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    生物炭施用及氮肥與有機(jī)肥配施對大蒜養(yǎng)分積累及品質(zhì)的影響

    2020-08-04 12:30:35張宇樊小雪
    江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué) 2020年11期
    關(guān)鍵詞:肥料利用率生物炭品質(zhì)

    張宇 徐 剛 樊小雪

    摘要:為了減少氮肥的施用,達(dá)到肥料科學(xué)使用的目的。試驗(yàn)設(shè)7個處理:常規(guī)氮肥無有機(jī)肥(CK);常規(guī)氮肥+有機(jī)肥(F1H0);氮肥減量30%+有機(jī)肥增加20%(F3H0);氮肥減量60%+有機(jī)肥增加40%(F5H0);在處理F1H0、F3H0、F5H0中添加生物炭,記為處理F1H1、F3H1、F5H1,研究在添加生物炭之后氮肥與有機(jī)肥配施對大蒜養(yǎng)分吸收利用及品質(zhì)的影響。研究結(jié)果表明,在氮肥減量60%+有機(jī)肥增加40%基礎(chǔ)上添加生物炭,大蒜植株氮磷鉀積累量以及肥料利用率都高于CK及沒有添加生物炭的處理,同時提高大蒜鱗莖及蒜薹中的游離氨基酸含量、可溶性糖及蔗糖含量,降低硝酸鹽含量,表明添加生物炭可以提高大蒜的品質(zhì),提高肥料利用率,促進(jìn)大蒜植株生長,增加大蒜植株各部位氮磷鉀含量的積累。

    關(guān)鍵詞:大蒜;生物炭;養(yǎng)分積累;肥料利用率;品質(zhì)

    中圖分類號: S633.406 ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼: A ?文章編號:1002-1302(2020)11-0115-06

    收稿日期:2019-05-06

    基金項(xiàng)目:國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(編號:2018YFD0800406-03)。

    作者簡介:張 宇(1994—),女,山西朔州人,碩士研究生,主要從事蔬菜栽培生理研究。E-mail:zhangyu08171@163.com。

    通信作者:徐 剛,博士,研究員,主要從事蔬菜設(shè)施栽培技術(shù)及相關(guān)栽培生理等研究。E-mail:xugang90@163.com。 ?生物炭可以改善土壤結(jié)構(gòu)、吸附養(yǎng)分、提高作物產(chǎn)量及品質(zhì),研究發(fā)現(xiàn),施用生物炭配施有機(jī)肥,可提高土壤的酶活性,提高煙葉的產(chǎn)量及品質(zhì),經(jīng)濟(jì)性狀較好[1]。王彩云等通過對連作多年的黃瓜土壤試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),添加生物炭降低了黃瓜的連作障礙,促進(jìn)黃瓜的營養(yǎng)生長,提高了黃瓜產(chǎn)量[2]。生物炭本身的礦質(zhì)養(yǎng)分含量以及用量對作物生長及產(chǎn)量有很大的影響,在部分土壤中,較低含量的生物炭對作物生長及產(chǎn)量增加有促進(jìn)作用,在生物炭含量較高時反而會抑制作物的生產(chǎn)[3],生物炭所含有的營養(yǎng)成分較低,且對土壤養(yǎng)分有吸附的作用,大量的生物炭會導(dǎo)致作物減產(chǎn)[4]。在速效氮、速效磷、速效鉀等有效養(yǎng)分含量較少的土壤中,大量的生物炭施入土壤會導(dǎo)致作物產(chǎn)量下降[5]。

    有機(jī)肥與生物炭配施可以顯著改善作物肥料利用率,研究發(fā)現(xiàn),用木炭吸附氮磷鉀肥料配置生物炭基復(fù)合肥,氮磷鉀養(yǎng)分釋放緩慢,持續(xù)時間較長[6]。王玫等研究發(fā)現(xiàn),生物炭配施有機(jī)肥可以更好地減少土壤連作障礙,提高土壤酶的活性,優(yōu)化土壤微生物群落結(jié)構(gòu),增加作物產(chǎn)量[7]。本試驗(yàn)通過添加生物炭及氮肥有機(jī)肥配施,以期提高大蒜品質(zhì)及肥料利用率。

    1 材料與方法

    1.1 試驗(yàn)材料

    試驗(yàn)地點(diǎn)位于江蘇省南京市玄武區(qū)江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院內(nèi),地處32°2′N、118°51′E,屬于亞熱帶季風(fēng)氣候,年平均氣溫為15.4 ℃,年平均降水量為 1 106.5 mm,年平均濕度為76%。試驗(yàn)時間為2017年10月至2018年6月。

    試驗(yàn)采用的大蒜品種為邳州一號。播種于長50 cm,寬30 cm,高16 cm的硬質(zhì)栽培缽中,每個處理6個種植盆,每盆種植大蒜10株。

    基質(zhì)為泥炭 ∶ 蛭石=3 ∶ 1。播種前按不同處理將基肥均勻撒入各小區(qū)。

    1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

    試驗(yàn)共設(shè)7個處理:(1)常規(guī)氮肥無有機(jī)肥(CK);(2)常規(guī)氮肥+有機(jī)肥(F1H0);(3)氮肥減量30%+有機(jī)肥增加20%(F3H0);(4)氮肥減量

    60%+有機(jī)肥增加40%(F5H0);在處理F1H0、F3H0及F5H0中添加生物炭,記為F1H1、F3H1、F5H1,生物炭的用量為每個種植盆基質(zhì)質(zhì)量的0.5%。具體施肥量見表2。

    在所有處理中,有機(jī)肥作為基肥與硫酸鉀復(fù)合肥一次性施入;氮肥作為追肥,以農(nóng)民常用施氮量作為常規(guī)氮肥用量,在幼苗期、鱗芽花芽分化期、花莖伸長期、鱗芽膨大期施入,各個時期的追肥量分別為總氮肥用量的15%、15%、35%、35%。使用肥料:氮肥是普通尿素氮含量為46.3%,有機(jī)肥雞糞有機(jī)肥氮、磷、鉀含量分別為1.63%、1.54%、085%,硫酸鉀復(fù)合肥氮、磷、鉀含量分別為15%、15%、15%。

    1.3 測定指標(biāo)與方法

    1.3.1 大蒜干物質(zhì)及氮磷鉀含量測定 從1月起每個月取3株,用清水將根部基質(zhì)沖洗干凈,擦干后將植株葉片、假莖、鱗莖以及根分開,于105 ℃下殺青30 min,然后75 ℃烘干至恒質(zhì)量,測定植株的干質(zhì)量。

    將烘干樣品磨碎,過100目篩后,稱取0.2 g左右,放入消煮管中,于消煮爐上消煮后,取消煮液體,全氮用凱氏定氮儀測定;全磷用鉬銻抗比色法測定;全鉀用火焰分光光度法進(jìn)行測定[8]。

    1.3.2 大蒜品質(zhì)指標(biāo)的測定 從1月起每月取新鮮葉片樣品,稱質(zhì)量后置于-80 ℃冰箱備用。蒜薹及大蒜鱗莖收獲后,同樣取樣稱質(zhì)量,后置于冰箱備用。

    葉綠素含量采用乙醇浸提法測定;可溶性糖含量采用蒽酮比色法測定;游離氨基酸含量采用茚三酮比色法測定;蔗糖采用間二苯酚光度法測定;硝酸鹽含量采用水楊酸比色法測定;可溶性蛋白質(zhì)含量采用考馬斯亮藍(lán)G-250染色法測定;維生素C含量用菲啰啉比色法測定;總酚含量用福林酚法測定[9]。

    1.4 數(shù)據(jù)整理與分析

    采用Excel 2013和SPSS 20.0進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和方差分析,采用Tukeys和Duncans法分析差異顯著性(P<0.05)。

    2 結(jié)果與分析

    2.1 生物炭施用及氮肥與有機(jī)肥配施對大蒜氮磷鉀含量的影響

    2.1.1 氮含量 從圖1-A可以看出,F(xiàn)5H1處理葉片、鱗莖、假莖氮含量最高,較CK分別增加了 10.80%、6.96%、15.46%,根較CK增加了 13.97%,其中根、假莖與CK差異顯著,根氮含量F1H1處理最高,為2.34%,顯著高于其他處理,較CK增加31.06%。添加生物炭之后,F(xiàn)1H1處理氮含量都高于F1H0處理,其中鱗莖與根差異顯著;F3H1處理根和假莖的氮含量高于F3H0處理,且根的氮含量差異顯著;F5H1處理各部位氮含量都高于F5H0處理,除假莖外差異顯著。

    2.1.2 磷含量 從圖1-B中可以看出,植株鱗莖中的磷含量最高,F(xiàn)3H1處理葉片、假莖磷含量最高,為2.07%、5.11%,較CK增加了5.96%、18.48%,其中假莖磷含量與CK差異顯著。鱗莖F5H1處理磷含量較高,為5.67%,顯著高于CK,比CK增加了21.36%,根F1H1處理磷含量最高,為 2.862%,顯著高于其他處理。F1H1處理鱗莖、根、假莖的磷含量都比F1H0高,其中根磷含量差異顯著;F3H1處理磷含量除鱗莖外都高于F3H0處理,其中根磷含量差異顯著;F5H1處理各部位磷含量都高于F5H0處理,鱗莖及假莖的磷含量差異顯著。

    2.1.3 鉀含量 從圖1-C可以看出,在不同部位中葉片鉀含量最高,F(xiàn)5H1處理葉片、鱗莖以及假莖的鉀含量較高,葉片F(xiàn)5H1處理鉀含量為5.325%,顯著高于其他處理,較CK增加了27.54%,鱗莖及假莖F5H1處理較CK分別增加了8.56%、18.14%,假莖差異顯著,根F1H0處理鉀含量最高,為375%,與其他處理(F5H0處理除外)差異顯著。

    F1H1處理假莖以及鱗莖鉀含量高于F1H0處理,但差異不顯著;F5H1處理鉀含量除根之外其他部位顯著高于F5H0處理。

    2.2 生物炭施用及氮肥與有機(jī)肥配施對氮磷鉀肥殘留及利用率影響

    2.2.1 氮肥利用率 從表3可以看出,氮肥利用率最高的處理是F5H1處理,較CK增加了44.58%;植株氮積累量F5H0處理最高,較CK增加了10.16%。從圖1-A可以看出,添加生物炭之后,F(xiàn)1H1處理以及F3H1處理氮肥利用率低于原處理,F(xiàn)5H1處理高于原處理。添加生物炭后植株的氮積累量下降,但與原處理差異不顯著。

    2.2.2 磷肥利用率 F5H1處理植株磷積累量以及磷肥利用率都高于CK,分別較CK增加了20.07%、16.31%。添加生物炭之后,磷肥利用率F5H1處理高于原處理,F(xiàn)1H1、F3H1處理低于原處理。植株磷積累量最高為F3H0處理,其次為F5H1處理,二者差異不顯著,最低的為F1H1處理,添加生物炭之后F5H1處理磷積累量顯著高于原處理,其他2個處理與原處理差異不顯著。

    2.2.3 鉀肥利用率 從表3可以看出,植株鉀積累量F1H0處理較低,添加生物炭之后F1H1處理低于原處理,其他處理高于原處理。植株鉀積累量F1H1處理最低,在添加生物炭之后,F(xiàn)1H1處理顯著低于原處理,F(xiàn)5H1、F3H1處理在添加生物炭后與原處理相比差異不顯著。

    2.3 生物炭施用及氮肥與有機(jī)肥配施對大蒜品質(zhì)的影響

    硝酸鹽是大蒜品質(zhì)中的重要指標(biāo)之一。從表4可以看出,不同處理中硝酸鹽含量最高的是F1H0處理,添加生物炭之后,該處理硝酸鹽含量下降,且差異顯著,F(xiàn)5H0處理的硝酸鹽含量最低,低于CK且差異顯著,但是在F3H0、F5H0處理中,添加生物炭后硝酸鹽含量反而上升,可能是因?yàn)樯锾课搅嘶|(zhì)大量的硝酸鹽,避免了硝酸鹽的流失,同時生物炭促進(jìn)了大蒜對氮肥的吸收,導(dǎo)致添加生物炭后鱗莖膨大時吸收的硝酸鹽較多,F(xiàn)1H1處理由于氮肥過多對植株生長產(chǎn)生毒性,導(dǎo)致對硝酸鹽的吸收減少。在游離氨基酸中,F(xiàn)1H1、F5H1處理高于CK處理但差異不顯著,F(xiàn)3H1處理含量最低,與除F3H0之外的其他處理差異顯著,同時添加生物炭之后,F(xiàn)1H1、F5H1處理都高于未添加生物炭的處理。

    從表4可以看出,CK可溶性糖含量較高,CK蔗糖含量最低,除F3H1處理可溶性糖含量高于F3H0之外,添加生物炭之后,可溶性糖、蔗糖含量都出現(xiàn)了不同程度降低,可能由于產(chǎn)生的糖類大量被消耗,合成了蛋白質(zhì)氨基酸等物質(zhì)。

    2.4 生物炭施用及氮肥與有機(jī)肥配施對蒜薹葉綠素含量的影響

    從圖2可以看出,葉綠素含量最高的是F1H0處理,葉綠素含量與氮肥施用有很大的關(guān)聯(lián),F(xiàn)1H0處理氮肥用量較多,同時配施有機(jī)肥,導(dǎo)致該處理葉綠素含量較高,且顯著高于CK,在添加生物炭后葉綠素含量降低,F(xiàn)3H0、F5H0處理雖然氮肥用量減少但是有機(jī)肥的配施相應(yīng)緩解了葉綠素含量下降,在添加生物炭之后,F(xiàn)3H1、F5H1處理葉綠素含量有一定的上升但效果不明顯,同時由于肥料流失減少,F(xiàn)1H1中養(yǎng)分過多,EC值太大,對該處理產(chǎn)生抑制作用,導(dǎo)致葉綠素含量下降。

    2.5 生物炭施用及氮肥與有機(jī)肥配施對蒜薹品質(zhì)的影響

    從表5可以看出,在蒜薹中F1H1處理各品質(zhì)指標(biāo)都低于F1H0處理,可能由于生物炭吸附的養(yǎng)分較多,導(dǎo)致植株生長出現(xiàn)抑制現(xiàn)象。硝酸鹽中F1H0含量最多,顯著高于CK,F(xiàn)5H1處理含量最少,游離氨基酸F5H0、F5H1處理最高,顯著高于CK處理,分別增加了63.26%、62.93%,添加生物炭之后F3H1、

    F5H1處理硝酸鹽及游離氨基酸含量有所下降,與大蒜鱗莖趨勢相反??扇苄蕴羌罢崽呛孔罡叩亩际荈5H1處理且都高于CK處理,在添加生物炭之后,可溶性糖含量在F3H1、F1H1處理與原處理相比減少,F(xiàn)5H1處理含量高于原處理,蔗糖F1H1與原處理相比減少,F(xiàn)3H1、F5H1處理高于原處理。

    3 討論與結(jié)論

    3.1 生物炭施用及氮肥與有機(jī)肥配施對大蒜植株氮磷鉀含量及肥料利用率的影響

    生物炭種類及土壤肥力以及施肥方式對作物養(yǎng)分吸收有很大的影響,施用生物炭可以促進(jìn)小麥玉米的氮素吸收積累,提高氮素的利用率[10]。施用生物炭可以增加植株對磷鉀鈣鎂等營養(yǎng)元素的吸收[11]。梁錦秀等研究發(fā)現(xiàn),增施生物炭顯著增加了春小麥對氮磷鉀的吸收率[12]。植株氮磷鉀的積累量分別等于植株各部位干質(zhì)量與全氮全磷全鉀的乘積。在添加生物炭之后,大蒜植株各部位的氮含量有不同程度的增加,磷含量、鉀含量也有所增加,其中F5H1處理氮磷鉀含量較原處理在植株各部位的增加較為明顯,都高于CK處理。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),植株氮積累量在添加生物炭后與原處理相比有所下降,但差異不顯著,F(xiàn)5H1處理的積累量顯著高于CK,F(xiàn)5H1處理的氮肥利用率以及積累量高于原處理也高于CK,F(xiàn)3H1處理在添加生物炭之后氮肥殘留量增加。植株磷積累量也在添加生物炭之后下降,但F5H1處理增加且差異顯著,同時F5H1處理磷肥利用率高于原處理,F(xiàn)5H1處理磷積累量和利用率都高于CK,添加生物炭之后所有處理磷肥殘留量都低于原處理。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn),通過提高土壤中速效鉀的含量來促進(jìn)植株對鉀元素的吸收[13-16]。添加生物炭可以促進(jìn)小麥玉米籽粒對鉀素的吸收,提高鉀肥的利用率[17]。植株鉀積累量在添加生物炭之后下降,F(xiàn)5H1處理鉀肥殘留量顯著降低,鉀肥利用率增加明顯。

    隨著氮肥用量減少,有機(jī)肥用量增加,大蒜對氮磷鉀的積累逐漸增加,肥料利用率增加。添加生物炭可以提高肥料利用率,與相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果相似,同時添加生物炭可以減少肥料的流失,本試驗(yàn)中,添加生物炭后,肥料的殘留量有所上升,植株氮磷鉀積累量與原處理相比增加不顯著,這可能與本試驗(yàn)使用基質(zhì)栽培有關(guān),相關(guān)研究發(fā)現(xiàn),添加生物炭在有機(jī)質(zhì)含量較高的土壤中,作物的增產(chǎn)效果不明顯[18],本試驗(yàn)基質(zhì)中含有大量磷鉀元素,且基質(zhì)對肥料有一定的吸附作用,導(dǎo)致肥料殘留較多。

    3.2 生物炭施用及氮肥與有機(jī)肥配施對大蒜鱗莖及蒜薹品質(zhì)的影響

    葉綠素是植株光合作用的重要參與物質(zhì),葉綠素含量與氮素含量有顯著的關(guān)系[19],本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),蒜薹葉綠素含量F1H0處理最高,F(xiàn)1H1處理最低,處理間差異顯著,由于F1H1處理肥料過多、基質(zhì)pH值最低、EC值過大對植株的生長造成抑制作用。

    大蒜鱗莖在添加生物炭之后,F(xiàn)1H1處理硝酸鹽含量降低,F(xiàn)5H1、F3H1處理硝酸鹽含量增加。蒜薹硝酸鹽各處理在添加生物炭之后硝酸鹽含量有所下降。在添加生物炭之后,大蒜地上部蒜薹葉片硝酸鹽含量較原處理有所下降,地下部鱗莖硝酸鹽含量增加。于南卓研究發(fā)現(xiàn),施用生物炭之后小白菜葉片硝酸鹽含量下降[20]。王湛等研究發(fā)現(xiàn),施用生物炭之后,菜心硝酸鹽含量降低20.0%~443%[21],本試驗(yàn)大蒜蒜薹的硝酸鹽含量變化與之相似。植株游離氨基酸的含量與氮肥的施用有顯著的關(guān)系[22],鱗莖CK處理游離氨基酸含量較高。鱗莖游離氨基酸F3H1處理最低,添加生物炭之后F5H1、F1H1處理游離氨基酸增加。蒜薹游離氨基酸的變化趨勢與大蒜鱗莖相反,且游離氨基酸含量都顯著高于CK,添加生物炭之后F5H1、F1H1處理游離氨基酸減少,F(xiàn)5H1處理對葉片、鱗莖游離氨基酸含量增加較明顯。

    大蒜鱗莖以及蒜薹的蔗糖含量都顯著高于CK,大蒜鱗莖在添加生物炭后,可溶性糖、蔗糖含量有不同程度的降低,可能由于產(chǎn)生的糖類大量消耗,合成了蛋白質(zhì)氨基酸等物質(zhì)。配施有機(jī)肥有一定的提高作用。蒜薹蔗糖含量F3H1、F5H1處理變化趨勢與大蒜鱗莖正好相反,F(xiàn)1H1處理與鱗莖相同都低于F1H0處理。

    添加生物炭之后,F(xiàn)1H1處理大蒜植株各部位的氮磷鉀含量、氮磷鉀總積累量以及肥料利用率都較低,F(xiàn)5H1處理植株氮磷鉀積累量較CK增加 10.16%、20.07%、1.47%,肥料利用率較CK增加44.58%、16.31%、15.96%。添加生物炭之后,大蒜鱗莖F5H1處理最好,F(xiàn)5H1處理大蒜鱗莖中硝酸鹽含量較CK降低23.16%,游離氨基酸、蔗糖含量較CK處理增加1.66%、51.44%;F5H1處理蒜薹硝酸鹽含量較CK處理下降7.77%,游離氨基酸、可溶性糖含量比CK處理增加62.93%、3.51%,蔗糖含量也高于CK處理。

    綜上所述,氮肥減施配施有機(jī)肥以及添加生物炭試驗(yàn)中,F(xiàn)5H1處理即氮肥減量60%+有機(jī)肥加40%處理添加生物炭有較好的效果,可提高大蒜的品質(zhì),并可提高肥料利用率,增加大蒜植株各部位氮磷鉀含量的積累。

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