生物炭與不同用量氮肥配施對小白菜生長和品質的影響

鄭孟菲 程利峰 胡新喜 秦玉芝 何長征

摘 要： 為了明確生物炭對小白菜栽培中氮肥減量施用的作用，用0、0.25 g·kg-1（以N計）施氮量的土壤以及4%（w，下同）生物炭與0、0.15、0.20、0.25 g·kg-1土壤施氮量配施的土壤栽培小白菜，探討生物炭與不同用量氮肥配施對小白菜生長、品質的影響。結果表明： （1）施用生物炭可顯著降低土壤容重、EC值，提高土壤孔隙度和pH;（2）在氮肥供應充足時，施用生物炭能顯著增加小白菜的葉片數、總葉面積、地上部鮮質量和干質量;（3）與0.25 g·kg-1的施氮量相比，生物炭與60%用量的氮肥（0.15 g·kg-1土壤）配施對小白菜的產量沒有顯著影響，但氮肥利用效率、可溶性蛋白含量和可溶性糖含量顯著提高，硝酸鹽含量顯著降低。研究發現，4%生物炭與60%用量的氮肥（0.15 g·kg-1）土壤配施可以在保證產量的前提下，提高小白菜的品質，并實現減少氮肥施用量的目的。

關鍵詞： 小白菜; 生物炭; 氮肥; 生長; 品質

Effects of combined application of biochar and different amounts of nitrogen fertilizer on the growth and quality of pakchoi

ZHENG Mengfei，CHENG Lifeng，HU Xinxi，QIN Yuzhi，HE Changzheng

（Horticulture and Landscape College， Hunan Agricultural University， Changsha 410128， Hunan， China）

Abstract： In order to clarify the effect of biochar on the reduction of nitrogen fertilizer in pakchoi cultivation， pakchoi was cultivated in soils which were applicated by nitrogen fertilizer at rate of 0 and 0.25 g·kg-1 （based on N）and 4%（w） biochar combined with nitrogen fertilizer at rates of 0， 0.15， 0.20 and 0.25 g·kg-1， the effects of combined application of biochar and different amounts of nitrogen fertilizer on the growth and quality of pakchoi were researched. The results showed that the soil bulk density and EC values were significantly reduced， soil porosity and pH were increased after the application of biochar. When nitrogen fertilizer supply was sufficient， the number of leaves， total leaf area， fresh weight and dry weight of aerial part of pakchoi were significantly increased by application of biochar. Compared with the nitrogen fertilizer application amounts of 0.25 g·kg-1， the yield of pakchoi was less affected by combined application of biochar with 60% of application amounts of nitrogen fertilizer （0.15 g·kg-1）， but the nitrogen fertilizer utilization efficiency， soluble protein content and soluble sugar content were significantly increased， and the nitrate content was significantly reduced. These results indicated that combined application of biochar could improve the quality of pakchoi and reduce the application amounts of nitrogen fertilizer on the premise of ensuring the yield.

Key words： Pakchoi; Biochar; Nitrogen fertilizer; Growth; Quality

氮是作物生長發育所必需的營養元素，蔬菜的產量和品質與氮肥施用密切相關，在合理范圍內，氮肥用量的增加可以提高產量、改善品質。但當前我國化學肥料過量施用，肥料利用率低，對植物生長發育及土壤造成不良影響[1]。2015年3月農業部發布了《到2020年化肥使用量零增長行動方案》，以期到2020年實現主要農作物化肥使用量零增長。

生物炭是生物殘體在厭氧或缺氧的條件下，經高溫裂解而形成的一類穩定、高度芳香、碳含量豐富、質地輕的黑色固態物，具有大的比表面積，疏松多孔，富含羥基、羧基、羰基等基團，孔隙發達，陽離子交換能力較強，且在土壤中長時間存在且不容易溶解[2]。越來越多的研究表明，生物炭與化肥混合配施不僅可以改良土壤結構，而且也能起到緩釋肥料的效果，可以提高化肥利用率，增加作物產量，實現化肥減施的目的[3]。前人已有生物炭對小白菜生長影響相關的研究[4-6]，這些研究大多集中在生物炭對小白菜磷利用、鎘吸收的影響以及生物炭施用量對小白菜生長的影響等方面。

筆者在前期研究中發現，按土壤質量比，施入4%（w）的生物炭時，能明顯促進小白菜的生長與產量（未發表），在本試驗中筆者采用盆栽的方式，研究生物炭與不同用量氮肥配施對小白菜生長、品質的影響，為小白菜生產的化學氮肥減施提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

供試小白菜（Brassica campestris L. ssp. chinensis Makino）品種為‘雜交矮腳白，由長沙春潤種業有限公司提供;供試土壤為取自湖南農業大學耘園蔬菜教學基地的黃壤土，經自然風干、撿去雜物，過2 mm篩備用;生物炭為稻殼炭，由湖南谷力新能源科技股份有限公司提供，過2 mm篩備用。土壤和生物炭的基本理化性狀見表1。

1.2 試驗設計

在湖南農業大學玻璃溫室中進行盆栽試驗。試驗設6個處理。2個處理不施用生物炭：CK0（不施用氮肥）、CK100（按廖育林[7]的施氮量標準100%施入，0.25 g·kg-1（以N計）土壤）;4個處理施用4%（生物炭與土壤質量比）的生物炭：T0（不施用氮肥）、T60（60%施氮量，0.15 g·kg-1土壤），T80（80%施氮量，0.20 g·kg-1土壤）、T100（100%施氮量，0.25 g·kg-1土壤），每個處理重復3次。所有處理P、K肥施用量相同，分別為0.08 g·kg-1（以P2O5計）土壤、0.06 g·kg-1土壤。其中N、P、K肥分別為尿素、鈣鎂磷肥和硫酸鉀，其中尿素由內蒙古博大實地化學有限公司提供（總氮含量≥46.4%），鈣鎂磷肥為瀘溪縣浦市新星化肥廠生產的生物活化型土壤調理劑（P2O5≥16.0%），硫酸鉀由國投新疆羅布泊鉀鹽有限責任公司提供（K2O≥52.0%）。

2018年3月11日育苗，待幼苗長到3～4葉時移栽。按各處理設計將生物炭、化肥與土壤混勻后裝入栽培盆（25 cm×25 cm×23.3 cm）中，濕潤1周后移栽（4月5日），每盆種植4株，4月25號收獲，栽培期間采用常規管理。

1.3 指標測定方法

收獲前，采用便攜式葉綠素儀（Konica Minolta，SPAD-502）測定葉綠素含量。收獲時，將小白菜植株的根和地上部分開，分別清洗干凈后擦干，測定植株葉片數、總葉面積、地上部鮮質量（小白菜產量）。然后將地上部分為兩部分，一部分放入烘箱105 ℃迅速殺青30 min，60 ℃烘干至恒質量[8]，測量地上部分干質量和氮含量;另一部分保存于4 ℃冰箱中，用于可溶性蛋白、可溶性糖和硝酸鹽含量等品質指標的測定（以鮮質量計）。同樣將地下部分殺青后60 ℃烘干至恒質量，測定地下部干質量和氮含量。收獲后，用環刀法取CK100、T100 2個處理的土壤，測定土壤容重、孔隙度、含水量、pH、電導率（EC）理化性質指標。

各項指標測定在湖南省馬鈴薯工程技術研究中心進行，單葉面積為葉長×葉寬×0.75[8];根冠比為植株地下部干質量/地上部干質量;氮含量采用用連續流動分析儀（Seal，AA3）測定[9]，氮素吸收效率用植株吸氮量表示（g·株-1），氮素利用效率/%=生物學產量/氮吸收總量×100[10];可溶性蛋白含量采用BCA法測定，可溶性糖含量采用蒽酮比色法測定，硝酸鹽含量采用水楊酸法測定[11];土壤容重和土壤孔隙度采用環刀法測定[12];土壤含水量/%=（土壤鮮質量-土壤干質量）/土壤鮮質量×100;土壤pH和EC值綜合參考趙倩雯等[4]和張芙蓉等[13]的方法，采用水土比2.5∶1浸提，分別用pH計和電導率儀測定。

1.4 數據處理

試驗數據用SPSS 22.0進行顯著性分析（LSD、Duncan法）。

2 結果與分析

2.1 生物炭對土壤理化性質的影響

在相同氮肥施用量的情況下，施用生物炭顯著降低土壤容重和EC，T100的土壤容重和EC比CK100分別降低了18.56%和18.48%;同時，施用生物炭顯著提高土壤孔隙度和pH，T100的土壤孔隙度和pH比CK100分別提高了14.62%和6.54%。但施用生物炭對土壤含水量沒有顯著影響（表2）。

2.2 生物炭與不同用量氮肥配施對小白菜生長的影響

生物炭與不同用量氮肥配施對小白菜生長的影響見表3，在不施用氮肥（CK0、T0）的情況下，施用生物炭可以在一定程度上增加小白菜的葉片數、總葉面積、地上部鮮質量、地上部干質量、地下部干質量及根冠比，但差異都不顯著，但施用生物炭可以顯著增加小白菜葉片的葉綠素含量。在施用100%氮肥（CK100、T100）情況下，配施生物炭能顯著提高小白菜的葉片數、總葉面積、地上部鮮質量和干質量，T100比CK100分別提高了33.34%、53.64%、45.42%和58.17%，但配施生物炭對葉綠素含量、地下部干質量和根冠比的影響不顯著。生物炭和不同用量的氮肥配施（T0、T60、T80、T100），小白菜的葉片數、總葉面積、葉綠素含量、地上部鮮質量、地上部干質量隨著氮肥施用量的增加而增加，根冠比隨著氮肥用量的增加而降低，氮肥施用量為60%（T60）時，葉片數和總葉面積就顯著高于施用100%氮肥而不施生物炭的處理（CK100），產量與CK100沒有顯著差異;氮肥施用量為80%～100%時，地上部鮮質量和地上部干質量顯著高于CK100。可見，在氮肥供應充足的情況下，配施生物炭可以顯著促進小白菜地上部分的生長。

2.3 生物炭與不同用量氮肥配施對小白菜品質的影響

生物炭與不同用量氮肥配施對小白菜品質的影響見表4，在不施用氮肥（CK0、T0）的情況下，施用生物炭對小白菜的可溶性蛋白、可溶性糖和硝酸鹽含量影響不顯著。在施用100%氮肥（CK100、T100）的情況下，生物炭能顯著提高小白菜可溶性糖含量，但對可溶性蛋白和硝酸鹽含量影響不顯著。生物炭和不同用量的氮肥配施（T0、T60、T80、T100）時，小白菜可溶性糖含量都顯著高于CK100;不施用氮肥和施用60%氮肥（T0和T60）時，可溶性蛋白含量顯著高于CK100，硝酸鹽含量顯著低于CK100。綜合表3小白菜產量（地上部鮮質量）數據可見，生物炭與60%氮肥配施，產量與CK100沒有顯著差異，但可溶性蛋白和可溶性糖含量都顯著高于CK100，硝酸鹽含量顯著低于CK100。