生物炭施用及氮肥與有機肥配施對大蒜養分積累及品質的影響

張宇 徐 剛 樊小雪

摘要：為了減少氮肥的施用，達到肥料科學使用的目的。試驗設7個處理：常規氮肥無有機肥（CK）;常規氮肥+有機肥（F1H0）;氮肥減量30%+有機肥增加20%（F3H0）;氮肥減量60%+有機肥增加40%（F5H0）;在處理F1H0、F3H0、F5H0中添加生物炭，記為處理F1H1、F3H1、F5H1，研究在添加生物炭之后氮肥與有機肥配施對大蒜養分吸收利用及品質的影響。研究結果表明，在氮肥減量60%+有機肥增加40%基礎上添加生物炭，大蒜植株氮磷鉀積累量以及肥料利用率都高于CK及沒有添加生物炭的處理，同時提高大蒜鱗莖及蒜薹中的游離氨基酸含量、可溶性糖及蔗糖含量，降低硝酸鹽含量，表明添加生物炭可以提高大蒜的品質，提高肥料利用率，促進大蒜植株生長，增加大蒜植株各部位氮磷鉀含量的積累。

關鍵詞：大蒜;生物炭;養分積累;肥料利用率;品質

中圖分類號： S633.406 ?文獻標志碼： A ?文章編號：1002-1302（2020）11-0115-06

收稿日期：2019-05-06

基金項目：國家重點研發計劃（編號：2018YFD0800406-03）。

作者簡介：張 宇（1994—），女，山西朔州人，碩士研究生，主要從事蔬菜栽培生理研究。E-mail：zhangyu08171@163.com。

通信作者：徐 剛，博士，研究員，主要從事蔬菜設施栽培技術及相關栽培生理等研究。E-mail：xugang90@163.com。 ?生物炭可以改善土壤結構、吸附養分、提高作物產量及品質，研究發現，施用生物炭配施有機肥，可提高土壤的酶活性，提高煙葉的產量及品質，經濟性狀較好[1]。王彩云等通過對連作多年的黃瓜土壤試驗發現，添加生物炭降低了黃瓜的連作障礙，促進黃瓜的營養生長，提高了黃瓜產量[2]。生物炭本身的礦質養分含量以及用量對作物生長及產量有很大的影響，在部分土壤中，較低含量的生物炭對作物生長及產量增加有促進作用，在生物炭含量較高時反而會抑制作物的生產[3]，生物炭所含有的營養成分較低，且對土壤養分有吸附的作用，大量的生物炭會導致作物減產[4]。在速效氮、速效磷、速效鉀等有效養分含量較少的土壤中，大量的生物炭施入土壤會導致作物產量下降[5]。

有機肥與生物炭配施可以顯著改善作物肥料利用率，研究發現，用木炭吸附氮磷鉀肥料配置生物炭基復合肥，氮磷鉀養分釋放緩慢，持續時間較長[6]。王玫等研究發現，生物炭配施有機肥可以更好地減少土壤連作障礙，提高土壤酶的活性，優化土壤微生物群落結構，增加作物產量[7]。本試驗通過添加生物炭及氮肥有機肥配施，以期提高大蒜品質及肥料利用率。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗地點位于江蘇省南京市玄武區江蘇省農業科學院內，地處32°2′N、118°51′E，屬于亞熱帶季風氣候，年平均氣溫為15.4 ℃，年平均降水量為 1 106.5 mm，年平均濕度為76%。試驗時間為2017年10月至2018年6月。

試驗采用的大蒜品種為邳州一號。播種于長50 cm，寬30 cm，高16 cm的硬質栽培缽中，每個處理6個種植盆，每盆種植大蒜10株。

基質為泥炭 ∶ 蛭石=3 ∶ 1。播種前按不同處理將基肥均勻撒入各小區。

1.2 試驗設計

試驗共設7個處理：（1）常規氮肥無有機肥（CK）;（2）常規氮肥+有機肥（F1H0）;（3）氮肥減量30%+有機肥增加20%（F3H0）;（4）氮肥減量

60%+有機肥增加40%（F5H0）;在處理F1H0、F3H0及F5H0中添加生物炭，記為F1H1、F3H1、F5H1，生物炭的用量為每個種植盆基質質量的0.5%。具體施肥量見表2。

在所有處理中，有機肥作為基肥與硫酸鉀復合肥一次性施入;氮肥作為追肥，以農民常用施氮量作為常規氮肥用量，在幼苗期、鱗芽花芽分化期、花莖伸長期、鱗芽膨大期施入，各個時期的追肥量分別為總氮肥用量的15%、15%、35%、35%。使用肥料：氮肥是普通尿素氮含量為46.3%，有機肥雞糞有機肥氮、磷、鉀含量分別為1.63%、1.54%、085%，硫酸鉀復合肥氮、磷、鉀含量分別為15%、15%、15%。

1.3 測定指標與方法

1.3.1 大蒜干物質及氮磷鉀含量測定 從1月起每個月取3株，用清水將根部基質沖洗干凈，擦干后將植株葉片、假莖、鱗莖以及根分開，于105 ℃下殺青30 min，然后75 ℃烘干至恒質量，測定植株的干質量。

將烘干樣品磨碎，過100目篩后，稱取0.2 g左右，放入消煮管中，于消煮爐上消煮后，取消煮液體，全氮用凱氏定氮儀測定;全磷用鉬銻抗比色法測定;全鉀用火焰分光光度法進行測定[8]。

1.3.2 大蒜品質指標的測定 從1月起每月取新鮮葉片樣品，稱質量后置于-80 ℃冰箱備用。蒜薹及大蒜鱗莖收獲后，同樣取樣稱質量，后置于冰箱備用。

葉綠素含量采用乙醇浸提法測定;可溶性糖含量采用蒽酮比色法測定;游離氨基酸含量采用茚三酮比色法測定;蔗糖采用間二苯酚光度法測定;硝酸鹽含量采用水楊酸比色法測定;可溶性蛋白質含量采用考馬斯亮藍G-250染色法測定;維生素C含量用菲啰啉比色法測定;總酚含量用福林酚法測定[9]。

1.4 數據整理與分析

采用Excel 2013和SPSS 20.0進行數據整理和方差分析，采用Tukeys和Duncans法分析差異顯著性（P<0.05）。

2 結果與分析

2.1 生物炭施用及氮肥與有機肥配施對大蒜氮磷鉀含量的影響

2.1.1 氮含量 從圖1-A可以看出，F5H1處理葉片、鱗莖、假莖氮含量最高，較CK分別增加了 10.80%、6.96%、15.46%，根較CK增加了 13.97%，其中根、假莖與CK差異顯著，根氮含量F1H1處理最高，為2.34%，顯著高于其他處理，較CK增加31.06%。添加生物炭之后，F1H1處理氮含量都高于F1H0處理，其中鱗莖與根差異顯著;F3H1處理根和假莖的氮含量高于F3H0處理，且根的氮含量差異顯著;F5H1處理各部位氮含量都高于F5H0處理，除假莖外差異顯著。

2.1.2 磷含量 從圖1-B中可以看出，植株鱗莖中的磷含量最高，F3H1處理葉片、假莖磷含量最高，為2.07%、5.11%，較CK增加了5.96%、18.48%，其中假莖磷含量與CK差異顯著。鱗莖F5H1處理磷含量較高，為5.67%，顯著高于CK，比CK增加了21.36%，根F1H1處理磷含量最高，為 2.862%，顯著高于其他處理。F1H1處理鱗莖、根、假莖的磷含量都比F1H0高，其中根磷含量差異顯著;F3H1處理磷含量除鱗莖外都高于F3H0處理，其中根磷含量差異顯著;F5H1處理各部位磷含量都高于F5H0處理，鱗莖及假莖的磷含量差異顯著。

2.1.3 鉀含量 從圖1-C可以看出，在不同部位中葉片鉀含量最高，F5H1處理葉片、鱗莖以及假莖的鉀含量較高，葉片F5H1處理鉀含量為5.325%，顯著高于其他處理，較CK增加了27.54%，鱗莖及假莖F5H1處理較CK分別增加了8.56%、18.14%，假莖差異顯著，根F1H0處理鉀含量最高，為375%，與其他處理（F5H0處理除外）差異顯著。

F1H1處理假莖以及鱗莖鉀含量高于F1H0處理，但差異不顯著;F5H1處理鉀含量除根之外其他部位顯著高于F5H0處理。

2.2 生物炭施用及氮肥與有機肥配施對氮磷鉀肥殘留及利用率影響

2.2.1 氮肥利用率 從表3可以看出，氮肥利用率最高的處理是F5H1處理，較CK增加了44.58%;植株氮積累量F5H0處理最高，較CK增加了10.16%。從圖1-A可以看出，添加生物炭之后，F1H1處理以及F3H1處理氮肥利用率低于原處理，F5H1處理高于原處理。添加生物炭后植株的氮積累量下降，但與原處理差異不顯著。

2.2.2 磷肥利用率 F5H1處理植株磷積累量以及磷肥利用率都高于CK，分別較CK增加了20.07%、16.31%。添加生物炭之后，磷肥利用率F5H1處理高于原處理，F1H1、F3H1處理低于原處理。植株磷積累量最高為F3H0處理，其次為F5H1處理，二者差異不顯著，最低的為F1H1處理，添加生物炭之后F5H1處理磷積累量顯著高于原處理，其他2個處理與原處理差異不顯著。

2.2.3 鉀肥利用率 從表3可以看出，植株鉀積累量F1H0處理較低，添加生物炭之后F1H1處理低于原處理，其他處理高于原處理。植株鉀積累量F1H1處理最低，在添加生物炭之后，F1H1處理顯著低于原處理，F5H1、F3H1處理在添加生物炭后與原處理相比差異不顯著。

2.3 生物炭施用及氮肥與有機肥配施對大蒜品質的影響

硝酸鹽是大蒜品質中的重要指標之一。從表4可以看出，不同處理中硝酸鹽含量最高的是F1H0處理，添加生物炭之后，該處理硝酸鹽含量下降，且差異顯著，F5H0處理的硝酸鹽含量最低，低于CK且差異顯著，但是在F3H0、F5H0處理中，添加生物炭后硝酸鹽含量反而上升，可能是因為生物炭吸附了基質大量的硝酸鹽，避免了硝酸鹽的流失，同時生物炭促進了大蒜對氮肥的吸收，導致添加生物炭后鱗莖膨大時吸收的硝酸鹽較多，F1H1處理由于氮肥過多對植株生長產生毒性，導致對硝酸鹽的吸收減少。在游離氨基酸中，F1H1、F5H1處理高于CK處理但差異不顯著，F3H1處理含量最低，與除F3H0之外的其他處理差異顯著，同時添加生物炭之后，F1H1、F5H1處理都高于未添加生物炭的處理。

從表4可以看出，CK可溶性糖含量較高，CK蔗糖含量最低，除F3H1處理可溶性糖含量高于F3H0之外，添加生物炭之后，可溶性糖、蔗糖含量都出現了不同程度降低，可能由于產生的糖類大量被消耗，合成了蛋白質氨基酸等物質。

2.4 生物炭施用及氮肥與有機肥配施對蒜薹葉綠素含量的影響

從圖2可以看出，葉綠素含量最高的是F1H0處理，葉綠素含量與氮肥施用有很大的關聯，F1H0處理氮肥用量較多，同時配施有機肥，導致該處理葉綠素含量較高，且顯著高于CK，在添加生物炭后葉綠素含量降低，F3H0、F5H0處理雖然氮肥用量減少但是有機肥的配施相應緩解了葉綠素含量下降，在添加生物炭之后，F3H1、F5H1處理葉綠素含量有一定的上升但效果不明顯，同時由于肥料流失減少，F1H1中養分過多，EC值太大，對該處理產生抑制作用，導致葉綠素含量下降。

2.5 生物炭施用及氮肥與有機肥配施對蒜薹品質的影響

從表5可以看出，在蒜薹中F1H1處理各品質指標都低于F1H0處理，可能由于生物炭吸附的養分較多，導致植株生長出現抑制現象。硝酸鹽中F1H0含量最多，顯著高于CK，F5H1處理含量最少，游離氨基酸F5H0、F5H1處理最高，顯著高于CK處理，分別增加了63.26%、62.93%，添加生物炭之后F3H1、

F5H1處理硝酸鹽及游離氨基酸含量有所下降，與大蒜鱗莖趨勢相反。可溶性糖及蔗糖含量最高的都是F5H1處理且都高于CK處理，在添加生物炭之后，可溶性糖含量在F3H1、F1H1處理與原處理相比減少，F5H1處理含量高于原處理，蔗糖F1H1與原處理相比減少，F3H1、F5H1處理高于原處理。

3 討論與結論

3.1 生物炭施用及氮肥與有機肥配施對大蒜植株氮磷鉀含量及肥料利用率的影響

生物炭種類及土壤肥力以及施肥方式對作物養分吸收有很大的影響，施用生物炭可以促進小麥玉米的氮素吸收積累，提高氮素的利用率[10]。施用生物炭可以增加植株對磷鉀鈣鎂等營養元素的吸收[11]。梁錦秀等研究發現，增施生物炭顯著增加了春小麥對氮磷鉀的吸收率[12]。植株氮磷鉀的積累量分別等于植株各部位干質量與全氮全磷全鉀的乘積。在添加生物炭之后，大蒜植株各部位的氮含量有不同程度的增加，磷含量、鉀含量也有所增加，其中F5H1處理氮磷鉀含量較原處理在植株各部位的增加較為明顯，都高于CK處理。本試驗發現，植株氮積累量在添加生物炭后與原處理相比有所下降，但差異不顯著，F5H1處理的積累量顯著高于CK，F5H1處理的氮肥利用率以及積累量高于原處理也高于CK，F3H1處理在添加生物炭之后氮肥殘留量增加。植株磷積累量也在添加生物炭之后下降，但F5H1處理增加且差異顯著，同時F5H1處理磷肥利用率高于原處理，F5H1處理磷積累量和利用率都高于CK，添加生物炭之后所有處理磷肥殘留量都低于原處理。相關研究發現，通過提高土壤中速效鉀的含量來促進植株對鉀元素的吸收[13-16]。添加生物炭可以促進小麥玉米籽粒對鉀素的吸收，提高鉀肥的利用率[17]。植株鉀積累量在添加生物炭之后下降，F5H1處理鉀肥殘留量顯著降低，鉀肥利用率增加明顯。

隨著氮肥用量減少，有機肥用量增加，大蒜對氮磷鉀的積累逐漸增加，肥料利用率增加。添加生物炭可以提高肥料利用率，與相關試驗結果相似，同時添加生物炭可以減少肥料的流失，本試驗中，添加生物炭后，肥料的殘留量有所上升，植株氮磷鉀積累量與原處理相比增加不顯著，這可能與本試驗使用基質栽培有關，相關研究發現，添加生物炭在有機質含量較高的土壤中，作物的增產效果不明顯[18]，本試驗基質中含有大量磷鉀元素，且基質對肥料有一定的吸附作用，導致肥料殘留較多。

3.2 生物炭施用及氮肥與有機肥配施對大蒜鱗莖及蒜薹品質的影響

葉綠素是植株光合作用的重要參與物質，葉綠素含量與氮素含量有顯著的關系[19]，本試驗發現，蒜薹葉綠素含量F1H0處理最高，F1H1處理最低，處理間差異顯著，由于F1H1處理肥料過多、基質pH值最低、EC值過大對植株的生長造成抑制作用。

大蒜鱗莖在添加生物炭之后，F1H1處理硝酸鹽含量降低，F5H1、F3H1處理硝酸鹽含量增加。蒜薹硝酸鹽各處理在添加生物炭之后硝酸鹽含量有所下降。在添加生物炭之后，大蒜地上部蒜薹葉片硝酸鹽含量較原處理有所下降，地下部鱗莖硝酸鹽含量增加。于南卓研究發現，施用生物炭之后小白菜葉片硝酸鹽含量下降[20]。王湛等研究發現，施用生物炭之后，菜心硝酸鹽含量降低20.0%～443%[21]，本試驗大蒜蒜薹的硝酸鹽含量變化與之相似。植株游離氨基酸的含量與氮肥的施用有顯著的關系[22]，鱗莖CK處理游離氨基酸含量較高。鱗莖游離氨基酸F3H1處理最低，添加生物炭之后F5H1、F1H1處理游離氨基酸增加。蒜薹游離氨基酸的變化趨勢與大蒜鱗莖相反，且游離氨基酸含量都顯著高于CK，添加生物炭之后F5H1、F1H1處理游離氨基酸減少，F5H1處理對葉片、鱗莖游離氨基酸含量增加較明顯。

大蒜鱗莖以及蒜薹的蔗糖含量都顯著高于CK，大蒜鱗莖在添加生物炭后，可溶性糖、蔗糖含量有不同程度的降低，可能由于產生的糖類大量消耗，合成了蛋白質氨基酸等物質。配施有機肥有一定的提高作用。蒜薹蔗糖含量F3H1、F5H1處理變化趨勢與大蒜鱗莖正好相反，F1H1處理與鱗莖相同都低于F1H0處理。

添加生物炭之后，F1H1處理大蒜植株各部位的氮磷鉀含量、氮磷鉀總積累量以及肥料利用率都較低，F5H1處理植株氮磷鉀積累量較CK增加 10.16%、20.07%、1.47%，肥料利用率較CK增加44.58%、16.31%、15.96%。添加生物炭之后，大蒜鱗莖F5H1處理最好，F5H1處理大蒜鱗莖中硝酸鹽含量較CK降低23.16%，游離氨基酸、蔗糖含量較CK處理增加1.66%、51.44%;F5H1處理蒜薹硝酸鹽含量較CK處理下降7.77%，游離氨基酸、可溶性糖含量比CK處理增加62.93%、3.51%，蔗糖含量也高于CK處理。

綜上所述，氮肥減施配施有機肥以及添加生物炭試驗中，F5H1處理即氮肥減量60%+有機肥加40%處理添加生物炭有較好的效果，可提高大蒜的品質，并可提高肥料利用率，增加大蒜植株各部位氮磷鉀含量的積累。

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