生物炭对番茄幼苗生长及养分吸收的影响

夏亚真田利英李胜利*毕明明

（1河南农业大学园艺学院，河南郑州 450002；2平顶山市种子技术推广站，河南平顶山 467000）

培育健壮的秧苗是蔬菜生产的重要环节，秧苗的质量直接关系到蔬菜的品质和产量（张轶婷 等，2011；郝金魁 等，2012）。随着工厂化育苗的不断发展，育苗基质的市场需求量迅速增加。草炭是国内外公认的良好育苗基质，但草炭是一种不可再生资源，过量开采会破坏生态环境，加剧全球的温室效应（Ostos et al.，2008；冯海萍 等，2017；浩折霞 等，2017）。因此，近年来有利于农业固体有机废弃物改良的育苗基质成为研究热点。

生物炭是将大量的农业固体有机废弃物在缺氧和相对“较低”的温度（＜700 ℃）条件下裂解形成的固态物质（何绪生 等，2011；韦思业，2017）。生物炭自身富含有机炭和一定量的矿物质养分，具有微孔结构和官能团以及较大的比表面积和孔隙度，不仅可以吸持有机质吸持的养分，还可以吸持土壤中有机质不能吸持的养分（苏倩 等，2014），提高土壤吸附和保持水分的能力（Glaser et al.，2002），增强土壤水分渗透性（Lehmann et al.，2003），减少土壤养分淋溶，提高养分利用率，改善微生物环境（Nguyen & Lehmann，2009；刘卉等，2016）等。研究发现，在水稻育苗基质中添加生物炭可以改善基质水分存留时间和养分淋失速率，促进水稻根系代谢速率，使秧苗更健壮（高继平 等，2014）。将枳砧幼苗移植到添加生物炭的基质中，对枳砧株高有一定的促进作用，能有效提高基质的持水量、pH值、矿质元素含量，降低基质的容重，增加非毛管孔隙度（谢玉明 等，2017）。与不施生物炭处理相比，施用生物炭可明显提高烤烟的株高、有效叶数、最大叶面积及干物质量，改善烟叶品质（高明博 等，2016）。

河南是粮食生产大省，农作物秸秆资源丰富，蔬菜育苗生产中需要大量的基质。在蔬菜育苗基质中添加生物炭，不仅可以提高基质吸附和保持水分的能力，降低养分淋溶，还可以解决育苗基质资源不足的难题，废物利用、变废为宝，实现资源的再利用。本试验以小麦秸秆和花生壳为原料，按1V∶1V混合后经高温炭化形成炭粉，研究不同比例生物炭替代草炭对番茄幼苗生长及养分吸收利用的影响，以期为生物炭在蔬菜育苗中的合理利用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试番茄品种豫艺金星由河南豫艺种业公司提供。试验用基质（40%草炭，30%花生壳，10%珍珠岩，20%蛭石）由河南省洛阳市展翼农业科技有限公司提供；生物炭（小麦秸秆和花生壳1V∶1V混合物经高温炭化形成的炭粉）购于商丘市三利新能源有限公司。

1.2 试验设计

试验于2015年3～9月在河南农业大学毛庄科教园区日光温室（34°16′N，112°42′E）和蔬菜栽培试验室内进行。共设3个处理，在基质中添加不同体积比的生物炭混合基质，T1，添加10%生物炭，基质中草炭含量为36%；T2，添加20%生物炭，基质中草炭含量为32%；T3，添加30%生物炭，基质中草炭含量为28%；以不添加生物炭的基质为对照（CK），基质中草炭含量为40%。

番茄种子经浸种消毒催芽后，播于72孔黑色穴盘（54 cm×28 cm）中，每处理6盘，3次重复，采用随机区组排列，所有处理在育苗过程中只浇灌清水，其他管理措施均按照常规的工厂化育苗进行。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 育苗基质理化性质的测定 基质容重、总孔隙度的测定采用郭世荣（2003）的方法；pH值、EC值的测定：将风干基质与蒸馏水按 1V∶5V混合均匀，振荡2 h，pH值采用上海仪电科学仪器股份有限公司生产的PHB-4便携式 pH计测定，电导率（EC）采用上海仪电科学仪器股份有限公司生产的DB-303A型电导率仪测定。

1.3.2 形态指标的测定 幼苗四叶一心时，每处理随机取10株测定株高、茎粗、幼苗地上部干质量和地下部干质量。株高采用直尺测量，茎粗采用游标卡尺测量，幼苗干质量采用烘干质量法测定，壮苗指数和根冠比参照张振贤等 （1993） 的方法计算。

1.3.3 生理指标的测定 番茄幼苗四叶一心时，每处理随机取15株，将根系清洗干净，采用TTC染色法测定根系活力；取番茄幼苗的第3片真叶，采用80%丙酮浸提法测定叶绿素含量（王学奎，2006）；植株干样采用H2SO4-H2O2消煮法消煮，全氮含量测定采用靛酚蓝比色法，全磷含量测定采用钒钼铜比色法，全钾含量测定采用火焰光度计法（鲍士旦，2000）。

1.4 数据处理

采用SPSS 19.0软件和Excel 2003软件对试验数据进行统计分析，并运用LSD检验法对显著性差异（P＜0.05）进行多重比较，利用Microsoft Excel 2003软件绘图。

2 结果与分析

2.1 添加生物炭对育苗基质理化性质的影响

由表1可以看出，除基质容重随着生物炭添加量的升高而降低外，基质的总孔隙度、pH值和EC值均随生物炭添加量的升高而升高。当育苗基质的总孔隙度为54%～96%，pH在5.5～6.5 之间，EC值不高于2.5 mS·cm-1时番茄幼苗能够正常生长（宋志刚，2013），因此在基质中添加10%～30%的生物炭均符合番茄幼苗生长要求。

表1 添加生物炭对基质基本理化性质的影响

2.2 添加生物炭对番茄幼苗生长和叶绿素含量的影响

由表2可以看出，在基质中添加生物炭对番茄幼苗的形态指标有较大影响，番茄幼苗的株高随着生物炭添加量的增加而降低，所有处理的株高均显著低于对照。适宜的生物炭添加量有利于番茄幼苗干物质的积累与壮苗指数的提高，T2处理（添加20%的生物炭）的茎粗和地下部干质量为3.94 mm和29.12 mg·株-1，比对照分别显著提高了24.29%和35.88%，反映幼苗综合素质的壮苗指数和根冠比分别达到了9.87和0.218 6，显著高于对照和其他处理。

随着生物炭含量的提高，番茄幼苗根系活力呈现先上升后下降的趋势，T2处理的根系活力最高，达到 301.20 mg ·g-1· h-1，显著高于对照（表 2）。番茄幼苗叶片的叶绿素含量则随着生物炭含量的增加呈上升趋势，T3和T2处理的叶绿素含量分别比对照显著提高了75.22%和54.87%（表2）。

表2 添加生物炭对番茄幼苗生长和叶绿素含量的影响

2.3 添加生物炭对番茄幼苗氮、磷、钾养分吸收的影响

由表3可以看出，随着基质中生物炭添加量的升高，番茄幼苗的氮、磷、钾含量和积累量整体呈现先升后降的趋势。基质中添加生物炭处理的番茄幼苗氮含量和氮积累量均显著高于对照，其中T2处理的氮含量和氮积累量最高，分别达到3.02 mg·g-1和1.19 mg·株-1；基质中添加生物炭处理的番茄幼苗磷含量均显著高于对照，T2处理的磷积累量显著高于对照，磷含量和磷积累量分别达到0.697 mg·g-1和0.275 mg·株-1，分别比对照显著增加了64.79%和57.27%；T1和T2处理番茄幼苗的钾含量和钾积累量均显著高于T3处理和对照，其中T2处理的钾含量和钾积累量最高。

表3 添加生物炭对番茄幼苗氮、磷、钾养分吸收的影响

3 结论与讨论

育苗基质的理化性质及养分特征与幼苗生长密切相关，在育苗基质中适量添加生物炭，有助于提升基质通气性，提高基质的养分含量（徐奕 等，2016）。在本试验中，尤以添加20%生物炭（T2处理）的番茄幼苗长势最好。与常规育苗基质相比，添加20%生物炭有助于提高基质通气性，显著提高番茄幼苗的茎粗、壮苗指数、根冠比、根系活力，增幅分别为24.29%、62.87%、31.29%和26.86%，有利于培育壮苗。因此，将生物炭用于育苗基质的组配是可行的，既有利于培育壮苗，又有助于促进农业废弃物资源化利用。

光合速率与叶片中的叶绿素含量成正比。在本试验中，生物炭添加有利于番茄幼苗叶片叶绿素的积累，这与赵倩雯等（2015）的研究结果一致，但从番茄幼苗的氮、磷、钾含量和积累量变化来看，番茄幼苗的氮、磷、钾含量和积累随生物炭添加量的升高呈现先升高后降低的趋势。生物炭对番茄幼苗促进作用的差异可能还要从生物炭本身养分持留能力、有益微生物繁殖、提升酶活性和养分利用率等途径进行研究（廖娜，2016）。

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