竹炭有機肥對茄子生長及光譜參數(shù)的影響

王意錕 邱志成 張軒睿 李 想 蔣潘怡

（麗水學院，浙江 麗水 323000）

茄子（Solanum melongenaL.）為茄科（Solanaceae）茄屬（Solanum）一年生草本植物，其產(chǎn)量較高，適應(yīng)性強，是夏秋季農(nóng)產(chǎn)品市場的常見蔬菜之一。茄子栽培常采用復種指數(shù)較高和高度集約化的栽培方式，可能導致土壤質(zhì)量退化、養(yǎng)分失衡，進而導致茄子的產(chǎn)量和品質(zhì)降低[1]，不利于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展。竹炭是竹材經(jīng)熱解得到的多孔性產(chǎn)物，具有多孔隙結(jié)構(gòu)，較高的表面積和陽離子交換能力。竹炭施用于土壤不僅可以降低土壤容重，增加土壤孔隙度和持水率，改善土壤的物理結(jié)構(gòu)，還具有緩釋養(yǎng)分的效果，可以提高肥料利用效率[1]。研究表明，竹炭與有機肥科學配比使土壤中的總碳、有機質(zhì)含量提高，促進有效磷、速效鉀的釋放，改善了農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量[2]。竹炭有機肥施用對茄子生長是否產(chǎn)生積極影響尚待研究，本研究以浙西南地區(qū)高山茄子為研究對象，通過不同比例的竹炭有機肥對土壤進行調(diào)理，分析竹炭有機肥在不同生長階段對茄子形態(tài)指標與生理特性的影響，以評估不同用量竹炭有機肥的施用效果，為茄子生態(tài)高效栽培技術(shù)研究提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗設(shè)計

試驗地位于浙江麗水遂昌縣高坪鄉(xiāng)，采取隨機區(qū)組試驗設(shè)計，共設(shè)4個處理，每個處理3個樣方。具體處理：CK組施用未添加竹炭的有機肥，T1組施用添加15%竹炭的有機肥（竹炭用量1 125 kg/hm2），T2組施用添加30%竹炭的有機肥（竹炭用量2 250 kg/hm2），T3組施用添加45%竹炭的有機肥（竹炭用量3 375 kg/hm2），各試驗地有機肥用量均為7 500 kg/hm2。試驗所用茄子品種為豐田5 號。竹炭是毛竹屑經(jīng)過800 ℃高溫炭化所形成，由遂昌綠金有機肥有限公司提供。竹炭有機肥在定植前起壟開溝后條施，壟長30 m，壟寬1 m，壟高15 cm，每壟種植2行，株行距為50 cm×80 cm。

1.2 試驗方法

分別于苗期（6月）、結(jié)果期（8月）和衰老期（10月）隨機選取每個樣方內(nèi)20株茄子作為樣株，分別進行株高、株幅、莖粗生長形態(tài)，以及果實性狀指標進行測定。

選用PP Systems 公司UniSpec-SC 單通道便攜式光譜儀（波段范圍310～1 130 nm）對茄子樣株的葉片進行光譜測定。各茄子樣株選取10 片健康成熟葉片，每片葉進行6次光譜數(shù)據(jù)采集，并計算光譜反射率平均值。

1.3 數(shù)據(jù)處理

茄子葉片光譜參數(shù)涉及的指標計算處理如下。葉綠素相對含量：mSR705=（R750-R445）/（R705-R445）；葉黃素循環(huán)指數(shù)：PRI=（R531-R570）/（R531+R570）；花青素相對含量：Rred/Rgreen=[Sum（R660toR699）]/[Sum（R500toR599）]；水分相對含量：WI=R900/R970。Rλi為相應(yīng)波長λi處所對應(yīng)的光譜反射率。

利用SPSS 16.0 進行單因素方差分析與多重比較，利用Canoco 4.5 進行不同比例竹炭有機肥用量下茄子生長形態(tài)指標及光譜參數(shù)的主成分分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 茄子生長形態(tài)

各處理不同生長階段對茄子生長形態(tài)的影響如表1所示。從表1可以看出，不同比例的竹炭有機肥的施用對茄子植株莖粗、株幅產(chǎn)生的影響較小。竹炭有機肥對茄子的株高影響較大，在苗期和結(jié)果期，T1處理和CK 的株高差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05），而T2、T3處理的株高與CK 之間存在統(tǒng)計學意義（P＜0.05），其中，T2、T3處理的結(jié)果期株高分別比CK提高了6.94%、7.35%。衰老期，T3處理與CK、T1和T2處理的株高差異均存在統(tǒng)計學意義（P＜0.05）。說明茄子株高的增加與有機肥中竹炭添加比例可能存在一定關(guān)系。

表1 不同生長階段下茄子的生長形態(tài)

2.2 茄子果實性狀

表2為結(jié)果采收期不同比例竹炭有機肥施用對茄子果實性狀的影響，在T1處理下，15%竹炭有機肥的施用對茄子的果實性狀影響較小，其單果重、果長和果徑與CK 差異均無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）。隨著有機肥中竹炭添加比例的增加，T2和T3處理下茄子的單果重和果徑有所增加，與CK和T1處理間差異存在統(tǒng)計學意義（P＜0.05）。

表2 采收期茄子果實性狀

2.3 茄子葉片光譜參數(shù)

光譜分析快速、無損，大量應(yīng)用于植物生化特征的監(jiān)測，為農(nóng)業(yè)經(jīng)營與管理提供科學的參考。茄子葉片光譜參數(shù)的結(jié)果如表3所示。不同竹炭比例的有機肥施用下，茄子葉片的光譜參數(shù)在3 個生長階段均存在明顯差異。

表3 不同生長階段下茄子葉片光譜參數(shù)

mSR705是與葉綠素含量相關(guān)的光譜參數(shù)指標。T2和T3處理的茄子苗期葉片葉綠素相對含量較高，并與T1處理及CK存在統(tǒng)計學意義（P＜0.05）；茄子結(jié)果期，T2處理的葉片葉綠素含量與其他處理間均存在統(tǒng)計學意義（P＜0.05），T3處理與CK處理的葉綠素含量未見明顯差異。茄子進入衰老期后，各處理葉綠素相對含量有所降低，CK 與T1、T2處理之間差異不明顯，而T3處理的葉綠素相對含量與CK相比具有統(tǒng)計學意義（P＜0.05）。說明竹炭有機肥的施用有利于提高茄子葉片葉綠素含量，但隨著竹炭比例提高，這種促進效果不再明顯。

茄子葉片吸收的過量光能可以通過葉黃素循環(huán)的熱耗散，消耗過剩激發(fā)能，避免光合機構(gòu)遭受光破壞。在茄子的苗期，隨著竹炭比例的增加，竹炭有機肥能有效調(diào)節(jié)葉黃素循環(huán)色素間（紫黃質(zhì)、花藥黃質(zhì)和玉米黃質(zhì)）的相互轉(zhuǎn)換。如表3 所示，苗期，T2、T3處理下茄子葉片的葉黃素循環(huán)指數(shù)有所提高，而竹炭比例較小的T1處理葉黃素循環(huán)指數(shù)與CK 相比差異不大。結(jié)果期，各處理間葉黃素循環(huán)指數(shù)差異不明顯。在茄子衰老期，施用竹炭有機肥的T2、T3處理的葉黃素循環(huán)指數(shù)與CK 相比存在統(tǒng)計學意義（P＜0.05）。

花青素為水溶性黃酮類化合物，是植物體內(nèi)的重要色素，能夠反映植物的生理狀態(tài)，具有一定的抗氧化功能。由表3可知，竹炭有機肥在苗期時對茄子葉片花青素相對含量有一定影響，T2和T3處理的花青素相對含量與CK相比具有統(tǒng)計學意義（P＜0.05）。結(jié)果期各處理花青素相對含量間無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）。

植物葉片水分含量是衡量植物生理過程，判斷作物長勢和健康狀態(tài)的重要指標。茄子葉片水分含量的變化會影響蒸騰作用和光合作用，進而影響茄子的產(chǎn)量。由表3 可知，竹炭有機肥在茄子苗期和結(jié)果期均能有效地增加葉片中的水分含量，T1、T2和T3處理的水分指數(shù)WI 均與CK 存在統(tǒng)計學意義（P＜0.05）。茄子衰老期，竹炭有機肥的作用減弱，且出現(xiàn)竹炭添加比例越高，水分指數(shù)越低的趨勢。

2.4 主成分分析

茄子的生長狀況與其生理特性密切相關(guān)。以茄子結(jié)果期的株高、株幅等形態(tài)指標及葉片光譜參數(shù)進行主成分分析。由圖1 可知，第一軸和第二軸的貢獻率分別為59.9%、29.9%，累計貢獻率為89.8%。主成分1可以區(qū)分不同比例的竹炭有機肥對茄子生長的影響。單果重、株高在第一軸負軸方向，與T2、T3處理呈正相關(guān)的關(guān)系。而主成分2主要反映光譜參數(shù)間的差異，且葉綠素相對含量與單果重、株高也呈正相關(guān)的關(guān)系，但對株幅的影響較小。

圖1 各處理主成分分析

3 結(jié)論與討論

3 種比例的竹炭有機肥施用對茄子植株莖粗、株幅均未產(chǎn)生明顯的影響，隨著有機肥中竹炭添加比例增加，T2和T3處理的茄子株高有所增加，茄子單果重和果徑也高于CK 和T1處理。這可能是因為竹炭與有機肥配施后，改善了土壤的理化性狀，提升了土壤肥力，是良好的土壤調(diào)理劑和緩釋肥料載體。研究表明[3-4]，施用竹炭有機肥能顯著提升土壤堿解氮、速效鉀和有機質(zhì)含量，增加土壤微生物的數(shù)量，并促進土壤微生物與氨基酸代謝、核苷酸代謝以及次生代謝產(chǎn)物等相關(guān)基因的上調(diào)。生物炭和有機肥之間存在互作效應(yīng)，生物炭不僅可以提高有機肥中碳的穩(wěn)定性，增加土壤有機質(zhì)含量，還能抑制土壤中氮、磷等養(yǎng)分的淋失[5]。本研究中，30%比例竹炭處理（T2）和45%比例竹炭處理（T3）對茄子株高和單果重的影響不明顯，這說明竹炭有機肥施用過程中，并非是竹炭的比例越高，施用效果越好。不同比例竹炭施用效果的差異和有機肥用量及土壤狀況有關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，有機肥中添加竹炭后，施用高肥量竹炭有機肥對火龍果的生長和產(chǎn)量有一定的抑制作用[6]；陳麗美等[7]研究發(fā)現(xiàn)，當有機肥用量為5 t/hm2和20 t/hm2時，紫甘藍產(chǎn)量隨竹炭用量的增加呈現(xiàn)下降的趨勢；洪彪等[4]研究發(fā)現(xiàn)，施加竹炭有利于連作土壤中穿心蓮的生長，且高濃度竹炭施加量對連作穿心蓮植株生長的促進作用高于低濃度竹炭施加量。

光合作用是影響茄子產(chǎn)量的重要因素之一，茄子葉片的葉綠素含量與光合作用有著密切的關(guān)系，光譜參數(shù)反映的葉綠素相對含量直接影響茄子葉片捕獲光能的能力以及光合速率。茄子結(jié)果期，15%竹炭比例（T1）和30%竹炭比例（T2）的有機肥處理下，葉片葉綠素相對含量均有所提高，且T2處理與其他處理間存在統(tǒng)計學意義（P＜0.05），但45%竹炭比例（T3）的處理與CK 之間未見明顯差異。說明在相同的有機肥用量下，竹炭的施用對茄子葉片的葉綠素相對含量有影響，且隨著竹炭比例的提高，茄子葉片的葉綠素相對含量呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢。這與相關(guān)研究結(jié)果一致，張敏霞等[8]發(fā)現(xiàn)，隨竹炭施用量的增加，有機卷心菜相對葉綠素含量（SPAD）及熒光參數(shù)均出現(xiàn)先促進后抑制的現(xiàn)象，中量竹炭處理下有機卷心菜具有較高的PS II 原初光能轉(zhuǎn)化效率和PS II 反應(yīng)中心潛在活性，過高竹炭含量則會使其下降。王虹等[9]發(fā)現(xiàn)，添加適當比例的竹炭有利于植物的生長，但當基質(zhì)添加的竹炭比例大于33%時，小青菜的生長受到了一定程度的抑制，這可能與基質(zhì)的pH 值較高有關(guān)。在茄子苗期，竹炭有機肥還可以有效提高葉片的葉黃素循環(huán)指數(shù)，這可能是因為竹炭有機肥的添加增加了土壤中氮、鉀等營養(yǎng)元素水平，促進了植物氮代謝進程，有利于葉黃素的合成與積累[10]。此外，竹炭有機肥在茄子苗期和結(jié)果期均有效增加了葉片水分含量。仇淑芳等[11]發(fā)現(xiàn)，施用竹炭顆粒有機肥有利于促進植株水分的累積，紫油菜植株含水量與竹炭顆粒有機肥施用量呈正相關(guān)關(guān)系。

綜上所述，不同生長時期、不同比例的竹炭有機肥的施用效果有所不同。30%比例的竹炭與有機肥配合施用較為合理，在茄子苗期和結(jié)果期均能較好地促進茄子的生長，其株高、單果重及光譜參數(shù)等均優(yōu)于對照。為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的有機肥料減量增效應(yīng)用以及茄子高效生態(tài)栽培提供參考。