化肥減量配施生物炭對(duì)辣椒生長(zhǎng)及養(yǎng)分 吸收利用的影響

田 筱 張龍芬 王高飛 毛明明 王 巖 白立偉 邢 丹 *

（1.貴州大學(xué)農(nóng)學(xué)院， 貴陽 550025； 2.貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院辣椒研究所， 貴陽 550000； 3. 長(zhǎng)順縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局， 貴州長(zhǎng)順 550700）

辣椒是茄科辣椒屬一年生或多年生草本植物，是我國(guó)播種面積第一且產(chǎn)值最大的蔬菜作物，其含有豐富的辣椒素、胡蘿卜素、辣椒紅素、維生素C等有效成分，具有較高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，深受人們的喜愛。近年來，隨著辣椒種植面積增大化肥施用呈現(xiàn)逐年增加的趨勢(shì)，而越來越高的化肥施用量帶來的卻是肥料養(yǎng)分利用率的下降，不僅造成化肥浪費(fèi)和農(nóng)業(yè)產(chǎn)品品質(zhì)降低，而且土壤化肥污染也會(huì)因此加劇。因此，尋求安全高效的新型肥料對(duì)我國(guó)辣椒種植及環(huán)境保護(hù)具有重要意義。

生物炭是一種良好的土壤改良劑，可以有效吸附養(yǎng)分；將生物炭施入土壤中可以改良土壤的理化性質(zhì)，促進(jìn)作物生長(zhǎng)，提高養(yǎng)分的吸收效率。有研究表明生物炭與化肥配施可提高作物養(yǎng)分利用效率，提高產(chǎn)量。劉彥伶等研究表明生物炭與肥料配施不僅可以改良土壤狀況，提升土壤肥力，還可促進(jìn)磷素的積累及轉(zhuǎn)運(yùn)，提高植株磷素吸收效率，進(jìn)而增加干物質(zhì)及作物產(chǎn)量。張愛平等研究發(fā)現(xiàn)，生物炭和氮肥配施能夠促進(jìn)水稻對(duì)氮素吸收，提高氮肥農(nóng)學(xué)效率和氮肥利用率，且兩者均隨生物炭用量的增加而增加。張偉明等研究表明生物炭與化肥互作在不同程度上提高了大豆株高，大豆在生育期中葉、莖對(duì)氮、磷吸收逐步增加，單株氮、磷積累量明顯提高。劉領(lǐng)等通過盆栽試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，氮肥添加生物炭顯著增加了煙葉葉綠素a、葉綠素b和類胡蘿卜素的含量，顯著提高了煙株根系活力及土壤酶活性,促進(jìn)了烤煙的生長(zhǎng)。由此可見，生物炭不僅可以發(fā)揮改良土壤的理化性質(zhì)，還可以在一定程度上起到促進(jìn)作物生長(zhǎng)發(fā)育和提升作物養(yǎng)分吸收利用及葉綠素含量的作用。

過去關(guān)于生物炭對(duì)辣椒生長(zhǎng)發(fā)育、養(yǎng)分吸收利用影響的研究相對(duì)較少，且結(jié)論不一。因此，明確生物炭配合化肥減施對(duì)辣椒生長(zhǎng)發(fā)育、養(yǎng)分吸收利用的影響，對(duì)生物炭協(xié)同提高作物產(chǎn)量和農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用具有重要意義。本研究以辣椒植株為試驗(yàn)材料，通過研究不同梯度辣椒秸稈生物炭與化肥減量共施對(duì)辣椒各部位生長(zhǎng)及養(yǎng)分吸收利用的影響，以期為辣椒秸稈資源在農(nóng)業(yè)中的優(yōu)化利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料與試驗(yàn)地點(diǎn)

供試?yán)苯菲贩N為貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院辣椒研究所提供的簇生朝天椒（辣研102）。供試生物炭為辣椒秸稈在450 ℃裂解1h后獲得，其pH值9.64，全氮0.52 g/kg，全磷1.60 g/kg，全鉀7.00 g/kg，有機(jī)碳79.5%，將生物炭粉碎后過2 mm篩，烘干裝袋中備用。采用化肥為復(fù)合肥（N15-P15-K15），總養(yǎng)分≥45%，購自湖北省嘉施利化肥有限公司。供試土壤采自貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院試驗(yàn)田表層（0～20 cm）酸性黃壤，其基本理化性質(zhì)為：土壤pH值 5.46，有機(jī)質(zhì)含量29.45 g/kg，全氮1.00 g/kg，有效磷25.0 mg/kg，速效鉀110 mg/kg，土壤風(fēng)干磨細(xì)后過2 mm篩備用。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)在貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院辣椒研究所溫室大棚進(jìn)行，控制室溫25±3 ℃，光照時(shí)間14 h /d。試驗(yàn)共設(shè)9個(gè)處理，每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)：常規(guī)施肥（CK）；常規(guī)施肥+2%生物炭（F100B2）；常規(guī)施肥+5%生物炭（F100B5）；化肥減量10%（F90）；化肥減量10%+2%生物炭（F90B2）；化肥減量10%+5%生物炭（F90B5）；化肥減量20%（F80）；化肥減量20%+2%生物炭（F80B2）；化肥減量20%+5%生物炭（F80B5）。每個(gè)處理裝土量為5 kg，生物炭添加量占每盆土壤干質(zhì)量的2%和5%，常規(guī)施肥、化肥減量10%、化肥減量20%分別為施肥30 g、27 g、24 g。試驗(yàn)前，將生物炭、化肥與土壤混合均勻裝于普通塑料花盆，后期不再進(jìn)行追肥，供試作物為辣椒。于2019年1月采用漂浮育苗方式進(jìn)行溫室內(nèi)育苗， 4月選擇長(zhǎng)勢(shì)均勻的辣椒移栽，辣椒移栽后每天定量澆水200 mL且及時(shí)人工除草，定期調(diào)換花盆的位置。7月收獲后，采集辣椒果實(shí)及植株 樣本。

1.3 樣品采集與測(cè)定

2019年7月辣椒成熟期，調(diào)查辣椒植株株高、莖粗、SPAD 值。株高為盆栽土壤表面到辣椒植株最頂端的高度，莖粗為土壤表面上方1 cm處辣椒植株的莖粗，葉片SPAD值用日本產(chǎn)SPAD502型葉綠素計(jì)測(cè)定辣椒植株莖稈第一分叉位葉片的SPAD值。后采集辣椒果實(shí)樣與辣椒植株樣，并記錄生物量，生物量為采集植株的根、莖、葉。將果實(shí)樣與植株樣清洗干凈后放入烘箱在 105 ℃殺青 10 min，80 ℃下烘干至恒重。使用粉碎機(jī)將植株和果實(shí)樣分別粉碎后裝入自封袋，供植株和果實(shí)樣氮、磷、鉀養(yǎng)分含量的測(cè)定。辣椒植株和果實(shí)氮、磷、鉀含量參照鮑士旦（1999）描述的方法測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

通過Excel 2007整理數(shù)據(jù)。通過SPSS26.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析和Duncan's新復(fù)極差法，顯著水平為＜0.05用GraphPadPrism7作圖。養(yǎng)分吸收利用指標(biāo)的計(jì)算方式如下：

養(yǎng)分吸收效率/% = 植株體內(nèi)養(yǎng)分吸收總量/土壤中施養(yǎng)量×100

養(yǎng)分利用效率/% = 果實(shí)中養(yǎng)分吸收總量/ 土壤中施養(yǎng)量×100

2 結(jié)果與分析

2.1 化肥減量配施生物炭對(duì)辣椒生長(zhǎng)的影響

由表1可知，在化肥配施生物炭后可顯著增加辣椒植株株高、莖粗、SPAD值和生物量含量。F100和F90添加生物炭處理中辣椒植株株高、莖粗、SPAD值和生物量均顯著高于對(duì)照，而F80配施添加生物炭處理中辣椒植株株高、莖粗、SPAD值和生物量均顯著高于F90。在所有添加生物炭的處理中辣椒植株株高、莖粗、SPAD值和生物量均以F100B2最高，與CK相比分別增加了12.34%、21.98%、17.94%、29.67%。

表1 化肥減量配施生物炭對(duì)辣椒生長(zhǎng)的影響Table1 Effects of fertilizer reduction combined with biochar on the growth of pepper

2.2 化肥減量配施生物炭對(duì)辣椒各部位養(yǎng)分含量的影響

由表2可知，化肥添加生物炭后提高了辣椒根、莖葉和果實(shí)中的氮、磷、鉀含量。具體表現(xiàn)為： F100和F90添加生物炭處理中辣椒根、莖葉和果實(shí)中的氮、磷、鉀含量均顯著高于對(duì)照，F(xiàn)80添加生物炭處理中辣椒根、莖葉和果實(shí)中的氮、磷、鉀含量均顯著高于F90和F80。所有處理中辣椒植株根、莖葉和果實(shí)中的氮、磷、鉀含量均以F100B2最高。F100B2處理中根氮、磷、鉀含量與CK相比分別增長(zhǎng)了35.29%、85.37%、79.37%；莖葉氮、磷、鉀含量與CK相比分別增長(zhǎng)了13.85%、58.04%、30.33%；果實(shí)氮、磷、鉀含量與CK相比分別增長(zhǎng)了36.36%、31.67%、18.80%。

表2 化肥減量配施生物炭對(duì)辣椒各部位養(yǎng)分含量的影響Table2 Effects of fertilizer reduction combined with biochar on nutrient content in various parts of pepper

2.3 化肥減量配施生物炭對(duì)辣椒吸收養(yǎng)分的影響

由圖1可知，在化肥與生物炭配施后各處理中辣椒植株養(yǎng)分吸收效率均得到提高：1）F100和F90在添加生物炭處理中，辣椒植株氮、磷、鉀吸收效率均顯著高于對(duì)照組；F80配施生物炭處理中辣椒植株鉀吸收效率顯著高于F90，氮、磷吸收效率均顯著高于對(duì)照組。2）辣椒植株氮、磷、鉀吸收效率在化肥減量10%和化肥減量20%的處理中隨著生物炭的增加而遞增，而常規(guī)施肥下的氮、磷、鉀吸收效率中添加2%的生物炭均高于5%的生物炭。3）添加2%的生物炭中，氮、磷、鉀吸收系數(shù)呈現(xiàn)F100B2 ＞ F90B2 ＞ F80B2。添加5%的生物炭中，N吸收系數(shù)為F90B5 ＞ F80B5 ＞ F100B5，P、K吸收系數(shù)為F90B5 ＞ F100B5 ＞ F80B5。沒有添加生物炭的處理中氮、磷、鉀吸收系數(shù)均呈現(xiàn)CK100 ＞ F90 ＞ F80。4）N、K吸收系數(shù)均以F90B5最高，與CK相比分別增長(zhǎng)了57.31%和77.86%。P吸收系數(shù)以F100B2最高，與CK相比增長(zhǎng)了106.42%。

圖1 生物炭添加量對(duì)辣椒吸收養(yǎng)分的影響Fig 1 The effect of biochar addition on the nutrient absorption of pepper

2.4 化肥減量配施生物炭對(duì)辣椒利用養(yǎng)分的影響

由圖2可知，化肥添加生物炭處理中的辣椒果實(shí)養(yǎng)分利用效率升高：1）除F80B2的磷、鉀利用效率外，其余化肥配施生物炭處理中辣椒果實(shí)氮、磷、鉀利用效率均顯著高于對(duì)照組。2）添加2%的 生物炭中，氮、磷、鉀利用效率均呈現(xiàn)F100B2 ＞ F90B2 ＞ F80B2。添加5%的生物炭中，氮、磷、鉀利用效率均呈現(xiàn)F100B5 ＞ F90B5 ＞ F80B5。沒有添加生物炭的處理中氮、磷、鉀利用效率均呈現(xiàn)CK100 ＞ F90 ＞ F80。3）氮、磷、鉀利用效率均以F100B2最高，與CK相比分別增長(zhǎng)了100.03%、93.56%、74.68%。4）在化肥減量10%和化肥減量20%的處理中，隨著生物炭的增加辣椒果實(shí)的氮、磷、鉀利用效率均遞增，其中F90B5最高，其次為F80B5。常規(guī)施肥下的氮、磷、鉀利用效率中添加2%的生物炭均高于5%的生物炭。

圖2 生物炭添加量對(duì)辣椒利用養(yǎng)分的影響Fig 2 The effect of biochar addition on the nutrient utilization of pepper

3 討論與結(jié)論

3.1 化肥減量配施生物炭對(duì)辣椒生長(zhǎng)的影響

由于生物炭的多孔構(gòu)造，能夠吸附肥料中有效養(yǎng)分，保證了蔬菜需要的養(yǎng)分供應(yīng)以促進(jìn)地上部植株生長(zhǎng)。本研究中F100、F90、F80中加入2%或5%的生物炭與單施化肥相比，顯著提高了辣椒植株的株高、莖粗、SPAD值和生物量。其中化肥減施10%后添加生物炭的處理中辣椒植株的株高、莖粗、SPAD值和生物量均顯著高于對(duì)照，且化肥減施20%后添加生物炭的處理中辣椒植株的株高、莖粗、SPAD值和生物量高于F90。這與王高飛等研究中發(fā)現(xiàn)育苗基質(zhì)加入生物炭增加了幼苗株高、莖粗、SPAD 值、生物量一致。李思平等研究表明生物炭可以增加小白菜的株高、葉面積。鄭云珠等在小麥研究也發(fā)現(xiàn)，添加小麥秸稈生物炭后與對(duì)照相比，冬小麥株高與總干物質(zhì)量顯著增加。說明了化肥減量后添加生物炭可以提高化肥的養(yǎng)分利用率，對(duì)辣椒的生長(zhǎng)發(fā)育有是一定程度的促進(jìn)作用。同時(shí)提高土壤全量以及速效氮、磷、鉀養(yǎng)分含量，也改善了土壤理化性質(zhì)，增加通氣性，進(jìn)而促進(jìn)了辣椒植株生長(zhǎng)和養(yǎng)分吸收利用。

3.2 化肥減量配施生物炭對(duì)辣椒養(yǎng)分吸收利用的影響

有研究表明充足的養(yǎng)分是辣椒果實(shí)獲得足夠營(yíng)養(yǎng)的前提，并且足夠的氮、磷、鉀養(yǎng)分含量能促進(jìn)作物吸收，提高作物的養(yǎng)分利用效率。在化肥中添加生物炭可以促進(jìn)青菜的生長(zhǎng)以及養(yǎng)分的積累。這與本研究結(jié)果一致，在化肥中加入生物炭后給予了辣椒足夠的養(yǎng)分，養(yǎng)分吸收利用效率也因此得以提高。在F100、F90、F80中加入2%或5%的生物炭與單施化肥相比顯著提高辣椒植株的氮、磷、鉀積累，使辣椒植株能夠獲取足夠的養(yǎng)分，并提高養(yǎng)分吸收效率，進(jìn)而增加辣椒果實(shí)的利用率。其中無論是從養(yǎng)分含量還是養(yǎng)分吸收利用，均表現(xiàn)為F100B2與F100B5高 于CK，F(xiàn)90B2與F90B5高于F90，F(xiàn)80B2與F80B5高于F80，這與夏亞真等[研究中發(fā)現(xiàn)在番茄育苗基質(zhì)中添加不同比例的生物炭能夠顯著提高番茄幼苗對(duì)氮、磷、鉀養(yǎng)分的吸收和積累，有利于番茄幼苗生長(zhǎng)相一致。這說明化肥在配施生物炭條件下可提高肥效，且由于生物炭除含有大量的碳外，還含有一定量的氮、磷、鉀等養(yǎng)分，特別是作物秸稈來源的生物炭含鉀量豐富，可以供給作物生長(zhǎng)所需養(yǎng)分。又加上生物炭因其微孔結(jié)構(gòu)豐富、比表面積大、吸附能力強(qiáng)等特性，施入土壤后，能夠改善土壤通氣狀況，可以有效吸附養(yǎng)分，從而提高了辣椒對(duì)氮、磷、鉀利用率。

綜上所述，化肥在添加生物炭后，通過顯著增加辣椒植株的養(yǎng)分含量，提高N、P、K的吸收與利用，從而促進(jìn)辣椒的生長(zhǎng)發(fā)育。本研究結(jié)果可為辣椒秸稈資源在農(nóng)業(yè)中的優(yōu)化利用提供理論 依據(jù)。