生物炭用量對設施水果蘿卜產量與土壤性質的影響?

摘 要：為了探討生物炭在設施水果蘿卜生產中的有效性，以水果青蘿卜品種濰縣蘿卜為試材，研究了生物炭施用量為0 （C0）、0.5 （C1）、1.0（C2）、2.0（C3）和4.0（C4）kg/m2共5個處理對拱棚水果蘿卜生長、產量、品質及土壤性狀的影響。結果表明：生物炭對水果蘿卜葉面積的生長具有顯著促進作用；生物炭有利于蘿卜增粗，收獲期C1、C2、C3和C4處理的肉質根根粗分別較C0處理增加13%、17%、24%和29%，且C4處理與C0處理的差異達顯著水平；C1～C4處理的蘿卜產量較C0處理增加25.0%～29.7%；生物炭對改善水果蘿卜的品質有一定效果；土壤蔗糖酶和過氧化氫酶活性隨著生物碳用量的增加呈現先增加后減少的趨勢，C1和C2處理的土壤蔗糖酶活性顯著高于其他處理，分別較C0處理高9.4%和10.0%，C2和C3處理的土壤過氧化氫酶活性顯著高于C0處理，分別較C0處理高5.7%和5.6%，C2處理的土壤堿性磷酸酶活性最高，較C0處理高21.77%，且顯著高于除C4以外的其他處理。因此，采用拱棚生產水果蘿卜時，施加生物炭≥0.5 kg/m2有一定提質增產效果，綜合考慮產量、質量、土壤性質和成本等因素，以用量為1.0 kg/m2的效果較好。

關鍵詞：生物炭；水果青蘿卜；生長；產量；土壤酶活性

中圖分類號：S631.1 文獻標識碼：A 文章編號：1006-060X（2023）05-0058-06

Abstract：In order to explore the effectiveness of biochar in facility fruit radish production， the effects of five biochar application rates of 0 （C0）， 0.5 （C1）， 1.0 （C2）， 2.0 （C3） and 4.0 （C4 ） kg/m2 on the growth， yield and quality of fruit radish， and soil properties in arch shed were studied using a green fruit radish variety \"Weixian Luobo\" as the test material. The results showed that the leaf area and fleshy root diameter of fruit radish increased with the increase of biochar dosage. Compared with C0 treatment， the fleshy root diameter of C1， C2， C3 and C4 increased by 13%， 17%， 24% and 29%， respectively， reaching a significant difference between C4 and C0， and the fleshy root yield of C1-C4 increased by 25.0%-29.7%." Biochar was also conducive to improving the quality of fruit radish. Meanwhile， with the increase of biochar application， the activities of soil sucrase and catalase increased first and then decreased; specially， the activity of soil sucrase in C1 and C2 was significantly higher than that in the other treatments， and respectively 9.4% and 10.0% higher than in C0; the activity of soil catalase in C2 and C3 was significantly 5.7% and 5.6% higher than in C0， respectively; the activity of soil alkaline phosphatase in C2 was the highest， 21.77% higher than in C0， and significantly higher than in the other treatments except C4. Therefore， the application of biochar （≥0.5 kg/m2） has a certain promotion for producing fruit radish in arch shed. Considering the yield， quality， soil properties and cost， the dosage of 1.0 kg/m2 is better.

Key words：biochar; fruit green radish; growth; yield; soil enzyme activity

中國的人口數量巨大，人們對蔬菜和水果等農產品的需求量也很大。近年來，隨著農業的快速發展，農民盲目追求產量，由于大量施肥已造成了不容忽視的農業污染、連作障礙及土壤重金屬積累等問題。與此同時，作為農業廢棄物之一的植物殘體等，由于連年不斷產生和并沒有對其進行合理的處理，亂堆亂放、隨意焚燒等現象屢禁不止[1]。然而，這些廢棄物經過加工轉變為生物炭之后可以作為營養物質還田，實現資源的重復利用。生物炭具有碳含量高、比表面積大、吸附能力強、孔隙度高等特點[2]，可以改善土壤物理結構和孔隙度，增加土壤水分的滲透性[3]，提高土壤水分的有效性和持久性，增強植物和生態系統的抗旱性[4]。因此，開展生物炭施用有效性和最佳用量的研究已成為農業生產中的研究熱點。已有研究表明，生物炭含有大量的碳元素，可以明顯調節土壤的碳氮比，使土壤中有機質的存儲量增加，且生物炭具有親水吸附作用，可以吸附和暫時固定土壤中的水分和養分并緩慢釋放[5]，進而起到間接增產的作用。生物炭的增產效應還隨時間的延長表現出一定的累加效應，如玉米和大豆輪作時施加生物炭的第一年增產效果并不明顯，但在隨后的3 a內產量出現逐年遞增的趨勢[6]，這種現象也表現在水稻和高粱上[7]。施用適量生物炭均可提高冬小麥[8]、油菜[9]等作物的產量和品質，適量生物炭與肥料配施還可以增加蘿卜[10]、玉米和花生[11]的產量。

我國蘿卜栽培面積約120萬hm2[12]，栽培面積僅次于馬鈴薯和大白菜，位居第3位[13]。水果青蘿卜微甜清脆，適合生吃，口感如同水果，受到消費者的青睞。然而，目前關于生物炭在設施水果青蘿卜栽培中的應用研究未見報道。為此，筆者以水果青蘿卜品種濰縣蘿卜為試材，研究了不同生物炭用量對設施栽培水果青蘿卜產量與土壤性質的影響，以期為拱棚水果青蘿卜高產優質栽培提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2021年8月至11月在山東省濰坊市濰坊科技學院試驗基地的拱棚內進行。試驗期間設施內距離地面1.0 m處氣溫和濕度變化情況如圖1所示。前茬作物為番茄。土壤質地為壤土，含鹽量和pH值分別為0.04%和7.41。灌溉水源為當地井水。

1.2 供試材料

供試水果青蘿卜為當地主栽品種之一濰縣蘿卜，于2021年8月20日用50孔穴盤育苗后備用。供試生物炭的理化性質為：全氮1.164 g/kg，有效磷665.0 mg/kg，速效鉀508.0 mg/kg，有機質80.6 mg/kg，水解性氮20.4 mg/kg，含鹽量0.36%，pH值7.77。試驗用肥為水溶復合肥（N–P2O5–K2O=20–20–20，pH值=7）。

1.3 試驗方法

不同生物炭用量設0、0.5、1.0、2.0和4.0 kg/m2共5個處理，代號分別為C0、C1、C2、C3和C4。生物炭于前茬作物種植前均勻撒施在土壤表面，然后淺耕5 cm使生物炭與土壤充分混合。小區面積為3.6 m2，每個處理種植40株，株距15 cm，行距60 cm。按隨機區組排列，設2次重復。于9月4日移栽，移栽前松土10 cm深。采用“1帶1行”方式使用滴灌供應水肥，滴頭間距為30 cm，滴灌帶行距為60 cm。在小區內中間部分選取1個滴頭，并在其正下方20 cm處安裝1支負壓計，當負壓計低于－35 kPa時進行灌水，每次灌水10 mm，總灌水量170 mm。每周隨水施水溶復合肥1次，用量為0.33 g/棵。蘿卜于11月5日收獲。

1.4 測定指標與方法

1.4.1 生長指標調查及產量測定 每小區隨機選取5株具有代表性的水果青蘿卜并做好標記，分別在蘿卜播后第15、30、45和60天即蘿卜生長的苗期、蓮座期、肉質根膨大期和收獲期，分別測定葉面積和肉質根直徑；在肉質根膨大期和收獲期另選5株，除測定葉面積和肉質根直徑外，還測定肉質根長度、體積、產量和含水率。肉質根直徑采用游標卡尺測定；肉質根長度、葉長、葉寬采用鋼尺測定；肉質根體積采用排水法測定；收獲時按照實際收獲的肉質根重量測定產量；肉質根含水率采用烘箱烘干法測定，即先測定肉質根的鮮重M1（g）和肉質根干重M2（g），再按公式（1）計算出肉質根含水率；葉面積測定方法為：選取葉片10片，測量其葉長（L）和葉寬（D），之后用打孔器（孔徑2 r=5.5 cm）在葉片不同部位打孔，每片葉片打孔3次，注意不同葉片打孔位置盡量相同，且避開主葉脈處和枯萎的部分，將打孔器打下的圓葉片在85℃下烘干24 h并稱重得到W（g），打孔后剩余部分在85℃下烘干24 h并稱重得到W '（g），然后按公式（2）計算出比例系數k，再按公式（3）計算出葉面積。

1.4.2 品質指標測定 蘿卜收獲時每小區隨機選取5株，測定其肉質根的可溶性糖含量和可溶性固形物含量。可溶性糖含量采取蒽酮比色法測定，可溶性固形物含量用手持折光儀測定。

1.4.3 口感指標測定 口感指標包括辣度、甜度、清脆度和綜合口感，選用20人采用品嘗打分的方法進行評價，采取10分制，品質越好，評分越高。

1.4.4 土壤pH值和EC值的測定 各小區采用5點法取樣，用取土器在選好的取樣點打孔，分別取0～10和10～20 cm土層的土壤樣品，將每個小區相同土層的土樣混合均勻后備用。測定前將土壤烘干過篩，每份樣品稱取5 g，將其放入25 mL蒸餾水中，混合攪拌5 min，再用pH計和電導率儀測定pH值和EC值。

1.4.5 土壤蔗糖酶、過氧化氫酶和堿性磷酸酶的測定 用上述烘干前的土樣，采用蘇州科銘生物技術有限公司生產的試劑盒測定土壤蔗糖酶、過氧化氫酶和堿性磷酸酶。

1.5 數據統計分析

采用Excel 2019軟件和SPSS 26軟件進行數據統計分析。

2 結果與分析

2.1 不同生物炭用量對水果蘿卜葉面積的影響

由圖2可知，苗期葉面積C4處理顯著大于其他處理；蓮座期葉面積以C4處理最大，顯著大于其他處理，其次是C3和C2處理，顯著大于C1和C0處理；肉質根膨大期的葉面積仍以C4處理最大，顯著大于C3和C0處理，其次是C1、C2和C3處理，且該3個處理間沒有顯著性差異，但顯著大于C0處理；收獲期的葉面積仍是C4處理最大，其次是C3和C2處理，且該3個處理均顯著大于C0處理。可見，生物炭對葉面積的生長具有顯著促進作用。

2.2 不同生物炭用量對水果蘿卜產量構成因素和產量的影響

由圖3可知，在苗期僅C4處理的內質根直徑顯著大于其他處理；在蓮座期，內質根直徑排名前3位的依次為C4、C3和C2處理，其內質根直徑顯著大于C0和C1處理，分別較C0處理增加297%、244%和237%，且該3個處理間差異顯著；在肉質根膨大期，C4、C3、C2和C1處理的內質根直徑顯著大于C0處理，C4和C3處理的肉質根根長顯著長于C0處理，但與C2和C1處理無顯著性差異；在收獲期，C1、C2、C3和C4處理的肉質根根粗分別較C0處理增加13%、17%、24%和29%，其中C4處理與C0處理的差異達顯著水平，但各處理間的肉質根根長無顯著性差異。可見，施用生物炭有利于蘿卜增粗。

蘿卜肉質根的含水率隨著生物炭用量的增加呈現出先升后降的趨勢，以C3處理的含水率最高，但各處理間差異不顯著（見圖4）；C1～C4處理的蘿卜產量較C0處理增加25.0%～29.7%，但各處理間差異不顯著（見圖5）。

2.3 不同生物炭用量對水果蘿卜品質與口感指標的影響

由圖6可知，C1、C2、C3和C4處理水果蘿卜的可溶性糖含量分別較C0處理增加15.8%、16.7%、18.0%和19.1%，但各處理間差異不顯著；水果蘿卜的可溶性固形物含量各處理間也沒有顯著性差異。綜合口感評價結果如表1所示，甜度、清脆度、辣度和綜合口感各指標的分值整體表現出隨生物炭用量的增加呈先升后降的趨勢，以C0處理的得分值最低、C3處理的得分值最高。由此可見，施加生物炭對改善水果蘿卜的品質有一定效果。

2.4 不同生物炭用量對土壤性質的影響

土壤EC值和pH值各處理間無顯著性差異，土壤EC值均處于較低的水平，土壤pH值均呈弱堿性（見圖7）。如圖8所示，生物炭用量處理對土壤蔗糖酶、過氧化氫酶、堿性磷酸酶活性有顯著性影響，其中：土壤蔗糖酶活性隨著生物碳用量的增加呈現先增加后減少的趨勢，C1和C2處理的酶活性顯著高于其他處理，分別較C0處理高9.4%和10.0%；土壤過氧化氫酶活性隨著生物碳用量的增加也呈現先增加后減少的趨勢，C1、C2、C3和C4處理的酶活性分別較C0處理高2.8%、5.7%、5.6%和2.3%，且C2和C3處理顯著高于C0處理；土壤堿性磷酸酶活性是C2處理最高，較C0處理高21.77%，且顯著高于除C4以外的其他處理。

3 討 論

作物生長指標與產量之間關系密切。葉片作為光合作用的重要器官，葉面積大小可以直接反應出光合作用的效率，其與光合產物的形成和產量有密切關系。有研究表明，施用生物炭能夠緩解鹽脅迫對玉米幼苗生長的抑制作用[14]，對玉米[15]、早粳稻[16]、番茄[17]等作物的葉面積增長具有促進作用，有利于作物光合效率和產量的提高；生物炭對番茄的產量及構成要素沒有顯著影響，但可有效提高番茄的可溶性糖、VC含量和番茄紅素等品質指標[18]；施加生物炭對小麥和大豆的增產效果不顯著，但有利于蘿卜的增產[19]。筆者的試驗結果表明，生物炭對水果蘿卜葉面積的生長具有顯著促進作用；生物炭有利于蘿卜增粗，C1、C2、C3和C4處理收獲期的肉質根根粗分別較C0處理增加13%、17%、24%和29%，且C4處理與C0處理的差異達顯著水平；C1～C4處理的蘿卜產量較C0處理增加25.0%～29.7%；生物炭對改善水果蘿卜的品質有一定效果，口感評價得分以C0處理最低、C3處理最高。這與前人的研究結果基本一致。

土壤中酶活性與作物產量有密切聯系，其可反映出土壤質量的變化，與營養元素的釋放及腐殖質的形成有密切聯系[20]。有研究表明，在咸水灌溉條件下，施用生物炭和秸稈可有效提高土壤蔗糖酶、堿性磷酸酶及脲酶的活性[21]；隨著生物碳含量的增加，土壤過氧化氫酶、蔗糖酶、脲酶活性呈先增后降的趨勢[22]。筆者的試驗結果表明，土壤蔗糖酶和過氧化氫酶活性隨著生物碳用量的增加呈現先增加后減少的趨勢，C1和C2處理的土壤蔗糖酶活性顯著高于其他處理，分別較C0處理高9.4%和10.0%；C2和C3處理的土壤過氧化氫酶活性顯著高于C0處理，分別較C0處理高5.7%和5.6%；C2處理的土壤堿性磷酸酶活性最高，較C0處理高21.77%，且顯著高于除C4以外的其他處理。這與上述研究結果基本一致。

綜上所述，采用拱棚生產水果蘿卜時，施加生物炭≥0.5 kg/m2有一定提質增產效果，綜合考慮產量、質量、土壤性質和成本等因素，以用量為1.0 kg/m2的效果較好。

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（責任編輯：肖光輝）