黃壤旱地施用生物質(zhì)炭對(duì)白菜養(yǎng)分吸收及品質(zhì)的影響

劉元生 陳祖擁 蒲通達(dá) 朱健

摘 要：通過盆栽試驗(yàn)及大田試驗(yàn)對(duì)黃壤旱地施用不同比例的生物質(zhì)炭，探討施用生物質(zhì)炭對(duì)白菜養(yǎng)分吸收及品質(zhì)的影響。結(jié)果表明：黃泥土、黃砂土施用5%～15%生物質(zhì)炭能明顯的提高白菜產(chǎn)量，白菜植株中N、P、K含量出現(xiàn)不同程度的增加，其增幅的大小順序?yàn)镻>K>N;而且白菜植株中Fe、Mn、Cu、Zn、B含量也出現(xiàn)不同程度的提高，白菜產(chǎn)量與植株Fe、Mn、Cu、Zn含量存在極顯著的正相關(guān)。黃泥土、黃砂土施5%～15%生物質(zhì)炭后白菜植株中可溶性固形物、水溶性總糖含量出現(xiàn)不同程度的提高，而維生素C、硝酸鹽含量出現(xiàn)不同程度的下降;可溶性固形物、水溶性總糖、維生素C含量與Fe、Mn、Cu、Zn含量存在顯著性負(fù)相關(guān)，硝酸鹽含量則與N、K含量存在極顯著的負(fù)相關(guān)。黃壤旱地施用生物質(zhì)炭能明顯促進(jìn)白菜對(duì)養(yǎng)分的吸收，有利于提高白菜水溶性總糖的含量以及降低硝酸鹽的含量。

關(guān)鍵詞：黃壤;生物質(zhì)炭;白菜;養(yǎng)分吸收;品質(zhì)

中圖分類號(hào)：S15

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1008-0457（2019）03-0033-05 國際DOI編碼：10.15958/j.cnki.sdnyswxb.2019.03.007

Abstract：The pot experiment and field experiment were carried out to explore the effects of different proportions of biochar on the growth，nutrient uptake and quality of Chinese cabbage. The results showed that the application of 5%～15% biochar in yellow soil and yellow sand soil could significantly increase the yield of Chinese cabbage. The contents of N，P and K in Chinese cabbage plants increased with the increasing biochar in soil，and the growth rate of contents was P>K>N. In addition，the contents of Fe，Mn，Cu，Zn and B in Chinese cabbage plants increased to same extent after treated with biochar. There was a significant positive correlation between the yield of Chinese cabbage and the contents of Fe，Mn，Cu and Zn. The content of soluble solids and soluble sugar in cabbage plants increased significantly after applying 5%～15% biochar to yellow soil and yellow sand soil，while the content of vitamin C and nitrate decreased significantly. The contents of soluble solids，soluble sugar and vitamin C in Chinese cabbage plants were significantly negatively correlated with the contents of Fe，Mn，Cu and Zn，and there was a significant negative correlation between nitrate content and N and K contents. The application of biomass charcoal in the dryland of yellow soil can significantly promote the absorption of nutrients in Chinese cabbage，and also increases the content of soluble sugar and reduce the content of nitrate.

Key words：yellow soil; biochar; Chinese cabbage; nutrient absorption; quality

白菜是中國南方常年種植的主要蔬菜之一，白菜產(chǎn)量及品質(zhì)與土壤養(yǎng)分含量水平及施肥技術(shù)密切相關(guān)，土壤中保持適宜的養(yǎng)分?jǐn)?shù)量及其合理比例有利于提高蔬菜的品質(zhì)。生物質(zhì)炭含大量的穩(wěn)定芳香族結(jié)構(gòu)化合物及豐富的P、K、Ca、Mg等礦物元素，生物質(zhì)炭作為土壤調(diào)理劑已廣泛應(yīng)用于不同區(qū)域的土壤改良[1-6]。生物質(zhì)炭不僅可以提高土壤孔隙度和比表面積，調(diào)節(jié)土壤通透性，提高土壤保水能力，而且可以增加土壤生物有效性養(yǎng)分的數(shù)量，促進(jìn)作物生長及改善作物品質(zhì)[7-10]。施用生物質(zhì)炭果蔬增產(chǎn)效應(yīng)顯著，而生物質(zhì)炭類型及施用量是影響設(shè)施土壤肥力與果蔬產(chǎn)量的關(guān)鍵因素[1]。此外，生物質(zhì)炭可作為微生物肥料接種菌的載體，增加接種菌在土壤中存活率及對(duì)植物的侵染，有利于促進(jìn)植物根際微生物多樣性及土壤酶活性，提高西芹產(chǎn)量[4]。然而，生物質(zhì)炭施用的土壤改良及增產(chǎn)效果受氣候條件、土壤類型及作物種類等的影響明顯，如何提高生物質(zhì)炭在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用效果及生態(tài)效益是當(dāng)前需要解決的主要問題之一。近年來，在生物質(zhì)炭對(duì)蔬菜地土壤理化性質(zhì)以及不同蔬菜品種的產(chǎn)量和品質(zhì)影響方面進(jìn)行了較多的研究，施用生物質(zhì)炭能顯著提高小白菜的產(chǎn)量，同時(shí)可降低小白菜中的硝酸鹽含量[5]，以及顯著提高小白菜可溶性蛋白質(zhì)和維生素C含量 [7]。目前對(duì)生物質(zhì)炭施用影響作物養(yǎng)分吸收方面主要集中在N、P、K大量元素[10-16]，而對(duì)作物微量元素吸收的研究相對(duì)較少。因此，本研究以貴州中部黃壤類旱作土為對(duì)象，探討生物質(zhì)炭施用對(duì)白菜植株中N、P、K及微量元素吸收量的影響及其品質(zhì)的變化，為黃壤區(qū)土壤有機(jī)培肥及蔬菜產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

盆栽試驗(yàn)土壤采自貴陽市花溪區(qū)黔陶鄉(xiāng)馬場村蔬菜生產(chǎn)基地由砂巖發(fā)育的黃砂土（pH 5.0、有機(jī)質(zhì)15.10 g/kg、堿解氮12 mg/kg、有效磷0.9mg/kg、速效鉀22 mg/kg）及頁巖發(fā)育的黃泥土（pH6.8、有機(jī)質(zhì)30.41 g/kg、堿解氮93 mg/kg、有效磷2.4 mg/kg、速效鉀92 mg/kg），取表層土壤（0～20 cm）均勻混合過5 mm篩備用。試驗(yàn)用的生物質(zhì)炭以馬尾松鋸末添加豬糞為原材料，使用小型炭化爐炭化而得。復(fù)合肥為市場購買產(chǎn)品，白菜種植品種為晉菜3號(hào)。

1.2 盆栽試驗(yàn)

盆栽試驗(yàn)于2017年4月中旬至6月下旬在貴州大學(xué)實(shí)驗(yàn)農(nóng)場進(jìn)行。采用土壤（黃泥土、黃砂土）+復(fù)合肥（養(yǎng)分≥45%，N-P2O5-K2O 15-15-15）+生物質(zhì)炭（不同比例組合）進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)，試驗(yàn)設(shè)4個(gè)處理，每盆分別將不同比例的生物質(zhì)炭量（按0、50、100、150 g/kg土）、10 g復(fù)合肥與5 kg土壤混合均勻后裝入塑料缽中，每個(gè)處理重復(fù)2次。選擇生長較一致的白菜幼苗移栽，每盆移植2株，試驗(yàn)過程中時(shí)常澆水，保持白菜良好生長，待白菜種植30天后，每盆取1株測定株高及地上部生物量;到移栽60天收獲另外一株白菜地上部稱取產(chǎn)量，并采集植株樣品，部分樣品70℃烘干后磨樣備用。

1.3 大田試驗(yàn)

大田試驗(yàn)于2017年4月下旬至7月上旬在黔陶鄉(xiāng)馬場村蔬菜基地進(jìn)行，土壤為黃砂土（pH 6.4、有機(jī)質(zhì)32.56 g/kg、堿解氮118 mg/kg、有效磷10.0 mg/kg、速效鉀136 mg/kg）。大田試驗(yàn)設(shè)4個(gè)處理，隨機(jī)組合排列，每處理重復(fù)2次，試驗(yàn)小區(qū)（8 m2）按0%、5%、10%、15%生物質(zhì)炭量均勻混合施在表層土壤（0～10 cm）中，每平方米表土（0～10 cm）按120 kg計(jì)算。待白菜移栽30天后，每小區(qū)取5株測定株高及地上部生物量;到移栽60天每小區(qū)取5株稱取產(chǎn)量，并采集植株樣品，部分樣品70℃烘干后磨樣備用。

1.4 樣品測定方法

利用烘干后白菜樣品測定植株中N、P、K、Fe、Mn、Cu、Zn、B等含量，新鮮樣品測定植株中可溶性固形物、水溶性總糖、維生素C、硝酸鹽的含量。白菜樣品采用H2SO4-H2O2消煮后，利用開氏定氮法測定全氮，釩鉬黃比色法測定全磷，火焰光度計(jì)法測定全鉀。此外，白菜樣品采用干灰化法灰化后，利用原子吸收分光光度法（AAS法）測定鐵、錳、銅、鋅的含量，利用姜黃素法測定硼的含量。白菜植株中可溶性固形物采用折射儀法測定、水溶性總糖采用蒽酮法測定、維生素C采用2，6-二氯酚靛酚法測定、硝酸鹽采用酚二磺酸比色法測定[13]。

2 結(jié)果與分析

2.1 生物質(zhì)炭施用對(duì)白菜生長及產(chǎn)量的影響

從白菜移栽30天后測定的株高及地上部生物量來看（表1），盆栽條件下黃泥土、黃砂土施用5%～15%的生物質(zhì)炭后，白菜株高比對(duì)照處理（未施用炭）分別增加16.48%～81.32%、8.75%～43.75%，白菜地上生物量則分別比對(duì)照提高16.97%～95.02%、14.07%～55.79%;到移栽60天后，白菜產(chǎn)量則分別比對(duì)照增加11.66%～64.80%、21.68%～53.17%;黃泥土、黃砂土施用生物質(zhì)炭有利于促進(jìn)白菜植株生長。

2.2 生物質(zhì)炭施用對(duì)白菜養(yǎng)分吸收的影響

從表2中看出，生物質(zhì)炭施用量在5%～15%時(shí)，白菜植株對(duì)不同營養(yǎng)元素的吸收量也發(fā)生明顯的變化。盆栽條件下黃泥土、黃砂土施炭后白菜植株氮含量分別比對(duì)照增加21.85%～64.24%、26.92%～30.77%，植株磷含量分別比對(duì)照提高26.19%～90.48%、47.62%～76.19%，而植株鉀含量則分別增加3.39%～67.80%、16.04%～79.25%。從大田試驗(yàn)來看，黃砂土施炭后白菜植株氮、磷、鉀含量分別比對(duì)照高出6.59%～33.52%、52.78%～72.22%、7.50%～63.33%?？梢姡S泥土、黃砂土施炭后白菜植株中N、P、K含量出現(xiàn)不同程度的增加，其增幅的大小順序?yàn)镻>K>N。

從表2也看出，白菜對(duì)不同種類微量元素的吸收量出現(xiàn)較大差異，其含量大小順序?yàn)镕e、Mn>Zn>Cu>B，這些微量元素隨土壤施炭量的增加而出現(xiàn)不同程度的提高。在盆栽條件下黃泥土、黃砂土施用5%～15%的生物質(zhì)炭后，白菜植株Fe含量分別比對(duì)照高出17.19%～63.37%、41.68%～57.45%，植株Mn含量則分別提高 19.57%～86.12%、16.77%～

2.3 生物質(zhì)炭施用對(duì)白菜品質(zhì)的影響

由表3看出，黃泥土、黃砂土施用5%～15%生物質(zhì)炭下，盆栽種植60天后白菜植株的可溶性固形物、水溶性總糖、維生素C、硝酸鹽含量均出現(xiàn)明顯的變化。其中，白菜植株中可溶性固形物含量分別比對(duì)照提高3.79%～18.24%、9.84%～57.60%，而水溶性總糖含量則分別提高7.68%～31.11%、2.76%～19.52%;但白菜植株中維生素C含量分別下降9.75%～21.33%、7.14%～32.86%，硝酸鹽含量也降低4.24%～30.82%、12.71%～29.16%。

從大田試驗(yàn)來看，黃砂土施炭后白菜植株中可溶性固形物、水溶性總糖含量分別比對(duì)照提高7.77%～14.49%、53.20%～76.85%，而白菜植株中維生素C、硝酸鹽含量則分別降低39.07%～48.37%、3.47%～32.23%。因此，黃泥土、黃砂土施用生物質(zhì)炭后，白菜植株中可溶性固形物、水溶性總糖含量出現(xiàn)不同程度的提高，而維生素C、硝酸鹽含量出現(xiàn)不同程度的下降。

從白菜產(chǎn)量及品質(zhì)指標(biāo)與植株養(yǎng)分指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)來看（表4），白菜產(chǎn)量與植株N、P、K、B含量存在一定程度的正相關(guān)，但與Fe、Mn、Cu、Zn含量存在極顯著的正相關(guān)。從白菜的品質(zhì)指標(biāo)來看，白菜植株中可溶性固形物含量與Cu、Zn含量存在極顯著性負(fù)相關(guān)，與Fe、Mn含量有顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系;而植株水溶性總糖含量與Fe、Cu含量存在極顯著性負(fù)相關(guān)，與Mn、Zn含量存在顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系。此外，白菜植株中維生素C含量與Fe、Mn、Cu、Zn含量存在極顯著性負(fù)相關(guān)，但植株硝酸鹽含量與N、K含量有極顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系。可見，白菜產(chǎn)量及品質(zhì)變化與植株微量元素吸收量存在明顯的關(guān)聯(lián)性，施用生物質(zhì)炭有助于提高白菜對(duì)主要養(yǎng)分元素及微量元素的吸收，特別是提高植株對(duì)Fe、Mn、Cu、Zn的吸收有利于增加白菜產(chǎn)量以及白菜可溶性固形物、水溶性總糖的含量，但也造成植株維生素C含量出現(xiàn)一定程度的下降。因此，確定不同類型土壤及蔬菜品種的合理施炭量及其增產(chǎn)效應(yīng)還需要進(jìn)行深入的研究。

3 結(jié)論與討論

黃泥土、黃砂土施用5%～15%生物質(zhì)炭有利于促進(jìn)白菜植株生長，能明顯的提高白菜產(chǎn)量，其增產(chǎn)效果與土壤性質(zhì)及施炭量密切相關(guān)。黃泥土、黃砂土施炭后白菜植株中N、P、K含量出現(xiàn)不同程度的增加，其增幅的大小順序?yàn)镻>K>N。此外，黃泥土、黃砂土施炭后白菜植株中Fe、Mn、Cu、Zn、B含量也出現(xiàn)不同程度的提高。白菜產(chǎn)量變化與植株養(yǎng)分吸收量存在明顯的關(guān)聯(lián)性，白菜產(chǎn)量與植株N、P、K、B含量存在一定程度的正相關(guān)，但與Fe、Mn、Cu、Zn含量存在極顯著的正相關(guān)關(guān)系。張登曉等[5]研究溫室盆栽中施用生物質(zhì)炭能顯著提高小白菜的產(chǎn)量，同時(shí)可降低小白菜中硝酸鹽含量;孫雪等[7]盆栽試驗(yàn)下施用豬糞生物質(zhì)炭較相應(yīng)量豬糞廄肥處理的小白菜產(chǎn)量出現(xiàn)明顯的提高，隨著豬糞炭施用量的增加，小白菜氮、磷、鉀吸收量均表現(xiàn)出增加，施用豬糞生物質(zhì)炭顯著提高小白菜可溶性蛋白質(zhì)和維C含量，而硝酸鹽含量顯著降低。因此，施用適量的生物質(zhì)炭有助于提高白菜對(duì)N、P、K及Fe、Mn、Cu、Zn等元素的吸收，從而提高白菜的產(chǎn)量。

黃泥土、黃砂土施用5%～15%生物質(zhì)炭后，白菜植株中可溶性固形物、水溶性總糖含量出現(xiàn)不同程度的提高，而維生素C、硝酸鹽含量出現(xiàn)不同程度的下降。白菜植株中可溶性固形物含量與Cu、Zn含量存在極顯著性負(fù)相關(guān)，與Fe、Mn含量有顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系;而植株水溶性總糖含量與Fe、Cu含量存在極顯著性負(fù)相關(guān)，與Mn、Zn含量也有顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系。此外，白菜植株中維生素C含量與Fe、Mn、Cu、Zn含量存在極顯著性負(fù)相關(guān)，但植株硝酸鹽含量與N、K含量存在極顯著的負(fù)相關(guān)，白菜品質(zhì)變化與植株養(yǎng)分吸收量也存在顯著的關(guān)聯(lián)性。劉曉雨等[2]田間試驗(yàn)下添加不同生物質(zhì)炭組分能顯著降低收獲期小白菜地上部硝酸鹽含量，添加水洗生物質(zhì)炭提高了高肥力土壤中小白菜地上部維生素C含量，小白菜地上部硝酸鹽含量與鉀含量呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系;賈茹等[15]研究有機(jī)肥與無機(jī)肥料配施能提高白菜產(chǎn)量和對(duì)養(yǎng)分吸收的能力，有利于促進(jìn)白菜對(duì)氮、磷、鉀和鈣的吸收，收獲期白菜體內(nèi)鈣含量與產(chǎn)量線性相關(guān)。本研究也表明，施用生物質(zhì)炭有助于提高白菜對(duì)主要養(yǎng)分元素及微量元素的吸收，特別是提高植株對(duì)Fe、Mn、Cu、Zn的吸收有利于增加白菜產(chǎn)量，以及白菜可溶性固形物、水溶性總糖的含量，但也造成植株維生素C含量出現(xiàn)一定程度的下降。因此，施用生物質(zhì)炭時(shí)不僅要配施一定比例的氮、磷、鉀肥，還要補(bǔ)充施用適量的微量元素，才能更有利于白菜對(duì)營養(yǎng)元素的平衡吸收，實(shí)現(xiàn)白菜優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的栽培，這方面還值得進(jìn)一步研究。

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