新型生物炭基肥对设施青菜产量·商品性及土壤理化性质的影响

张青青 蒋闻越 章先飞 邹文玉 王齐旭

摘要 ［目的］为新型生物质炭基肥在设施农业，尤其是青菜生产栽培上的应用提供借鉴。［方法］以上海地区长期栽培青菜的设施菜田为对象，通过室内培养和田间试验相结合，研究新型生物炭基肥的保水性及其对设施青菜产量、商品性及土壤理化性质的影响。［结果］新型生物炭基肥可以降低土壤容重，提高土壤保水性和有机质含量。施用新型生物炭基肥T4处理的青菜株高、开展度、最大叶叶长×叶宽、单株重和产量显著高于T1、T2和T3处理（P＜0.05），虽与CK差异不显著（P＞0.05），但各指标均优于CK。［结论］该研究可为改善设施农业土壤质量及合理利用新型生物炭基肥提供数据支撑。

关键词 新型生物炭基肥；设施青菜；土壤理化性质；产量；商品性

中图分类号 S63  文献标识码 A  文章编号 0517-6611（2024）03-0148-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.03.036

Effects of New Biochar Based Fertilizer on the Yield， Commodity and Soil Physicochemical Properties of Greenhouse Vegetables

Abstract ［Objective］In order to provide reference for the application of the new type of biochar based fertilizer in facility agriculture， especially in the production and cultivation of green vegetables. ［Method］We selected the greenhouse vegetables which have been cultivated for a long time as the object， through the combination of indoor culture and field experiment， and studied the water retention of the new type of biochar based fertilizer， and its impact on the yield， commodity and soil physicochemical properties of protected green vegetables. ［Result］The results show that the new biochar based fertilizer can reduce soil bulk density and improve soil water-retaining property and organic matter content. The plant height， plant expansion， maximum leaf length × leaf width， single plant weight and yield of cabbage in T4 treatment with new biochar based fertilizer were significantly higher than those in T1， T2 and T3 treatment （P<0.05）， although there was no significant difference with CK （P>0.05）， but all indicators were better than CK. ［Conclusion］This study provides data support for improving soil quality in facility agriculture and making rational use of new biochar based fertilizers.

Key words New biochar based fertilizer;Facility vegetables;Physicochemical properties of soil;Yield;Commodity

生物質炭是由有机废弃物在低氧或缺氧条件下经热裂解后制备成的材料［1］。研究表明，生物质炭具有丰富的孔隙结构和较大的比表面积，不仅可以改善土壤的物理结构，增加土壤孔隙度［2］，提高土壤持水能力［3］，提高氮肥的缓释性能［4］，固定尿素表面的氨基［5］，还可以吸附土壤中的氮、磷、钾养分，降低土壤盐碱度。生物质炭基肥是以生物质炭为载体，依据不同作物的需肥比例生产出的有机无机复合肥料，因其具有固碳和缓释的双重作用，使其在农业生产中具有很好的应用前景［6-7］，是一种优良的缓释肥料［8］。高梦雨等［9］研究发现，施用炭基肥可以显著增加耕层土壤的有机碳含量。刘冲等［10］通过盆栽试验发现，生物炭基肥可以提高土壤pH、EC、CEC、有机质、有效磷和速效钾含量。且近年来，随着农业结构调整及生态循环农业的发展，以秸秆资源化利用为目标，高效生物质炭基肥研发与应用已成为植物营养与肥料领域研究的热点。

设施土壤是设施栽培土壤的总称，是设施农业重要的一部分。设施农业代表现代农业发展方向，具有高技术、高投入、高产出的特征。我国是名副其实的设施农业大国。数据显示，我国设施农业面积达64 050余万hm2，占世界设施农业总面积的80%以上，其中设施蔬菜占比81%［11］。据统计调查，到十二五末，上海市推进设施菜田建设327万hm2［12］。上海作为大都市，人多地少，一直高度重视设施菜田的建设。但随着设施栽培年限的增加，土壤管理技术的研究严重滞后于设施农业发展的进程，设施土壤出现了一系列质量退化问题，如土壤次生盐渍化、酸化、养分失调、微生物区系破坏、土传病害加重等，威胁到设施作物产量与品质的提高，制约了设施农业可持续发展［13-17］。而生物炭基肥作为新型肥料，其是否可以有效改善设施菜田土壤质量，保障设施农业持续健康发展还有待进一步探究。

笔者以设施菜田为对象，通过室内培养和田间试验相结合，设置不同生物炭基肥施用量，探究生物炭基肥的保水性以及生物炭基肥施用量对青菜的商品性、产量及设施土壤理化性质的影响，以期为改善设施农业土壤质量及合理利用生物炭基肥提供数据支撑。

1 材料与方法

1.1 试验作物与材料

供试新型生物炭基肥是时科生物科技（上海）有限公司生产的“SEEK 生物炭基肥”，有效活菌数≥2.0 亿/g，生物炭≥20.0%，有机质≥50.0%，颗粒剂型。常规施肥的商品有机肥（氮、磷、钾含量为5%，占比2∶1∶2），化肥采用三元复合肥（15∶15∶15）。供试青菜为“夏耘”青梗菜。试验在上海市闵行区联跃西路200号上海航育种子有限公司进行，前茬作物为青菜。供试土壤为设施菜地多年种植土壤，其土壤基本理化性质：pH 7.15，有机质21.5 g/kg，碱解氮243 mg/kg，有效磷137 mg/kg，速效钾86 mg/kg，可溶性盐含量1.0 g/kg。

1.2 试验设计

试验采用室内培养试验和田间试验相结合。通过室内培养试验，明确新型生物炭的保水性。即将生物炭基肥按照0、2.5%、5.0%、10.0%、15.0%、20.0%（质量比）分别与设施菜田土壤混匀，并分别放置到花盆中，每个花盆中添加4 kg混合样。在试验初期，每处理花盆均添加500 mL水，静置待其自然蒸发，每天称取重量直至结束试验。

试验设6个处理：CKp，空白对照（4.0 kg土壤）+500 mL水；T1p，2.5%（3.9 kg土壤+0.1 kg炭基肥）+500 mL水；T2p，5.0%（3.8 kg土壤+0.2 kg炭基肥）+500 mL水；T3p，10.0%（3.6 kg土壤+0.4 kg炭基肥）+500 mL水；T4p，15.0%（3.4 kg土壤+0.6 kg炭基肥）+500 mL水；T5p，20.0%（3.2 kg土壤+0.8 kg炭基肥）+500 mL水。

田间试验设5个处理，小区面积20 m2，随机区组排列，3次重复。5个处理分别为：CK，常规施肥（复合肥300 kg/hm2+商品有机肥4 500 kg/hm2）+追肥；T1，新型生物炭基肥1 200 kg/hm2+追肥；T2，新型生物炭基肥1 800 kg/hm2+追肥；T3，新型生物炭基肥2 400 kg/hm2+追肥；T4，新型生物炭基肥3 000 kg/hm2 +追肥。将新型生物炭基肥均匀抛撒在地表后翻地，使新型生物炭基肥与土壤均匀混合，然后浇水使土壤保持湿润，1 d后即可播种。各处理同一时间种植青菜，并在生产过程中采用相同的培管措施，并于生长期追施60 kg/hm2高氮水溶肥（32-10-10+TE）1次。2021年8月20日播种，9月24日进行测量，9月25日进行采收测产。

1.3 测定指标

1.3.1 土壤。

试验前和青菜采收后对小区内的土壤按照“S”形混合采样，采集0～20 cm耕作层土壤，土样混合均匀后，自然风干，磨细备用。土壤的pH采用电位法测定，可溶性盐含量采用质量法测定，碱解氮含量采用碱解扩散法测定，有效磷含量采用钼锑抗比色法测定，速效钾含量采用火焰原子吸收-分光光度法测定，有机质含量采用重铬酸钾-外加热法测定。

1.3.2 作物。

采收期对青菜的商品性进行调查，每处理随机选取5株长势相近的青菜，测定株高、开展度、蔀头横径、最大叶叶长×叶宽、单株重等。株高用卷尺进行测量，单株重用电子秤进行测定。同时对各小区进行测产。

1.4 数据处理

采用Excel对数据进行整理，并采用SPSS对数据进行差异性分析。

2 结果与分析

2.1 新型生物炭基肥的保水性

每天测量不同处理土壤重量，结果见图1。观察土壤中水分蒸发规律，由图1可知，随着天数的增加，花盆重量逐步减少，水分逐步蒸发，其中CKp处理的蒸发速率最快，T5p处理蒸发速率最慢，且土壤中水分蒸发速率随着土壤中生物炭基肥含量的增加而降低。由此可见，施用新型生物炭基肥可以提高土壤保水性，且施用量越多，保水性越好。

2.2 新型生物炭基肥对土壤理化性质的影响

由表1可知，不同处理对设施菜田土壤理化性状的影响不同。施用有机肥替代部分化肥和施用新型生物炭基肥均使得土壤pH和可溶性盐含量增加，且随着新型生物炭基肥施用量的增加而增大。但土壤容重随着新型生物炭基肥施用量的增加而降低，这说明增施新型生物炭可改善土壤物理性状，增加土壤通透性。

土壤有机质能够改善土壤团聚体和稳定性，有利于水分入渗和保持，促进养分吸收和交换，支持微生物活动等，是土壤质量的重要指标之一。相比背景值，CK、T1～T4处理的土壤有机质含量提升了17.2% ～33.0%；相比CK，施用新型生物炭基肥的T1～T4处理有机质含量提升了1.6%～13.5%，其中T4处理上升幅度最大。

青菜生产中，通过增施新型生物炭基肥替代化肥和有机肥，对于土壤中碱解氮、有效磷和速效钾的含量有较大影响。与背景值相比，除T3处理外，其他处理土壤碱解氮含量均有所下降，其中T1处理下降幅度最大；各处理土壤有效磷含量均有所增加，其中T2处理增加最多，含量达到了186 mg/kg；速效钾养分含量有所增加，其中T1处理增加最多。总体来看，通过新型生物炭基肥的增施，土壤有机质含量得以增加，提升了土壤肥力。

2.3 新型生物炭基肥对青菜商品性的影响

株高、开展度、蔀头横径和最大叶叶长×叶宽等是评价青菜商品性的重要指标。由表2可知，随着新型生物炭基肥施用量的增加，各处理青菜的株高也逐步增大，表现为T4＞T3＞CK＞T2＞T1。其中，T3、T4与CK处理间差异不显著（P＞0.05），但均显著高于其他处理（P＜0.05）。T4处理开展度最高，但蔀头横径最小，束腰性最好。从不同处理青菜最大叶叶长×叶宽的表现来看，T4处理与CK间差异不显著（P＞0.05），但均顯著高于T1和T2处理（P＜0.05），显著低于T3处理（P＜0.05）。不同处理青菜叶柄长×宽差异不显著（P＞0.05）。在田间表现方面，就整齐度而言，T4处理青菜的整齐度最好。

2.4 新型生物炭基肥对青菜产量的影响

由表3可知，不同处理青菜单株重表现为T4＞CK＞T2＞T3＞T1，不同处理青菜小区平均产量和产量均表现为T4＞CK＞T3＞T2＞T1，T4处理的青菜单株重、小区平均产量和产量均与CK差异不显著（P＞0.05），但均显著高于T1、T2与T3处理（P＜0.05）。这说明通过新型生物炭基肥替代化肥，与常规施肥相比，青菜生产可实现稳产、增产。

3 结论

通过室内培养和田间试验相结合，研究新型生物炭基肥的保水性和设施青菜的产量与商品性和土壤理化性质的影响，结果表明：①设施菜田土壤中通过施用新型生物炭基肥，能减缓土壤中水分的蒸发速率，提高土壤的保水性，且土壤中保水性随着土壤中生物炭基肥含量的增大而增加；②施用生物炭基肥可以提高土壤有机质、速效钾、可溶性盐分含量，降低土壤容重；③施用新型生物炭基肥3 000 kg/hm2的T4处理青菜产量与商品性显著优于T1、T2和T3处理，与CK处理差异不显著（P>0.05），但优于CK。

总体来说，通过新型生物炭基肥替代化肥，青菜产量、商品性较常规施肥有所提升，同时土壤质量也得到了保育和改良，这对于化肥减施增效及蔬菜绿色发展具有较好的指导和借鉴意义。有机肥和生物炭基肥对土壤的影响是一个有机、无机、生物的复合过程，该试验仅从其对设施青菜生长与商品性和土壤基本性状的影响方面进行了研究，关于有机肥、生物炭基肥的作用机理等还需要深入研究。

参考文献

［1］ 张影，刘星，任秀娟，等.秸秆及其生物炭对土壤碳库管理指数及有机碳矿化的影响［J］.水土保持学报，2019，33（3）：153-159，165.

［2］  王淑君，夏桂敏，李永發，等.生物炭基肥和水分胁迫对花生产量、耗水和养分吸收的影响［J］.水土保持学报，2017，31（6）：285-290，301.

［3］  潘全良，陈坤，宋涛，等.生物炭及炭基肥对棕壤持水能力的影响［J］.水土保持研究，2017，24（1）：115-121.

［4］  NOVAK J M，BUSSCHER W J，LAIRD D L，et al.Impact of biochar amendment on fertility of a southeastern coastal plain soil［J］.Soil science，2009，174（2）：105-112.

［5］  JOSEPH S，GRABER E R，CHIA C，et al.Shifting paradigms：Development of high-efficiency biochar fertilizers based on nano-structures and soluble components［J］.Carbon management，2013，4（3）：323-343.

［6］  魏春辉，任奕林，刘峰，等.生物炭及生物炭基肥在农业中的应用研究进展［J］.河南农业科学，2016，45（3）：14-19.

［7］  李艳梅，张兴昌，廖上强，等.生物炭基肥增效技术与制备工艺研究进展分析［J］.农业机械学报，2017，48（10）：1-14.

［8］  王晓玲，赵泽州，任树鹏，等.生物炭基肥在我国的制备和应用研究进展［J］.中国土壤与肥料，2022（1）：230-238.

［9］  高梦雨，江彤，韩晓日，等.施用炭基肥及生物炭对棕壤有机碳组分的影响［J］.中国农业科学，2018，51（11）：2126-2135.

［10］ 刘冲，刘晓文，吴文成，等.生物炭及炭基肥对油麦菜生长及吸收重金属的影响［J］.中国环境科学，2016，36（10）：3064-3070.

［11］ 杨舒.科技赋能“菜篮子”，设施农业大有可为［N］.光明日报，2022-05-26（008）.

［12］ 翟欣，孙延东，李珍珍，等.上海设施菜田经营状况调研报告［J］.上海农村经济，2017（4）：10-12.

［13］ 盛海君，杜岩，沈蓉，等.次生盐渍化设施土壤可溶性盐含量对小青菜幼苗生长发育的影响［J］.扬州大学学报（农业与生命科学版），2015，36（4）：100-104.

［14］ 王立革，焦晓燕，韩雄，等.高垄覆膜水肥一体化技术对设施土壤理化性状及蔬菜产量的影响［J］.农学学报，2015，5（2）：35-41.

［15］ 姚玉霞，张雪虹，叶玮，等.我国设施土壤硝态氮累积特性及影响因素研究综述［J］.绿色科技，2017（24）：99-102.

［16］ 王长义，郝振萍，陈丹艳，等.设施土壤连作障碍产生原因及防治方法综述［J］.江苏农业科学，2020，48（8）：1-6.

［17］ 袁奇，章欢，钟月华，等.有机肥替代化肥对设施蔬菜土壤质量提升的效果评价［J］.安徽农业科学，2022，50（12）：132-136.