生物炭和微生物肥對水蜜桃產量和品質的影響

劉濤，張濤，謝樂添，沃林峰

(1.杭州市原種場，浙江 杭州 311300；2.浙江農林大學 林業與生物技術學院，浙江 杭州 311300)

水蜜桃因其肉質柔軟多汁，口感甘甜，風味特佳，市場潛力大，經營收入可觀，越來越受到廣大消費者的追捧和廣大果農的重視。浙江作為一個水蜜桃種植大省，有著悠久的水蜜桃種植歷史，其中杭州市是浙江省水蜜桃的主產區之一。據統計，2014年杭州市水蜜桃種植面積近4 000 hm2，產值2億多元，為杭州市第3大水果品種，是增加農民收入的重要產業。提高水蜜桃單果重和甜度對提升其商品價值具有重要意義，也是增加水蜜桃種植收益的重要途徑之一，如何通過改善水蜜桃果園土壤養分狀況來提高水蜜桃的商品價值，增強其市場競爭力，是當前水蜜桃種植業中亟須解決的問題。

生物炭含有一定量的礦質養分，可有效增加土壤中氮、磷、鉀等元素含量。而且，生物炭具有吸附性，能有效吸附水分和營養物質，有利于提高和保持土壤肥力。生物炭可作為土壤改良劑單獨施入土壤改善土壤環境條件，也可與肥料混合制成具有養分緩釋、增產穩定等一系列優點的生物炭基肥[1]。大量研究表明，生物炭可以提高土壤有機質含量[2]，降低土壤中的養分淋溶和固定損失，從而提高肥料利用率[3]。生物炭的孔隙和表面可為微生物提供棲息的微環境，進而增加某些微生物的數量與活性[4]。除此之外，生物炭在提高農作物產量和品質方面也有良好的作用[5-7]，但并不是生物炭施入量越多，產量就越高[8]。

微生物肥料又稱生物肥料、接種劑或菌肥等，是指以微生物的生命活動為核心，使農作物獲得特定的肥料效應的一類肥料制品。一方面，肥料中的有益微生物通過其生命活動增加植物營養元素的供應，改善植物根際微生態環境；另一方面，有益微生物可通過非特異性拮抗作用，在作物根面、根際與病原微生物形成空間競爭，抑制或降低土傳病害的發生頻率和危害程度，從而達到增強作物植株營養、提升產品品質的目的[9-10]。

本試驗設置不同生物炭和微生物肥配施水平的土壤處理，通過測定土壤、葉片養分，探究其與水蜜桃商品特性的相關性，篩選出最佳的生物炭和微生物肥配施水平，以期為水蜜桃產業的健康、持續發展，和提高農戶經營收入提供技術參考。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗地分別位于杭州聚力屏風山居生態農業有限公司的水蜜桃果園(山地)和杭州玉渚農業科技有限公司的水蜜桃果園(平地)，水蜜桃品種分別為沙子和夏之夢，均為中熟桃品種，果實采摘期為7月中旬左右，樹齡均為8 a，山地和平地土壤pH值均在6.7左右。杭州地區每年10月份是水蜜桃根系的第2次生長高峰期，是進行翻耕施肥的最佳時間。施肥一般采取開溝施基肥的方式：山地施肥溝位于樹體緩坡上方、樹冠外圍垂直正下方，長0.4 m，寬1.2 m，溝深30 cm；平地施肥在樹冠外圍垂直下方兩側開溝施肥，長0.3 m，寬0.8 m，溝深30 cm。在坐果期和果實膨大期，于陰雨連綿或者中雨即將結束時，對每株桃樹通過撒施的方式追施約1 kg的氮磷鉀平衡復合肥(N 15%，P2O515%，K2O 15%，湖北鄂中生態工程股份有限公司)，并于果實轉色前7 d左右，視降雨情況每株桃樹通過撒施的方式追施約0.5 kg的硫酸鉀鎂肥(K2O 24%，Mg 6.0%，S 16%，國投新疆羅布泊鉀鹽有限責任公司)，如無降雨，需要澆灌以促肥料吸收。

本試驗所采用的生物炭購自溧陽市德勝活性炭廠，所采用的微生物肥購自山東木美土里生物科技有限公司。

1.2 處理設計

試驗設置6個處理：CK，不施生物炭，不施微生物肥，作為對照；BF，不施生物炭，施微生物肥0.75 kg·m-2；BC1，低量(2 kg·m-2)生物炭，不施微生物肥；BC1+BF，低量生物炭，施微生物肥0.75 kg·m-2；BC2，高量(4 kg·m-2)生物炭，不施微生物肥；BC2+BF，高量生物炭，施微生物肥0.75 kg·m-2。每個處理設置3個重復，每個重復15株桃樹，桃樹種植行間距為4 m×4 m，處理間設置2行桃樹作為試驗保護行。

1.3 測定項目與方法

7月10日前后，在果實大量采收時期，同時進行土壤和葉片采樣，并檢測果實商品特性。采樣土壤進行半個月的風干處理后，分別過20目(孔徑0.84 mm)和100目(孔徑0.149 mm)篩保存。所采葉片于110 ℃殺青30 min，50 ℃烘干24 h，再用研磨機研磨過60目(孔徑0.25 mm)篩后保存備用。

1.3.1 果實單果重和甜度測定

待果實成熟時，每個處理選取3株長勢一致的桃樹作為一個重復，分批采摘，進行單株桃果實稱重，并統計果數，采摘結束后匯總該處理下的平均單果重。在果實大量采收期，每個處理采集15個成熟度一致的果實作為一個重復，在桃果實近合縫線兩側切取厚度一致的2片果肉，用PR-101α型數顯糖度計(日本ATAGO)測量其可溶性固形物含量(TSS值)，取平均值作為桃果實甜度指標。

1.3.2 土壤養分含量測定

每個重復隨機選擇5株樹，在每株樹開溝施肥部位各選取3個采樣點采集0～20 cm土樣，均勻混合，采用四分法取混合土樣1 kg。

稱取0.200 0 g過100目篩的土樣，用烘箱加熱-重鉻酸鉀容量法測定土壤有機質含量；稱取2.0 g過20目篩的土樣，用堿解吸收法測定土壤速效氮含量；稱取5.0 g過20目篩的土樣，用NH4OAc浸提-火焰光度計法測定土壤速效鉀含量；稱取5.0 g過20目篩的土樣，用0.5 mol·L-1NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法測定土壤速效磷含量；稱取1.0 g過100目篩的土樣，用硫酸消煮-凱式定氮法測定土壤全氮含量。

1.3.3 葉片元素含量測定

在每株樹的4個方位、高1.5～2.0 m處，采夏梢頂部第2葉，每株4片葉，每個重復采集60片葉作為樣品。稱取過60目篩的植物樣品0.200 0 g，經H2SO4-H2O2消煮[11]，分別用火焰光度計法和鉬銻抗比色法測定葉片全鉀和全磷含量。同樣稱取上述過篩植物樣品50 mg，用Foss 2300凱氏定氮儀(福斯公司，丹麥)測定葉片全氮含量。

1.4 數據分析

所有數據采用SPSS Statistics 16.0軟件進行方差分析，用Sigma Plot 12.5軟件做柱狀圖。

2 結果與分析

2.1 不同處理對土壤養分含量的影響

由圖1可知，無論是山地還是平地，水蜜桃果園中各處理的土壤全氮和速效氮間均無顯著差異。平地果園中BC1+BF處理的土壤速效磷含量顯著高于其他處理，而在山地果園中，各處理的土壤速效磷含量均無顯著差異。在山地果園中，各處理的土壤速效鉀含量均不存在顯著差異；在平地果園上，BC2處理下的土壤速效鉀含量顯著高于其他處理，且除BC2處理之外，其他處理的土壤速效鉀含量與CK處理無顯著性差異。

圖中相同地形下果園各柱上無相同字母的表示處理間差異顯著(P<0.05)。圖2～4同。

由圖2可知，在山地和平地果園中，與CK相比，除平地果園BF處理外，其他處理的土壤有機質含量均顯著增加，而且隨著生物炭施用量的增加，土壤有機質含量呈現出增加趨勢，而同等生物炭施用量下，微生物肥是否與生物炭配施對土壤有機質含量并無顯著影響。

圖2 不同土壤處理對山地和平地果園土壤有機質的影響

2.2 不同處理對水蜜桃葉片元素含量的影響

由圖3可知，對于山地果園而言，與CK相比，其他處理的水蜜桃葉片全氮含量均顯著升高，但相互之間均無顯著差異，而在平地果園中，各處理的水蜜桃葉片全氮含量均無顯著差異。

圖3 不同處理對山地和平地果園水蜜桃葉片元素含量的影響

在山地果園中，單獨施加生物炭或生物炭與微生物肥配施的處理(BC1、BC2、BC1+BF、BC2+BF)，其水蜜桃葉片中的全磷含量均顯著高于CK和BF處理，BC1+BF處理的葉片全磷含量顯著高于BC1處理，但且CK和BF處理的葉片全磷含量無顯著差異。在平地果園中，BF處理的水蜜桃葉片全磷含量顯著高于CK處理，但顯著低于除BC2外的其他處理；單獨施加生物炭或生物炭與微生物肥配施的各處理的水蜜桃葉片全磷含量無顯著差異，且均顯著高于CK處理。

在山地果園中，CK和BF處理的水蜜桃葉片全鉀含量無顯著差異，BC1處理的水蜜桃葉片全鉀含量與CK亦無顯著差異，但BC2、BC1+BF和BC2+BF處理的水蜜桃葉片全鉀含量均顯著高于CK，且BC2、BC1+BF處理的水蜜桃葉片全鉀含量還顯著高于BF處理。在平地果園中，CK處理的水蜜桃葉片全鉀含量與BC2+BF處理無顯著差異，均顯著低于BF、BC1、BC1+BF、BC2處理，BC1、BC2處理的水蜜桃葉片全鉀含量最高，顯著高于其他處理。

2.3 不同處理對水蜜桃單株坐果數量、產量和商品特性的影響

由圖4可知，在山地果園中，凡含有微生物肥的處理(BF、BC1+BF、BC2+BF)，其單株坐果數量均較CK顯著增加，且隨著生物炭施用量的增加，這幾個處理的單株坐果數量顯著增加；但若不添加微生物肥，BC1分別與CK和BC2處理的單株坐果數量相比則皆無顯著差異，僅BC2的單株坐果數量顯著高于CK。在平地果園中，除BF處理外，其他處理的單株坐果數量均顯著高于CK；但在相的微生物肥使用情況下，不同處理(如BC1和BC2、BC1+BF和BC2+BF)的單株坐果數量并無顯著差異。

圖4 不同處理對山地和平地果園水蜜桃產量和品質的影響

在山地果園中，施用微生物肥或生物炭處理的單株產量均顯著高于CK，在這些處理中，BC2的單株產量最低，且顯著低于BC1+BF和BC2+BF處理，其他處理間則無顯著差異。在平地果園中，施用微生物肥或生物炭處理的單株產量同樣均顯著高于CK；但在施用等量生物炭的處理間，配施微生物肥處理的單株產量顯著升高。

在山地和平地果園中，施用微生物肥或生物炭處理的水蜜桃單果鮮重均顯著高于CK。在平地果園中，施用微生物肥或生物炭的所有處理的單果鮮重并無顯著差異；但在山地果園中，在統一配施或不配施微生物肥的情況下，隨著生物炭用量的增加(BC1與BC2、BC1+BF與BC2+BF對比)，其單果鮮重反而顯著下降。

在山地果園中，僅BC1+BF處理的水蜜桃果實甜度顯著低于BC2+BF處理，其他處理間均無顯著差異。在平地果園中，BC1+BF和BC2+BF處理的果實甜度顯著高于其他處理，除此之外，各處理間并無顯著差異。

2.4 不同指標間的相關性分析

由表1可知：葉片全氮含量與單株坐果數量呈顯著負相關，而葉片全鉀含量與單株坐果數量呈極顯著正相關；土壤全氮、速效氮、速效磷含量，以及葉片全鉀含量與單株產量均呈顯著正相關，土壤有機質含量、單株坐果數量與單株產量呈極顯著正相關；土壤全氮和速效磷含量分別與單果鮮重呈顯著和極顯著負相關，葉片全氮、全磷含量與單果鮮重均呈極顯著正相關，單株坐果數量與單果鮮重呈顯著負相關；土壤全氮、速效磷含量與果實甜度呈極顯著負相關，葉片全氮、全磷含量，及單果鮮重與果實甜度呈極顯著正相關，葉片全鉀含量、單株坐果數量與果實甜度呈顯著負相關。

表1 不同指標的相關性分析

3 討論

生物炭施入土壤后，不僅能改善土壤的物理結構，還能改變土壤中的有效養分含量，但不同的研究結果存在差異。魏永霞等[12]在研究生物炭對坡耕地土壤肥力的影響時發現，施加生物炭能明顯提高土壤銨態氮、速效鉀、有機質含量，但對土壤有效磷并無明顯影響。許劍敏等[13]研究表明，生物炭+菌肥處理能明顯提高土壤中的有機質、全氮、全磷、堿解氮、速效磷含量。本研究結果顯示，果園中施加生物炭和微生物肥后，除平地果園中BC1+BF處理的速效磷含量，及BC2處理的速效鉀含量外，其他處理對土壤全氮、速效氮、速效磷、速效鉀含量并無顯著提升作用，但施用生物炭或微生物肥的各處理下，除平地果園的葉片全氮和BC2+BF處理的葉片全鉀，以及山地果園BF處理葉片全磷、全鉀和BC1處理的葉片全鉀外，桃樹葉片的全磷、全鉀和全氮含量都顯著高于CK，表明生物炭或微生物肥可促進桃樹葉片對氮、磷、鉀的吸收。綜合考慮土壤和葉片中氮、磷、鉀元素含量，認為BC1+BF處理的效果較好。

土壤有機質含量是土壤肥力的重要指標之一。研究表明，施入生物炭能促進土壤形成有機-礦質復合體，提高土壤團聚體的穩定性，進而有效減少土壤中有機質的淋失，提高土壤中的有機質含量[12]。本研究結果顯示，除平地果園單獨施加微生物肥的BF處理未明顯提升土壤有機質含量外(可能是試驗中微生物肥的施用量不夠)，其他處理的果園土壤有機質含量均較CK顯著升高，說明施用生物炭或微生物肥可以有效地提高果園土壤的有機質含量。

樹體營養供給情況、倒春寒等氣候因素和品種本身的遺傳因素都可能會導致果樹花后落果嚴重。成年水蜜桃果樹單株需要選留150～200個果實才能達到正常結果水平，如水蜜桃果樹的單株坐果數量少于150個，則須采用增加單株坐果數量的技術措施以顯著提升果樹的產量和種植效益。本研究中的水蜜桃單果鮮重大，但是其單株坐果數量較少，導致單株產量較低，在一定程度上制約了該品種的種植收益。

錢嘉文等[14]研究顯示，向土壤中施入過高或過低的生物炭均會導致作物產量降低；趙殿峰[15]研究認為，向土壤中施入過量生物炭會抑制作物生長并影響作物品質。本研究表明，在山地和平地水蜜桃果園中，BC1和BC2處理的單株坐果數量和單株產量并無顯著差異，但在配施微生物肥后，其單株坐果數量和單株產量大幅上升，說明生物炭與微生物肥配施具有良好的協同增效作用。水蜜桃的單果鮮重和果實甜度是決定其果實商品品質的重要指標。本研究表明：在山地和平地果園中，施用生物炭或微生物肥可較CK處理顯著提高水蜜桃果實的單果鮮重，但這些處理中僅BC1+BF和BC2+BF處理在平地果園上能夠顯著提升水蜜桃的果實甜度。綜上所述，從山地和平地果園水蜜桃果樹的單株坐果數量、單株產量、單果鮮重和甜度考慮，本試驗條件下生物炭的施用量并不是越多越好，微生物肥對生物炭具有增效作用，整體來看，BC1+BF處理的效果最好。

為探尋施加生物炭和微生物肥后土壤養分與水蜜桃葉片營養元素含量，及果實產量、品質的關系，特開展相關性分析。結果表明，土壤有機質含量和葉片全鉀含量與單株坐果數量和單株產量呈顯著或極顯著正相關關系，葉片全氮和全磷含量與單果鮮重和果實甜度呈極顯著正相關，暗示提高土壤有機質含量和葉片全鉀含量有助于促進水蜜桃單株坐果數量和單株產量的增加，提升葉片中氮、磷元素的含量可促進單果鮮重和果實甜度的上升。

總的來看，在本試驗條件下，無論是在山地還是平地果園，施用適當量的生物炭和微生物肥均可提高土壤有機質含量和水蜜桃葉片中的磷、鉀含量，促進果樹對養分的吸收，提高單株坐果數量、單株產量、單果鮮重、果實甜度。各處理中，以BC1+BF處理的效果最好。