生物炭對(duì)芹菜幼苗生長及基質(zhì)理化性狀的影響

呂海龍，魏鏞頻，郭子軍，謝淑琴，張 旦，曹力強(qiáng)，吳 丹，王姣敏

（定西市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，甘肅 定西 743000）

芹菜（Apium graveolens） 是一種高營養(yǎng)價(jià)值的蔬菜，富含蛋白質(zhì)和膳食纖維等營養(yǎng)物質(zhì)，具有平肝清熱、祛風(fēng)利濕等功效，一直以來深受人們的喜愛[1]。由于市場化規(guī)模化不斷擴(kuò)大，近年來為了追求高效的經(jīng)濟(jì)效益，連茬栽培較為普遍。在化肥的施用中盲目追求高產(chǎn)而過量施用氮肥的現(xiàn)象日趨嚴(yán)峻，導(dǎo)致土壤理化性狀發(fā)生改變、養(yǎng)分失調(diào)等問題，化肥過量和不合理的施用導(dǎo)致肥料利用率低下，土壤鹽漬化加重，嚴(yán)重制約了當(dāng)?shù)厥卟水a(chǎn)業(yè)的發(fā)展。研究表明，生物炭施入農(nóng)田土壤后可以促進(jìn)蔬菜幼苗生長發(fā)育，增加作物產(chǎn)量，利用特定的炭化技術(shù)，由生物質(zhì)在缺氧條件下不完全燃燒所產(chǎn)生的富碳產(chǎn)物。在土壤改良方面具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值，主要包括改善土壤結(jié)構(gòu)和水分利用效率、提高土壤肥力、調(diào)節(jié)土壤酸堿度、為土壤提供生物質(zhì)基質(zhì)、為微生物生長提供條件等，對(duì)促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展都有重要作用[2]。

玉米秸稈生物炭是以玉米秸稈為原材料，通過特定的有氧或無氧條件高溫分解而成的黑色且富含碳的多孔固體材料，具有吸附、保水、改善土壤結(jié)構(gòu)、提高土壤肥力等多種優(yōu)勢，能夠促進(jìn)微生物生長，從而促進(jìn)土壤養(yǎng)分循環(huán)和生態(tài)系統(tǒng)健康，在蔬菜育苗方面具有廣闊的應(yīng)用前景和潛力[3-4]。本試驗(yàn)在芹菜育苗基質(zhì)中添加以玉米秸稈制成的生物炭，研究其對(duì)芹菜幼苗生長和對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響，探討玉米秸稈炭化應(yīng)用可行性并確定較優(yōu)添加量，以期為有效解決玉米秸稈資源化利用問題和當(dāng)?shù)厥卟水a(chǎn)業(yè)綠色化發(fā)展提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試芹菜品種為‘精選加州王’。

供試基質(zhì)為玉米秸稈生物炭、草炭、珍珠巖，購自河南立澤環(huán)保有限公司。

1.2 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于甘肅省中部偏南（104°12′48″～105°01′06″E，35°17′54″～36°02′40″N）。平均海拔1 898.7 m，屬溫帶大陸性氣候，光照充足，干旱多風(fēng)，降雨稀少，是重要的旱作農(nóng)業(yè)區(qū)之一。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)在定西市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院設(shè)施農(nóng)業(yè)研究所智能溫室進(jìn)行，芹菜于2022 年3 月9 日開始育苗，播種前先催芽，種子浸種4～6 h 后，洗凈撈出，用紗布包好，置于21 ℃恒溫箱中催芽，保持空氣流通，待大部分種子露白后即可播種。選擇飽滿、發(fā)芽均勻一致的種子點(diǎn)播于穴盤中，播種后在上層覆一層薄土。

本試驗(yàn)的三種混合基質(zhì)各成分用量均按體積比計(jì)算，共設(shè)5 個(gè)處理（T1、T2、T3、T4、T5），每個(gè)處理重復(fù)3次，具體如表1 所示。將各處理所用的基質(zhì)按比例混勻后裝入穴盤中，其余管理按照常規(guī)方法進(jìn)行。

表1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)Table 1 Experimental design

1.4 測定方法

1.4.1 植株生長指標(biāo)及測定方法

芹菜培養(yǎng)至4 片真葉展開后進(jìn)行生長指標(biāo)及生物量的測定。在試驗(yàn)過程中，芹菜幼苗長至四葉一心時(shí)，每個(gè)處理分別選取5 株長勢一致的幼苗用直尺測定植株株高（根莖連接處到幼苗生長點(diǎn)的距離），用游標(biāo)卡尺測量幼苗植株相同位置的葉柄粗（葉柄直徑）。SPAD（葉綠素）測定部位為最頂端一片完全展開功能葉，取平均值。

生物量的測定：將芹菜植株完整連根挖出，并將全株清洗干凈后擦干植株表面水分。然后將地上部分與地下部分剪開，分別稱量其鮮質(zhì)量。隨后將地上部與地下部放入烘箱在105 ℃殺青10 min，80 ℃烘干至恒質(zhì)量，再次稱量地上部分和地下部分的質(zhì)量。并按照公式（1）計(jì)算壯苗指數(shù)。

1.4.2 基質(zhì)理化性狀測定指標(biāo)及方法

于芹菜四葉一心時(shí)測定各處理基質(zhì)的理化性狀。基質(zhì)含水量采用105 ℃烘干稱質(zhì)量法測定，具體計(jì)算方法見公式（2）；容重采用環(huán)刀法測定；孔隙度測定采取待測基質(zhì)及容器埋入水下浸泡法，飽和水浸泡時(shí)間24 h，容器倒置8 h 瀝干水分，按照公式（3）計(jì)算總孔隙度。基質(zhì)pH 和電導(dǎo)率采用水∶基質(zhì)= 2.5∶1 浸提，用便攜式pH計(jì)和電導(dǎo)率儀測定，用重鉻酸鉀法測定土壤有機(jī)質(zhì)含量[5]。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

采用SPSS 22 中的多重比較對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同配比基質(zhì)理化性質(zhì)的比較

研究表明[6-7]，基質(zhì)的理化性狀為基質(zhì)容重0.1～0.8 g/cm3，總孔隙度54%～96%，基質(zhì)水氣比2～4，pH 值6～8，電導(dǎo)率小于2.6 mS/cm。從表2 可以看出，不同配比的基質(zhì)各理化指標(biāo)均有差異。T4 處理的基質(zhì)pH 值為7.9，顯著低于其他處理，且在理想范圍內(nèi)，其他處理的pH 值在8～9 之間；EC 值T3 處理的最小，為1.35 mS/cm，顯著低于其他處理，T1 處理最大，為2.51 mS/cm；各處理間基質(zhì)的含水量和容重?zé)o顯著差異；T4 處理的總孔隙度為86.93%，除T1 處理外T4 處理的總孔隙度顯著高于其他處理；T3 處理的通氣孔隙度最小，為14.54%，較其他處理相比差異顯著；T1 和T4 處理的持水孔隙度分別為67.99%、65.96%，顯著高于其他處理，其余處理間無顯著差異；T3 處理的水氣比為4.02，顯著高于其他處理，其他處理均在2～4 之間。

表2 不同處理基質(zhì)理化性狀Table 2 Physicochemical properties of substrates for different treatment

2.2 不同配比基質(zhì)對(duì)芹菜幼苗生長發(fā)育的影響

由表3 可知，不同配比基質(zhì)對(duì)芹菜株高的影響有顯著差異。

表3 不同處理對(duì)芹菜生長的影響Table 3 Effect of different treatments on celery growth

其中T3 處理的株高為15.63 cm，與T1 處理相比增加了12.2%，顯著高于其它處理；從莖粗來看，T3 處理顯著高于其他處理，為6.27 mm，較T1 增加了13.0%；各處理間的葉綠素含量無顯著差異，SPAD 值在4.56～4.72之間；T3 處理的單株鮮質(zhì)量為5.13 g，其次是T4 處理，為4.46 g，且添加玉米生物炭的處理顯著高于其它處理；干質(zhì)量方面T3 處理為0.3 g，與其他處理相比差異顯著；各處理的壯苗指數(shù)以T3 最好，為0.35，顯著高于其他處理，與T1 相比增加了84.2%。

3 結(jié)論

玉米秸稈材料成本低廉，來源廣泛，按照不同配比混配后的基質(zhì)理化性質(zhì)不同。針對(duì)不同處理的芹菜植株性狀、產(chǎn)量的分析表明，T3 處理的芹菜株高、莖粗、單株干質(zhì)量、壯苗指數(shù)等顯著高于T1 和其他處理。T3 的單株鮮質(zhì)量最大，其次是T4 處理。植物葉片中葉綠素含量的多少直接關(guān)系著植物的生長和發(fā)育[8-9]，隨著幼苗生長，各處理的SPAD 值并未見顯著差異。總孔隙度是指基質(zhì)中通氣孔隙與持水孔隙的總和，以孔隙體積占基質(zhì)總體積的百分?jǐn)?shù)來表示，其大小反映了基質(zhì)的孔隙狀況[10-12]。總孔隙度大，說明基質(zhì)較輕、疏松，容納空氣和水的量大，有利于根系生長[13-15]。但植物易漂浮，穩(wěn)定效果較差，易倒伏[16-17]；總孔隙度小，則基質(zhì)較重、堅(jiān)實(shí)，水分和空氣的容納量小，不利于根系伸展，但穩(wěn)定效果好[11-12]。這說明基質(zhì)的總孔隙度過大或過小都不利于植物的正常生長發(fā)育[18-20]。生產(chǎn)上常將顆粒大小不同的基質(zhì)混合使用，以改善基質(zhì)的物理性能[21-23]。基質(zhì)的總孔隙度在40%～75%時(shí)適合多數(shù)作物栽培[15-16]。本試驗(yàn)中，T3 處理（玉米秸稈、草炭和珍珠巖體積比為8∶82∶10）的總孔隙度為73.05%，在參考值以內(nèi)[21]。T3 處理水氣比較其他處理略高，這表明該配方替代玉米秸稈、草炭和珍珠巖體積比為0∶90∶10 的對(duì)照（T1）配方是完全可行的。以玉米秸稈、草炭和珍珠巖體積比為8∶82∶10 的配方基質(zhì)栽培芹菜，可以節(jié)約資源資源，降低基質(zhì)的成本，有效提高芹菜產(chǎn)量。