化肥减量配施生物炭对辣椒生长及养分 吸收利用的影响

田 筱 张龙芬 王高飞 毛明明 王 岩 白立伟 邢 丹 *

（1.贵州大学农学院， 贵阳 550025； 2.贵州省农业科学院辣椒研究所， 贵阳 550000； 3. 长顺县农业农村局， 贵州长顺 550700）

辣椒是茄科辣椒属一年生或多年生草本植物，是我国播种面积第一且产值最大的蔬菜作物，其含有丰富的辣椒素、胡萝卜素、辣椒红素、维生素C等有效成分，具有较高的营养价值，深受人们的喜爱。近年来，随着辣椒种植面积增大化肥施用呈现逐年增加的趋势，而越来越高的化肥施用量带来的却是肥料养分利用率的下降，不仅造成化肥浪费和农业产品品质降低，而且土壤化肥污染也会因此加剧。因此，寻求安全高效的新型肥料对我国辣椒种植及环境保护具有重要意义。

生物炭是一种良好的土壤改良剂，可以有效吸附养分；将生物炭施入土壤中可以改良土壤的理化性质，促进作物生长，提高养分的吸收效率。有研究表明生物炭与化肥配施可提高作物养分利用效率，提高产量。刘彦伶等研究表明生物炭与肥料配施不仅可以改良土壤状况，提升土壤肥力，还可促进磷素的积累及转运，提高植株磷素吸收效率，进而增加干物质及作物产量。张爱平等研究发现，生物炭和氮肥配施能够促进水稻对氮素吸收，提高氮肥农学效率和氮肥利用率，且两者均随生物炭用量的增加而增加。张伟明等研究表明生物炭与化肥互作在不同程度上提高了大豆株高，大豆在生育期中叶、茎对氮、磷吸收逐步增加，单株氮、磷积累量明显提高。刘领等通过盆栽试验研究发现，氮肥添加生物炭显著增加了烟叶叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素的含量，显著提高了烟株根系活力及土壤酶活性,促进了烤烟的生长。由此可见，生物炭不仅可以发挥改良土壤的理化性质，还可以在一定程度上起到促进作物生长发育和提升作物养分吸收利用及叶绿素含量的作用。

过去关于生物炭对辣椒生长发育、养分吸收利用影响的研究相对较少，且结论不一。因此，明确生物炭配合化肥减施对辣椒生长发育、养分吸收利用的影响，对生物炭协同提高作物产量和农业废弃物资源化利用具有重要意义。本研究以辣椒植株为试验材料，通过研究不同梯度辣椒秸秆生物炭与化肥减量共施对辣椒各部位生长及养分吸收利用的影响，以期为辣椒秸秆资源在农业中的优化利用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料与试验地点

供试辣椒品种为贵州省农业科学院辣椒研究所提供的簇生朝天椒（辣研102）。供试生物炭为辣椒秸秆在450 ℃裂解1h后获得，其pH值9.64，全氮0.52 g/kg，全磷1.60 g/kg，全钾7.00 g/kg，有机碳79.5%，将生物炭粉碎后过2 mm筛，烘干装袋中备用。采用化肥为复合肥（N15-P15-K15），总养分≥45%，购自湖北省嘉施利化肥有限公司。供试土壤采自贵州省农业科学院试验田表层（0～20 cm）酸性黄壤，其基本理化性质为：土壤pH值 5.46，有机质含量29.45 g/kg，全氮1.00 g/kg，有效磷25.0 mg/kg，速效钾110 mg/kg，土壤风干磨细后过2 mm筛备用。

1.2 试验设计

试验在贵州省农业科学院辣椒研究所温室大棚进行，控制室温25±3 ℃，光照时间14 h /d。试验共设9个处理，每个处理3个重复：常规施肥（CK）；常规施肥+2%生物炭（F100B2）；常规施肥+5%生物炭（F100B5）；化肥减量10%（F90）；化肥减量10%+2%生物炭（F90B2）；化肥减量10%+5%生物炭（F90B5）；化肥减量20%（F80）；化肥减量20%+2%生物炭（F80B2）；化肥减量20%+5%生物炭（F80B5）。每个处理装土量为5 kg，生物炭添加量占每盆土壤干质量的2%和5%，常规施肥、化肥减量10%、化肥减量20%分别为施肥30 g、27 g、24 g。试验前，将生物炭、化肥与土壤混合均匀装于普通塑料花盆，后期不再进行追肥，供试作物为辣椒。于2019年1月采用漂浮育苗方式进行温室内育苗， 4月选择长势均匀的辣椒移栽，辣椒移栽后每天定量浇水200 mL且及时人工除草，定期调换花盆的位置。7月收获后，采集辣椒果实及植株 样本。

1.3 样品采集与测定

2019年7月辣椒成熟期，调查辣椒植株株高、茎粗、SPAD 值。株高为盆栽土壤表面到辣椒植株最顶端的高度，茎粗为土壤表面上方1 cm处辣椒植株的茎粗，叶片SPAD值用日本产SPAD502型叶绿素计测定辣椒植株茎秆第一分叉位叶片的SPAD值。后采集辣椒果实样与辣椒植株样，并记录生物量，生物量为采集植株的根、茎、叶。将果实样与植株样清洗干净后放入烘箱在 105 ℃杀青 10 min，80 ℃下烘干至恒重。使用粉碎机将植株和果实样分别粉碎后装入自封袋，供植株和果实样氮、磷、钾养分含量的测定。辣椒植株和果实氮、磷、钾含量参照鲍士旦（1999）描述的方法测定。

1.4 数据处理

通过Excel 2007整理数据。通过SPSS26.0对数据进行方差分析和Duncan's新复极差法，显著水平为＜0.05用GraphPadPrism7作图。养分吸收利用指标的计算方式如下：

养分吸收效率/% = 植株体内养分吸收总量/土壤中施养量×100

养分利用效率/% = 果实中养分吸收总量/ 土壤中施养量×100

2 结果与分析

2.1 化肥减量配施生物炭对辣椒生长的影响

由表1可知，在化肥配施生物炭后可显著增加辣椒植株株高、茎粗、SPAD值和生物量含量。F100和F90添加生物炭处理中辣椒植株株高、茎粗、SPAD值和生物量均显著高于对照，而F80配施添加生物炭处理中辣椒植株株高、茎粗、SPAD值和生物量均显著高于F90。在所有添加生物炭的处理中辣椒植株株高、茎粗、SPAD值和生物量均以F100B2最高，与CK相比分别增加了12.34%、21.98%、17.94%、29.67%。

表1 化肥减量配施生物炭对辣椒生长的影响Table1 Effects of fertilizer reduction combined with biochar on the growth of pepper

2.2 化肥减量配施生物炭对辣椒各部位养分含量的影响

由表2可知，化肥添加生物炭后提高了辣椒根、茎叶和果实中的氮、磷、钾含量。具体表现为： F100和F90添加生物炭处理中辣椒根、茎叶和果实中的氮、磷、钾含量均显著高于对照，F80添加生物炭处理中辣椒根、茎叶和果实中的氮、磷、钾含量均显著高于F90和F80。所有处理中辣椒植株根、茎叶和果实中的氮、磷、钾含量均以F100B2最高。F100B2处理中根氮、磷、钾含量与CK相比分别增长了35.29%、85.37%、79.37%；茎叶氮、磷、钾含量与CK相比分别增长了13.85%、58.04%、30.33%；果实氮、磷、钾含量与CK相比分别增长了36.36%、31.67%、18.80%。

表2 化肥减量配施生物炭对辣椒各部位养分含量的影响Table2 Effects of fertilizer reduction combined with biochar on nutrient content in various parts of pepper

2.3 化肥减量配施生物炭对辣椒吸收养分的影响

由图1可知，在化肥与生物炭配施后各处理中辣椒植株养分吸收效率均得到提高：1）F100和F90在添加生物炭处理中，辣椒植株氮、磷、钾吸收效率均显著高于对照组；F80配施生物炭处理中辣椒植株钾吸收效率显著高于F90，氮、磷吸收效率均显著高于对照组。2）辣椒植株氮、磷、钾吸收效率在化肥减量10%和化肥减量20%的处理中随着生物炭的增加而递增，而常规施肥下的氮、磷、钾吸收效率中添加2%的生物炭均高于5%的生物炭。3）添加2%的生物炭中，氮、磷、钾吸收系数呈现F100B2 ＞ F90B2 ＞ F80B2。添加5%的生物炭中，N吸收系数为F90B5 ＞ F80B5 ＞ F100B5，P、K吸收系数为F90B5 ＞ F100B5 ＞ F80B5。没有添加生物炭的处理中氮、磷、钾吸收系数均呈现CK100 ＞ F90 ＞ F80。4）N、K吸收系数均以F90B5最高，与CK相比分别增长了57.31%和77.86%。P吸收系数以F100B2最高，与CK相比增长了106.42%。

图1 生物炭添加量对辣椒吸收养分的影响Fig 1 The effect of biochar addition on the nutrient absorption of pepper

2.4 化肥减量配施生物炭对辣椒利用养分的影响

由图2可知，化肥添加生物炭处理中的辣椒果实养分利用效率升高：1）除F80B2的磷、钾利用效率外，其余化肥配施生物炭处理中辣椒果实氮、磷、钾利用效率均显著高于对照组。2）添加2%的 生物炭中，氮、磷、钾利用效率均呈现F100B2 ＞ F90B2 ＞ F80B2。添加5%的生物炭中，氮、磷、钾利用效率均呈现F100B5 ＞ F90B5 ＞ F80B5。没有添加生物炭的处理中氮、磷、钾利用效率均呈现CK100 ＞ F90 ＞ F80。3）氮、磷、钾利用效率均以F100B2最高，与CK相比分别增长了100.03%、93.56%、74.68%。4）在化肥减量10%和化肥减量20%的处理中，随着生物炭的增加辣椒果实的氮、磷、钾利用效率均递增，其中F90B5最高，其次为F80B5。常规施肥下的氮、磷、钾利用效率中添加2%的生物炭均高于5%的生物炭。

图2 生物炭添加量对辣椒利用养分的影响Fig 2 The effect of biochar addition on the nutrient utilization of pepper

3 讨论与结论

3.1 化肥减量配施生物炭对辣椒生长的影响

由于生物炭的多孔构造，能够吸附肥料中有效养分，保证了蔬菜需要的养分供应以促进地上部植株生长。本研究中F100、F90、F80中加入2%或5%的生物炭与单施化肥相比，显著提高了辣椒植株的株高、茎粗、SPAD值和生物量。其中化肥减施10%后添加生物炭的处理中辣椒植株的株高、茎粗、SPAD值和生物量均显著高于对照，且化肥减施20%后添加生物炭的处理中辣椒植株的株高、茎粗、SPAD值和生物量高于F90。这与王高飞等研究中发现育苗基质加入生物炭增加了幼苗株高、茎粗、SPAD 值、生物量一致。李思平等研究表明生物炭可以增加小白菜的株高、叶面积。郑云珠等在小麦研究也发现，添加小麦秸秆生物炭后与对照相比，冬小麦株高与总干物质量显著增加。说明了化肥减量后添加生物炭可以提高化肥的养分利用率，对辣椒的生长发育有是一定程度的促进作用。同时提高土壤全量以及速效氮、磷、钾养分含量，也改善了土壤理化性质，增加通气性，进而促进了辣椒植株生长和养分吸收利用。

3.2 化肥减量配施生物炭对辣椒养分吸收利用的影响

有研究表明充足的养分是辣椒果实获得足够营养的前提，并且足够的氮、磷、钾养分含量能促进作物吸收，提高作物的养分利用效率。在化肥中添加生物炭可以促进青菜的生长以及养分的积累。这与本研究结果一致，在化肥中加入生物炭后给予了辣椒足够的养分，养分吸收利用效率也因此得以提高。在F100、F90、F80中加入2%或5%的生物炭与单施化肥相比显著提高辣椒植株的氮、磷、钾积累，使辣椒植株能够获取足够的养分，并提高养分吸收效率，进而增加辣椒果实的利用率。其中无论是从养分含量还是养分吸收利用，均表现为F100B2与F100B5高 于CK，F90B2与F90B5高于F90，F80B2与F80B5高于F80，这与夏亚真等[研究中发现在番茄育苗基质中添加不同比例的生物炭能够显著提高番茄幼苗对氮、磷、钾养分的吸收和积累，有利于番茄幼苗生长相一致。这说明化肥在配施生物炭条件下可提高肥效，且由于生物炭除含有大量的碳外，还含有一定量的氮、磷、钾等养分，特别是作物秸秆来源的生物炭含钾量丰富，可以供给作物生长所需养分。又加上生物炭因其微孔结构丰富、比表面积大、吸附能力强等特性，施入土壤后，能够改善土壤通气状况，可以有效吸附养分，从而提高了辣椒对氮、磷、钾利用率。

综上所述，化肥在添加生物炭后，通过显著增加辣椒植株的养分含量，提高N、P、K的吸收与利用，从而促进辣椒的生长发育。本研究结果可为辣椒秸秆资源在农业中的优化利用提供理论 依据。