施用稻殼炭對大白菜、馬鈴薯產量和品質的影響

吳愉萍，朱 勇，連 瑛，王明湖，孫 輝，吳丹亞，馬永軍，孫丹蓉(.寧波市農產品質量安全管理總站，浙江 寧波 50； .寧波市農業科學研究院，浙江 寧波 500；.寧波市種植業管理總站，浙江 寧波 50； .寧波起源生態農業有限公司，浙江 寧波 58)

生物炭是由生物質在完全或部分缺氧的情況下炭化產生的一類高度芳香化難熔性固態物質[1]，因其強堿性、較高的碳含量和較強的吸附性能，被認為在低碳農業中大有可為[2]。有許多生物炭作為土壤改良劑提高農作物產量的報道[3-5]；但是，關于生物炭是否能促進作物增產也有不同的結論。Rondon等[6]研究發現，在施用5和15 t·hm-2生物炭后，大豆和玉米的產量皆有所下降；郭茜等[7]研究發現，施用死豬炭能夠顯著提高小青菜產量，但施用竹炭卻降低了空心菜的產量，因此關于生物炭在農作物生產中的作用需要進一步研究。此外，因生物炭具對氨態氮的吸附性能[8]，被認為能夠減少蔬菜中硝酸鹽的累積[9]。

作者以常見易獲得的稻殼炭為材料，進行施用生物炭對早熟5號大白菜和本地小黃皮種馬鈴薯的產量和品質的影響，并跟蹤土壤pH值和養分狀況的變化，以期為生物炭在農業生產中的應用提供基礎。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗在寧波市橫街鎮大雷村寧波起源生態農業有限公司進行，地理坐標121°18′37″E，29°51′54″N，平均海拔250 m。該地處浙江東部沿海，屬亞熱帶季風氣候區，年降水量1 538.8 mm，年蒸發量894.4 mm，年平均氣溫16.2 ℃，無霜期238 d，年平均日照時數2 070 h。試驗在玻璃大棚內進行，供試地塊在種植馬鈴薯和早熟5號大白菜之前閑置3個月。耕層土壤(0～20 cm)的基本理化性質：pH值5.14，有機質51.4 g·kg-1，速效鉀502 mg·kg-1，有效磷438 mg·kg-1，水解性氮264 mg·kg-1。

供試稻殼炭pH值10.19，碳含量為66.64 g·kg-1，氮含量(以N計，下同)為0.66 g·kg-1，磷含量(以P計，下同)為2.92 g·kg-1，鉀含量(以K計，下同)為18.70 g·kg-1，BET比表面積為48.35 m2·g-1。供試蔬菜為早熟5號大白菜和本地小黃皮種馬鈴薯。

1.2 處理設計

試驗設置施用稻殼炭(BC)和不施炭對照(CK)2個處理。稻殼炭的施用量按照土壤重量的0.5%計算，用量26.5 t·hm-2。小區面積1.2 m×5 m=6 m2，重復3次，2種蔬菜共12個小區。

稻殼炭與有機肥、鈣鎂磷肥一起于2016年12月18日做基肥施入土壤。有機肥為自行堆制的羊糞，施用34.5 t·hm-2，鈣鎂磷肥施用1 050 kg·hm-2。馬鈴薯于2016年12月20日種植，密度4.05萬株·hm-2，2017年3月22日采收。大白菜于2016年12月26日播種，種子撒播，用種量7.5 kg·hm-2，2017年2月27日采收。2種蔬菜整個生長周期均不再追肥，也未施用農藥。

1.3 調查與統計

分別于2017年2月27日和3月22日對大白菜地塊和馬鈴薯地塊土壤進行了采集，跟蹤生物炭施用后，土壤pH值和肥力的變化情況。

數據采用DPS進行方差分析。

2 結果與分析

2.1 對土壤pH值和養分的影響

表1表明，稻殼炭處理提高了土壤pH值，大白菜地塊稻殼炭處理土壤pH值比不施炭對照高了0.33個單位，但差異不顯著。馬鈴薯地塊稻殼炭處理土壤pH值顯著高于對照。稻殼炭處理提高了土壤有機質含量，大白菜和馬鈴薯地塊稻殼炭處理有機質含量比對照高約30%，均達顯著水平。稻殼炭處理顯著提高了土壤速效鉀含量，大白菜地塊稻殼炭處理的速效鉀含量比對照高87.8%，馬鈴薯地塊高63.7%。施用稻殼炭處理提高了土壤有效磷含量，但2種蔬菜地均未達顯著水平。施用稻殼炭處理對土壤水解性氮則基本無影響。

稻殼炭本身為堿性物質，pH值較高(10.19)，添加到土壤后通過直接作用[10]或其含有的Ca2+、K+、Mg2+等離子與土壤中的H+和Al3+離子交換[11]，進而提高了土壤的pH值。生物炭具有較強的生物惰性，施入土壤后難以被微生物所降解，長期存留于土壤并成為土壤有機碳的組成部分[9]，因而土壤有機質含量在施用生物炭后顯著提高。稻殼炭提高土壤鉀含量則與稻殼炭本身鉀含量較高(18.70 g·kg-1)有關。

表1 施用稻殼炭對土壤pH值和養分的影響

注：同列BC與CK比較,兩者無相同小寫字母，表示差異顯著。表2～3同。

2.2 對大白菜產量和品質的影響

表2表明，稻殼炭處理對早熟5號大白菜的產量并無顯著影響，但顯著提高了單株大白菜的重量，增加了大白菜的商品性。本試驗中大白菜的種植方式為撒播，在測產過程中發現，對照大白菜株數較多，每株普遍長得較小，商品性較差，稻殼炭處理的大白菜株數少，但每株均長得較大，商品性更好。稻殼炭處理有降低大白菜中硝酸鹽含量的趨勢，但與對照相比，差異并不顯著。稻殼炭處理對大白菜中的鉀含量無顯著影響。

表2 施用稻殼炭對早熟5號大白菜產量和品質的影響

2.3 對馬鈴薯產量和品質的影響

表3表明，稻殼炭處理不僅沒有增加馬鈴薯的產量，反而減少了產量，而且單個馬鈴薯重量也降低了。其原因可能是供試馬鈴薯為本地種植多年的地方品種，種薯為自留種，經過了多年當地環境的自然篩選，適應了當地的酸性土壤，施用生物炭后提高了土壤pH值，破壞了原先該品種馬鈴薯適應的生長環境，反而降低了產量。稻殼炭處理對馬鈴薯硝酸鹽含量無顯著影響，但顯著提高了馬鈴薯中鉀的含量，這與稻殼炭本身含有較高的鉀，以及土壤中速效鉀含量較高一致。

表 3 施用稻殼炭對馬鈴薯產量和品質的影響

3 小結與討論

施用稻殼炭能夠顯著提高土壤pH值、有機質和速效鉀含量。劉玉學等[9]研究了不同添加水平的稻稈炭和竹炭對土壤理化性質的影響，發現炭添加量在20和40 t·hm-2時，能顯著提高土壤pH值、有機碳、全氮和速效鉀含量，但對土壤有效磷含量未產生顯著性影響。馬嘉偉等[12]研究了竹炭對紅壤改良的影響，發現添加竹炭能夠提高土壤pH值，提升土壤有機碳質量分數，但對土壤有效氮、有效磷、有效鉀無顯著影響，與本研究結果一致。

施用稻殼炭對早熟5號大白菜和本地小黃皮種馬鈴薯產量沒有顯著影響，但顯著提高了早熟5號大白菜單株重量，提高了商品性。勾芒芒等[13]在砂壤土中施用生物炭，發現對番茄的產量具有增產作用。劉玉學等[9]發現添加稻稈炭使小青菜生物量有所增加，但只有當添加量為10和20 t·hm-2時才呈現出顯著性差異，比不添加炭處理能夠增產16.2%和19.7%，而添加量增至40 t·hm-2時，產量反而顯著性下降。馬嘉偉等研究了竹炭對青菜產量的影響，發現在施用化肥的情況下再施用竹炭，反而降低了青菜的產量。生物炭對作物的增產作用與作物本身、土壤性狀以及生物炭的添加量等有關。

施用稻殼炭對這2種蔬菜中硝酸鹽含量的影響不顯著，但有降低大白菜中硝酸鹽含量的趨勢。施用稻殼炭顯著增加了馬鈴薯鉀含量，但大白菜中鉀含量則沒有顯著影響。生物炭在酸化土壤、耐堿性作物及需鉀量高的作物上施用，對作物增產和改良土壤的效果更加明顯。

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