炭基肥与化肥配施对生菜产量与品质的影响

徐孟泽，梁敏，李苗苗，高亮，谢发萍，王宜伦

（河南农业大学资源与环境学院，郑州 450002）

0 引言

生菜是菊科莴苣属一年生或二年生蔬菜[1]，因适宜生食而得名，含有丰富的蛋白质、糖类、脂肪、维生素B1、维生素B2、维生素C、维生素E和钙、磷、铁等矿质营养，质地脆嫩，口感鲜嫩清香[2-3]，是人们喜爱的蔬菜之一。化肥在农业生产中发挥着重要作用。为了保持和提高产量和经济效益，许多蔬菜栽培地区长期大量单施化肥，引发蔬菜硝酸盐含量超标[4]，导致环境风险日益增大。大量研究表明，化学肥料配施有机肥料对于提高作物产量和品质、培肥地力、促进养分循环以及农业可持续发展起到重要的作用[5-6]，而且有机肥与化肥配施比例不同，其效果也不尽相同，不同土壤不同作物的有机肥与化肥最佳配比值得研究[7-9]。近年来，生物炭(biochar)在增加作物产量及改善作物品质、实现废弃生物质资源化利用等方面具有多重效益[10-12]，为改良蔬菜品质提供了新思路[13]。生物炭是生物质在缺氧和一定温度条件下热裂解形成的富碳产物[14]，而炭基肥是生物炭加工制备成的新型肥料[15]。目前，炭基肥在生菜上应用效果、与化肥的适宜比例还不明确。本文研究炭基肥与化肥不同比例配施对生菜生长发育、生理特性、产量与品质的影响，旨在明确生菜生产中炭基肥与化肥的配比效应，为生菜高产优质科学施肥提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验时间、地点

试验于2018年5月9日—6月29日在河南农业大学资源与环境学院科研网室进行。供试土壤类型为石灰性褐土，基本理化性质如下：pH 8.08，有机质为18.37 g/kg，碱解氮为60.18 mg/kg，速效磷为9.28 mg/kg，速效钾为285 mg/kg。

1.2 试验设计

采用盆栽试验，共设6个处理。T1为常规化肥（对照）、T2 为常规化肥+低量炭基肥、T3 为常规化肥+中量炭基肥、T4 为常规化肥+高量炭基肥、T5 为化肥减量20%+中量炭基肥、T6 为化肥减量40%+中量炭基肥。每个处理4次重复。

生菜品种为‘意大利四季抗热耐抽苔生菜’。生菜常规施肥氮磷钾用量分别为210、84、180 kg/hm2，试验用氮肥为尿素(N 46%)、磷肥为过磷酸钙(P2O516%)、钾肥为氯化钾(K2O 60%)。低、中、高炭基肥分别为3.75、7.5、15 t/hm2，供试炭基肥由河南惠农土质保育研发有限公司提供，其中有机质（干基）≥45%，总养分(N+P2O5+K2O)≥5%，生物炭≥20%，粗脂肪≥1%，水分≤20%。各处理施肥量见表1。试验用盆长50 cm、宽20 cm、高16 cm，每盆装土8 kg。

2018 年5 月9 日将基肥与土壤混匀后装盆，次日播下生菜种子6 粒，1 周后，选择长势均匀的生菜幼苗留于盆内，每盆定植4 株。盆钵初次灌水使土壤含水量为田间最大持水量。此后，用重量法补充水分维持土壤含水率在田间最大持水率的80%～90%。试验分别于2018 年6 月3 日和2018 年6 月14 日进行2 次追肥，2018年6月29日收获。

1.3 样品采集与分析

1.3.1 土壤样品采集与分析装盆前与收获后分别采集土样，带回实验室自然风干，过筛。采用重铬酸钾容量法-外加热法（丘林法）测定土壤有机质，碱解-扩散法测定土壤碱解氮，0.5 mol/L碳酸氢钠浸提-钼蓝比色法测定土壤有效磷，醋酸铵浸提-火焰光度法测定土壤速效钾。

1.3.2 叶片光合测定在生菜生长期间，中午12:00 用LI-6400系列光合仪测定生菜的净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、胞间CO2浓度(Ci)等指标。

1.3.3 叶片SPAD值测定在六叶期及收获期，测定生菜叶片SPAD值，每盆用日本产的SPAD 502 测定4 株生菜的第3片叶片的中间位置，取平均值。

1.3.4 硝酸还原酶的测定收获期每盆随机采取3 株，取第3片心叶剪碎测定硝酸还原酶。

1.3.5 叶片Vc含量测定收获期每盆随机采取3株，取第3 片心叶剪碎用2,6-二氯靛酚法测生菜叶片Vc 含量。

1.3.6 硝酸盐含量的测定收获期每盆随机采取3株鲜样，采用水杨酸比色法测定[16]。

表1 试验处理施肥量g/盆

1.4 数据处理与统计分析

试验数据采用Excel 2016和DPS 6.55软件进行处理和统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同肥料配比对生菜产量的影响

由图1可知，T4产量最高，为305.74 g/盆，T4较T1显著提高24.42%，说明炭基肥低量和中量对生菜没有增产作用，高量施用可以显著增加生菜产量。T5、T6产量较T3分别减少6.50%、9.40%，化肥减施对生菜产量略有影响，但差异不显著。T5、T6与T1产量无显著差异，说明炭基肥可以替代部分化肥，不降低生菜产量。

2.2 不同肥料配比对生菜光合特性的影响

从表2 可以看出，T2、T3、T4 的Pn值较T1 提高了29.33%、32.76%、64.53%，其中T4最高，说明添加炭基肥可以显著提高生菜净光合速率。T6 净光合速率较T3 降低19.42%，显著降低了生菜净光合速率，说明化肥和炭基肥合理配施才能提高生菜光能利用率，提高生菜的抗逆性、抗病性及产量。T5、T6较T1提高了生菜净光合速率但无显著差异，炭基肥替代部分化肥对生菜光合有促进作用。

2.3 不同肥料配比对生菜SPAD值的影响

由图2可知，配施中高量炭基肥对生菜SPAD值有显著提高作用，分别提高7.51%、8.48%，低量炭基肥无影响。由T3与T5、T6可知，化肥减施对生菜SPAD值无显著影响。T5、T6 较T1 提高了3.40%、3.57%，说明炭基肥可以代替部分化肥提高生菜叶片SPAD 值，维持生菜的基本光合作用，不影响其营养生长。

2.4 不同肥料配比对生菜硝酸还原酶含量的影响

从图3 可以看出，T4 硝酸还原酶含量最高，为16.37 μg/(g·h)，T2、T3、T4 较T1 增加了11.12%、18.45%、29.58%，说明低、中量炭基肥对生菜NR 含量无显著影响，高量炭基肥能显著提高生菜NR 含量。由T3、T5、T6可知化肥减施不降低生菜NR含量。T5、T6较T1提高12.64%、25.88%，表明炭基肥对化肥有部分替代作用，且生菜NR 含量随着化肥减施量增加而增加。

2.5 不同肥料配比对生菜Vc含量的影响

由图4可知，施用中高量炭基肥显著提高生菜Vc含量，低量炭基肥配施无影响，且配施中高量炭基肥与低量炭基肥有显著差异，高量炭基肥配施时生菜Vc含量最高，为132.00 mg/kg，提高了15.79%。T3与T5、T6相比，化肥减量对生菜Vc 含量有影响，40%化肥减施时生菜Vc含量显著降低；由T1与T5、T6表现可知，化肥减施条件下配施中量生物炭可以维持生菜的Vc 水平，改善品质。

2.6 不同肥料配比对生菜硝酸盐含量的影响

由图5 可知，所有处理中生菜硝酸盐含量均低于T1，其中T6 效果最显著。T4 较T1 降低10.88%，说明施用高量炭基肥可以显著降低生菜硝酸盐含量。T5、T6较T1显著降低15.38%、22.38%，说明炭基肥可以替代部分化肥，降低生菜硝酸盐含量。T5、T6较T3显著降低12.38%、19.62%，表明化肥减施能显著减少生菜硝酸盐含量。

表2 生菜叶片光合特性

3 结论

（1）化肥与高量炭基肥配施具有显著提高生菜产量，降低生菜叶片硝酸盐含量的效果，其净光合速率、Vc和NR也显著提高。

（2）炭基肥部分替代化肥能够改善生菜品质，保证产量。（3）生菜生产中化肥适当减量配施高量炭基肥具有较好的产量和品质效应。

4 讨论

生物炭具有良好的物理化学性质和养分调控作用，能够提高作物生产力[17-19]，但其自身矿质养分含量少且不易释放，由生物炭加工而成的炭基肥受到广泛关注。有机无机肥料配施是提高生菜产量和品质的有效措施[20]，不同量炭基肥与化肥配施，化肥减量配施炭基肥对于生菜生长发育、产量与品质有较大影响。

光合作用是植物生长发育的基础，净光合速率等光合指标对生菜光合利用率有重要影响[21]。本研究结果表明，化肥配施炭基肥可以提高生菜Pn 29.33%～64.53%，SPAD 提高3.19%～8.48%。硝酸还原酶是硝酸盐代谢的关键酶，影响无机氮代谢与叶片硝酸盐含量[22-23]，化肥减施能降低蔬菜硝酸盐含量、提高蔬菜品质[24-25]。本试验研究结果表明，化肥配施炭基肥生菜硝酸还原酶含量提高11.11%～29.65%，化肥减施与炭基肥配施降低生菜硝酸盐含量12.38%～19.62%，其中化肥减施40%降低生菜硝酸盐含量最显著。这是化肥配施炭基肥增产和改善品质的主要原因。