黄壤旱地施用生物质炭对白菜养分吸收及品质的影响

刘元生 陈祖拥 蒲通达 朱健

摘 要：通过盆栽试验及大田试验对黄壤旱地施用不同比例的生物质炭，探讨施用生物质炭对白菜养分吸收及品质的影响。结果表明：黄泥土、黄砂土施用5%～15%生物质炭能明显的提高白菜产量，白菜植株中N、P、K含量出现不同程度的增加，其增幅的大小顺序为P>K>N;而且白菜植株中Fe、Mn、Cu、Zn、B含量也出现不同程度的提高，白菜产量与植株Fe、Mn、Cu、Zn含量存在极显著的正相关。黄泥土、黄砂土施5%～15%生物质炭后白菜植株中可溶性固形物、水溶性总糖含量出现不同程度的提高，而维生素C、硝酸盐含量出现不同程度的下降;可溶性固形物、水溶性总糖、维生素C含量与Fe、Mn、Cu、Zn含量存在显著性负相关，硝酸盐含量则与N、K含量存在极显著的负相关。黄壤旱地施用生物质炭能明显促进白菜对养分的吸收，有利于提高白菜水溶性总糖的含量以及降低硝酸盐的含量。

关键词：黄壤;生物质炭;白菜;养分吸收;品质

中图分类号：S15

文献标识码：A

文章编号：1008-0457（2019）03-0033-05 国际DOI编码：10.15958/j.cnki.sdnyswxb.2019.03.007

Abstract：The pot experiment and field experiment were carried out to explore the effects of different proportions of biochar on the growth，nutrient uptake and quality of Chinese cabbage. The results showed that the application of 5%～15% biochar in yellow soil and yellow sand soil could significantly increase the yield of Chinese cabbage. The contents of N，P and K in Chinese cabbage plants increased with the increasing biochar in soil，and the growth rate of contents was P>K>N. In addition，the contents of Fe，Mn，Cu，Zn and B in Chinese cabbage plants increased to same extent after treated with biochar. There was a significant positive correlation between the yield of Chinese cabbage and the contents of Fe，Mn，Cu and Zn. The content of soluble solids and soluble sugar in cabbage plants increased significantly after applying 5%～15% biochar to yellow soil and yellow sand soil，while the content of vitamin C and nitrate decreased significantly. The contents of soluble solids，soluble sugar and vitamin C in Chinese cabbage plants were significantly negatively correlated with the contents of Fe，Mn，Cu and Zn，and there was a significant negative correlation between nitrate content and N and K contents. The application of biomass charcoal in the dryland of yellow soil can significantly promote the absorption of nutrients in Chinese cabbage，and also increases the content of soluble sugar and reduce the content of nitrate.

Key words：yellow soil; biochar; Chinese cabbage; nutrient absorption; quality

白菜是中国南方常年种植的主要蔬菜之一，白菜产量及品质与土壤养分含量水平及施肥技术密切相关，土壤中保持适宜的养分数量及其合理比例有利于提高蔬菜的品质。生物质炭含大量的稳定芳香族结构化合物及丰富的P、K、Ca、Mg等矿物元素，生物质炭作为土壤调理剂已广泛应用于不同区域的土壤改良[1-6]。生物质炭不仅可以提高土壤孔隙度和比表面积，调节土壤通透性，提高土壤保水能力，而且可以增加土壤生物有效性养分的数量，促进作物生长及改善作物品质[7-10]。施用生物质炭果蔬增产效应显著，而生物质炭类型及施用量是影响设施土壤肥力与果蔬产量的关键因素[1]。此外，生物质炭可作为微生物肥料接种菌的载体，增加接种菌在土壤中存活率及对植物的侵染，有利于促进植物根际微生物多样性及土壤酶活性，提高西芹产量[4]。然而，生物质炭施用的土壤改良及增产效果受气候条件、土壤类型及作物种类等的影响明显，如何提高生物质炭在农业生产中的应用效果及生态效益是当前需要解决的主要问题之一。近年来，在生物质炭对蔬菜地土壤理化性质以及不同蔬菜品種的产量和品质影响方面进行了较多的研究，施用生物质炭能显著提高小白菜的产量，同时可降低小白菜中的硝酸盐含量[5]，以及显著提高小白菜可溶性蛋白质和维生素C含量 [7]。目前对生物质炭施用影响作物养分吸收方面主要集中在N、P、K大量元素[10-16]，而对作物微量元素吸收的研究相对较少。因此，本研究以贵州中部黄壤类旱作土为对象，探讨生物质炭施用对白菜植株中N、P、K及微量元素吸收量的影响及其品质的变化，为黄壤区土壤有机培肥及蔬菜产业的可持续发展提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

盆栽试验土壤采自贵阳市花溪区黔陶乡马场村蔬菜生产基地由砂岩发育的黄砂土（pH 5.0、有机质15.10 g/kg、碱解氮12 mg/kg、有效磷0.9mg/kg、速效钾22 mg/kg）及页岩发育的黄泥土（pH6.8、有机质30.41 g/kg、碱解氮93 mg/kg、有效磷2.4 mg/kg、速效钾92 mg/kg），取表层土壤（0～20 cm）均匀混合过5 mm筛备用。试验用的生物质炭以马尾松锯末添加猪粪为原材料，使用小型炭化炉炭化而得。复合肥为市场购买产品，白菜种植品种为晋菜3号。

1.2 盆栽试验

盆栽试验于2017年4月中旬至6月下旬在贵州大学实验农场进行。采用土壤（黄泥土、黄砂土）+复合肥（养分≥45%，N-P2O5-K2O 15-15-15）+生物质炭（不同比例组合）进行试验设计，试验设4个处理，每盆分别将不同比例的生物质炭量（按0、50、100、150 g/kg土）、10 g复合肥与5 kg土壤混合均匀后装入塑料钵中，每个处理重复2次。选择生长较一致的白菜幼苗移栽，每盆移植2株，试验过程中时常浇水，保持白菜良好生长，待白菜种植30天后，每盆取1株测定株高及地上部生物量;到移栽60天收获另外一株白菜地上部称取产量，并采集植株样品，部分样品70℃烘干后磨样备用。

1.3 大田试验

大田试验于2017年4月下旬至7月上旬在黔陶乡马场村蔬菜基地进行，土壤为黄砂土（pH 6.4、有机质32.56 g/kg、碱解氮118 mg/kg、有效磷10.0 mg/kg、速效钾136 mg/kg）。大田试验设4个处理，随机组合排列，每处理重复2次，试验小区（8 m2）按0%、5%、10%、15%生物质炭量均匀混合施在表层土壤（0～10 cm）中，每平方米表土（0～10 cm）按120 kg计算。待白菜移栽30天后，每小区取5株测定株高及地上部生物量;到移栽60天每小区取5株称取产量，并采集植株样品，部分样品70℃烘干后磨样备用。

1.4 样品测定方法

利用烘干后白菜样品测定植株中N、P、K、Fe、Mn、Cu、Zn、B等含量，新鲜样品测定植株中可溶性固形物、水溶性总糖、维生素C、硝酸盐的含量。白菜样品采用H2SO4-H2O2消煮后，利用开氏定氮法测定全氮，钒钼黄比色法测定全磷，火焰光度计法测定全钾。此外，白菜样品采用干灰化法灰化后，利用原子吸收分光光度法（AAS法）测定铁、锰、铜、锌的含量，利用姜黄素法测定硼的含量。白菜植株中可溶性固形物采用折射仪法测定、水溶性总糖采用蒽酮法测定、维生素C采用2，6-二氯酚靛酚法测定、硝酸盐采用酚二磺酸比色法测定[13]。

2 结果与分析

2.1 生物质炭施用对白菜生长及产量的影响

从白菜移栽30天后测定的株高及地上部生物量来看（表1），盆栽条件下黄泥土、黄砂土施用5%～15%的生物质炭后，白菜株高比对照处理（未施用炭）分别增加16.48%～81.32%、8.75%～43.75%，白菜地上生物量则分别比对照提高16.97%～95.02%、14.07%～55.79%;到移栽60天后，白菜产量则分别比对照增加11.66%～64.80%、21.68%～53.17%;黄泥土、黄砂土施用生物质炭有利于促进白菜植株生长。

2.2 生物质炭施用对白菜养分吸收的影响

从表2中看出，生物质炭施用量在5%～15%时，白菜植株对不同营养元素的吸收量也发生明显的变化。盆栽条件下黄泥土、黄砂土施炭后白菜植株氮含量分别比对照增加21.85%～64.24%、26.92%～30.77%，植株磷含量分别比对照提高26.19%～90.48%、47.62%～76.19%，而植株钾含量则分别增加3.39%～67.80%、16.04%～79.25%。从大田试验来看，黄砂土施炭后白菜植株氮、磷、钾含量分别比对照高出6.59%～33.52%、52.78%～72.22%、7.50%～63.33%。可见，黄泥土、黄砂土施炭后白菜植株中N、P、K含量出现不同程度的增加，其增幅的大小顺序为P>K>N。

从表2也看出，白菜对不同种类微量元素的吸收量出现较大差异，其含量大小顺序为Fe、Mn>Zn>Cu>B，这些微量元素随土壤施炭量的增加而出现不同程度的提高。在盆栽条件下黄泥土、黄砂土施用5%～15%的生物质炭后，白菜植株Fe含量分别比对照高出17.19%～63.37%、41.68%～57.45%，植株Mn含量则分别提高 19.57%～86.12%、16.77%～

2.3 生物质炭施用对白菜品质的影响

由表3看出，黄泥土、黄砂土施用5%～15%生物质炭下，盆栽种植60天后白菜植株的可溶性固形物、水溶性总糖、维生素C、硝酸盐含量均出现明显的变化。其中，白菜植株中可溶性固形物含量分别比对照提高3.79%～18.24%、9.84%～57.60%，而水溶性总糖含量则分别提高7.68%～31.11%、2.76%～19.52%;但白菜植株中维生素C含量分别下降9.75%～21.33%、7.14%～32.86%，硝酸盐含量也降低4.24%～30.82%、12.71%～29.16%。

从大田试验来看，黄砂土施炭后白菜植株中可溶性固形物、水溶性总糖含量分别比对照提高7.77%～14.49%、53.20%～76.85%，而白菜植株中维生素C、硝酸盐含量则分别降低39.07%～48.37%、3.47%～32.23%。因此，黄泥土、黄砂土施用生物质炭后，白菜植株中可溶性固形物、水溶性总糖含量出现不同程度的提高，而维生素C、硝酸盐含量出现不同程度的下降。

从白菜产量及品质指标与植株养分指标的相关系数来看（表4），白菜产量与植株N、P、K、B含量存在一定程度的正相关，但与Fe、Mn、Cu、Zn含量存在极显著的正相关。从白菜的品质指标来看，白菜植株中可溶性固形物含量与Cu、Zn含量存在极显著性负相关，与Fe、Mn含量有显著的负相关关系;而植株水溶性总糖含量与Fe、Cu含量存在极显著性负相关，与Mn、Zn含量存在顯著的负相关关系。此外，白菜植株中维生素C含量与Fe、Mn、Cu、Zn含量存在极显著性负相关，但植株硝酸盐含量与N、K含量有极显著的负相关关系。可见，白菜产量及品质变化与植株微量元素吸收量存在明显的关联性，施用生物质炭有助于提高白菜对主要养分元素及微量元素的吸收，特别是提高植株对Fe、Mn、Cu、Zn的吸收有利于增加白菜产量以及白菜可溶性固形物、水溶性总糖的含量，但也造成植株维生素C含量出现一定程度的下降。因此，确定不同类型土壤及蔬菜品种的合理施炭量及其增产效应还需要进行深入的研究。

3 结论与讨论

黄泥土、黄砂土施用5%～15%生物质炭有利于促进白菜植株生长，能明显的提高白菜产量，其增产效果与土壤性质及施炭量密切相关。黄泥土、黄砂土施炭后白菜植株中N、P、K含量出现不同程度的增加，其增幅的大小顺序为P>K>N。此外，黄泥土、黄砂土施炭后白菜植株中Fe、Mn、Cu、Zn、B含量也出现不同程度的提高。白菜产量变化与植株养分吸收量存在明显的关联性，白菜产量与植株N、P、K、B含量存在一定程度的正相关，但与Fe、Mn、Cu、Zn含量存在极显著的正相关关系。张登晓等[5]研究温室盆栽中施用生物质炭能显著提高小白菜的产量，同时可降低小白菜中硝酸盐含量;孙雪等[7]盆栽试验下施用猪粪生物质炭较相应量猪粪厩肥处理的小白菜产量出现明显的提高，随着猪粪炭施用量的增加，小白菜氮、磷、钾吸收量均表现出增加，施用猪粪生物质炭显著提高小白菜可溶性蛋白质和维C含量，而硝酸盐含量显著降低。因此，施用适量的生物质炭有助于提高白菜对N、P、K及Fe、Mn、Cu、Zn等元素的吸收，从而提高白菜的产量。

黄泥土、黄砂土施用5%～15%生物质炭后，白菜植株中可溶性固形物、水溶性总糖含量出现不同程度的提高，而维生素C、硝酸盐含量出现不同程度的下降。白菜植株中可溶性固形物含量与Cu、Zn含量存在极显著性负相关，与Fe、Mn含量有显著的负相关关系;而植株水溶性总糖含量与Fe、Cu含量存在极显著性负相关，与Mn、Zn含量也有显著的负相关关系。此外，白菜植株中维生素C含量与Fe、Mn、Cu、Zn含量存在极显著性负相关，但植株硝酸盐含量与N、K含量存在极显著的负相关，白菜品质变化与植株养分吸收量也存在显著的关联性。刘晓雨等[2]田间试验下添加不同生物质炭组分能显著降低收获期小白菜地上部硝酸盐含量，添加水洗生物质炭提高了高肥力土壤中小白菜地上部维生素C含量，小白菜地上部硝酸盐含量与钾含量呈极显著负相关关系;贾茹等[15]研究有机肥与无机肥料配施能提高白菜产量和对养分吸收的能力，有利于促进白菜对氮、磷、钾和钙的吸收，收获期白菜体内钙含量与产量线性相关。本研究也表明，施用生物质炭有助于提高白菜对主要养分元素及微量元素的吸收，特别是提高植株对Fe、Mn、Cu、Zn的吸收有利于增加白菜产量，以及白菜可溶性固形物、水溶性总糖的含量，但也造成植株维生素C含量出现一定程度的下降。因此，施用生物质炭时不仅要配施一定比例的氮、磷、钾肥，还要补充施用适量的微量元素，才能更有利于白菜对营养元素的平衡吸收，实现白菜优质高产的栽培，这方面还值得进一步研究。

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