生物炭配施有機肥對設(shè)施土壤理化性質(zhì)及不同蔬菜生長的影響

關(guān)鍵詞：蔬菜；生物炭；動物糞便；理化性質(zhì)；生長；品質(zhì)中圖分類號： 文獻標志碼：A 文章編號：1673-2871（2025）06-194-09

Effects of combined application of biochar and organic fertilizer on the physicochemical properties of greenhouse soil and different vegetables growth

LU Chenni’，XU Zaimeng'， ZHU Riqing2， SUN Da3， CHEN Gui'

（1.JiaxingAcadefAicultualiencesing6ejiangin；AgriculualtinEtesioniofo DistrictJiigaudsoteiotioftrcti Zhejiang， China）

Abstract：Inorder tounderstandtheefectsofdiferentagricultural wasteapplicationsonsoilanddiffrent vegetable growth，a greenhouse plot experiment wasconducted withno fertilizeras thecontrol.Organicfertilizers fromcowmanure， sheep manure，and swine manure were mixed with diferent proportions of biochar（ 10% 25% and 50% ）. The study aimed toexplore the impactof these treatmentson thephysicochemical properties of greenhouse soils，as wellas the growth，qualityand nutrientaccumulationofChinesecabbage and pepper.The resultsshowedthatcomparedtoCK，the applicaiton of biochar combined with different organic fertilizers significantly increased soil ΔpH and organic matter content，andtheECvalueandtotalnitrogencontentofsometreatmentsweresignificantlyinreased.Comparedwith CK，the yieldof Chinese cabbage and pepper increased by 1.13%-45.49% and 5.17%-23.15% ，respectively. The 10% biochar + 90% swine manure treatment（Z10）significantly increased the yield ofboth Chinese cabbage and pepper. Compared with CK，exceptfortheY50 treatmentof Chinesecabbage，whichhadahigher nitratecontent thanCK，the nitrate content in Chinese cabbage and pepper in the other treatments decreased by 0.13%-35.08% and 2.96%-38.76% ，respectively，with some treatments showing significant diferences.The nitrogen，phosphorus and potassiumaccumulation in Chinesecabbage under 25% biochar +75% swine manure（Z25）and in pepper under 10% biochar +90% cow manure（N10） were significantlyhigher than those of theirrespectivecontrols.Considering the increase of vegetableyield and quality improvement，it isrecommended tochooseZ10treatmentforChinesecabbageandN10treatmentforpepperfertilizationunder the conditions of this experiment. Key words： Vegetable; Biochar; Animal manure; Physicochemical property; Growth; Quality

隨著我國社會經(jīng)濟的發(fā)展和城鎮(zhèn)化的推進，勞動力不斷減少，傳統(tǒng)的分散型種植模式逐漸被集約化和規(guī)?；N植模式所取代[。近年來，我國農(nóng)業(yè)集約化和規(guī)?；l(fā)展迅速，在設(shè)施蔬菜種植上尤其突出，其主要動力一方面來自國家財政政策的支持[2，另一方面則由于設(shè)施種植高強度屬性帶來的高產(chǎn)值和高收益[3]。據(jù)估算，我國設(shè)施蔬菜利用了3% 的耕地，其總產(chǎn)值達到蔬菜總產(chǎn)值的 45% 和種植業(yè)產(chǎn)值的 17% ，部分?。ㄖ陛犑?、自治區(qū)）農(nóng)民純收入 50% 以上來自于設(shè)施種植[3-4]。據(jù)調(diào)查，設(shè)施農(nóng)業(yè)普遍存在著嚴重的過量施肥現(xiàn)象。黃紹文等研究表明，設(shè)施菜地氮、磷、鉀施用總量平均分別是各自推薦量的1.9、5.4和1.6倍。巨大的施肥量導致設(shè)施土壤氮素利用率僅為 19% ，遠低于全國氮素平均利用率 40% 的水平。同時，過量施肥還會引起土壤質(zhì)量退化，產(chǎn)生次生障礙，導致作物產(chǎn)量和品質(zhì)降低等現(xiàn)象。

生物炭是由農(nóng)業(yè)廢棄物高溫炭化而來，炭化產(chǎn)物重新施入土壤可以實現(xiàn)固碳減排的目的，作為改良劑其通常呈堿性且具有疏松多孔的結(jié)構(gòu)，可以改變土攘的理化性質(zhì)，在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。此外，隨著我國畜禽養(yǎng)殖業(yè)快速發(fā)展，截至2022年底，我國畜禽污糞的綜合利用率達到 78% ，其中肥料化利用是我國畜禽污糞資源化利用的三種主要途徑之一[10]。利用生物炭與動物糞便腐熟而成的有機肥混合施用可以發(fā)揮協(xié)同作用，促進作物生物量累積[]，提高肥料利用率[12]和促進設(shè)施土壤水穩(wěn)性團聚體形成等[13]。

目前有關(guān)生物炭單施[、生物炭配施化肥、有機肥單施[13]、有機肥配施化肥減量[15]等施用方法對蔬菜生長和品質(zhì)影響的研究多有報道，但較少關(guān)注生物炭與不同種類畜禽糞便有機肥配施，以及采用不同配比混合施用對蔬菜生長和品質(zhì)的影響。筆者以生物炭、牛糞、羊糞和豬糞為原料，以不結(jié)球白菜和辣椒為研究對象，通過大棚小區(qū)試驗，研究生物炭配施不同有機肥，通過添加不同質(zhì)量比例生物炭 （10%.25% 和 50% ），探究其對嘉興地區(qū)兩種設(shè)施蔬菜生長、品質(zhì)、養(yǎng)分積累和土壤理化性質(zhì)的影響。初步評估生物炭配施有機肥對土壤養(yǎng)分供應(yīng)的改良效果，篩選本試驗條件下對設(shè)施蔬菜生長綜合效果較好的處理，旨在為當?shù)剞r(nóng)業(yè)廢棄物利用和設(shè)施蔬菜施肥提供理論依據(jù)。

材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗于2022年11月至2023年7月在浙江省嘉興市秀洲區(qū)王江涇鎮(zhèn)新橋生態(tài)農(nóng)場的2個設(shè)施溫室大棚內(nèi)進行，2個大棚的前茬作物均為玉米。該地區(qū)屬于亞熱帶季風氣候，年平均氣溫 15.5^°C 年均日照時間 1950h 。

1.2材料

原材料：生物炭為嘉興桐奧環(huán)?？萍加邢挢熑喂旧a(chǎn)的水稻秸稈生物炭；牛糞來源為嘉興市王店鎮(zhèn)東興奶牛場；羊糞購自桐鄉(xiāng)市眾成湖羊?qū)I(yè)合作社；豬糞購自嘉興嘉華牧業(yè)有限公司。

供試土壤：2個設(shè)施大棚內(nèi) 0～20cm 耕層土壤平均背景值為： pH（mΩ_κ;mΩ_±=2.5Ω;1） 5.93，電導率559μS?cm^-1 ，有機質(zhì)含量 （w ，下同）為 54.4g?kg^-1 ，全氮含量 3.80g?kg^-1 ，堿解氮含量 336.2mg?kg^-1 ，有效磷含量 116.1mg?kg^-1 ，速效鉀含量為 1070mg?kg^-1 。

供試作物：不結(jié)球白菜，品種為嘉興青，由嘉興先豐種業(yè)有限公司生產(chǎn)；辣椒，品種為早青帥，由淮北市久保田種業(yè)有限公司選育。

1.3 試驗設(shè)計

試驗設(shè)置有機肥種類含牛糞、羊糞和豬糞共3種，有機肥與生物炭復配質(zhì)量比設(shè)9：1、3：1和1：1共3個水平，并設(shè)不施肥對照處理（表1）。每個處理設(shè)置3次重復，小區(qū)面積為 12m² ，不同的小區(qū)之間用塑料隔板隔開。不同動物糞便均腐熟約40d后，與生物炭混合，作為底肥施入，施用量為30t?hm^-2 。按照《生物炭基有機肥料》（NY/T3618一2020）方法測定混合物料的基本性質(zhì)，具體試驗方案及結(jié)果見表1。

白菜和辣椒分別種植于兩個獨立的溫室大棚，兩個大棚的小區(qū)分布與物料添加量均相同。白菜和辣椒均為移栽，白菜播種時間為2022年11月1日，定植時間為11月28日，移栽密度為137500株·?hm^-2 ，白菜收獲時間為2023年1月28日；辣椒的播種時間為2023年2月5日，定植時間為3月17日，移栽密度為25000株 ?hm^-2，5 月31日開始采收，7月5日拉秧。考慮到試驗地土壤速效養(yǎng)分較豐富，白菜種植期間未施用化肥，辣椒于4月14日施用 108kg?hm^-2 尿素，開花坐果期和成熟期未施用其他肥料。根據(jù)實際水分情況澆水，并進行常規(guī)管理。

1.4 測定項目及方法

1.4.1土壤樣品采集和理化性質(zhì)測定土壤樣品采集于白菜收獲后和辣椒收獲后。每個小區(qū)土壤樣品采用五點取樣法，混合均勻后在室內(nèi)自然風干，除雜并過篩，用于理化性質(zhì)測定。用pH計（水土質(zhì)量比2.5：1）測定土壤pH；采用電導率儀測定EC值；采用重鉻酸鉀容量-外加熱法測定有機質(zhì)含量；采用硫酸-混合催化劑消解，全自動凱氏定氮儀測定全氮含量；采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法測定有效磷含量；采用乙酸銨浸提-火焰光度法測定速效鉀含量[]。

1.4.2白菜和辣椒樣品采集和測定白菜和辣椒分別于收獲時采集生長特性一致的10株白菜和10株辣椒測定品質(zhì)指標：采用水楊酸分光光度法測定硝酸鹽含量；采用蒽酮比色法測定可溶性糖含量；采用考馬斯亮藍G-250法測定可溶性蛋白含量[18]。白菜于收獲前采集每小區(qū)生長特性一致的5株用于地上部鮮質(zhì)量測定，辣椒于第一次采收時取5株辣椒植株，將果實與葉、稈分開，分別稱量鮮質(zhì)量。白菜和辣椒樣品在恒溫烘箱內(nèi) 105^°C 殺青 30min ，然后 65^°C 烘干至恒質(zhì)量，測定植株干質(zhì)量。植株采用 H₂SO₄-H₂O₂ 消解，采用凱氏定氮法測定氮含量，采用鉬銻抗比色法測定磷含量，采用火焰光度法測定鉀含量。

1.4.3田間觀測與測產(chǎn)白菜收獲時和辣椒第一次采收時，分別對每小區(qū)的10株生長特性一致的樣品作好標記，分別測定生長指標。開展度和株高采用卷尺測量，莖粗采用游標卡尺測量辣椒根莖部上方 2cm 位置直徑，采用SPAD儀（SPAD-502，KonicaMinolta）測定SPAD值。白菜產(chǎn)量在收獲時測定，辣椒產(chǎn)量按小區(qū)分批累計測定，共采收4次，每次間隔 10d 0

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Excel2021和SPSS26.0進行數(shù)據(jù)整理，運用SPSS26.0對不同處理的蔬菜產(chǎn)量、蔬菜品質(zhì)、養(yǎng)分積累和土壤理化性質(zhì)進行方差分析（one-wayANOVA），并采用Tukey法進行多重比較分析。

2 結(jié)果與分析

2.1生物炭配施有機肥對土壤理化性質(zhì)的影響

圖1為白菜和辣椒收獲后土壤理化性質(zhì)的測定結(jié)果。與CK相比，生物炭與有機肥混合施用顯著增加了各處理的pH（圖1-A），增幅為 7.07%～ 16.78% ，其中Y25處理土壤 pH 最高。土壤EC值可以表征土壤鹽分含量，生物炭配施牛糞、羊糞和豬糞有機肥的EC值比CK分別增加了 -7.31%～ 24.45% 、 31.75%～68.94% 、 17.58%～61.88% （圖1-B）。土壤有機質(zhì)含量測定結(jié)果顯示（圖1-C），生物炭與不同種類有機肥的施用（除N25以外）均能顯著增加土壤有機質(zhì)含量，增長幅度為 19.48%～ 39.96% 。土壤全氮含量測定結(jié)果表明（圖1-D），生物炭配施牛糞或豬糞有機肥對土壤的全氮含量均無顯著影響，但生物炭配施羊糞有機肥的Y25處理的土壤全氮含量顯著高于CK。土壤有效磷含量（圖1-E）和速效鉀含量（除Y10以外，圖1-F）測定結(jié)果表明，不同施肥處理與CK之間均無顯著差異。

2.2生物炭配施有機肥對兩種蔬菜產(chǎn)量的影響

由圖2-A可知，不同施肥條件下白菜產(chǎn)量較CK增加了 1.13%～45.49% ，其中Y50和Z10處理的產(chǎn)量顯著高于CK。生物炭與牛糞有機肥配施時，白菜產(chǎn)量隨著生物炭比重的增加而增加，而與豬糞有機肥配施時，白菜產(chǎn)量隨著生物炭比重的增加而降低。由圖2-B可知，各處理辣椒產(chǎn)量較CK增加了 5.17%～23.15% ，其中 N10，Y25，Y50 和Z10處理產(chǎn)量與CK相比均達到顯著差異水平。生物炭配施牛糞或豬糞有機肥時，辣椒產(chǎn)量與生物炭的添加比例呈負相關(guān)，而生物炭配施羊糞有機肥時，辣椒產(chǎn)量則與生物炭添加比例呈正相關(guān)。

圖1不同處理對土壤理化性質(zhì)的影響Fig.1Effect of different treatments on soil physicochemical properties

Note：Diffrentlowercase lettrs indicate significant diferenceatO.O5levelbetweendiffrentreatments.Thesame below.

2.3生物炭配施有機肥對兩種蔬菜生長的影響

由表2可知，不同處理對白菜生長的影響主要體現(xiàn)在地上部生物量。不同處理下，白菜地上部生物量較CK增加了 19.94%～81.37% ，其中地上部生物量最大的是Z25處理，其次是Z10處理。生物炭配施有機肥處理的株高和開展度與CK相比差異不顯著，而Z25處理的葉片數(shù)最多，較CK增加了23.45% ，達到顯著差異水平。

由表3可知，不同處理的辣椒地上部生物量與CK相比漲幅為- 1.04%～53.15% ，其中地上部生物量最大的前3個處理依次是Z10、Z25和Z50處理，但僅Z10處理顯著高于CK。不同處理辣椒的株高和SPAD值與CK相比，差異均不顯著。莖粗結(jié)果顯示，Z50處理的莖粗最大，比CK高 21.90% ，達到顯著差異水平。

2.4生物炭配施有機肥對兩種蔬菜品質(zhì)的影響

由表4可知，與CK相比，除Y50處理外，其他處理的白菜硝酸鹽與CK相比降低了 0.13%～35.08% ，其中N25、Y25、Z10和Z25處理的硝酸鹽含量顯著低于CK；各處理辣椒的硝酸鹽含量較CK降低了 2.96%～38.76% ，其中N25、Y25和Z50處理的硝酸鹽含量顯著低于CK。不同處理的白菜和辣椒的可溶性糖含量與CK之間差異均不顯著，其中生物炭配施牛糞有機肥處理的白菜可溶性糖含量較CK增加了 25.24%～47.16% ，生物炭配施豬糞有機肥則增加了辣椒可溶性糖含量，較CK增幅為5.96%～20.72% 。與CK相比，除Y10處理外，其他生物炭配施牛糞、羊糞和豬糞有機肥均增加了白菜可溶性蛋白含量，其中生物炭添加量為 50% 的3個處理（N50、Y50和Z50）的白菜可溶性蛋白含量均顯著高于CK。各處理的辣椒可溶性蛋白含量與CK之間差異不顯著。

2.5生物炭配施有機肥對兩種蔬菜養(yǎng)分積累的影響

由圖3可知，各處理的白菜氮和磷積累量較CK分別增加了 20.42%～95.00% 和 12.33%～ 95.21% ，其中Z25處理積累氮和磷最多，且均顯著高于CK，其他處理的氮和磷積累量與CK相比差異不顯著（圖3-A＼～B）。在生物炭配施有機肥的不同配比中，當生物炭添加量為 25% 時，白菜鉀積累量最高，即N25、Y25和Z25處理的白菜鉀積累量分別比CK高 70.04%.46.04% 和 112.78% ，其中Z10和Z25處理與CK差異顯著（圖3-C）。圖3-D＼～F顯示的是不同處理的單株辣椒地上部秸稈和果實積累的養(yǎng)分含量。與CK相比，不同處理辣椒氮積累量增長了 12.70%～45.28% ，其中N10、Y50和Z10處理的氮積累量顯著高于CK（圖3-D）。辣椒磷積累量最大的處理為Z10，與CK相比積累量達到顯著差異水平的處理為 _{N10，Y25，Y50} 和Z10處理（圖3-E）。不同處理辣椒鉀素積累較CK增長了6.02%～47.55% ，其中僅N10處理的鉀積累量顯著高于CK（圖3-F）。

3 討論與結(jié)論

3.1生物炭配施有機肥對土壤理化性質(zhì)的影響

本研究結(jié)果表明，生物炭配施有機肥顯著提高了設(shè)施土壤的 pH 和有機質(zhì)含量，主要原因是炭基有機肥本身具有較高的pH和有機質(zhì)含量，施用后能改善土攘結(jié)構(gòu)，提升土壤養(yǎng)分含量，這與燕金銳等的研究結(jié)果一致。與CK相比，生物炭配施適量的羊糞有機肥或豬糞有機肥顯著增大土壤的EC值，即導致土壤鹽分增加，這與動物糞肥本身的特性有關(guān)。黃紹文等[9研究也表明，有機肥廢棄物中的EC值平均值為羊糞 gt; 豬糞 gt; 牛糞。此外，生物炭也含有大量的鹽基離子[2，因此鹽分含量較高的設(shè)施土壤應(yīng)優(yōu)先考慮施用生物炭配施牛糞。土壤氮、磷、鉀養(yǎng)分含量測定結(jié)果顯示，僅Y10和Y50處理的全氮含量顯著高于CK，這主要是因為養(yǎng)分含量同時包括白菜和辣椒收獲后的土壤，雖然種植前土壤背景值接近，但由于白菜和辣椒生育期及生物量差別較大，因此吸收的養(yǎng)分水平不同（辣椒 gt; 白菜），導致白菜和辣椒收獲后土壤全氮、有效磷和速效鉀水平不同。

3.2生物炭配施有機肥對兩種蔬菜產(chǎn)量和生長的影響

炭基有機肥的施用可以促進植株生長，并使得作物增產(chǎn)[2]。在本試驗中，生物炭配施豬糞有機肥表現(xiàn)為白菜和辣椒的產(chǎn)量隨著生物炭比重的增加而降低，且各處理白菜和辣椒產(chǎn)量均高于CK，這是由于本試驗不同處理相當于投入了不等量的氮、磷、鉀養(yǎng)分，有機肥比重大的處理養(yǎng)分投入更多。生物炭具有吸附作用，可以減緩投入有機肥的養(yǎng)分淋失[2]，兩者相互作用有利于蔬菜產(chǎn)量的增加。生物炭配施羊糞有機肥隨著生物炭比重的升高，辣椒產(chǎn)量增加，這可能是因為Y50處理添加物料中的氮、磷、鉀含量均高于N10和Z10的含量。此外，Y10和Y25處理中較高的羊糞投入量導致土壤的EC值更高，可能抑制了蔬菜產(chǎn)量的增長。除N10處理的辣椒外，其他配施牛糞有機肥處理的白菜和辣椒產(chǎn)量與CK相比差異均不顯著，可能是因為牛糞纖維多，是兼具微生物肥效的遲效性有機肥料[22]，白菜生育期相對辣椒更短，生物炭配施牛糞有機肥養(yǎng)分緩釋可能更符合辣椒中、后期生長需肥較多的養(yǎng)分需求[23]。

3.3生物炭配施有機肥對兩種蔬菜品質(zhì)的影響

硝酸鹽含量是反映蔬菜食用安全性的指標，可溶性糖和可溶性蛋白含量是檢測蔬菜品質(zhì)的重要指標[24]。本研究結(jié)果表明，與CK相比，生物炭添加量為 25% 的各處理具有顯著降低白菜或辣椒硝酸鹽累積的效果。文慧寶等[25研究表明，單施低濃度生物炭對白菜葉片積累硝酸鹽有一定的抑制作用，本研究中生物炭占比為 25% 時，其與有機肥共同作用下對固持土壤硝態(tài)氮、減少植物積累硝酸鹽發(fā)揮了最大的效果。 25% 以下生物炭配施有機肥不同處理的可溶性糖和可溶性蛋白含量與CK之間的差異均不顯著，可能是因為對于可溶性糖含量的積累，本試驗的處理添加量較小，這與劉宇等2的研究結(jié)果一致。當生物炭添加量為 50% 的時候，白菜的可溶性蛋白含量均顯著高于CK，這可能是因為該混合比例下養(yǎng)分的緩釋作用減緩了白菜碳氮代謝和生長，提高了白菜的營養(yǎng)品質(zhì)[2，同時其為微生物活動提供了適宜的環(huán)境，促進了土壤碳氮的轉(zhuǎn)化，利于白菜品質(zhì)改善[2]。

3.4生物炭配施有機肥對兩種蔬菜養(yǎng)分累積的影響

本研究中除Z25辣椒磷積累量略低于CK外，其他不同處理的白菜和辣椒氮、磷、鉀累積量較CK均有不同程度的增加，這是由于生物炭和有機肥的添加中投入了不等量的養(yǎng)分。本研究結(jié)果表明，生物炭與牛糞有機肥配施在辣椒上表現(xiàn)為有機肥比重高的處理氮、磷、鉀積累量更高，這可能是因為生物炭比重高的處理養(yǎng)分投入更少，且生物炭的吸附作用使得養(yǎng)分釋放更緩慢[2]。而生物炭與羊糞有機肥的混合施用在白菜和辣椒的氮、磷、鉀養(yǎng)分積累上表現(xiàn)出相反的趨勢，這可能是因為羊糞有機肥的pH和養(yǎng)分總量最高，同時也有著最高的含鹽量，對白菜氮磷累積產(chǎn)生了一定的抑制作用。而對于辣椒而言，生物炭配施羊糞處理中生物炭的比重最高的處理，辣椒氮、磷、鉀積累量均為最高，這可能是因為投入了較多鉀素促進了辣椒的生長和養(yǎng)分積累。有研究表明，鉀素因子顯著影響辣椒的產(chǎn)量[28]。生物炭和有機肥的添加也直接影響土壤微生物的多樣性及其群落結(jié)構(gòu)[29]，間接影響參與土壤氮磷鉀轉(zhuǎn)化的微生物豐度和活性以及植物對養(yǎng)分的吸收和利用[30]。

生物炭配施有機肥可以促進土壤氮、磷、鉀養(yǎng)分的輸入，并顯著提高土壤的pH和有機質(zhì)含量，有利于促進白菜和辣椒增產(chǎn)和氮、磷、鉀養(yǎng)分的積累，同時可以一定程度上提高兩種蔬菜的品質(zhì)。在本試驗條件下，綜合考慮蔬菜增產(chǎn)和品質(zhì)提高，建議白菜選用生物炭 10%+ 豬糞有機肥 90% 處理（Z10）、辣椒選用生物炭 10%+ 牛糞有機肥 90% 處理（N10），在生產(chǎn)應(yīng)用過程中注意結(jié)合種植的蔬菜品種，選擇合適的施用量和使用頻率，過量施用可能會增加土壤鹽分。

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