炭基肥对土壤性质以及蔬菜生长的影响

2020-12-11潘润杲悦悦任国宇

安徽农业科学 2020年21期

潘润杲悦悦任国宇

摘要 [目的]促进炭基肥的研究和农用。[方法]采用盆栽试验，研究炭基肥和复合肥不同施用对土壤部分化学性质、养分状况及3种不同品种蔬菜（奶油小白菜、四季小白菜、小青菜）植株养分、SPAD值及产量的影响。[结果]与普通复合肥相比，炭基肥可显著提高土壤有机质含量和阳离子交换量，蔬菜叶片SPAD值、产量、植株全磷和全钾含量。[结论]生物炭基肥可部分替代传统化肥，降低化学肥料的施用量，但不会影响产量;还能促进蔬菜对全磷、全钾养分的吸收利用并保持生物炭改良土壤的功能。

关键词炭基肥;复合肥;蔬菜;养分;产量

中图分类号 S158;S634.3 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2020）21-0159-03

Abstract [Objective]To facilitate the research and application of carbonbased fertilizer in agriculture. [Method]The pot experiment was conducted to study the effects of carbonbased fertilizer and compound fertilizer on soil chemical properties， soil nutrients， and the nutrients， SPAD value and yield of three different vegetables（cream cabbage， four seasons cabbage， green stuff）. [Result]Compound with compound fertilizer， carbonbased fertilizer could significantly increase soil organic matter， cation exchange capacity（CEC）， SPAD value， yield， the total phosphorus and potassium contents in vegetables. [Conclusion]Carbonbased fertilizer can partially replace traditional chemical fertilizer and reduce the amount without affecting the yield of vegetables;it can also promote the absorption and utilization of total phosphorus and potassium nutrients in vegetables and maintain the biochars function in improving soil.

Key words Carbonbased fertilizer;Compound fertilizer;Vegetable;Nutrient;Yield

基金項目南京市重点建设学科《环境科学与工程》项目（2018ZHDXK1）;2020年度江苏省大学生创新项目（202011460082H）。

作者简介潘润（1998—），男，江苏镇江人，从事植物营养与肥料研究。*通信作者，教授，博士，从事土壤污染修复研究。

收稿日期 2020-04-14

随着我国人口数量增加和城镇化进程推进，对蔬菜的需求量不断增加。为了提高产量，人们在蔬菜种植生产过程中大量施用传统化学肥料。据统计，2014—2016年我国蔬菜生产年均化肥施用总量1 086.0万t，占化肥施用总量的18.0%[1]，长期大量施用化肥不但加大农业生产成本，还会造成土壤性质恶化并污染生态环境。尽管施用有机肥可以提高土壤肥力和改善蔬菜品质[2]，但受经济效益和管理方式的影响，目前我国蔬菜生产中仍主要施用无机化学肥料。因此，在保证蔬菜产量和效益的基础上，通过改善施肥种类来解决肥料浪费、养分利用率低、蔬菜品质和土壤质量下降的现状是蔬菜生产中亟需解决的关键问题[3]。

炭基肥是将生物质炭按一定比例与氮磷钾复合肥混合制成3～4 mm的炭基肥颗粒，可以弥补单纯施用生物质炭或氮磷钾复合肥的不足。研究表明，炭基肥能够提高农田菜地土壤肥料利用率[4]以及土壤保肥能力[5]。但关于炭基肥施用对菜地土壤性质、蔬菜养分吸收及养分状况和产量的影响研究较少。为进一步研究炭基肥在蔬菜种植中的应用，笔者以奶油小白菜、四季小白菜和小青菜为试验材料，通过盆栽试验，研究炭基肥对土壤性质以及蔬菜养分吸收与产量的影响，以期为生物质炭基肥的推广应用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

土壤样品采自南京晓庄学院江宁方山校区土壤，土壤类型为黄棕壤，土壤基本理化性质为pH 6.77、有机质含量14.7 g/kg、阳离子交换量20.60 cmol/kg、全氮含量1.00 g/kg、速效钾含量29.72 mg/kg、有效磷含量22.40 mg/kg。

供试肥料：供试复合肥购自合肥丽科农业有限公司，总养分含量为 51%，N-P2O5-K2O=17-17-17。供试炭基肥购自勤丰众成生物质新材料（南京）有限公司，生物质原料为小麦和稻壳炭，将生物质炭按一定比例与氮磷钾肥混合制成3～4 mm的炭基肥颗粒，含水率在20%左右，其中生物质≥40%，总养分含量为40%，N-P2O5-K2O=15-10-15。

供试植物：小青菜购于南京嘉华农业发展有限公司，品种为“不结球白菜”，奶油小白菜购自郑州市方震种子有限公司，品种为“黄金奶油小白菜”，四季小白菜购自齐鲁绿源有限公司，品种为“四季小白菜”。

1.2 试验设计

室外盆栽培养试验，共设6 个处理：①施用复合肥的奶油小白菜（T1），施用炭基肥的奶油小白菜（T2）;②施用复合肥的四季小白菜（T3），施用炭基肥的四季小白菜（T4）;③施用复合肥的小青菜（T5），施用炭基肥的小青菜（T6）。每个处理重复3次。按照每盆1 000 g土装入圆形塑料花盆中（盆高10.7 cm，外口直径18 cm，内口直径15.5 cm，底口直径10.1 cm），2019年9月23日将炭基肥和复合肥一次性按照0.3 gN/kg施入，即T2、T4、T6处理施入炭基肥2 g，T1、T3、T5处理施入复合肥1.764 7 g，次日分别将种子播入土壤中，不再追肥，待其生长至幼苗期后将每盆定植为3株，随机摆放于室外。试验期间定期用去离子水给作物浇水，每隔3～5 d将花盆重新摆放一次，使蔬菜生长条件尽量保持一致，于2019年11月8日收获，共生长46 d。

1.3 样品采集及分析

1.3.1 土壤样品采集与测定。

装盆前采集基础土样，收获后采集收获期土样带回实验室，在阴凉通风处自然风干，研磨，过筛后装袋备用。pH 采用无 CO2蒸馏水1∶2.5土水比浸提，pH玻璃电极测定[6];有机碳含量采用重铬酸钾容量法-外加热法测定[6];阳离子交换量（CEC）采用乙酸铵交换法测定[7];有效磷含量采用碳酸氢钠浸提-钼蓝比色法测定[6];速效钾含量采用醋酸铵浸提-火焰光度法[6]测定。

1.3.2 SPAD值的测定。

收获时，蔬菜叶片中叶绿素用日本产SPAD 502Plus叶绿素测定仪测定3株植物叶片中心处的SPAD值，计算每盆中3株植物SPAD的平均值。

1.3.3 植物养分测定。

植物成熟后整株收获，分根部和地上两部分收集鲜样，称取地上部分鲜重记录数据。经105 ℃杀青30 min，然后70 ℃下烘干至恒重，粉碎后测定养分含量。用H2SO4-H2O2消煮扩散法定氮，用钼锑抗比色法测定植株全磷含量;用火焰分光光度计法测定植株全钾含量。

1.4 数据分析

试验数据采用Excel 2010和Origin 2016软件进行处理与统计分析。

2 结果与分析

2.1 炭基肥对土壤pH和CEC的影响

2.1.1 pH。

从表1可以看出，施用复合肥和炭基肥后，土壤pH较未施肥前原土pH均呈下降趋势，复合肥施用的T1、T3、T5处理下降了8.71%～10.19%，炭基肥施用的T2、T4、T6處理下降了6.50%～8.27%。炭基肥施用的下降幅度比复合肥施用的下降幅度小，除小青菜之间存在显著差异（P<0.05）外，其他处理之间无显著差异。复合肥施用使土壤酸化，炭基肥可以缓解这种变化。卢广远等[8]研究表明，施用炭基肥料能调节土壤pH向中性靠近。

2.1.2 CEC。

从表1可以看出，与普通复合肥相比，炭基肥对土壤CEC均有不同程度提高，且均高于原土CEC值20.60 cmol/kg。炭基肥处理种植小青菜（T6）土壤CEC比复合肥处理土壤（T5）有显著提高（P<0.05），其余2种蔬菜也有一定比例的提高，但无显著差异。生物炭对土壤CEC的改善作用与生物炭在生物和非生物的作用下氧化产生如羧基等类的官能团有关，从而导致土壤CEC的增加[9]，该研究试验时间并不长，且施肥量不大，肥料与土壤作用时间较短，可能需要进一步长期试验可以看到更显著的变化。

2.2 炭基肥对土壤养分的影响

2.2.1 有机质。

从表2可以看出，与普通复合肥相比，炭基肥对土壤有机质均有不同程度提高，且均高于原始土壤有机质含量14.7 g/kg，其中四季小白菜提升比例最大，为19.02%，但差异不显著。种植奶油小白菜、四季小白菜、小青菜下施用炭基肥较复合肥均有一定程度提高。杨劲峰等[10]研究表明，施用炭基肥可提高土壤有机质，且效果显著。

2.2.2 速效养分。

由表2可知，相对于原土有效磷含量（22.40 mg/kg）、速效钾含量（29.72 mg/kg），6种处理土壤有效磷和速效钾含量均显著提升。复合肥施用下3种蔬菜有效磷的提升比例在43.32%～55.52%，速效钾的提升比例在14.53%～52.25%，炭基肥施用下3种蔬菜有效磷的提升比例在36.45%～47.36%，速效钾的提升比例在5.34%～46.18%。说明施用复合肥和炭基肥对提升土壤速效养分均有一定的促进作用，复合肥施用下土壤速效养分效果优于炭基肥，原因可能是供试的复合肥磷和钾含量略高于炭基肥;另一方面，可能是炭基肥的保肥性能较好，生物炭对钾、磷的吸附作用较强，缓慢释放。

2.3 炭基肥对3种蔬菜植株养分含量的影响

由表3可知，复合肥施用下3种蔬菜中全氮含量均高于炭基肥，提升比例在6.27%～11.34%，但无显著差异。炭基肥施用下四季小白菜和小青菜全磷和全钾含量较复合肥施用下均有一定提高，提升比例在1.74%～6.67%，其中四季小白菜提升比例最大，且差异显著（P<0.05）。综上所述，炭基肥施用可以提升蔬菜中全磷和全钾含量，而复合肥施用下3种蔬菜全氮含量高于炭基肥。以一定配比混合施用复合肥和炭基肥可以提高氮肥利用率，提高植物全磷、全钾含量，促进植物生长。谢发萍等[11]研究表明化肥配施高量炭基肥可促进生菜对氮、磷、钾养分的吸收利用。

2.4 炭基肥对3种蔬菜叶片叶绿素含量的影响

以叶绿素仪测得的SPAD值来表征叶片叶绿素含量，植株叶片叶绿素含量与叶片氮素营养有很好的相关性[12]。不同施肥处理对3种蔬菜叶绿素含量及产量的影响见表4。由表4可知，施用炭基肥下奶油小白菜、四季小白菜、小青菜的叶绿素含量较复合肥施用下均有提高，提升比例在5.93%～11.56%，其中四季小白菜提升比例最大，为11.56%，且差异显著（P<0.05）。这说明施用炭基肥，蔬菜生长良好，较复合肥有利于蔬菜光合作用。

2.5 炭基肥对3种蔬菜产量的影响

由表4可知，与普通复合肥相比，炭基肥施用下3种蔬菜产量均有所提高，T2较T1处理产量提高5.88%，但无显著差异。T4较T3处理产量显著提高23.14%，T6较T5处理产量显著提高32.02%。由此可知，施用合適的炭基肥有利于提高蔬菜的产量，且效果优于普通复合肥。

3 结论与讨论

该试验中复合肥使土壤酸化，炭基肥因为复合了呈碱性的生物质炭，减轻了化学肥料对土壤的酸化效果。该试验施用炭基肥较复合肥能够更好地提升土壤有机质含量，但由于生物炭结构较稳定，在土壤中难以被氧化，短暂的盆栽作物试验，尚不能确定有多少外引生物炭转化为土壤结构中的碳。但施用炭基肥可将部分大气CO2以稳定的生物炭形式封存于土壤中，有助于降低大气中的CO2水平，这对减缓温室效应具有重要意义。研究表明，我国每年可供生物炭生产的农林生物质资源总量为6.04×108 t;温室效应净潜力（以CO2e计，CO2e为CO2当量）为5.32×108 t，相当于1 t原料可封存0.88 t[13]。该研究中炭基肥施用下四季小白菜和小青菜全磷和全钾含量较复合肥施用下均有一定提高。说明炭基肥能够促进蔬菜植株全磷、全钾含量，促进植物生长，复合肥施用下3种蔬菜全氮含量均高于炭基肥施用下3种蔬菜全氮含量，因此可以以一定配比混合施用复合肥和炭基肥提高氮肥利用率，促进蔬菜对养分的吸收。与普通复合肥相比，炭基肥能够一定程度提高蔬菜SPAD值及产量，且差异显著（P<0.05），施用炭基肥蔬菜生长良好，有利于蔬菜光合作用。

因此，炭基肥将是未来生物炭农用的新方向，生物炭基肥农用不仅解决了长期施用化肥对土壤结构、质量的破坏，减少对生态环境的污染和破坏，且对于缓解我国严峻的温室气体排放压力具有巨大潜力。但目前关于生物炭基肥的研究仍处于初级阶段，制备生物炭基肥的生物炭与肥料的混合比、实际施用量的不同对土壤与作物产生作用的差异，还未有深入研究[14]。生物炭基肥施用后产生的效果未在不同地域、不同环境条件下进行长期、定位对比试验[14]，是今后需要加强研究的。

参考文献

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