不同溫度蔗渣基生物炭對辣椒產量及氮肥利用率的影響

張文　曾建華　符傳良

摘要 通過辣椒田間試驗研究在不同的炭化溫度下，蔗渣基生物炭對辣椒產量和氮肥利用率的影響。結果表明，炭化溫度分別為300、500、700 ℃下蔗渣基生物炭可增加辣椒產量3.5%～11.7%，其中500 ℃蔗渣基生物炭增產11.7%；300、500 ℃蔗渣基生物炭辣椒地上部氮吸收量比全化肥處理分別提高6.3%和16.5%，氮肥利用率分別提高2.4個百分點和6.3個百分點；比習慣施肥分別提高4.9個百分點和8.8個百分點。

關鍵詞 辣椒；蔗渣基生物炭；產量；氮肥利用率

中圖分類號 S641.3 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2016）07-0065-03

Abstract A field test was set up in order to investigate the effects of bagasse biochar under different temperatures on yield and nitrogen use efficiency of Capsicum.The results showed that carbonization temperature was 300 ℃，500 ℃ and 700 ℃ of bagasse biochar increased capsicum yield 3.5%～11.7%，top of capsicum N uptake than NPK（fertilizer）treatment increased by 6.3% and 16.5% respectively with 300 ℃ and 500 ℃ of bagasse biochar，nitrogen use efficiency increased by 2.4 percentage points and 6.3 percentage points respectively，and 4.9 percentage points and 8.8 percentage points higher than that of conventional fertilization.

Key words Capsicum；bagasse biochar；yield；nitrogen use efficiency

生物質炭（Biochar）是由生物質在完全或部分缺氧的情況下經高溫裂解、去除混合可燃氣體和焦油后得到的一類高度芳香化難熔性固態物質，常見的生物質炭包括木炭、竹炭、秸稈炭等。生物質炭的元素組成主要包括碳（一般高達60%以上）、氫、氧、硫、氮等，其次為灰分元素。生物質炭的含碳量與生物質最終炭化溫度有關，隨著最終炭化溫度的升高，其含碳量增加，氫和氧的含量降低，灰分含量亦有所增加[1]。生物質炭具有多孔性、高比表面積，施入土壤后對土壤容重、孔性、CEC、微粒大小分布、吸附解吸特征都有一定影響。

生物質炭不僅能有效地改良土壤，而且對作物產量有一定的影響。因為生物質炭中含有豐富的有機大分子和空隙結構，施入土壤后又較易形成大團聚體，因而可能增進土壤的養分離子吸附和保持。劉世杰等[2]的研究結果表明，生物質炭能夠促進玉米苗期的生長，株高、莖粗分別比對照有所增加；張萬杰等[3]報道不同氮素水平下，生物質炭與氮肥配施可以提高菠菜產量，明顯增加氮肥當季利用效率；陳 琳等[4]發現生物質炭基肥處理下水稻，炭基肥處理施氮量減少19.94%，但水稻的經濟產量提高6.70%，提高了水稻產量和氮肥利用率；俞映倞等[5]發現生物炭添加顯著增加了小白菜的產量及氮素累積量，有效降低了土壤速效氮含量；靖 彥等[6]發現生物質炭能顯著減少土壤銨態氮和硝態氮的淋溶速率，延長淋溶時間，減少累計淋失量；郭 偉等[7]基于華北高產農田 3 年的定位試驗研究發現施用生物質炭處理明顯增加了土壤耕層全氮的質量分數；陳雪嬌等[8]報道了施用生物質炭復混肥小白菜生物量提高了21%～93%，櫻桃蘿卜生物量提高了20%～45%；但也有不同結果研究，如李 明等[9]報道低溫裂解秸稈炭（300 ℃）的添加，并沒有顯著影響土壤堿解氮和無機氮含量；鄧萬剛等[10]研究了木炭對牧草產量和品質的影響，結果發現木炭輸入沒有使得柱花草和王草產量的增加。因此，生物質炭的增產作用及適宜用量還需視農田作物類型、土壤類型和性質以及施肥情況而定。

1 材料與方法

1.1 供試土壤

在海南省定安縣定城鎮多校洋，選擇土壤肥力屬中等水平的地塊來安排試驗，研究不同溫度生物炭對辣椒產量、品質氮肥利用率等的影響，找出產量、經濟效益好、環境友好的處理來指導蔬菜生產，以實現蔬菜生產的可持續發展。供試土壤為潮沙泥田，其土壤基本性質為pH值5.72，有機質19.6 g/kg，堿解氮66.3 mg/kg，速效磷32.8 mg/kg，速效鉀85.8 mg/kg。

1.2 供試材料

供試作物為辣椒，品種為海椒109，上茬作物為水稻。辣椒于2014年10月16日播種，11月18日移植；2015年1月29日開始采摘，4月25日采摘結束。試驗施用的化肥主要包括尿素（含純N 46%）、過磷酸鈣（含P2O5 12%）、硫酸鉀（含K2O 50%），生物炭為蔗渣，分別在300、500、700 ℃炭化蔗渣基生物炭，分別記為T300、T500、T700，用量水平為7 500 kg/hm2。T300蔗渣基生物炭經過測量，其理化性質：pH值8.55，有機質464 g/kg，全氮11.1 g/kg，全磷2.52 g/kg，全鉀26.2 g/kg；T500蔗渣基生物炭經過測量，理化性質為pH值9.27，有機質584 g/kg，全氮12.1 g/kg，全磷2.72 g/kg，全鉀29.2 g/kg；T700蔗渣基生物炭經過測量，其理化性質為pH值10.32，有機質667 g/kg，全氮12.4 g/kg，全磷3.36 g/kg，全鉀34.3 g/kg。

1.3 試驗設計

試驗共設6個處理，分別為處理1：全化肥；處理2：化肥+T300 7 500 kg/hm2；處理3：化肥+T500 7 500 kg/hm2；處理4：化肥+T700 7 500 kg/hm2；處理5：不施氮肥；處理6：習慣施肥（N-P2O5-K2O=450-320-560）。3次重復，隨機區組排列，小區面積為18.2 m2（2.6 m×7.0 m）。每小區種植蔬菜4行，株距0.40 m，0.5 m（壟溝）～0.8 m（壟上），辣椒種植于壟上。

施肥方法：辣椒定植整地前，各處理生物炭、100%化肥P2O5、20%化肥N和40%化肥K2O作基肥；80%化肥N和60%化肥K2O分5次隨水追施，每次追肥間隔時間約20 d。各處理采用滴灌的方式。病蟲害防治及除草等日常管理上按照當地的習慣進行。試驗辣椒施肥水平為N-P2O5-K2O=375-180-450，隨生物炭帶入的養分相應從化肥扣除，確保施肥量一致。

1.4 測定項目及方法

辣椒采摘時采用田間稱重法記錄每個小區辣椒的產量，同時取樣測定辣椒果實、莖、葉干物質量及其氮、磷、鉀含量。

植株全氮、全磷和全鉀均用硫酸—過氧化氫消煮，全氮是消煮液堿化后用蒸餾定氮法測定，全磷用釩目黃比色法測定，全鉀用火焰光度法測定。土壤硝態氮采用2 mol/L KCl浸提—紫外分光光度法測定；土壤堿解氮測定采用堿解擴散法測定；土壤速效磷測定采用0.5 mol/L碳酸氫鈉浸提—鉬銻抗比色法；土壤速效鉀測定采用1 mol/L醋酸銨浸提—火焰光度法比色。

土壤有機質測定采用重鉻酸鉀—濃硫酸氧化（外加熱法），硫酸亞鐵溶液滴定法測定；土壤pH值采用2.5∶1.0的水土比懸液電位法測定；土壤硝態氮采用2 mol/L KCl溶液浸提—雙波長紫外分光光度法測定；土壤銨態氮用2 mol/L KCl浸提—靛酚藍比色法測定；土壤堿解氮測定采用堿解擴散法測定；土壤速效磷測定采用0.5 mol/L碳酸氫鈉浸提—鉬銻抗比色法；土壤速效鉀測定采用1 mol/L醋酸銨溶液浸提—火焰光度法比色；交換性Ca、Mg用1 mol/L乙酸銨交換—原子吸收分光光度法測定。

1.5 數據處理

本研究的數據分析采用Microsoft Excel 2003和SAS 9.0軟件進行。

2 結果與分析

2.1 不同處理對辣椒產量的影響

從表1可以看出，施氮增產83.2%；化肥+T300處理、化肥+T500處理和化肥+T700處理比全化肥處理增產3.5%～11.7%，其中化肥+T500處理達到顯著差異水平；與高量施肥的習慣施肥處理比較，純施化肥全化肥、化肥+T300處理和化肥+T700減產1.4%～6.2%，化肥+T500處理增產4.8%，但統計差異均不明顯，表明習慣施肥存在施肥過量的問題。

2.2 不同處理對辣椒果實內外觀品質的影響

不同處理的辣椒果實中的硝酸鹽含量和可溶性糖含量均差異不大（表2）。不同處理的辣椒果實硝酸鹽平均含量在216.1～298.8 mg/kg之間，以全化肥處理硝酸鹽含量最高，為298.8 mg/kg，均低于無公害辣椒硝酸鹽最高限量標準300 mg/kg。

辣椒施氮較不施氮顯著增加單果重和果長（表3），單果重平均增加30.4%，果長平均增加17.9%；但其他處理間差異不明顯。

2.3 不同處理對辣椒干物質的影響

表4顯示所有處理果實干物質量>莖干物質量>葉干物質量；施氮顯著提高辣椒葉、果實和地上部的干物質量；化肥+T500處理、化肥+T700處理和習慣施肥處理葉片、莖干和果實干物質明顯高于純化肥處理；地上部分干物質化肥+T500處理、化肥+T700處理和習慣施肥處理顯著高于純化肥處理；化肥+T500處理明顯高于其他處理。

從表5可以看出，施氮肥明顯增加辣椒干物質量，較不施氮增加94.8%；與全化肥處理相比，T300處理、T500處理、化肥+T700處理辣椒干物質量分別增加3.9%、11.6%、4.9%；與高量施肥的習慣施肥處理比較，全化肥、T300、T500、化肥+T700處理分別增加-5.3%、-1.6%、5.7%和-0.6%。

2.4 不同處理對辣椒全氮含量和氮吸收量的影響

施氮肥較不施氮肥明顯增加了辣椒葉、莖和果實的氮含量，其他處理之間對辣椒葉、莖桿和果實氮含量影響不大（表6）；從表7可以看出，果實氮吸收量>葉氮吸收量>莖氮吸收量，施用氮肥明顯增加辣椒葉片、莖桿和果實的氮吸收量，其中化肥+T500處理明顯高于其他施氮處理；化肥+T300處理、化肥+T500處理地上部氮吸收量明顯高于其他施氮肥處理；施氮肥明顯增加辣椒地上部氮吸收量，比不施氮增加220.6%；與全化肥處理相比較，化肥+T300、化肥+T500、化肥+T700處理辣椒地上部分氮吸收量增加3.8%～16.5%；與習慣施肥比較，純化肥處理、化肥+T300、化肥+T500、化肥+T700處理辣椒地上部分氮吸收量增減-4.0%～9.0%（表8）。

2.5 不同處理對辣椒氮肥利用率和氮肥農學利用率的影響

從表9可以看出，化肥+T300、化肥+T500、化肥+T700處理分別比全化肥處理辣椒氮肥利用利率提高2.4、6.3、1.4個百分點；化肥+T300、化肥+T500、化肥+T700處理比全化肥處理辣椒氮肥農學利率提高7.8%～25.9%，平均15.0%；全化肥、化肥+T300、化肥+T500、化肥+T700處理比習慣施肥辣椒氮肥農學利率提高4.8%～31.9%，平均16.6%。

3 結論

試驗結果表明，辣椒增施300、500、700 ℃蔗渣基生物炭7 500 kg/hm2比全化肥處理增產3.5%～11.7%，其中化肥+ 500 ℃蔗渣基生物炭處理達到顯著的差異水平。不同處理的辣椒果實硝酸鹽含量和可溶性糖含量均差異不大；辣椒施氮處理較不施氮處理單果重平均增加30.4%，果長平均增加17.9%；但其他處理間差異不明顯。增施500 ℃和700 ℃蔗渣基生物炭和習慣施肥處理辣椒葉片、莖桿和果實干物質明顯高于全化肥處理，300、500、700 ℃下蔗渣基生物炭7 500 kg/hm2處理辣椒干物質量比全化肥處理分別增加3.9%、11.6%、4.9%；增施300、500 ℃蔗渣基生物炭地上部氮吸收量明顯高于其他施氮肥處理；與全化肥處理相比300、500、700 ℃蔗渣基生物炭處理辣椒地上部分氮吸收量增加3.8%～16.5%。

增施300、500、700 ℃蔗渣基生物炭處理比純化肥處理辣椒氮肥利用利率提高2.4、6.3、1.4個百分點；增施300、500、700 ℃蔗渣基生物炭7 500 kg/hm2處理比全化肥處理辣椒氮肥農學利用率提高7.8%～25.9%，平均15.0%；全化肥處理與增施300、500、700 ℃蔗渣基生物炭7 500 kg/hm2處理比習慣施肥辣椒氮肥農學利用率提高4.8%～31.9%，平均16.6%。

4 參考文獻

[1] 劉玉學，劉微，吳偉祥，等.土壤生物質炭環境行為與環境效應[J].應用生態學報，2009，20（4）：977-982.

[2] 劉世杰，竇森.黑碳對玉米生長和土壤養分吸收與淋失的影響[J].水土保持學報，2009，23（1）：79-82.

[3] 張萬杰，李志芳，張慶忠，等.生物質炭和氮肥配施對菠菜產量和硝酸鹽含量的影響[J].農業環境科學學報，2011，30（10）：1946-1952.

[4] 陳琳，喬志剛，李戀卿，等.施用生物質炭基肥對水稻產量及氮素利用的影響[J].生態與農村環境學報，2013，29（5）：671-675.

[5] 俞映倞，薛利紅，楊林章，等.生物炭添加對酸化土壤中小白菜氮素利用的影響[J].土壤學報，2015（4）：759-767.

[6] 靖彥，陳效民，李秋霞，等.生物質炭對紅壤中硝態氮和銨態氮的影響[J].水土保持學報，2013（6）：265-269.

[7] 郭偉，陳紅霞，張慶忠，等.華北高產農田施用生物質炭對耕層土壤總氮和堿解氮含量的影響[J].生態環境學報，2011，20（3）：425-428.

[8] 李明，李忠佩，劉明，等.不同秸稈生物炭對紅壤性水稻土養分及微生物群落結構的影響[J].中國農業科學，2015，48（7）：1361-1369.

[9] 陳雪嬌，楊丹丹，李貴桐，等.不同溫度生物質炭復混肥對小白菜和櫻桃蘿卜產量及硝酸鹽的影響[J].中國農學通報，2014，30（34）：30-34.

[10] 鄧萬剛，吳鵬豹，趙慶輝，等.低量生物質炭對2種熱帶牧草產量和品質的影響研究初報[J].草地學報，2010，18（6）：844-847.