生物炭用量對(duì)設(shè)施水果蘿卜產(chǎn)量與土壤性質(zhì)的影響?

摘 要：為了探討生物炭在設(shè)施水果蘿卜生產(chǎn)中的有效性，以水果青蘿卜品種濰縣蘿卜為試材，研究了生物炭施用量為0 （C0）、0.5 （C1）、1.0（C2）、2.0（C3）和4.0（C4）kg/m2共5個(gè)處理對(duì)拱棚水果蘿卜生長(zhǎng)、產(chǎn)量、品質(zhì)及土壤性狀的影響。結(jié)果表明：生物炭對(duì)水果蘿卜葉面積的生長(zhǎng)具有顯著促進(jìn)作用；生物炭有利于蘿卜增粗，收獲期C1、C2、C3和C4處理的肉質(zhì)根根粗分別較C0處理增加13%、17%、24%和29%，且C4處理與C0處理的差異達(dá)顯著水平；C1～C4處理的蘿卜產(chǎn)量較C0處理增加25.0%～29.7%；生物炭對(duì)改善水果蘿卜的品質(zhì)有一定效果；土壤蔗糖酶和過(guò)氧化氫酶活性隨著生物碳用量的增加呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì)，C1和C2處理的土壤蔗糖酶活性顯著高于其他處理，分別較C0處理高9.4%和10.0%，C2和C3處理的土壤過(guò)氧化氫酶活性顯著高于C0處理，分別較C0處理高5.7%和5.6%，C2處理的土壤堿性磷酸酶活性最高，較C0處理高21.77%，且顯著高于除C4以外的其他處理。因此，采用拱棚生產(chǎn)水果蘿卜時(shí)，施加生物炭≥0.5 kg/m2有一定提質(zhì)增產(chǎn)效果，綜合考慮產(chǎn)量、質(zhì)量、土壤性質(zhì)和成本等因素，以用量為1.0 kg/m2的效果較好。

關(guān)鍵詞：生物炭；水果青蘿卜；生長(zhǎng)；產(chǎn)量；土壤酶活性

中圖分類(lèi)號(hào)：S631.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-060X（2023）05-0058-06

Abstract：In order to explore the effectiveness of biochar in facility fruit radish production， the effects of five biochar application rates of 0 （C0）， 0.5 （C1）， 1.0 （C2）， 2.0 （C3） and 4.0 （C4 ） kg/m2 on the growth， yield and quality of fruit radish， and soil properties in arch shed were studied using a green fruit radish variety \"Weixian Luobo\" as the test material. The results showed that the leaf area and fleshy root diameter of fruit radish increased with the increase of biochar dosage. Compared with C0 treatment， the fleshy root diameter of C1， C2， C3 and C4 increased by 13%， 17%， 24% and 29%， respectively， reaching a significant difference between C4 and C0， and the fleshy root yield of C1-C4 increased by 25.0%-29.7%." Biochar was also conducive to improving the quality of fruit radish. Meanwhile， with the increase of biochar application， the activities of soil sucrase and catalase increased first and then decreased; specially， the activity of soil sucrase in C1 and C2 was significantly higher than that in the other treatments， and respectively 9.4% and 10.0% higher than in C0; the activity of soil catalase in C2 and C3 was significantly 5.7% and 5.6% higher than in C0， respectively; the activity of soil alkaline phosphatase in C2 was the highest， 21.77% higher than in C0， and significantly higher than in the other treatments except C4. Therefore， the application of biochar （≥0.5 kg/m2） has a certain promotion for producing fruit radish in arch shed. Considering the yield， quality， soil properties and cost， the dosage of 1.0 kg/m2 is better.

Key words：biochar; fruit green radish; growth; yield; soil enzyme activity

中國(guó)的人口數(shù)量巨大，人們對(duì)蔬菜和水果等農(nóng)產(chǎn)品的需求量也很大。近年來(lái)，隨著農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，農(nóng)民盲目追求產(chǎn)量，由于大量施肥已造成了不容忽視的農(nóng)業(yè)污染、連作障礙及土壤重金屬積累等問(wèn)題。與此同時(shí)，作為農(nóng)業(yè)廢棄物之一的植物殘?bào)w等，由于連年不斷產(chǎn)生和并沒(méi)有對(duì)其進(jìn)行合理的處理，亂堆亂放、隨意焚燒等現(xiàn)象屢禁不止[1]。然而，這些廢棄物經(jīng)過(guò)加工轉(zhuǎn)變?yōu)樯锾恐罂梢宰鳛闋I(yíng)養(yǎng)物質(zhì)還田，實(shí)現(xiàn)資源的重復(fù)利用。生物炭具有碳含量高、比表面積大、吸附能力強(qiáng)、孔隙度高等特點(diǎn)[2]，可以改善土壤物理結(jié)構(gòu)和孔隙度，增加土壤水分的滲透性[3]，提高土壤水分的有效性和持久性，增強(qiáng)植物和生態(tài)系統(tǒng)的抗旱性[4]。因此，開(kāi)展生物炭施用有效性和最佳用量的研究已成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的研究熱點(diǎn)。已有研究表明，生物炭含有大量的碳元素，可以明顯調(diào)節(jié)土壤的碳氮比，使土壤中有機(jī)質(zhì)的存儲(chǔ)量增加，且生物炭具有親水吸附作用，可以吸附和暫時(shí)固定土壤中的水分和養(yǎng)分并緩慢釋放[5]，進(jìn)而起到間接增產(chǎn)的作用。生物炭的增產(chǎn)效應(yīng)還隨時(shí)間的延長(zhǎng)表現(xiàn)出一定的累加效應(yīng)，如玉米和大豆輪作時(shí)施加生物炭的第一年增產(chǎn)效果并不明顯，但在隨后的3 a內(nèi)產(chǎn)量出現(xiàn)逐年遞增的趨勢(shì)[6]，這種現(xiàn)象也表現(xiàn)在水稻和高粱上[7]。施用適量生物炭均可提高冬小麥[8]、油菜[9]等作物的產(chǎn)量和品質(zhì)，適量生物炭與肥料配施還可以增加蘿卜[10]、玉米和花生[11]的產(chǎn)量。

我國(guó)蘿卜栽培面積約120萬(wàn)hm2[12]，栽培面積僅次于馬鈴薯和大白菜，位居第3位[13]。水果青蘿卜微甜清脆，適合生吃，口感如同水果，受到消費(fèi)者的青睞。然而，目前關(guān)于生物炭在設(shè)施水果青蘿卜栽培中的應(yīng)用研究未見(jiàn)報(bào)道。為此，筆者以水果青蘿卜品種濰縣蘿卜為試材，研究了不同生物炭用量對(duì)設(shè)施栽培水果青蘿卜產(chǎn)量與土壤性質(zhì)的影響，以期為拱棚水果青蘿卜高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)栽培提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2021年8月至11月在山東省濰坊市濰坊科技學(xué)院試驗(yàn)基地的拱棚內(nèi)進(jìn)行。試驗(yàn)期間設(shè)施內(nèi)距離地面1.0 m處氣溫和濕度變化情況如圖1所示。前茬作物為番茄。土壤質(zhì)地為壤土，含鹽量和pH值分別為0.04%和7.41。灌溉水源為當(dāng)?shù)鼐?/p>

1.2 供試材料

供試水果青蘿卜為當(dāng)?shù)刂髟云贩N之一濰縣蘿卜，于2021年8月20日用50孔穴盤(pán)育苗后備用。供試生物炭的理化性質(zhì)為：全氮1.164 g/kg，有效磷665.0 mg/kg，速效鉀508.0 mg/kg，有機(jī)質(zhì)80.6 mg/kg，水解性氮20.4 mg/kg，含鹽量0.36%，pH值7.77。試驗(yàn)用肥為水溶復(fù)合肥（N–P2O5–K2O=20–20–20，pH值=7）。

1.3 試驗(yàn)方法

不同生物炭用量設(shè)0、0.5、1.0、2.0和4.0 kg/m2共5個(gè)處理，代號(hào)分別為C0、C1、C2、C3和C4。生物炭于前茬作物種植前均勻撒施在土壤表面，然后淺耕5 cm使生物炭與土壤充分混合。小區(qū)面積為3.6 m2，每個(gè)處理種植40株，株距15 cm，行距60 cm。按隨機(jī)區(qū)組排列，設(shè)2次重復(fù)。于9月4日移栽，移栽前松土10 cm深。采用“1帶1行”方式使用滴灌供應(yīng)水肥，滴頭間距為30 cm，滴灌帶行距為60 cm。在小區(qū)內(nèi)中間部分選取1個(gè)滴頭，并在其正下方20 cm處安裝1支負(fù)壓計(jì)，當(dāng)負(fù)壓計(jì)低于－35 kPa時(shí)進(jìn)行灌水，每次灌水10 mm，總灌水量170 mm。每周隨水施水溶復(fù)合肥1次，用量為0.33 g/棵。蘿卜于11月5日收獲。

1.4 測(cè)定指標(biāo)與方法

1.4.1 生長(zhǎng)指標(biāo)調(diào)查及產(chǎn)量測(cè)定 每小區(qū)隨機(jī)選取5株具有代表性的水果青蘿卜并做好標(biāo)記，分別在蘿卜播后第15、30、45和60天即蘿卜生長(zhǎng)的苗期、蓮座期、肉質(zhì)根膨大期和收獲期，分別測(cè)定葉面積和肉質(zhì)根直徑；在肉質(zhì)根膨大期和收獲期另選5株，除測(cè)定葉面積和肉質(zhì)根直徑外，還測(cè)定肉質(zhì)根長(zhǎng)度、體積、產(chǎn)量和含水率。肉質(zhì)根直徑采用游標(biāo)卡尺測(cè)定；肉質(zhì)根長(zhǎng)度、葉長(zhǎng)、葉寬采用鋼尺測(cè)定；肉質(zhì)根體積采用排水法測(cè)定；收獲時(shí)按照實(shí)際收獲的肉質(zhì)根重量測(cè)定產(chǎn)量；肉質(zhì)根含水率采用烘箱烘干法測(cè)定，即先測(cè)定肉質(zhì)根的鮮重M1（g）和肉質(zhì)根干重M2（g），再按公式（1）計(jì)算出肉質(zhì)根含水率；葉面積測(cè)定方法為：選取葉片10片，測(cè)量其葉長(zhǎng)（L）和葉寬（D），之后用打孔器（孔徑2 r=5.5 cm）在葉片不同部位打孔，每片葉片打孔3次，注意不同葉片打孔位置盡量相同，且避開(kāi)主葉脈處和枯萎的部分，將打孔器打下的圓葉片在85℃下烘干24 h并稱(chēng)重得到W（g），打孔后剩余部分在85℃下烘干24 h并稱(chēng)重得到W '（g），然后按公式（2）計(jì)算出比例系數(shù)k，再按公式（3）計(jì)算出葉面積。

1.4.2 品質(zhì)指標(biāo)測(cè)定 蘿卜收獲時(shí)每小區(qū)隨機(jī)選取5株，測(cè)定其肉質(zhì)根的可溶性糖含量和可溶性固形物含量。可溶性糖含量采取蒽酮比色法測(cè)定，可溶性固形物含量用手持折光儀測(cè)定。

1.4.3 口感指標(biāo)測(cè)定 口感指標(biāo)包括辣度、甜度、清脆度和綜合口感，選用20人采用品嘗打分的方法進(jìn)行評(píng)價(jià)，采取10分制，品質(zhì)越好，評(píng)分越高。

1.4.4 土壤pH值和EC值的測(cè)定 各小區(qū)采用5點(diǎn)法取樣，用取土器在選好的取樣點(diǎn)打孔，分別取0～10和10～20 cm土層的土壤樣品，將每個(gè)小區(qū)相同土層的土樣混合均勻后備用。測(cè)定前將土壤烘干過(guò)篩，每份樣品稱(chēng)取5 g，將其放入25 mL蒸餾水中，混合攪拌5 min，再用pH計(jì)和電導(dǎo)率儀測(cè)定pH值和EC值。

1.4.5 土壤蔗糖酶、過(guò)氧化氫酶和堿性磷酸酶的測(cè)定 用上述烘干前的土樣，采用蘇州科銘生物技術(shù)有限公司生產(chǎn)的試劑盒測(cè)定土壤蔗糖酶、過(guò)氧化氫酶和堿性磷酸酶。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

采用Excel 2019軟件和SPSS 26軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同生物炭用量對(duì)水果蘿卜葉面積的影響

由圖2可知，苗期葉面積C4處理顯著大于其他處理；蓮座期葉面積以C4處理最大，顯著大于其他處理，其次是C3和C2處理，顯著大于C1和C0處理；肉質(zhì)根膨大期的葉面積仍以C4處理最大，顯著大于C3和C0處理，其次是C1、C2和C3處理，且該3個(gè)處理間沒(méi)有顯著性差異，但顯著大于C0處理；收獲期的葉面積仍是C4處理最大，其次是C3和C2處理，且該3個(gè)處理均顯著大于C0處理?？梢?jiàn)，生物炭對(duì)葉面積的生長(zhǎng)具有顯著促進(jìn)作用。

2.2 不同生物炭用量對(duì)水果蘿卜產(chǎn)量構(gòu)成因素和產(chǎn)量的影響

由圖3可知，在苗期僅C4處理的內(nèi)質(zhì)根直徑顯著大于其他處理；在蓮座期，內(nèi)質(zhì)根直徑排名前3位的依次為C4、C3和C2處理，其內(nèi)質(zhì)根直徑顯著大于C0和C1處理，分別較C0處理增加297%、244%和237%，且該3個(gè)處理間差異顯著；在肉質(zhì)根膨大期，C4、C3、C2和C1處理的內(nèi)質(zhì)根直徑顯著大于C0處理，C4和C3處理的肉質(zhì)根根長(zhǎng)顯著長(zhǎng)于C0處理，但與C2和C1處理無(wú)顯著性差異；在收獲期，C1、C2、C3和C4處理的肉質(zhì)根根粗分別較C0處理增加13%、17%、24%和29%，其中C4處理與C0處理的差異達(dá)顯著水平，但各處理間的肉質(zhì)根根長(zhǎng)無(wú)顯著性差異?？梢?jiàn)，施用生物炭有利于蘿卜增粗。

蘿卜肉質(zhì)根的含水率隨著生物炭用量的增加呈現(xiàn)出先升后降的趨勢(shì)，以C3處理的含水率最高，但各處理間差異不顯著（見(jiàn)圖4）；C1～C4處理的蘿卜產(chǎn)量較C0處理增加25.0%～29.7%，但各處理間差異不顯著（見(jiàn)圖5）。

2.3 不同生物炭用量對(duì)水果蘿卜品質(zhì)與口感指標(biāo)的影響

由圖6可知，C1、C2、C3和C4處理水果蘿卜的可溶性糖含量分別較C0處理增加15.8%、16.7%、18.0%和19.1%，但各處理間差異不顯著；水果蘿卜的可溶性固形物含量各處理間也沒(méi)有顯著性差異。綜合口感評(píng)價(jià)結(jié)果如表1所示，甜度、清脆度、辣度和綜合口感各指標(biāo)的分值整體表現(xiàn)出隨生物炭用量的增加呈先升后降的趨勢(shì)，以C0處理的得分值最低、C3處理的得分值最高。由此可見(jiàn)，施加生物炭對(duì)改善水果蘿卜的品質(zhì)有一定效果。

2.4 不同生物炭用量對(duì)土壤性質(zhì)的影響

土壤EC值和pH值各處理間無(wú)顯著性差異，土壤EC值均處于較低的水平，土壤pH值均呈弱堿性（見(jiàn)圖7）。如圖8所示，生物炭用量處理對(duì)土壤蔗糖酶、過(guò)氧化氫酶、堿性磷酸酶活性有顯著性影響，其中：土壤蔗糖酶活性隨著生物碳用量的增加呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì)，C1和C2處理的酶活性顯著高于其他處理，分別較C0處理高9.4%和10.0%；土壤過(guò)氧化氫酶活性隨著生物碳用量的增加也呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì)，C1、C2、C3和C4處理的酶活性分別較C0處理高2.8%、5.7%、5.6%和2.3%，且C2和C3處理顯著高于C0處理；土壤堿性磷酸酶活性是C2處理最高，較C0處理高21.77%，且顯著高于除C4以外的其他處理。

3 討 論

作物生長(zhǎng)指標(biāo)與產(chǎn)量之間關(guān)系密切。葉片作為光合作用的重要器官，葉面積大小可以直接反應(yīng)出光合作用的效率，其與光合產(chǎn)物的形成和產(chǎn)量有密切關(guān)系。有研究表明，施用生物炭能夠緩解鹽脅迫對(duì)玉米幼苗生長(zhǎng)的抑制作用[14]，對(duì)玉米[15]、早粳稻[16]、番茄[17]等作物的葉面積增長(zhǎng)具有促進(jìn)作用，有利于作物光合效率和產(chǎn)量的提高；生物炭對(duì)番茄的產(chǎn)量及構(gòu)成要素沒(méi)有顯著影響，但可有效提高番茄的可溶性糖、VC含量和番茄紅素等品質(zhì)指標(biāo)[18]；施加生物炭對(duì)小麥和大豆的增產(chǎn)效果不顯著，但有利于蘿卜的增產(chǎn)[19]。筆者的試驗(yàn)結(jié)果表明，生物炭對(duì)水果蘿卜葉面積的生長(zhǎng)具有顯著促進(jìn)作用；生物炭有利于蘿卜增粗，C1、C2、C3和C4處理收獲期的肉質(zhì)根根粗分別較C0處理增加13%、17%、24%和29%，且C4處理與C0處理的差異達(dá)顯著水平；C1～C4處理的蘿卜產(chǎn)量較C0處理增加25.0%～29.7%；生物炭對(duì)改善水果蘿卜的品質(zhì)有一定效果，口感評(píng)價(jià)得分以C0處理最低、C3處理最高。這與前人的研究結(jié)果基本一致。

土壤中酶活性與作物產(chǎn)量有密切聯(lián)系，其可反映出土壤質(zhì)量的變化，與營(yíng)養(yǎng)元素的釋放及腐殖質(zhì)的形成有密切聯(lián)系[20]。有研究表明，在咸水灌溉條件下，施用生物炭和秸稈可有效提高土壤蔗糖酶、堿性磷酸酶及脲酶的活性[21]；隨著生物碳含量的增加，土壤過(guò)氧化氫酶、蔗糖酶、脲酶活性呈先增后降的趨勢(shì)[22]。筆者的試驗(yàn)結(jié)果表明，土壤蔗糖酶和過(guò)氧化氫酶活性隨著生物碳用量的增加呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì)，C1和C2處理的土壤蔗糖酶活性顯著高于其他處理，分別較C0處理高9.4%和10.0%；C2和C3處理的土壤過(guò)氧化氫酶活性顯著高于C0處理，分別較C0處理高5.7%和5.6%；C2處理的土壤堿性磷酸酶活性最高，較C0處理高21.77%，且顯著高于除C4以外的其他處理。這與上述研究結(jié)果基本一致。

綜上所述，采用拱棚生產(chǎn)水果蘿卜時(shí)，施加生物炭≥0.5 kg/m2有一定提質(zhì)增產(chǎn)效果，綜合考慮產(chǎn)量、質(zhì)量、土壤性質(zhì)和成本等因素，以用量為1.0 kg/m2的效果較好。

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（責(zé)任編輯：肖光輝）