生物炭肥对辣椒生长及根际土壤微生态环境的影响

李 嫚张忠良刘东平孙治强申顺善*朴凤植*

（1河南农业大学园艺学院，河南郑州 450002；2河南农业大学植物保护学院，河南郑州 450002）

随着化肥施用量不断增加，对农业生态环境造成的潜在伤害越来越大。长期施用化肥会导致土壤理化性状恶化、土壤板结、肥力下降，威胁农作物生产和农产品安全（孙建利，2010）。研究表明，长期施用大量氮肥，各种形态的氮素转化成硝酸盐被作物吸收，据统计我国每年有60万t蔬菜中硝酸盐含量超标，给人体带来潜在危害（曲均峰，2010；苏建党，2016），而且全国1/3农户长期施用化肥，造成作物品质低劣、投入增加后增产不增收，经济损失较大（高小朋 等，2011）。生物炭是农作物秸秆等生物质材料在无氧或缺氧条件下经高温裂解形成（刘玉学 等，2009；Tenenbaum，2010），含有磷、钾、钙、镁等矿质养分及一定量的氮素和有机碳，可明显改善土壤中的养分含量，提高产量（Gaskin et al.，2008；Zwieten et al.，2010）。研究表明，在沙壤土中施入生物炭，水稻产量明显提高（张伟明等，2013）；施用生物炭肥对小麦增产增收效果显著，还能增加土壤中细菌含量（刘欢欢 等，2015）；施用生态炭肥可以促进番茄和黄瓜生长发育，且生物炭肥与常规化肥配施处理优于生物炭肥单独施用（海飞 等，2016）。本试验将生物炭肥应用于辣椒栽培中，旨在通过配施生物炭肥，减少化肥施用量，提高辣椒产量和品质，改善土壤微生态，为生物炭肥在辣椒生产中的应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试辣椒品种为新金富808，由河南豫艺种业科技发展有限公司选育；供试生物炭肥为生态碳基保根肥EC-10，由农作物秸秆高温热解炭及多种植物源活性成分复配而成，由河南益禾利科农业科技有限公司提供；供试化肥为撒可富（总养分≥45%，N∶P∶K=15∶15∶15），由中国-阿拉伯化肥有限公司生产。供试培养基为TSA培养基（胰蛋白酶大豆肉汤30 g，琼脂18 g，蒸馏水1 000 mL）、高氏1号培养基（可溶性淀粉20 g，氯化钠0.5 g，硫酸镁0.5 g，硝酸钾0.5 g，磷酸氢二钾0.5 g，硫酸亚铁0.01 g，琼脂20 g，蒸馏水1 000 mL，pH为7.2～7.4）和PDA培养基（马铃薯200 g，琼脂18 g，蒸馏水1 000 mL）。试验地土壤的全氮含量为0.171 g·kg-1，全磷 38.85 g·kg-1，全钾 8.01 g·kg-1，有机质19.88 g·kg-1。

1.2 试验设计

试验于2017年1～7月在河南省郑州市毛庄绿园蔬菜基地塑料大棚进行。采用随机区组设计，设生物炭肥减施化肥处理（简称生物炭肥处理）和常规化肥处理（CK）。生物炭肥处理每667 m2施生态碳基保根肥50 kg和化肥撒可富45 kg（化肥减施10%）作底肥；常规化肥处理每667 m2施撒可富50 kg和鸡粪2 000 kg作底肥，辣椒于3月11日定植后进行常规管理，移栽后共追施3次腐殖酸水溶肥。每处理3次重复，每重复面积12.826 m2。

1.3 测定指标和方法

1.3.1 辣椒生长和生理指标测定 在辣椒现蕾期（定植后20 d）测定株高、茎粗、开展度和分枝数，在辣椒现蕾期、坐果膨大期（定植后40 d）和结果期（定植后60 d）分别测定叶片叶绿素含量和根系活力。采用分光光度法测定从上往下第5片叶片的叶绿素含量，采用氯化三苯基四氮唑（TTC）法测定根系活力（高俊凤，2006）。

1.3.2 辣椒产量和品质指标测定 在辣椒采收期，每个重复选取30株（6行·重复-1，5株·行-1），每处理3次重复，采集辣椒果实，采用称重法测定单株辣椒果实质量，直至结果完结后，计算单株产量和每667 m2产量〔22株·行-1，104行·（667 m2）-1〕。在辣椒结果前期（定植后50 d）、结果中期（定植后80 d）和结果后期（定植后110 d）分别测定辣椒VC、蛋白质和可溶性糖含量等品质相关指标。VC含量测定采用2，6-二氯酚靛酚滴定法，蛋白质含量测定采用考马斯亮蓝法，可溶性糖含量测定采用分光光度法（曹建康和姜微波，2007）。

1.3.3 辣椒根际土壤酶活性测定 在辣椒现蕾期、坐果膨大期和结果期分别测定根际土壤脲酶、磷酸酶、过氧化氢酶和蔗糖酶活性。辣椒根际土壤样品的采集方法为：拨开表层土壤，采集辣椒根际土壤，过60目筛，每处理3次重复。脲酶活性测定采用苯酚钠-次氯酸钠比色法，磷酸酶活性测定采用磷酸苯二钠比色法，过氧化氢酶活性测定采用高锰酸钾滴定法，蔗糖酶活性测定采用3，5-二硝基水杨酸比色法（关松荫，1986）。

1.3.4 辣椒根际土壤速效氮、磷、钾含量的测定

在辣椒现蕾期、坐果膨大期和结果期分别测定辣椒根际土壤速效氮、磷、钾含量。取样方法同1.3.3，每处理3次重复。速效氮含量测定采用碱解扩散法，速效磷含量测定采用碳酸氢钠法，速效钾含量测定采用醋酸铵-火焰光度计法（鲁如坤，2000）。

1.3.5 辣椒根际土壤微生物的测定 在辣椒现蕾期、坐果膨大期和结果期，采用稀释涂抹平板法分别测定辣椒根际土壤细菌、真菌和放线菌数量。取样方法同 1.3.3，每处理3次重复。称取1 g土样，倒入装有100 mL无菌水的三角瓶，充分振荡，采用梯度稀释法配制成一系列稀释液。将0.1 mL稀释液均匀涂布于含有五氯硝基苯的TSA培养基平板，在28 ℃恒温箱中培养 3 d后调查细菌数量；将0.1 mL稀释液均匀涂布于含有乳酸的PDA培养基平板，在28 ℃恒温箱中培养4～5 d后调查真菌数量；将0.1 mL稀释液均匀涂布于含有甘油的高氏1号培养基平板，在28 ℃恒温箱中培养6～7 d后调查放线菌数量。调查细菌和真菌采用新鲜土样，调查放线菌采用风干（自然晾干）的土样。

1.4 数据统计与分析

采用Microsoft Excel 2003软件处理数据和作图，用DPS软件进行数据分析，并用最小显著差数法（LSD）进行差异显著性（P＜0.05）检测。

2 结果与分析

2.1 生物炭肥对辣椒生长和生理指标的影响

施用生物炭肥能够显著促进辣椒生长。在现蕾期，辣椒株高、茎粗、开展度和分枝数分别比对照常规化肥处理显著增加了18.76%、46.13%、10.51%和75.18%（表1）。施用生物炭肥显著提高了辣椒叶片叶绿素含量和根系活力（表2），在辣椒现蕾期、坐果膨大期和结果期，生物炭肥处理的辣椒叶绿素含量分别比对照增加21.63%、13.54%和28.13%，根系活力分别比对照提高106.12%、213.79%和37.27%。

2.2 生物炭肥对辣椒产量和品质的影响

生物炭肥处理的辣椒单株产量为1.21 kg，每667 m2产量为2 776.11 kg，比对照常规化肥处理显著增产13.04%（表3）。生物炭肥处理显著增加了辣椒果实的VC、可溶性糖和蛋白质含量（结果后期可溶性糖含量除外），在结果初期、中期和后期，VC含量分别比对照增加8.09%、38.98%和16.19%，可溶性糖含量分别比对照增加5.29%、94.11%和0.63%，蛋白质含量分别比对照增加37.01%、82.33%和36.47%（表4）。

表1 配施生物炭肥对辣椒生长的影响

表2 配施生物炭肥对辣椒叶绿素含量和根系活力的影响

表3 配施生物炭肥对辣椒产量的影响

2.3 生物炭肥对辣椒根际土壤酶活性的影响

生物炭肥处理明显提高了辣椒根际土壤酶活性（图1）。在辣椒现蕾期、坐果膨大期和结果期，脲酶活性分别比对照常规化肥处理增加28.17%、39.05%和66.46%，磷酸酶活性分别比对照增加2.46%、23.38%和16.57%，过氧化氢酶活性分别比对照增加10.35%、2.32%和2.15%，蔗糖酶活性分别比对照增加28.20%、38.91%和66.39%。

表4 配施生物炭肥对辣椒果实品质的影响

图1 配施生物炭肥对辣椒根际土壤酶活性的影响

2.4 生物炭肥对辣椒根际土壤速效氮、磷、钾含量的影响

生物炭肥处理能够明显增加辣椒根际土壤速效氮、磷、钾含量（图2）。在现蕾期、坐果膨大期和结果期，土壤速效氮含量分别比对照常规化肥处理提高25.63%、11.32%和36.18%，速效磷含量分别比对照提高17.89%、8.00%和30.33%，速效钾含量分别比对照提高2.98%、3.09%和53.95%。

2.5 生物炭肥对辣椒根际土壤微生物的影响

生物炭肥处理能够显著增加辣椒根际土壤细菌和放线菌的数量，显著降低土壤真菌数量（表5）。在现蕾期、坐果膨大期和结果期，细菌数量分别比对照常规化肥处理增加8.49%、12.60%、25.58%，放线菌数量分别比对照增加20.21%、32.87%和40.22%，真菌数量分别比对照减少10.62%、50.00%和19.82%。

图2 配施生物炭肥对辣椒根际土壤速效氮、磷、钾含量的影响

表5 配施生物炭肥对辣椒根际土壤微生物的影响

3 结论与讨论

生物炭作为一种新型土壤改良剂，结构稳定、孔隙丰富、比表面积大，且对重金属与有机污染具有吸附作用，是土壤微生物良好的栖息环境（谢祖彬 等，2011）。生物炭施入土壤后可以改良土壤、增加固氮作用，还可吸附和负载肥料养分，延缓肥料在土壤中的养分释放和降低淋洗损失（Day et al.，2004）。由于生物炭的直接和间接作用，配施生物炭的同时降低化肥施用量，可以增加土壤速效养分，提高产量和品质（Steiner et al.，2007）。研究表明，施入麦秸生物炭对辣椒植株有明显的促生作用（王光飞 等，2015）；在无土栽培条件下，将生物炭与石岩混合施用，可以提高辣椒和番茄的生物量，增加果实产量（Glaser et al.，2002）；单独施用生物炭或生物炭和沼液混合施用均可提高果园土壤速效养分含量，提高果实产量和品质（张玲 等，2015）。本试验结果表明，在化肥减量10%的条件下，配施生物炭肥可以促进辣椒生长，提高辣椒产量和品质。说明配施生物炭肥减少化肥施用量是可行的。

植物根际土壤酶活性、土壤微生物、土壤理化性质与寄主植物生长有密切关系。土壤微生物与植物的相互作用是调节植物生长发育的主要因子之一。同时，土壤微生物和土壤酶活性也密切相关。研究表明，生物炭对土壤微生物的影响首先表现在增加微生物的生物量以及增强微生物的活性，特别是增加土壤细菌的丰富性和多样性（Kim et al.，2007；Liang et al.，2010）；施入生物炭除了能够增加土壤中微生物的数量外，也可提高土壤中的蔗糖酶、过氧化氢酶和脲酶等活性（周震峰 等，2015）。本试验中，配施生物炭肥能够显著增加辣椒根际土壤细菌和放线菌数量，提高辣椒根际土壤脲酶、磷酸酶、过氧化氢酶和蔗糖酶活性。研究表明，脲酶与土壤有机质、全氮、速效氮、速效磷含量呈显著正相关（赵林森和王九龄，1995），脲酶和磷酸酶与土壤微生物量、速效氮、磷、钾含量呈正相关（李东坡 等，2004），土壤中的细菌、放线菌数量与土壤养分含量及作物产量呈显著正相关，而真菌数量与养分含量之间相关性不显著（王超等，2005）。本试验中，配施生物炭肥能够提高辣椒根际土壤酶活性、增加土壤速效养分、增加细菌和放线菌数量，其具体的相关性有待于进一步探讨。