生物炭对芹菜幼苗生长及基质理化性状的影响

吕海龙，魏镛频，郭子军，谢淑琴，张 旦，曹力强，吴 丹，王姣敏

（定西市农业科学研究院，甘肃 定西 743000）

芹菜（Apium graveolens） 是一种高营养价值的蔬菜，富含蛋白质和膳食纤维等营养物质，具有平肝清热、祛风利湿等功效，一直以来深受人们的喜爱[1]。由于市场化规模化不断扩大，近年来为了追求高效的经济效益，连茬栽培较为普遍。在化肥的施用中盲目追求高产而过量施用氮肥的现象日趋严峻，导致土壤理化性状发生改变、养分失调等问题，化肥过量和不合理的施用导致肥料利用率低下，土壤盐渍化加重，严重制约了当地蔬菜产业的发展。研究表明，生物炭施入农田土壤后可以促进蔬菜幼苗生长发育，增加作物产量，利用特定的炭化技术，由生物质在缺氧条件下不完全燃烧所产生的富碳产物。在土壤改良方面具有广泛的应用价值，主要包括改善土壤结构和水分利用效率、提高土壤肥力、调节土壤酸碱度、为土壤提供生物质基质、为微生物生长提供条件等，对促进农业可持续发展都有重要作用[2]。

玉米秸秆生物炭是以玉米秸秆为原材料，通过特定的有氧或无氧条件高温分解而成的黑色且富含碳的多孔固体材料，具有吸附、保水、改善土壤结构、提高土壤肥力等多种优势，能够促进微生物生长，从而促进土壤养分循环和生态系统健康，在蔬菜育苗方面具有广阔的应用前景和潜力[3-4]。本试验在芹菜育苗基质中添加以玉米秸秆制成的生物炭，研究其对芹菜幼苗生长和对土壤理化性质的影响，探讨玉米秸秆炭化应用可行性并确定较优添加量，以期为有效解决玉米秸秆资源化利用问题和当地蔬菜产业绿色化发展提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试芹菜品种为‘精选加州王’。

供试基质为玉米秸秆生物炭、草炭、珍珠岩，购自河南立泽环保有限公司。

1.2 试验地概况

试验地位于甘肃省中部偏南（104°12′48″～105°01′06″E，35°17′54″～36°02′40″N）。平均海拔1 898.7 m，属温带大陆性气候，光照充足，干旱多风，降雨稀少，是重要的旱作农业区之一。

1.3 试验设计

试验在定西市农业科学研究院设施农业研究所智能温室进行，芹菜于2022 年3 月9 日开始育苗，播种前先催芽，种子浸种4～6 h 后，洗净捞出，用纱布包好，置于21 ℃恒温箱中催芽，保持空气流通，待大部分种子露白后即可播种。选择饱满、发芽均匀一致的种子点播于穴盘中，播种后在上层覆一层薄土。

本试验的三种混合基质各成分用量均按体积比计算，共设5 个处理（T1、T2、T3、T4、T5），每个处理重复3次，具体如表1 所示。将各处理所用的基质按比例混匀后装入穴盘中，其余管理按照常规方法进行。

表1 试验设计Table 1 Experimental design

1.4 测定方法

1.4.1 植株生长指标及测定方法

芹菜培养至4 片真叶展开后进行生长指标及生物量的测定。在试验过程中，芹菜幼苗长至四叶一心时，每个处理分别选取5 株长势一致的幼苗用直尺测定植株株高（根茎连接处到幼苗生长点的距离），用游标卡尺测量幼苗植株相同位置的叶柄粗（叶柄直径）。SPAD（叶绿素）测定部位为最顶端一片完全展开功能叶，取平均值。

生物量的测定：将芹菜植株完整连根挖出，并将全株清洗干净后擦干植株表面水分。然后将地上部分与地下部分剪开，分别称量其鲜质量。随后将地上部与地下部放入烘箱在105 ℃杀青10 min，80 ℃烘干至恒质量，再次称量地上部分和地下部分的质量。并按照公式（1）计算壮苗指数。

1.4.2 基质理化性状测定指标及方法

于芹菜四叶一心时测定各处理基质的理化性状。基质含水量采用105 ℃烘干称质量法测定，具体计算方法见公式（2）；容重采用环刀法测定；孔隙度测定采取待测基质及容器埋入水下浸泡法，饱和水浸泡时间24 h，容器倒置8 h 沥干水分，按照公式（3）计算总孔隙度。基质pH 和电导率采用水∶基质= 2.5∶1 浸提，用便携式pH计和电导率仪测定，用重铬酸钾法测定土壤有机质含量[5]。

1.5 数据统计分析

采用SPSS 22 中的多重比较对数据进行统计分析，并进行显著性检验。

2 结果与分析

2.1 不同配比基质理化性质的比较

研究表明[6-7]，基质的理化性状为基质容重0.1～0.8 g/cm3，总孔隙度54%～96%，基质水气比2～4，pH 值6～8，电导率小于2.6 mS/cm。从表2 可以看出，不同配比的基质各理化指标均有差异。T4 处理的基质pH 值为7.9，显著低于其他处理，且在理想范围内，其他处理的pH 值在8～9 之间；EC 值T3 处理的最小，为1.35 mS/cm，显著低于其他处理，T1 处理最大，为2.51 mS/cm；各处理间基质的含水量和容重无显著差异；T4 处理的总孔隙度为86.93%，除T1 处理外T4 处理的总孔隙度显著高于其他处理；T3 处理的通气孔隙度最小，为14.54%，较其他处理相比差异显著；T1 和T4 处理的持水孔隙度分别为67.99%、65.96%，显著高于其他处理，其余处理间无显著差异；T3 处理的水气比为4.02，显著高于其他处理，其他处理均在2～4 之间。

表2 不同处理基质理化性状Table 2 Physicochemical properties of substrates for different treatment

2.2 不同配比基质对芹菜幼苗生长发育的影响

由表3 可知，不同配比基质对芹菜株高的影响有显著差异。

表3 不同处理对芹菜生长的影响Table 3 Effect of different treatments on celery growth

其中T3 处理的株高为15.63 cm，与T1 处理相比增加了12.2%，显著高于其它处理；从茎粗来看，T3 处理显著高于其他处理，为6.27 mm，较T1 增加了13.0%；各处理间的叶绿素含量无显著差异，SPAD 值在4.56～4.72之间；T3 处理的单株鲜质量为5.13 g，其次是T4 处理，为4.46 g，且添加玉米生物炭的处理显著高于其它处理；干质量方面T3 处理为0.3 g，与其他处理相比差异显著；各处理的壮苗指数以T3 最好，为0.35，显著高于其他处理，与T1 相比增加了84.2%。

3 结论

玉米秸秆材料成本低廉，来源广泛，按照不同配比混配后的基质理化性质不同。针对不同处理的芹菜植株性状、产量的分析表明，T3 处理的芹菜株高、茎粗、单株干质量、壮苗指数等显著高于T1 和其他处理。T3 的单株鲜质量最大，其次是T4 处理。植物叶片中叶绿素含量的多少直接关系着植物的生长和发育[8-9]，随着幼苗生长，各处理的SPAD 值并未见显著差异。总孔隙度是指基质中通气孔隙与持水孔隙的总和，以孔隙体积占基质总体积的百分数来表示，其大小反映了基质的孔隙状况[10-12]。总孔隙度大，说明基质较轻、疏松，容纳空气和水的量大，有利于根系生长[13-15]。但植物易漂浮，稳定效果较差，易倒伏[16-17]；总孔隙度小，则基质较重、坚实，水分和空气的容纳量小，不利于根系伸展，但稳定效果好[11-12]。这说明基质的总孔隙度过大或过小都不利于植物的正常生长发育[18-20]。生产上常将颗粒大小不同的基质混合使用，以改善基质的物理性能[21-23]。基质的总孔隙度在40%～75%时适合多数作物栽培[15-16]。本试验中，T3 处理（玉米秸秆、草炭和珍珠岩体积比为8∶82∶10）的总孔隙度为73.05%，在参考值以内[21]。T3 处理水气比较其他处理略高，这表明该配方替代玉米秸秆、草炭和珍珠岩体积比为0∶90∶10 的对照（T1）配方是完全可行的。以玉米秸秆、草炭和珍珠岩体积比为8∶82∶10 的配方基质栽培芹菜，可以节约资源资源，降低基质的成本，有效提高芹菜产量。