生物质炭与黄磷炉渣配施对黄壤白菜养分利用及产量的影响

赵 欢，秦 松，肖厚军*

(1.贵州省农业科学院 土壤肥料研究所，贵州 贵阳 550006；2.农业部贵州耕地保育与农业环境科学观测实验站，贵州 贵阳 550006；3.西南大学 资源环境学院，重庆 北碚 400716)

【研究意义】白菜(BrassicacampestrisL. spp.pekinensis)是我国南方地区广泛种植的食用蔬菜之一[1]，适宜白菜正常生长土壤 pH 6.0～7.5[2]，而在中国南方地区酸性土壤面积较大[3-4]，这是由于成土母质因素造成土壤自身偏酸，加上雨水较多[5]，土壤酸化程度较深，强酸性土壤占比较大[6-7]。袁金华等[8-12]研究表明，近 30 年来，由于化学氮肥的过量不合理施用和酸沉降的持续影响，土壤酸化程度呈加速发展趋势。黄壤是贵州面积最大的土壤类型，也是亚热带地区主要的酸性土壤，强酸性黄壤面积占贵州黄壤总面积的 41.2 %[13]，酸性土壤已成为限制当地蔬菜产业发展的主要因子之一，严重制约其可持续发展。【前人研究进展】近年研究发现，生物质炭呈碱性特征，可提高酸化土壤pH，并降低土壤酸度[14-15]。生物质炭可增强土壤自身抗酸化能力，降低土壤复酸化过程中铝毒的潜在危害[16]。生物炭具有较大的孔隙度和比表面积，具有较强的吸附能力，有利于保水保肥。另外，生物质炭含有数量较大的高分子碳水化合物，且含有K、Ca、Na、Mg等多种矿物质养分和丰富的离域π电子，可提供蔬菜需要的养分，并提高土壤肥力[8]，因此，可以利用其改良酸性土壤。黄磷炉渣的主要成分是碱性物质硅酸钙，有提高土壤pH的作用，同时，硅、磷的结构与性质十分相似，可提高酸化土壤中硅和磷元素的有效性[17]。【本研究切入点】传统改良酸化土壤的方法大多是施用石灰等单一碱性无机物，一般来说，强酸性土壤施用石灰等均可促进作物增产，但长期大量施用石灰会引起土壤板结甚至复酸化[11,18]，而且容易造成土壤钙、钾、镁等养分的平衡失调而导致蔬菜减产，肥料效率低[19-21]，而复合调理剂有别于传统的改良方法，增加有机物料投入能提高土壤对酸的缓冲性能，同时缓解土壤的酸化[22-23]，促进作物对养分的吸收利用，从而提高作物产量水平。【拟解决的关键问题】以生物质炭和黄磷炉渣配施，研究其对酸性黄壤白菜养分吸收利用及产量的影响，旨在为贵州蔬菜种植区土壤改良、蔬菜产量和养分利用效率提高提供一条可行的途径，以期为贵州酸性黄壤区蔬菜化肥减施增效提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验时间与地点

2016年7-9月在贵州省农科院温室大棚进行盆栽试验，供试土壤采自贵州省修文县久长镇，土壤类型为酸性黄泥土，基本理化性质：pH 5.69，有机质9.26 g/kg，碱解氮37.37 mg/kg，有效磷10.10 mg/kg，速效钾48.00 mg/kg。

1.2 材料

1.2.1 供试作物 速生四季小白菜，重庆市鸿发蔬菜种苗有限公司。

1.2.2 肥料 尿素(N 46 %)、过磷酸钙(P2O512 %)、硫酸钾(K2O 50 %)为普通单质肥料，购于当地肥料经销商。

1.2.3 改良剂 黄磷炉渣(CaO 40 %～45 % 、SiO230 %～34 % 、有效SiO21.5 g/kg、P2O5≤2 %、pH 9～11)，市购；酒糟基生物质炭，以下均称生物质炭(pH 8.78、有机质28.13 g/kg、全氮43.40 g/kg、全磷 10.84 g/kg和全钾 18.38 g/kg)，由贵州省农业科学院土壤肥料研究所采用专业生物质炭化炉(炭化温度450 ℃)自制。

1.3 方法

1.3.1 试验设计 试验共设5个处理：对照(CK)，不施肥；T1，化肥+黄磷炉渣18.00 g/盆；T2，化肥+生物质炭130 g/盆+黄磷炉渣6.30 g/盆；T3，化肥+生物质炭100 g/盆+黄磷炉渣9.00 g/盆；T4，化肥+生物质炭70 g/盆+黄磷炉渣11.7 g/盆。T1～T4化肥用量相同，均为尿素3.26 g/盆，过磷酸钙12.50 g/盆，硫酸钾3.00 g/盆，所有化肥、生物质炭和黄磷炉渣均在白菜种植前一次性施用，每盆装土10 kg，将土壤和化肥、生物炭和黄磷炉渣混匀后装盆，每盆移栽种植白菜幼苗1株。5次重复，随机区组排列。

1.3.2 项目测定 (1) 土壤pH及养分含量。土壤样品分别在小白菜装盆前采集，风干磨细过筛后分别测定pH、有机质、碱解氮、有效磷和速效钾。土壤pH按水土比2.5∶1采用pH计测定，有机质用重铬酸钾容量法测定，碱解氮采用碱解扩散法-标准酸滴定法测定，有效磷采用0.5 mol/L NaHCO3浸提-钼锑抗比色法测定，速效钾采用1.0 mol/L NH4OAc浸提-火焰光度法测定[24]。

(2)白菜产量及其养分含量。白菜收获期各处理分别计产；各小区分别选取有代表性植株，105 ℃下杀青30 min，65 ℃烘箱中烘至恒重，参照文献[24]的方法测定氮、磷和钾含量。

氮肥表观利用率=(施氮后白菜收获时氮素吸收量-未施氮时白菜收获期的氮素吸收量)/施氮量。

1.4 数据处理与分析

采用Excel 2007和DPS 7.05进行数据的统计分析，LSD法检验P<0.05水平上的差异显著性。

2 结果与分析

2.1 不同处理白菜的产量

从表1可知，不同处理白菜的产量为304.0～553.5 g/盆，依次为T4>T1>T3>T2>CK，CK显著低于其余处理，T4显著高于其余处理，生物质炭与黄磷炉渣配施各处理较CK增产37.22 %～82.07 %。生物质炭与黄磷炉渣配施均可提高白菜产量。

2.2 不同处理白菜的养分含量

从图1看出，不同处理白菜氮、磷和钾含量的变化。氮含量：生物质炭与黄磷炉渣配施各处理较CK提高39.9 %～57.9 %，其中，T4氮含量最高，为4.09 %；T3其次，为3.93 %。CK显著低于生物质炭与黄磷炉渣配施各处理。T4显著高于T1～T3，T2与T3差异不显著，二者显著高于T1。磷含量：生物质炭与黄磷炉渣配施各处理较CK提高1.31 %～35.22 %，其中，T2磷含量最高，为0.71 %；T4其次，为0.69 %。CK显著低于除T1外的其余生物质炭与黄磷炉渣配施处理，T2显著高于其余处理，T3与T4间差异显著。钾含量：生物质炭与黄磷炉渣配施各处理较CK提高1.99 %～39.09 %，其中，T3钾含量最高，为8.32 %；T2其次，为7.06 %。CK显著低于除T1外的其余生物质炭与黄磷炉渣配施处理，T3显著高于其余处理，T2与T4间差异显著。

2.3 不同处理白菜对养分的吸收量

从图2看出，不同处理白菜对氮、磷和钾吸收量的变化。氮吸收量：生物质炭与黄磷炉渣配施各处理较CK提高107.8 %～188.9 %，其中，T4氮吸收量最高，为1.36 g/株，T3其次，为1.15 g/株。CK显著低于生物质炭与黄磷炉渣配施处理；T4显著高于其余处理；T1与T3间差异不显著，但显著高于T2。磷吸收量：生物质炭与黄磷炉渣配施各处理较CK提高65.89 %～128.82 %，其中，T4磷吸收量最高，为0.23 g/株；T2其次，为0.18 g/株。CK显著低于生物质炭与黄磷炉渣配施处理；T4显著高于其余处理；T1与T3间差异不显著，但显著低于T2。钾吸收量：生物质炭与黄磷炉渣配施各处理较CK提高61.73 %～122.97 %，其中，T3钾吸收量最高，为2.43 g/株；T4其次，为2.11 g/株。CK显著低于生物质炭与黄磷炉渣配施处理；T3显著高于其余处理；其余生物质炭与黄磷炉渣配施各处理间差异显著，依次为T4>T1>T2。

表1 生物质炭与黄磷炉渣配施各处理白菜的产量

图1 生物质炭与黄磷炉渣配施各处理白菜养分的含量

2.4 不同处理白菜的肥料利用效率

从表2可知，生物质炭与黄磷炉渣配施各处理白菜对氮、磷和钾利用效率的变化。氮利用效率：T4最高，为59.01 %；T3其次，为45.37 %；T2最低，33.59 %；T3和T4较T1分别提高4.61 %和36.06 %。T4显著高于T1～T3；T1与T3间差异不显著，二者显著高于T2。磷利用效率：T4最高，为8.83 %；T2其次，为5.49 %；T1最低，4.64 %；T2～T4较T1提高2.92 %～90.37 %。T4显著高于T1～T3；T2显著高于T1和 T3，T1与T3间差异不显著。钾利用效率：T3最高，为92.10 %；T4其次，为70.75 %；T2最低，46.34 %；T3和T4较T1分别提高28.35 %和67.09 %。T2显著高于T1、T3和T4，三者间差异显著。

图2 生物质炭与黄磷炉渣配施各处理白菜对养分的吸收含量

表2 生物质炭与黄磷炉渣配施各处理白菜的养分利用效率

3 讨 论

土壤酸化降低土壤养分有效性，提高铝活性，而铝毒害和肥力水平低对作物的生长和养分吸收利用产生极大的负面影响[17]。黄壤是贵州耕地主要的土壤类型，其自身具有黏、酸、瘦、瘠等特点[25]。为获得蔬菜种植的高收益，不合理的大量施用化肥现象普遍，加剧了土壤的酸化，极大地影响了地区蔬菜种植产业的可持续发展[26]。近年来，有关黄壤培肥与改良等的研究报道较多[27]，但主要是利用有机物和碱性无机物促使土壤 pH 提高和铝活性的降低，从而达到提高作物产量的目的[15]。生物质炭能提高作物产量，因制备材质、用量及土壤类型不同存在较大差异，而将生物质炭与碱性无机物配合施用，可提高作物的增产效果[28]。研究结果表明，单施黄磷炉渣可提高白菜产量，而生物质炭与黄磷炉渣配施对白菜的增产效果更好，尤以低量生物质炭与高量黄磷炉渣配施(化肥+生物质炭70 g/盆+黄磷炉渣11.7 g/盆)的效果最佳，白菜产量显著提高。

研究结果表明，低量生物质炭与高量黄磷炉渣配施(化肥+生物质炭70 g/盆+黄磷炉渣11.7 g/盆)不仅可提高黄壤白菜产量，而且可提高白菜养分含量和吸收利用效率。低量基生物质炭与高量黄磷炉渣配施(化肥+生物质炭70 g/盆+黄磷炉渣11.7 g/盆)能显著提高白菜氮含量及养分吸收量，表明低量生物质炭对土壤氮吸附作用有限，配施碱性黄磷炉渣后可提高酸性土壤有效氮的含量，促进小白菜氮素的吸收。周加顺等[29]研究表明，生物质炭用量过多，能降低水稻植株中氮的含量，可能与生物质炭具有较强的吸附能力，特别是生物质炭对土壤溶液中的铵离子吸附能力较强，从而降低铵离子有效性。然而，也有研究表明生物质炭施用显著促进了作物对氮素吸收利用[30-32]。生物炭富含矿质养分，可提高土壤速效磷钾等养分的含量，在改良酸性土壤方面具有明显的效果，其较强的吸附能力，可减少养分的淋失及固定等损失，从而促进作物对磷的吸收[33]。然而，也有研究表明生物质炭抑制了作物植株对磷素的吸收[34]。研究结果表明，生物质炭配施黄磷炉渣可提高白菜对磷和钾的吸收利用。这主要是由于生物质炭自身磷含量高，同时生物质炭和黄磷炉渣的碱性特性有利于提高土壤磷的有效性，促进白菜对磷和钾的吸收利用。生物质炭不同施用量各种作物对养分吸收的效果不同，周加顺等[29,31,33]研究表明，施用生物质炭对水稻、小麦和棉花中磷的吸收具有不同效果，但显著提高了作物对钾素的吸收。一方面是由于生物质炭自身含有大量的钾，促进土壤速效钾提高；另一方面，生物质炭多孔性可固定土壤中的钾，降低山地丘陵区土壤钾的淋失，从而有利于促进作物对钾的高效利用。

4 结 论

生物质炭与黄磷炉渣配施可著提高白菜产量，尤以低量生物质炭与高量黄磷炉渣配施(化肥+生物质炭70 g/盆+黄磷炉渣11.7 g/盆)增产效果最好。生物质炭与黄磷炉渣配施各处理均可显著提高白菜氮、磷和钾的含量及其吸收量，以低量生物质炭与高量黄磷炉渣配施白菜的氮含量及其对氮、磷的吸收量最高，中量生物质炭和黄磷炉渣配施(化肥+生物质炭100 g/盆+黄磷炉渣9.00 g/盆)白菜的磷、钾含量及其对钾的吸收量最高。从氮、磷和钾肥料利用率看，以低量生物质炭与高量黄磷炉渣配施白菜对氮和磷的利用效率最高，钾肥利用效率以 中量生物质炭和黄磷炉渣配施白菜的对钾肥的利用效率最高，其次是低量生物质炭与高量黄磷炉渣配施。总体看，生物质炭与黄磷炉渣合理配施能提高白菜产量、养分吸收与利用，其中低量生物质炭与高量黄磷炉渣配施(化肥+生物质炭70 g/盆+黄磷炉渣11.7 g/盆)的效果最佳。