生物炭和微生物肥对水蜜桃产量和品质的影响

刘涛，张涛，谢乐添，沃林峰

(1.杭州市原种场，浙江 杭州 311300；2.浙江农林大学 林业与生物技术学院，浙江 杭州 311300)

水蜜桃因其肉质柔软多汁，口感甘甜，风味特佳，市场潜力大，经营收入可观，越来越受到广大消费者的追捧和广大果农的重视。浙江作为一个水蜜桃种植大省，有着悠久的水蜜桃种植历史，其中杭州市是浙江省水蜜桃的主产区之一。据统计，2014年杭州市水蜜桃种植面积近4 000 hm2，产值2亿多元，为杭州市第3大水果品种，是增加农民收入的重要产业。提高水蜜桃单果重和甜度对提升其商品价值具有重要意义，也是增加水蜜桃种植收益的重要途径之一，如何通过改善水蜜桃果园土壤养分状况来提高水蜜桃的商品价值，增强其市场竞争力，是当前水蜜桃种植业中亟须解决的问题。

生物炭含有一定量的矿质养分，可有效增加土壤中氮、磷、钾等元素含量。而且，生物炭具有吸附性，能有效吸附水分和营养物质，有利于提高和保持土壤肥力。生物炭可作为土壤改良剂单独施入土壤改善土壤环境条件，也可与肥料混合制成具有养分缓释、增产稳定等一系列优点的生物炭基肥[1]。大量研究表明，生物炭可以提高土壤有机质含量[2]，降低土壤中的养分淋溶和固定损失，从而提高肥料利用率[3]。生物炭的孔隙和表面可为微生物提供栖息的微环境，进而增加某些微生物的数量与活性[4]。除此之外，生物炭在提高农作物产量和品质方面也有良好的作用[5-7]，但并不是生物炭施入量越多，产量就越高[8]。

微生物肥料又称生物肥料、接种剂或菌肥等，是指以微生物的生命活动为核心，使农作物获得特定的肥料效应的一类肥料制品。一方面，肥料中的有益微生物通过其生命活动增加植物营养元素的供应，改善植物根际微生态环境；另一方面，有益微生物可通过非特异性拮抗作用，在作物根面、根际与病原微生物形成空间竞争，抑制或降低土传病害的发生频率和危害程度，从而达到增强作物植株营养、提升产品品质的目的[9-10]。

本试验设置不同生物炭和微生物肥配施水平的土壤处理，通过测定土壤、叶片养分，探究其与水蜜桃商品特性的相关性，筛选出最佳的生物炭和微生物肥配施水平，以期为水蜜桃产业的健康、持续发展，和提高农户经营收入提供技术参考。

1 材料与方法

1.1 材料

试验地分别位于杭州聚力屏风山居生态农业有限公司的水蜜桃果园(山地)和杭州玉渚农业科技有限公司的水蜜桃果园(平地)，水蜜桃品种分别为沙子和夏之梦，均为中熟桃品种，果实采摘期为7月中旬左右，树龄均为8 a，山地和平地土壤pH值均在6.7左右。杭州地区每年10月份是水蜜桃根系的第2次生长高峰期，是进行翻耕施肥的最佳时间。施肥一般采取开沟施基肥的方式：山地施肥沟位于树体缓坡上方、树冠外围垂直正下方，长0.4 m，宽1.2 m，沟深30 cm；平地施肥在树冠外围垂直下方两侧开沟施肥，长0.3 m，宽0.8 m，沟深30 cm。在坐果期和果实膨大期，于阴雨连绵或者中雨即将结束时，对每株桃树通过撒施的方式追施约1 kg的氮磷钾平衡复合肥(N 15%，P2O515%，K2O 15%，湖北鄂中生态工程股份有限公司)，并于果实转色前7 d左右，视降雨情况每株桃树通过撒施的方式追施约0.5 kg的硫酸钾镁肥(K2O 24%，Mg 6.0%，S 16%，国投新疆罗布泊钾盐有限责任公司)，如无降雨，需要浇灌以促肥料吸收。

本试验所采用的生物炭购自溧阳市德胜活性炭厂，所采用的微生物肥购自山东木美土里生物科技有限公司。

1.2 处理设计

试验设置6个处理：CK，不施生物炭，不施微生物肥，作为对照；BF，不施生物炭，施微生物肥0.75 kg·m-2；BC1，低量(2 kg·m-2)生物炭，不施微生物肥；BC1+BF，低量生物炭，施微生物肥0.75 kg·m-2；BC2，高量(4 kg·m-2)生物炭，不施微生物肥；BC2+BF，高量生物炭，施微生物肥0.75 kg·m-2。每个处理设置3个重复，每个重复15株桃树，桃树种植行间距为4 m×4 m，处理间设置2行桃树作为试验保护行。

1.3 测定项目与方法

7月10日前后，在果实大量采收时期，同时进行土壤和叶片采样，并检测果实商品特性。采样土壤进行半个月的风干处理后，分别过20目(孔径0.84 mm)和100目(孔径0.149 mm)筛保存。所采叶片于110 ℃杀青30 min，50 ℃烘干24 h，再用研磨机研磨过60目(孔径0.25 mm)筛后保存备用。

1.3.1 果实单果重和甜度测定

待果实成熟时，每个处理选取3株长势一致的桃树作为一个重复，分批采摘，进行单株桃果实称重，并统计果数，采摘结束后汇总该处理下的平均单果重。在果实大量采收期，每个处理采集15个成熟度一致的果实作为一个重复，在桃果实近合缝线两侧切取厚度一致的2片果肉，用PR-101α型数显糖度计(日本ATAGO)测量其可溶性固形物含量(TSS值)，取平均值作为桃果实甜度指标。

1.3.2 土壤养分含量测定

每个重复随机选择5株树，在每株树开沟施肥部位各选取3个采样点采集0～20 cm土样，均匀混合，采用四分法取混合土样1 kg。

称取0.200 0 g过100目筛的土样，用烘箱加热-重铬酸钾容量法测定土壤有机质含量；称取2.0 g过20目筛的土样，用碱解吸收法测定土壤速效氮含量；称取5.0 g过20目筛的土样，用NH4OAc浸提-火焰光度计法测定土壤速效钾含量；称取5.0 g过20目筛的土样，用0.5 mol·L-1NaHCO3浸提-钼锑抗比色法测定土壤速效磷含量；称取1.0 g过100目筛的土样，用硫酸消煮-凯式定氮法测定土壤全氮含量。

1.3.3 叶片元素含量测定

在每株树的4个方位、高1.5～2.0 m处，采夏梢顶部第2叶，每株4片叶，每个重复采集60片叶作为样品。称取过60目筛的植物样品0.200 0 g，经H2SO4-H2O2消煮[11]，分别用火焰光度计法和钼锑抗比色法测定叶片全钾和全磷含量。同样称取上述过筛植物样品50 mg，用Foss 2300凯氏定氮仪(福斯公司，丹麦)测定叶片全氮含量。

1.4 数据分析

所有数据采用SPSS Statistics 16.0软件进行方差分析，用Sigma Plot 12.5软件做柱状图。

2 结果与分析

2.1 不同处理对土壤养分含量的影响

由图1可知，无论是山地还是平地，水蜜桃果园中各处理的土壤全氮和速效氮间均无显著差异。平地果园中BC1+BF处理的土壤速效磷含量显著高于其他处理，而在山地果园中，各处理的土壤速效磷含量均无显著差异。在山地果园中，各处理的土壤速效钾含量均不存在显著差异；在平地果园上，BC2处理下的土壤速效钾含量显著高于其他处理，且除BC2处理之外，其他处理的土壤速效钾含量与CK处理无显著性差异。

图中相同地形下果园各柱上无相同字母的表示处理间差异显著(P<0.05)。图2～4同。

由图2可知，在山地和平地果园中，与CK相比，除平地果园BF处理外，其他处理的土壤有机质含量均显著增加，而且随着生物炭施用量的增加，土壤有机质含量呈现出增加趋势，而同等生物炭施用量下，微生物肥是否与生物炭配施对土壤有机质含量并无显著影响。

图2 不同土壤处理对山地和平地果园土壤有机质的影响

2.2 不同处理对水蜜桃叶片元素含量的影响

由图3可知，对于山地果园而言，与CK相比，其他处理的水蜜桃叶片全氮含量均显著升高，但相互之间均无显著差异，而在平地果园中，各处理的水蜜桃叶片全氮含量均无显著差异。

图3 不同处理对山地和平地果园水蜜桃叶片元素含量的影响

在山地果园中，单独施加生物炭或生物炭与微生物肥配施的处理(BC1、BC2、BC1+BF、BC2+BF)，其水蜜桃叶片中的全磷含量均显著高于CK和BF处理，BC1+BF处理的叶片全磷含量显著高于BC1处理，但且CK和BF处理的叶片全磷含量无显著差异。在平地果园中，BF处理的水蜜桃叶片全磷含量显著高于CK处理，但显著低于除BC2外的其他处理；单独施加生物炭或生物炭与微生物肥配施的各处理的水蜜桃叶片全磷含量无显著差异，且均显著高于CK处理。

在山地果园中，CK和BF处理的水蜜桃叶片全钾含量无显著差异，BC1处理的水蜜桃叶片全钾含量与CK亦无显著差异，但BC2、BC1+BF和BC2+BF处理的水蜜桃叶片全钾含量均显著高于CK，且BC2、BC1+BF处理的水蜜桃叶片全钾含量还显著高于BF处理。在平地果园中，CK处理的水蜜桃叶片全钾含量与BC2+BF处理无显著差异，均显著低于BF、BC1、BC1+BF、BC2处理，BC1、BC2处理的水蜜桃叶片全钾含量最高，显著高于其他处理。

2.3 不同处理对水蜜桃单株坐果数量、产量和商品特性的影响

由图4可知，在山地果园中，凡含有微生物肥的处理(BF、BC1+BF、BC2+BF)，其单株坐果数量均较CK显著增加，且随着生物炭施用量的增加，这几个处理的单株坐果数量显著增加；但若不添加微生物肥，BC1分别与CK和BC2处理的单株坐果数量相比则皆无显著差异，仅BC2的单株坐果数量显著高于CK。在平地果园中，除BF处理外，其他处理的单株坐果数量均显著高于CK；但在相的微生物肥使用情况下，不同处理(如BC1和BC2、BC1+BF和BC2+BF)的单株坐果数量并无显著差异。

图4 不同处理对山地和平地果园水蜜桃产量和品质的影响

在山地果园中，施用微生物肥或生物炭处理的单株产量均显著高于CK，在这些处理中，BC2的单株产量最低，且显著低于BC1+BF和BC2+BF处理，其他处理间则无显著差异。在平地果园中，施用微生物肥或生物炭处理的单株产量同样均显著高于CK；但在施用等量生物炭的处理间，配施微生物肥处理的单株产量显著升高。

在山地和平地果园中，施用微生物肥或生物炭处理的水蜜桃单果鲜重均显著高于CK。在平地果园中，施用微生物肥或生物炭的所有处理的单果鲜重并无显著差异；但在山地果园中，在统一配施或不配施微生物肥的情况下，随着生物炭用量的增加(BC1与BC2、BC1+BF与BC2+BF对比)，其单果鲜重反而显著下降。

在山地果园中，仅BC1+BF处理的水蜜桃果实甜度显著低于BC2+BF处理，其他处理间均无显著差异。在平地果园中，BC1+BF和BC2+BF处理的果实甜度显著高于其他处理，除此之外，各处理间并无显著差异。

2.4 不同指标间的相关性分析

由表1可知：叶片全氮含量与单株坐果数量呈显著负相关，而叶片全钾含量与单株坐果数量呈极显著正相关；土壤全氮、速效氮、速效磷含量，以及叶片全钾含量与单株产量均呈显著正相关，土壤有机质含量、单株坐果数量与单株产量呈极显著正相关；土壤全氮和速效磷含量分别与单果鲜重呈显著和极显著负相关，叶片全氮、全磷含量与单果鲜重均呈极显著正相关，单株坐果数量与单果鲜重呈显著负相关；土壤全氮、速效磷含量与果实甜度呈极显著负相关，叶片全氮、全磷含量，及单果鲜重与果实甜度呈极显著正相关，叶片全钾含量、单株坐果数量与果实甜度呈显著负相关。

表1 不同指标的相关性分析

3 讨论

生物炭施入土壤后，不仅能改善土壤的物理结构，还能改变土壤中的有效养分含量，但不同的研究结果存在差异。魏永霞等[12]在研究生物炭对坡耕地土壤肥力的影响时发现，施加生物炭能明显提高土壤铵态氮、速效钾、有机质含量，但对土壤有效磷并无明显影响。许剑敏等[13]研究表明，生物炭+菌肥处理能明显提高土壤中的有机质、全氮、全磷、碱解氮、速效磷含量。本研究结果显示，果园中施加生物炭和微生物肥后，除平地果园中BC1+BF处理的速效磷含量，及BC2处理的速效钾含量外，其他处理对土壤全氮、速效氮、速效磷、速效钾含量并无显著提升作用，但施用生物炭或微生物肥的各处理下，除平地果园的叶片全氮和BC2+BF处理的叶片全钾，以及山地果园BF处理叶片全磷、全钾和BC1处理的叶片全钾外，桃树叶片的全磷、全钾和全氮含量都显著高于CK，表明生物炭或微生物肥可促进桃树叶片对氮、磷、钾的吸收。综合考虑土壤和叶片中氮、磷、钾元素含量，认为BC1+BF处理的效果较好。

土壤有机质含量是土壤肥力的重要指标之一。研究表明，施入生物炭能促进土壤形成有机-矿质复合体，提高土壤团聚体的稳定性，进而有效减少土壤中有机质的淋失，提高土壤中的有机质含量[12]。本研究结果显示，除平地果园单独施加微生物肥的BF处理未明显提升土壤有机质含量外(可能是试验中微生物肥的施用量不够)，其他处理的果园土壤有机质含量均较CK显著升高，说明施用生物炭或微生物肥可以有效地提高果园土壤的有机质含量。

树体营养供给情况、倒春寒等气候因素和品种本身的遗传因素都可能会导致果树花后落果严重。成年水蜜桃果树单株需要选留150～200个果实才能达到正常结果水平，如水蜜桃果树的单株坐果数量少于150个，则须采用增加单株坐果数量的技术措施以显著提升果树的产量和种植效益。本研究中的水蜜桃单果鲜重大，但是其单株坐果数量较少，导致单株产量较低，在一定程度上制约了该品种的种植收益。

钱嘉文等[14]研究显示，向土壤中施入过高或过低的生物炭均会导致作物产量降低；赵殿峰[15]研究认为，向土壤中施入过量生物炭会抑制作物生长并影响作物品质。本研究表明，在山地和平地水蜜桃果园中，BC1和BC2处理的单株坐果数量和单株产量并无显著差异，但在配施微生物肥后，其单株坐果数量和单株产量大幅上升，说明生物炭与微生物肥配施具有良好的协同增效作用。水蜜桃的单果鲜重和果实甜度是决定其果实商品品质的重要指标。本研究表明：在山地和平地果园中，施用生物炭或微生物肥可较CK处理显著提高水蜜桃果实的单果鲜重，但这些处理中仅BC1+BF和BC2+BF处理在平地果园上能够显著提升水蜜桃的果实甜度。综上所述，从山地和平地果园水蜜桃果树的单株坐果数量、单株产量、单果鲜重和甜度考虑，本试验条件下生物炭的施用量并不是越多越好，微生物肥对生物炭具有增效作用，整体来看，BC1+BF处理的效果最好。

为探寻施加生物炭和微生物肥后土壤养分与水蜜桃叶片营养元素含量，及果实产量、品质的关系，特开展相关性分析。结果表明，土壤有机质含量和叶片全钾含量与单株坐果数量和单株产量呈显著或极显著正相关关系，叶片全氮和全磷含量与单果鲜重和果实甜度呈极显著正相关，暗示提高土壤有机质含量和叶片全钾含量有助于促进水蜜桃单株坐果数量和单株产量的增加，提升叶片中氮、磷元素的含量可促进单果鲜重和果实甜度的上升。

总的来看，在本试验条件下，无论是在山地还是平地果园，施用适当量的生物炭和微生物肥均可提高土壤有机质含量和水蜜桃叶片中的磷、钾含量，促进果树对养分的吸收，提高单株坐果数量、单株产量、单果鲜重、果实甜度。各处理中，以BC1+BF处理的效果最好。