生物炭与不同用量氮肥配施对小白菜生长和品质的影响

郑孟菲 程利峰 胡新喜 秦玉芝 何长征

摘 要： 为了明确生物炭对小白菜栽培中氮肥减量施用的作用，用0、0.25 g·kg-1（以N計）施氮量的土壤以及4%（w，下同）生物炭与0、0.15、0.20、0.25 g·kg-1土壤施氮量配施的土壤栽培小白菜，探讨生物炭与不同用量氮肥配施对小白菜生长、品质的影响。结果表明： （1）施用生物炭可显著降低土壤容重、EC值，提高土壤孔隙度和pH;（2）在氮肥供应充足时，施用生物炭能显著增加小白菜的叶片数、总叶面积、地上部鲜质量和干质量;（3）与0.25 g·kg-1的施氮量相比，生物炭与60%用量的氮肥（0.15 g·kg-1土壤）配施对小白菜的产量没有显著影响，但氮肥利用效率、可溶性蛋白含量和可溶性糖含量显著提高，硝酸盐含量显著降低。研究发现，4%生物炭与60%用量的氮肥（0.15 g·kg-1）土壤配施可以在保证产量的前提下，提高小白菜的品质，并实现减少氮肥施用量的目的。

关键词： 小白菜; 生物炭; 氮肥; 生长; 品质

Effects of combined application of biochar and different amounts of nitrogen fertilizer on the growth and quality of pakchoi

ZHENG Mengfei，CHENG Lifeng，HU Xinxi，QIN Yuzhi，HE Changzheng

（Horticulture and Landscape College， Hunan Agricultural University， Changsha 410128， Hunan， China）

Abstract： In order to clarify the effect of biochar on the reduction of nitrogen fertilizer in pakchoi cultivation， pakchoi was cultivated in soils which were applicated by nitrogen fertilizer at rate of 0 and 0.25 g·kg-1 （based on N）and 4%（w） biochar combined with nitrogen fertilizer at rates of 0， 0.15， 0.20 and 0.25 g·kg-1， the effects of combined application of biochar and different amounts of nitrogen fertilizer on the growth and quality of pakchoi were researched. The results showed that the soil bulk density and EC values were significantly reduced， soil porosity and pH were increased after the application of biochar. When nitrogen fertilizer supply was sufficient， the number of leaves， total leaf area， fresh weight and dry weight of aerial part of pakchoi were significantly increased by application of biochar. Compared with the nitrogen fertilizer application amounts of 0.25 g·kg-1， the yield of pakchoi was less affected by combined application of biochar with 60% of application amounts of nitrogen fertilizer （0.15 g·kg-1）， but the nitrogen fertilizer utilization efficiency， soluble protein content and soluble sugar content were significantly increased， and the nitrate content was significantly reduced. These results indicated that combined application of biochar could improve the quality of pakchoi and reduce the application amounts of nitrogen fertilizer on the premise of ensuring the yield.

Key words： Pakchoi; Biochar; Nitrogen fertilizer; Growth; Quality

氮是作物生长发育所必需的营养元素，蔬菜的产量和品质与氮肥施用密切相关，在合理范围内，氮肥用量的增加可以提高产量、改善品质。但当前我国化学肥料过量施用，肥料利用率低，对植物生长发育及土壤造成不良影响[1]。2015年3月农业部发布了《到2020年化肥使用量零增长行动方案》，以期到2020年实现主要农作物化肥使用量零增长。

生物炭是生物残体在厌氧或缺氧的条件下，经高温裂解而形成的一类稳定、高度芳香、碳含量丰富、质地轻的黑色固态物，具有大的比表面积，疏松多孔，富含羟基、羧基、羰基等基团，孔隙发达，阳离子交换能力较强，且在土壤中长时间存在且不容易溶解[2]。越来越多的研究表明，生物炭与化肥混合配施不仅可以改良土壤结构，而且也能起到缓释肥料的效果，可以提高化肥利用率，增加作物产量，实现化肥减施的目的[3]。前人已有生物炭对小白菜生长影响相关的研究[4-6]，这些研究大多集中在生物炭对小白菜磷利用、镉吸收的影响以及生物炭施用量对小白菜生长的影响等方面。

笔者在前期研究中发现，按土壤质量比，施入4%（w）的生物炭时，能明显促进小白菜的生長与产量（未发表），在本试验中笔者采用盆栽的方式，研究生物炭与不同用量氮肥配施对小白菜生长、品质的影响，为小白菜生产的化学氮肥减施提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

供试小白菜（Brassica campestris L. ssp. chinensis Makino）品种为‘杂交矮脚白，由长沙春润种业有限公司提供;供试土壤为取自湖南农业大学耘园蔬菜教学基地的黄壤土，经自然风干、捡去杂物，过2 mm筛备用;生物炭为稻壳炭，由湖南谷力新能源科技股份有限公司提供，过2 mm筛备用。土壤和生物炭的基本理化性状见表1。

1.2 试验设计

在湖南农业大学玻璃温室中进行盆栽试验。试验设6个处理。2个处理不施用生物炭：CK0（不施用氮肥）、CK100（按廖育林[7]的施氮量标准100%施入，0.25 g·kg-1（以N计）土壤）;4个处理施用4%（生物炭与土壤质量比）的生物炭：T0（不施用氮肥）、T60（60%施氮量，0.15 g·kg-1土壤），T80（80%施氮量，0.20 g·kg-1土壤）、T100（100%施氮量，0.25 g·kg-1土壤），每个处理重复3次。所有处理P、K肥施用量相同，分别为0.08 g·kg-1（以P2O5计）土壤、0.06 g·kg-1土壤。其中N、P、K肥分别为尿素、钙镁磷肥和硫酸钾，其中尿素由内蒙古博大实地化学有限公司提供（总氮含量≥46.4%），钙镁磷肥为泸溪县浦市新星化肥厂生产的生物活化型土壤调理剂（P2O5≥16.0%），硫酸钾由国投新疆罗布泊钾盐有限责任公司提供（K2O≥52.0%）。

2018年3月11日育苗，待幼苗长到3～4叶时移栽。按各处理设计将生物炭、化肥与土壤混匀后装入栽培盆（25 cm×25 cm×23.3 cm）中，湿润1周后移栽（4月5日），每盆种植4株，4月25号收获，栽培期间采用常规管理。

1.3 指标测定方法

收获前，采用便携式叶绿素仪（Konica Minolta，SPAD-502）测定叶绿素含量。收获时，将小白菜植株的根和地上部分开，分别清洗干净后擦干，测定植株叶片数、总叶面积、地上部鲜质量（小白菜产量）。然后将地上部分为两部分，一部分放入烘箱105 ℃迅速杀青30 min，60 ℃烘干至恒质量[8]，测量地上部分干质量和氮含量;另一部分保存于4 ℃冰箱中，用于可溶性蛋白、可溶性糖和硝酸盐含量等品质指标的测定（以鲜质量计）。同样将地下部分杀青后60 ℃烘干至恒质量，测定地下部干质量和氮含量。收获后，用环刀法取CK100、T100 2个处理的土壤，测定土壤容重、孔隙度、含水量、pH、电导率（EC）理化性质指标。

各项指标测定在湖南省马铃薯工程技术研究中心进行，单叶面积为叶长×叶宽×0.75[8];根冠比为植株地下部干质量/地上部干质量;氮含量采用用连续流动分析仪（Seal，AA3）测定[9]，氮素吸收效率用植株吸氮量表示（g·株-1），氮素利用效率/%=生物学产量/氮吸收总量×100[10];可溶性蛋白含量采用BCA法测定，可溶性糖含量采用蒽酮比色法测定，硝酸盐含量采用水杨酸法测定[11];土壤容重和土壤孔隙度采用环刀法测定[12];土壤含水量/%=（土壤鲜质量-土壤干质量）/土壤鲜质量×100;土壤pH和EC值综合参考赵倩雯等[4]和张芙蓉等[13]的方法，采用水土比2.5∶1浸提，分别用pH计和电导率仪测定。

1.4 数据处理

试验数据用SPSS 22.0进行显著性分析（LSD、Duncan法）。

2 结果与分析

2.1 生物炭对土壤理化性质的影响

在相同氮肥施用量的情况下，施用生物炭显著降低土壤容重和EC，T100的土壤容重和EC比CK100分别降低了18.56%和18.48%;同时，施用生物炭显著提高土壤孔隙度和pH，T100的土壤孔隙度和pH比CK100分别提高了14.62%和6.54%。但施用生物炭对土壤含水量没有显著影响（表2）。

2.2 生物炭与不同用量氮肥配施对小白菜生长的影响

生物炭与不同用量氮肥配施对小白菜生长的影响见表3，在不施用氮肥（CK0、T0）的情况下，施用生物炭可以在一定程度上增加小白菜的叶片数、总叶面积、地上部鲜质量、地上部干质量、地下部干质量及根冠比，但差异都不显著，但施用生物炭可以显著增加小白菜叶片的叶绿素含量。在施用100%氮肥（CK100、T100）情况下，配施生物炭能显著提高小白菜的叶片数、总叶面积、地上部鲜质量和干质量，T100比CK100分别提高了33.34%、53.64%、45.42%和58.17%，但配施生物炭对叶绿素含量、地下部干质量和根冠比的影响不显著。生物炭和不同用量的氮肥配施（T0、T60、T80、T100），小白菜的叶片数、总叶面积、叶绿素含量、地上部鲜质量、地上部干质量随着氮肥施用量的增加而增加，根冠比随着氮肥用量的增加而降低，氮肥施用量为60%（T60）时，叶片数和总叶面积就显著高于施用100%氮肥而不施生物炭的处理（CK100），产量与CK100没有显著差异;氮肥施用量为80%～100%时，地上部鲜质量和地上部干质量显著高于CK100。可见，在氮肥供应充足的情况下，配施生物炭可以显著促进小白菜地上部分的生长。

2.3 生物炭与不同用量氮肥配施对小白菜品质的影响

生物炭与不同用量氮肥配施对小白菜品质的影响见表4，在不施用氮肥（CK0、T0）的情况下，施用生物炭对小白菜的可溶性蛋白、可溶性糖和硝酸盐含量影响不显著。在施用100%氮肥（CK100、T100）的情况下，生物炭能显著提高小白菜可溶性糖含量，但对可溶性蛋白和硝酸盐含量影响不显著。生物炭和不同用量的氮肥配施（T0、T60、T80、T100）时，小白菜可溶性糖含量都显著高于CK100;不施用氮肥和施用60%氮肥（T0和T60）时，可溶性蛋白含量显著高于CK100，硝酸盐含量显著低于CK100。综合表3小白菜产量（地上部鲜质量）数据可见，生物炭与60%氮肥配施，产量与CK100没有显著差异，但可溶性蛋白和可溶性糖含量都显著高于CK100，硝酸盐含量显著低于CK100。