减量化肥配合炭基有机肥对设施切花月季生长及土壤性状的影响

曾猛 潘玉蕊 彭银 达布希拉图

摘要：【目的】探究減量化肥配合炭基有机肥施用对设施切花月季的生长、土壤养分以及土壤盐渍化指标的影响，为科学利用炭基有机肥实现设施切花月季的减肥增质和土壤改良提供技术参考。【方法】以切花月季品种国魂为试材、炭基有机肥为土壤改良材料，共设4个试验处理：常规化肥（CK），炭基有机肥+常规化肥（BF处理），减量化肥40%（CK40处理），炭基有机肥+减量化肥40%（BF40处理）。随机区组设计，进行一点6茬连续试验，比较每一茬中不同处理对切花月季的生长、土壤性状以及盐渍化等指标的影响。【结果】与CK相比，BF40处理使6茬切花月季的株高、茎粗、产量及A级花比例显著增加（P<0.05，下同），分别最大提高23.29%、19.86%、25.56%和149.21%，且在产量的稳定性和可持续性方面表现出显著优势;同时，BF40处理使耕层土壤中的有机质、碱解氮、有效磷和速效钾的含量显著提高，且耕层土壤的pH值稳定在6.7～7.7。与CK相比，各试验处理均能改善耕层土壤盐渍化状况，BF40处理的改良效果显著，且BF处理和BF40处理均能显著提高土壤保肥能力。同时，BF处理和BF40处理能显著增加土壤中细菌、真菌和放线菌的数量，且BF40处理中细菌、真菌和放线菌的数量分别最大提高150.64%、220.95%和179.27%。【结论】施用生物炭基有机肥可有效缓解月季栽培设施内的土壤酸化、盐渍化问题，有利于切花月季生产中的提质增效，且在减量40%化肥的情况下配施效果更佳，可为设施条件下切花月季的生产和土壤改良提供技术参考。

关键词： 减量化肥;炭基有机肥;土壤性状;切花月季

中图分类号： S629                               文献标志码： A 文章编号：2095-1191（2021）08-2202-09

Effects of reduced fertilizer combined with carbon-based organic fertilizer on growth of cut rose and soil properties in greenhouse

ZENG Meng， PAN Yu-rui， PENG Yin， Dabuxilatu*

（College of Resources and Environment， Yunnan Agricultural University， Kunming  650201， China）

Abstract：【Objective】The purpose of this study was to investigate the effect of chemical fertilizer reduction combined with carbon-based organic fertilizer on the growth， soil properties and soil salinization indexes of roses under facility conditions， and to provide technical reference for the scientific use of carbon-based organic fertilizer to achieve the fertilizer reduction and quality improvement  and soil improvement of facility cutting rose. 【Method】The rose（Rosa hybrida ‘Guohun） were used as test material， the carbon-based organic fertilizer was used as soil improvement material. Four experiment treatments were set in this experiment： the conventional chemical fertilizer were used as the control（CK）;carbon-based organic fertilizer+conventional chemical fertilizer（BF treatment）;chemical fertilizer reduction 40%（CK40 treatment）;carbon-based organic fertilizer+chemical fertilizer reduction 40%（BF40 treatment）. A randomized block design was used with this treatments. One point of six consecutive crops were tested to compare the effects of different treatments in each crop on the growth， soil properties and salinization of cut roses. 【Result】Compared with CK， BF40 significantly increased plant height， stem diameter， yield and A-level flower percentage of six-crop roses（P<0.05， the same below）， and the maximum increase reached 23.29%， 19.86%， 25.56% and 149.21% respectively. And BF40 showed significant advantages in yield stability and sustainability. BF40 significantly increased the contents of organic matter， available nitrogen， available phosphorus and available potassium and the value of pH in topsoil was stable between 6.7 to 7.7. Compared with CK， all experimental treatments could improve the salinization of topsoil， and the improvement effect of BF40 was more remarkable. But BF and BF40 could significantly improve topsoil fertility. At the same time， BF and BF40 could increase the number of bacteria， fungi and actinomycetes in topsoil， and BF40 increased the number of bacteria， fungi and actinomycetes by 150.64%， 220.95% and 179.27% at maximum respectively. 【Conclusion】The application of carbon-based organic fertilizer can effectively alleviate the problems of soil acidification and salinization in protected cultivation of roses， which is beneficial to the improvement of quality and efficiency in the production of roses.The combined application effect is better when the chemical fertilizer is reduced by 40%， which can provide technical reference for the production of roses and soil improvement under facility conditions.

Key words： reduced fertilizer; carbon-based organic fertilizer; soil properties; cut rose

Foundation item： Major Science and Technology Project（202002AE320012）

0 引言

【研究意义】设施栽培是生产月季切花的主要方式，在生产过程中过量的肥料投入，造成了切花的产量和品质下降及设施土壤盐渍化和酸化等问题（文方芳，2016）。因此，合理减少化肥的投入量及增施有机肥对设施切花的生产和土壤的改良有着重要的指导意义，对月季切花产业的可持续发展有着深远影响。【前人研究进展】生物炭是以作物秸秆等农林植物废弃生物质为原料，在绝氧或有限氧气供应条件下，400～700 ℃热裂解得到的稳定的富碳固体产物（NY/T 3041—2016《生物炭基肥料》），其高表面积、多孔、高碳的性质有利于降低土壤中的盐分，提高作物产量，减少肥料的投入（张伟明，2012）。钱晓雍等（2014）的研究结果表明，竹炭对设施菜地土壤可溶性盐分有显著的降低作用，能降低5.8%～19.1%。张芙蓉等（2015）对生物炭的研究表明，生物炭可以降低土壤的电导率（EC值）和可溶性盐分含量。此外，生物炭对土壤次生盐渍化也有良好的改良效果。施用棉花秸秆生物炭可改良新疆盐渍化土壤的理化性质，提高作物产量（顾美英等，2016）。有机肥料具有巨大的表面积和表面能，是土壤中速效养分与缓效养分、有机养分与无机养分兼容的养分储备库。许多研究表明，施用有机肥能够显著增加土壤肥力（宇万太等，2009），维持土壤养分平衡（Hao et al.，2018）。关于有机肥在切花生产方面的应用，姜蓉等（2017）研究表明在设施菊花全生育期内减量20%的化肥后配施有机肥，能保证设施菊花产量，且有利于改善土壤的微生物区系及提高微生物的代谢活性;施用有机肥还能提高切花菊根系活力（陈希等，2015），显著促进作物生长（Moon et al.，2018）。有机肥对次生盐渍化土壤也有较好的改良效果，杜连凤等（2005）通过盆栽试验证明，施用有机肥能显著降低土壤可溶性鹽分。同时，有机肥对化学肥料具有一定的替代潜能，可改善土壤微生物学性状。李永华等（2020）的研究结果表明在保证小麦产量的同时有机肥可替代43%的化学肥料。任宏飞等（2020）在设施蔬菜的生产中配施有机肥可以优化土壤生物群落结构，改善栽培土壤质量，提高土壤环境的抗干扰能力。因此，在土壤的改良与培肥中生物炭和有机肥都发挥着重要作用。【本研究切入点】目前，单施生物炭或有机肥对土壤的改良较多的集中在设施蔬菜及一些大田作物中。生物炭和有机肥按一定的比例混合可制成生物炭基有机肥料（NY/T 3618—2020《生物炭基有机肥料》），其与减量化肥配施在切花月季的生长及栽培土壤改良方面的研究鲜见报道。【拟解决的关键问题】以国魂切花月季（Rosa hybrida ‘Guohun）为试材，将生物炭和有机肥按照一定的比例混合制成生物炭基有机肥料，同时配合减量化肥（减量40%），进行一点6茬连续试验，探究减量化肥配合炭基有机肥施用对切花月季生长及土壤改良的影响，明确切花月季的需肥规律，为设施条件下切花月季栽培土壤的改良提供技术支撑，也为该品种的推广提供理论参考。

1 材料与方法

1. 1 试验材料

试验材料切花月季品种国魂是云南省昆明市晋宁区昆阳街道鲁姬村张良花卉专业合作社自主培育的专利品种。试验地点位于合作社塑料大棚内，棚龄为12年，前茬作物为金辉（Rosa hybrida ‘Jinhui）切花月季。棚内土壤理化性质：pH 6.48，有机质27.47 g/kg，碱解氮32.38 mg/kg，有效磷72.73 mg/kg，速效钾566.93 mg/kg，全氮1.25g/kg，全磷1.04 g/kg，全钾10.37 g/kg，EC值2.7 ms/cm。全盐2.76 g/kg。有机肥：由烟梗堆腐发酵制作而成，有机质≥60%，N+P2O5+K2O≥7%。生物炭：稻壳在600 ℃下用炭化工艺制成，pH 8.46，有机质≥40%，N≥1.3%、P2O5≥1.5%、K2O≥7.2%。水溶肥：平衡肥（20-20-20）、高氮（30-10-10）、高磷（10-52-10）、高钾（15-10-30）。

1. 2 试验设计

试验于2017年4月开始、2018年11月结束。炭基有机肥按照生物炭与有机肥1∶4的比例混合制成，生物炭与土壤的质量百分比为0.43%（设计耕层为0.4 m，下同），有机肥与土壤的质量百分比为1.73%，减量化肥处理的施用量为常规化肥施用量的60%。在连作12年的设施大棚内进行一点6茬试验。试验设4个处理组：CK，常规化肥;BF处理，炭基有机肥+常规化肥;CK40处理，减量化肥40%;BF40处理，炭基有机肥+减量化肥40%。每个处理3次重复，共12个小区，随机区组设计，每个小区35 m2（5 m×7 m规格长方形），各小区内病虫害和除草等统一管理。采用根施滴灌的方式，具体施肥次数和施肥量如表1所示。试验期间具体的施肥措施如下：第一茬（从2017年4月22日移栽至2017年10月6日），7～9 d施一次水溶肥，每次的常规施肥所用的氮、磷、钾肥折算为纯量约为6.26 kg/ha N、7.40 kg/ha P2O5、20.53 kg/ha K2O，减量化肥处理的肥料施用量为常规施肥量的60%，即3.76 kg/ha N、4.44 kg/ha P2O5、12.30 kg/ha K2O（下同）;第二茬（2017年10月7日—12月31日），10～12 d施一次水溶肥，每次常规施肥量约为12.4 kg/ha N、16.71 kg/ha P2O5、18.14 kg/ha K2O;第三茬（2018年1月1日—4月30日），10～12 d施一次水溶肥，每次常规施肥量约为14.22 kg/ha N、14.16 kg/ha P2O5、17.9 kg/ha K2O;第四茬（2018年5月1日—7月16日），10～12 d施一次水溶肥，每次常规施肥量约为17.67 kg/ha N、115.51 kg/ha P2O5、14.1 kg/ha K2O;第五茬（2018年7月17日—9月10日），8～10 d施一次水溶肥，每次常规施肥量约为16.26 kg/ha N、15.62 kg/ha P2O5、10.39 kg/ha K2O;第六茬（2018年9月11日—11月8日），5～7 d施一次水溶肥，每次常规施肥量约为9.12 kg/ha N、5.37 kg/ha P2O5、8.37 kg/ha K2O。

1. 3 样品采集与测定

1. 3. 1 切花月季农艺性状、产量及品质的测定 株高的测定：在月季开花期用直尺测定花枝底部至花蕾顶端的长度。茎粗的测定：在开花期采用游标卡尺测定花蕾下部花茎的茎粗。产量的测定：月季切花采收时间为采收期内每天早上7：00—9：00，并记录每一茬采收期间各小区内每天采收切花的数量，采收期结束后计算当茬各小区采收总产量。月季切花的定级：根据昆明市晋宁区昆阳街道张良花卉合作社制定的标准来判定级别，花卉合作社根据云南省地方标准DB 53/T 105—2003《鲜切花质量等级》制定，具体内容见表2，从优到劣依次为A级、B级、C级和D级。

1. 3. 2 土壤样品采集及测定方法 土壤样品为各处理小区内每茬切花采收前采集的土壤样品。采集每一茬切花月季第一次采收前的耕層土壤，6次采收的具体时间依次为：2017年10月6日、2017年12月31日、2018年5月1日、2018年7月16日、2018年9月10日、2018年11月8日。采用5点取样法，每点取0～0.2 m土层土样0.5～1.0 kg，合并各点样品，混匀后，用四分法缩减样品，最终留土样1.0 kg。参考鲍士旦（2000）土壤农化分析的方法测定采集土壤的碱解氮、有效磷和速效钾含量及EC值、CEC值。用平板计数法测定土壤细菌、真菌和放线菌的数量，其中，细菌采用牛肉膏蛋白胨培养基，真菌采用孟加拉红培养基，放线菌采用改良高氏Ⅰ号培养基。

1. 4 统计分析

试验数据采用EXCEL 2007进行统计制图;采用SPSS 19.0的One-way ANOVA单因素检验工具分析数据的显著性差异水平。

2 结果与分析

2. 1 减量化肥配合炭基有机肥施用对切花月季品质的影响

由表3可知，与CK相比，其他3个处理对切花月季的株高有一定的促进作用。其中，CK40处理第二茬和第四茬的株高显著增加（P<0.05，下同）;BF处理第三茬、第四茬和第五茬的株高显著增加;BF40处理第一茬～第六茬的株高均显著增加。与CK相比，BF处理除第二茬外茎粗均显著增加，CK40和BF40处理除第一茬外茎粗均增加，但BF40处理的优势更显著。但在BF40处理中株高和茎粗的最大值（90cm和9.15mm）分别较对应CK（73cm和7.63mm）显著提高23.29%和19.86%，说明减量化肥40%和炭基有机肥+常规化肥处理有利于提高切花月季的株高和茎粗。

由图1可知，与CK相比，前五茬试验中CK40处理对每茬月季切花的A级花百分比均有提升效果，以第二茬、第三茬和第四茬提升最显著;BF处理的A级花百分比有提升的趋势且在最后两茬中差异显著;通过六茬的连续栽培试验，与CK相比，BF40处理月季切花的A级花百分比显著增加，BF40处理中A级花百分比的最高值（59.00%）较同时期CK（23.67%）显著提高149.21%。即炭基有机肥配合减量化肥施用对月季切花的A级花的占比提高效果明显。

2. 2 减量化肥配合炭基有机肥施用对切花月季产量的影响

如表4所示，与CK相比，CK40和BF处理的切花月季增产效果不显著（P>0.05，下同），BF40处理除第五茬与CK间产量无显著差异外，其他5茬的产量均显著增高，其第六茬的BF40处理增产最高，达18.19万枝/ha，较对应CK（14.48万枝/ha）显著提高25.26%。可见，施用炭基有机肥能显著增加切花月季的产量，减量化肥对切花月季产量的影响不显著，但炭基有机肥配合减量化肥施用时，作用增产效果明显。

2. 3 减量化肥配合炭基有机肥施用对切花月季产量稳定性和可持续性的影响

由表5可知，切花月季的产量变异系数以CK40处理和CK最大，二者显著高于施用炭基有机肥的处理;相反，施用炭基有机肥的BF和BF40处理的可持续性产量指数显著高于CK和CK40处理，但二者间差异不显著。故当施用炭基有机肥时，对切花月季的产量稳定性和可持续性有优势，且减量化肥不会降低这种优势。

2. 4 减量化肥配合炭基有机肥施用对土壤pH和有机质含量的影响

由图2可知，在相同移栽时间条件下，各处理间的pH变化差异不显著，在BF处理中土壤pH呈下降—上升—下降的趋势。在BF40处理中，除240 d时耕层土壤pH低于7外，其他移栽时间段的土壤pH均高于7。故施用炭基有机肥对土壤酸化有一定的改良效果，且减量化肥结合炭基有机肥施用改良效果更佳。

从图3可看出，施用炭基有机肥的BF和BF40处理的有机质含量高于不施用炭基有机肥处理CK和CK40处理，且差异显著;同时，BF40处理的有机质含量高于BF处理，即BF和BF40处理均显著增加土壤有机质含量且BF40的效果更明显。因此，相比于常规施肥和减量施肥处理，施用炭基有机肥可显著提高耕层土壤有机质含量。

2. 5 减量化肥配合炭基有机肥施用对设施土壤速效养分的影响

如图4所示，6茬试验结果表明，BF和BF40处理的碱解氮含量显著高于同一采样时间CK和CK40处理;CK40处理与CK的碱解氮含量几乎全时期无显著差异，BF40与BF处理的碱解氮含量也仅在第3次采样（2018年5月21日）有显著差异。因此，相比常规化肥，减量化肥对土壤中碱解氮含量的影响不显著，但施用炭基有机肥能显著增加土壤中碱解氮含量。

由图5可知，与CK相比，BF和BF40处理能显著增加土壤有效磷含量;CK40处理对有效磷含量的提高效果不显著。可见，相比常规化肥，减量化肥对土壤中速效磷含量的影响不显著，但施用炭基有机肥能显著增加土壤中有效磷含量。

由对耕层土壤速效钾含量变化结果分析（图6）可知，随着种植时间的增加，耕层土壤速效钾含量有上升趋势。其中，CK40处理对土壤速效钾含量影响不明显，第2次采样（2017年12月30日）显著低于CK采样时。但BF和BF40处理的速效钾含量显著高于同一采样时间的CK。因此，相比于常规施肥处理，施用炭基有机肥可提高耕层速效钾含量。

2. 6 减量化肥配合炭基有机肥施用对土壤保肥能力的影响

由图7的土壤CEC变化情况看，6茬试验结果均表明，施用炭基有机肥的BF和BF40处理的CEC值均高于CK，且差异显著;BF与BF40处理的CEC值间无显著差异，且CK40处理与CK的CEC值无显著差异。因此，施用炭基肥可增强耕层土壤的保肥能力。

2. 7 减量化肥配合炭基有机肥施用对设施土壤盐渍化指标的影响

土壤浸出液的电导率的数值是土壤含盐量高低的重要参考指标。对供试土壤EC值变化结果分析（图8）可知，CK40、BF和BF40处理均能显著降低土壤EC值，但随着种植时间的增加BF40处理的降低效果越显著。故炭基有机肥配合减量化肥对土壤EC值有显著降低效果，施用炭基有机肥配合常规化肥的作用效果次之。

對耕层土壤的全盐含量进行分析可得出：与CK相比，CK40、BF和BF40处理均能显著降低土壤全盐含量，且BF40处理的效果更佳（图9）。可见，减量化肥配和炭基有机肥施用对耕层土壤的盐渍化有显著的改良效果。。

2. 8 减量化肥配合炭基有机肥施用对设施土壤微生物数量的影响

由表6可知，随着移栽时间的变化，各处理的土壤细菌数量呈升高—降低—缓慢升高的变化趋势。BF和BF40处理在任何时期的细菌数量均显著高于CK，但CK40处理的细菌数量与CK差异不显著。同时，各处理中土壤真菌数量呈波动上升趋势。与CK相比，BF和BF40处理的土壤真菌数量均显著上升，但2个处理间真菌数量变化差异不显著;CK40处理中土壤真菌数量与CK差异不显著。此外，对于放线菌，与CK相比，BF和BF40处理显著增加，但2个处理间变化差异不显著。且CK40处理中放线菌数量仅在第4次（2018年7月16日）和第5次（2018年9月10日）采样与CK的差异显著。综合来看，与CK相比，炭基有机肥配合减量化肥处理有利于细菌、真菌和放线菌数量的增加，其中第3次采样（2018年5月21日）细菌数量增加最显著，较同时期的CK增加150.64%;第4次采样（2018年7月16日）真菌数量增加最显著，较同时期CK增加220.95%;第6次采样（2018年10月27日）放线菌数量增加最显著，较同时期CK增加179.27%。因此，炭基有机肥的施用可显著改善耕层土壤中的微生物性状，且减量化肥配施时改良效果更显著。

3 讨论

本研究结果表明，炭基有机肥能显著增加切花月季的株高、茎粗、产量及品质，对产量有较好的稳定性和可持续性，该结果与于南卓（2018）的研究结果相吻合。炭基有机肥中生物炭的多孔结构和巨大的比表面积具有良好的保肥能力，能够吸附土壤中有机化合物或无机离子，增加作物对养分的吸收。且在减量化肥时，切花月季的株高、茎粗、A级花率及产量也得到了增加，其中原因可能是，减量化肥合理地协调了土壤中氮磷钾的配比，从而提高了月季切花的品质。此外，在减量化肥配合炭基有机肥施用的处理中，切花月季的株高、茎粗、A级花百分比、品质及产量的提高效果更显著。陈心想等（2013）的研究也指出生物炭配合矿质肥料施用可提高土壤中有效养分含量，对土壤化学性质有一定的改善作用。因此，炭基有机肥配合减量化肥施用后使土壤中养分配比更协调，促进切花月季对养分的吸收，同时炭基有机肥结合了生物炭和有机肥的性质，有效地提升土壤的改良效果，实现了切花月季栽培中的减肥增效。

生物炭和有机肥单独施用的研究结果表明，施用生物炭能够改善土壤性状（Ma et al.，2016），增加土壤的保肥能力，改良土壤次生盐渍化（张瑞等，2014）。施用有机肥能显著增加土壤肥力（李彦等，2017），改善土壤结构（Beesley et al.，2011），降低土壤EC值和土壤盐分含量（刘建玲等，2005）。本研究结果表明，炭基有机肥能显著提高土壤的有机质含量、速效养分含量、土壤CEC值及土壤微生物量，且降低了土壤EC值和全盐含量，此结果与杨芳芳（2019）的研究结果中关于土壤电导率随炭基有机肥的施用量增加而降低的论述一致。产生该结果的原因可能是：炭基有机肥自身含有多种养分，同时有效增加了土壤表面的负电荷数（魏晓兰等，2017），对养分有一定的缓释作用，且炭基有机肥的多孔、高碳性质为土壤微生物提供碳源的同时也为其提供良好的栖息场所（张圣也等，2020），从而促进微生物对养分的活化。在本研究中，减量化肥处理（CK40）对土壤的有机质含量、速效养分含量及土壤CEC值等指标的影响不显著，但对土壤的EC值和全盐含量有显著的降低效果，可能是由于化肥减量施用从源头上减少了土壤里盐分的投入量，有效降低了土壤盐渍化程度。文方芳（2016）研究得出，设施土壤的次生盐渍化和酸化主要由于栽培过程中水肥过量投入所致，应从源头上严格管控水肥的投入。然而，减量化肥配合炭基有机肥的施用对土壤的性状、土壤微生物量及盐渍化的改良效果优于施用炭基有机肥，且姜蓉等（2017）对设施菊花进行两年三季的田间定位小区试验结果表明，减量施肥配合生物有机肥能增加土壤微生物量及土壤速效养分含量。因此，减量化肥配合炭基有机肥可能综合了炭基有机肥与减量化肥的优势，给土壤微生物提供了一个良好的生活环境，并协调了化学肥料的投入量与土壤性状间的关系，解决了切花月季栽培中养分过量及次生盐渍化的问题。综上所述，炭基有机肥配合减量化肥能够有效调节养分的供应和剩余养分的累积，降低土壤次生盐渍化程度，增强土壤肥力。

4 结论

生物炭基有机肥的施用可有效缓解月季栽培设施内的土壤酸化、盐渍化问题，有利于切花月季生产中的提质增效，且在减量40%化肥的情况下配施效果更佳，可为设施条件下切花月季的生产和土壤改良提供技术参考。

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（责任编辑 邓慧灵）

收稿日期：2020-12-12

基金项目：重大科技专项计划项目（202002AE320012）

通讯作者：达布希拉图（1974-），https：//orcid.org/0000-0003-4148-8615，博士，副教授，从事植物逆境营养生理和新型肥料研发研究工作，E-mail：49024470@qq.com

第一作者：曾猛（1998-），https：//orcid.org/0000-0002-3085-7609，研究方向為生物炭及植物营养诊断，E-mail：3477455743@qq.com