200 mg/kg時白菜維生素C含量為420.4和404.4 mg/kg，顯著高于其他濃度，兩者之間無顯著差異，以100 mg/kg的較高；大泥土中的白菜維生素C含量在物質(zhì)炭載鋅濃度高于100 mg/kg后無顯著差異，以200 mg/kg的略高。

圖2 不同濃度生物質(zhì)炭載鋅不同類型土壤栽培的白菜可溶性固形物含量、水溶性總糖含量和維生素C含量Fig.2 Soluble solid, water-soluble total sugar and Vc content of Chinese cabbage cultivated in different soil types under different concentration of Zn absorbed to biochar

圖3 不同濃度生物質(zhì)炭載鋅不同類型土壤栽培的白菜氮、磷、鉀含量Fig.3 Nitrogen, phosphorus and potassium content of Chinese cabbage cultivated in different soil types under different concentration of Zn absorbed to biochar

2.3 白菜的養(yǎng)分含量

從圖3看出，不同濃度生物質(zhì)炭載鋅不同土壤類型栽培的白菜氮、磷、鉀含量有差異，均隨生物質(zhì)炭載鋅濃度的升高呈先升高后降低的趨勢。

(1)氮含量。黃砂土與黃粘土中，生物質(zhì)炭載鋅濃度為200 mg/kg時白菜的氮含量分別為2.51 %與2.63 %，顯著高于其他濃度，以0 mg/kg最低；大泥土中。生物質(zhì)炭載鋅濃度100 mg/kg時白菜含氮量2.43 %，顯著高于其他濃度。相同濃度不同土壤中，濃度低于100 mg/kg，白菜含氮量大泥土中的最高，黃粘土次之，土最低；濃度為200 mg/kg時，白菜含氮量黃粘土最高，黃砂土次之，大泥土最低；濃度>200 mg/kg時，大白菜氮含量黃砂土最高，黃粘土次之，大泥土最低。

(2)磷含量。黃砂土中，生物質(zhì)炭載鋅濃度為100和200 mg/kg時，白菜的磷含量分別為0.2 %和0.22 %，顯著高于其他濃度，兩者之間差異不顯著，以濃度為200 mg/kg的較高；黃粘土中，生物質(zhì)炭載鋅濃度分別為100和200 mg/kg時，白菜磷含量顯著高于其他濃度， 兩者差異不顯著；大泥土中，生物質(zhì)炭載鋅濃度為0和400 mg/kg時白菜磷含量顯著低于其他濃度，以濃度為200 mg/kg的白菜含磷量最高，為0.18 %。

(3)鉀含量。黃粘土中，生物質(zhì)炭載鋅濃度為200和300 mg/kg時白菜鉀含量為1.75 %和1.77 %，顯著高于其他濃度，兩者間差異不顯著；黃粘土中，生物質(zhì)炭載鋅濃度為100和200 mg/kg時白菜鉀含量顯著高于其他濃度；大泥土中，生物質(zhì)炭載鋅濃度為200 mg/kg時，白菜鉀含量為1.96 %，顯著高于其他濃度。相同濃度不同土壤中，濃度低于200 mg/kg，黃粘土白菜的含鉀量最高，大泥土次之，黃砂土最低；濃度為200 mg/kg時，白菜鉀含量為大泥土>黃砂土>黃粘土；濃度高于200 mg/kg時，白菜鉀含量為黃砂土>黃粘土>大泥土。

2.4 白菜的吸鋅量

從圖4看出，不同濃度生物質(zhì)炭載鋅對不同土壤類型白菜吸鋅量有顯著影響。白菜吸鋅量均隨生物質(zhì)炭載鋅濃度的增加呈現(xiàn)先增加后緩慢減少趨勢。黃砂土中，300 mg/kg生物質(zhì)炭載鋅濃度的吸鋅量為5.134 mg/kg，顯著高于其他濃度；黃粘土中，200和300 mg/kg生物質(zhì)炭載鋅的白菜吸鋅量分別為4.542和4.363 mg/kg，顯著高于其他濃度，兩者間差異不顯著；大泥土中，200和400 mg/kg生物質(zhì)炭載鋅的吸鋅量為4.407和4.397 mg/kg，顯著高于其他濃度。相同濃度不同土壤中，白菜吸鋅量黃砂土最高，大泥土次之，黃粘土最低。

3 討 論

章衡等[16]研究得出，一定濃度范圍內(nèi)噴施鋅，白菜產(chǎn)量會有少量增加，但鋅超過一定濃度后對白菜產(chǎn)生毒害作用，這與本研究結(jié)果相似，但本研究中，一定濃度范圍內(nèi)施鋅的白菜產(chǎn)量增加更為明顯，原因可能與鋅的施用方法有關(guān)，鋅噴施容易淋失[17]，而本試驗利用生物質(zhì)炭吸附鋅，使鋅在土壤中緩慢釋放，不僅鋅不易流失，還持續(xù)提供養(yǎng)分。在相同濃度不同土壤中，黃砂土的白菜產(chǎn)量遠高于大泥土，但黃砂土中養(yǎng)分卻低于大泥土，原因可能是黃砂土屬于石灰土類， pH呈弱酸性，生物質(zhì)炭載鋅更有利于白菜產(chǎn)量的提升。

圖4 不同濃度生物質(zhì)炭載鋅不同類型土壤栽培的白菜鋅吸收量Fig.4 Zinc absorption amount of Chinese cabbage cultivated in different soil types under different concentration of Zn absorbed to biochar

施用一定濃度的生物質(zhì)炭載鋅可以提升白菜品質(zhì)，但濃度過高白菜品質(zhì)降低，這與謝建志等[18-19]的研究結(jié)果一致，高濃度的鋅抑制白菜合成多糖酶的活性，從而導致白菜可溶性固體形物與水溶性總糖的降低。維生素C是衡量白菜品質(zhì)的重要指標[20]。人體長期缺維生素C會造成膠原蛋白合成受阻而引起壞血病及身體抗性減弱[21]，史慶馨等[22]研究發(fā)現(xiàn)，白菜中的維生素C含量最高為350 mg/kg，而本試驗中中白菜的維生素C含量大多高于350 mg/kg，說明施用生物質(zhì)炭載鋅能明顯提升白菜維生素C含量。

施鋅肥有助于土壤養(yǎng)分的平衡和作物營養(yǎng)的協(xié)調(diào)，可以提高作物對N、P、K元素的利用率[23]。本研究得出，白菜中N、P、K含量隨著生物質(zhì)炭載鋅濃度的升高呈先升高后降低趨勢，這與許多研究結(jié)果一致[24-26]。Marschner[27]對6個葡萄品種進行磷營養(yǎng)研究的資料顯示，P/Zn比會影響植物磷營養(yǎng)的吸收，但未對其結(jié)果進行討論。本研究結(jié)果表明，一定濃度生物質(zhì)炭載鋅有利于白菜養(yǎng)分含量的增加。根據(jù)Summer[28]提出的元素間相互作用模式，結(jié)合本研究結(jié)果可以推斷，低濃度生物質(zhì)炭載鋅有助于白菜對N、P、K營養(yǎng)的吸收，施用量過高反而會抑制白菜的吸收，降低白菜養(yǎng)分含量。因此，生產(chǎn)中白菜施用生物質(zhì)炭載鋅時既要考慮滿足白菜的生長需要，還要考慮土壤養(yǎng)分的平衡。

人體每天所需鋅的攝入量雖然很少，但其對人的生命起著至關(guān)重要的作用[29]。本研究結(jié)果表明生物質(zhì)炭載鋅有利于提升白菜鋅含量，這與胡學玉等[29-31]人的研究結(jié)果一致。杜新民[32]等的研究將白菜鋅含量提高到87.7～158.8 mg/kg，白菜鋅含量雖顯著提高，但遠高于《國家食品安全標準GB 13106-1991》中的鋅含量，鋅累積過高不僅對植物造成毒害作用，在食用過程中還會危害人體健康，降低人體免疫功能，造成缺鐵性貧血[33-34]。而本試驗中施用生物質(zhì)炭載鋅提高了白菜鋅含量，且符合《國家食品安全標準GB 13106-1991》的規(guī)定要求。

4 結(jié) 論

不同土壤中一定濃度的生物質(zhì)炭載鋅有利于提高白菜產(chǎn)量、品質(zhì)、養(yǎng)分含量和鋅含量。其中，黃砂土、黃粘土與大泥土生物質(zhì)炭載鋅濃度在100～300 mg/kg時，白菜產(chǎn)量最高，單株重在115.97～156.35 g；濃度在100～200 mg/kg時白菜品質(zhì)最佳，可溶性固形物、水溶性總糖與維生素C含量分別在6.5～7.4 %、6.32～6.67 %和420.4～480.5 mg/kg；濃度在100～200 mg/kg時白菜養(yǎng)分含量最高，氮、磷、鉀含量分別在2.43 %～2.63 %、0.18 %～0.22 %和1.77 %～1.96 %；濃度在200～300 mg/kg時白菜鋅含量最高，在4.41～ 4.78 mg/kg。綜合比較，黃砂土、黃粘土與大泥土在生物質(zhì)炭載鋅濃度在100～200 mg/kg時，有利于白菜生長，同時提高白菜的產(chǎn)量、品質(zhì)、養(yǎng)分含量與鋅含量。

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