生物炭对小白菜产量与品质的影响

陆丽华 查金芳 张文滔 朱瑞鼎 王文青 施林林

（1苏州市吴中区金庭镇农林服务中心，江苏苏州 215111；2苏州市吴江区同里镇农村工作办公室，江苏苏州 215222；3苏州市吴中区果蔬园艺站，江苏苏州215103；4江苏常熟国家农业科技园区管理委员会，江苏常熟 215500；5苏州市农业科学院，江苏苏州 215106）

不结球小白菜（Brassica chinensis L.）属于十字花科芸薹属白菜亚种蔬菜，俗称小白菜，是苏南地区人们喜食的叶菜，富含多种重要的营养物质，如胡萝卜素、VC、VB、钙和铁等物质[1-3]。小白菜属于喜肥作物，在种植过程中需要投入大量的有机肥和化肥，常常导致小白菜糖度降低、硝酸盐含量增加、口感变差等[4]。同时，大量施肥也容易导致蔬菜地氮、磷元素超标，在夏季降雨条件下，极易导致农业面源污染[5]。因此，解决小白菜生产过程中面临的肥料问题是提高小白菜产业竞争力和农民收入的关键。

生物炭最早发现于亚马逊雨林，在雨林中炭化物质对地上植被具有良好的生长促进作用[6]。同时，生物炭由于具有稳定的理化性质、大量的孔隙和吸附性能，被越来越多地用作土壤调理剂和农业面源污染阻控剂[7-8]。俞映倞等[9]添加生物炭成功提高了小白菜种植地土壤pH值、产量和氮肥利用率，但未明确生物炭最优投入量，同时也未对小白菜品质进行深入研究。本研究拟探讨小白菜产量与品质协同提升下生物炭的适宜投入量。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验采用盆栽方式进行，盆钵上口径16cm、高度11.5 cm、底直径12 cm，容土量2 L。土壤（0～20 cm）取自常年蔬菜种植地，土壤理化性质如下：有机质32.1 g/kg、全氮 1.96 g/kg、碱解氮 97.0 mg/kg、有效磷60.2 mg/kg、速效钾118.3 mg/kg，pH值为6.51。 生物炭来自稻麦秸秆，经过450℃煅烧，并经过机械粉碎至0.2 cm左右，含总碳50.2%、全氮10.22 mg/kg、硝态氮2.01 mg/kg、铵态氮4.21 mg/kg，比表面积6.84 m2/g，孔径6.19 nm。化肥采用尿素（含纯N 46%）和三元复合肥（15-15-15）。

1.2 试验设计

试验设5个处理，分别为正常施肥但不添加生物炭处理（B0）、添加 5%生物炭处理（B5）、添加 10%生物炭处理（B10）、添加 15%生物炭处理（B15）和不施肥对照（CK）。4次重复，盆钵随机排布。

1.3 试验过程

生物炭与土壤混匀，尿素在播种后分2～3次施入，磷钾肥作为基肥一次性施入，施肥量参考当地常规施肥量（尿素 270 kg/hm2、钙镁磷肥 225 kg/hm2、硫酸钾180 kg/hm2）。试验于2020年5月下旬开展，小白菜种子采用点播方式，保证每个盆中为3颗，其余栽培措施参考当地露地蔬菜管理。

小白菜连续种植3季，每季为35～40 d，收取不同处理条件下盆中所有整株小白菜，称取鲜重，计算单位面积产量。同时，挑选正常鲜叶叶片，采用2，4-二硝基苯肼比色法测定小白菜VC含量，采用蒽酮比色法测定可溶性糖含量，参考《食品安全国家标准食品中亚硝酸盐与硝酸盐的测定》（GB 5009.33—2016）测定小白菜硝酸盐含量。

1.4 数据分析

数据收集和绘图利用Excel 2013，统计分析利用SPSS 19.0软件，并采用LSD法进行多重比较，采用Pearson法进行相关性分析。

2 结果与分析

2.1 生物炭对小白菜产量的影响

由表1可知，前季小白菜平均产量高于后季，处理B5和处理B10的小白菜产量显著高于处理B0和CK。其中，处理B53季小白菜的平均产量为4 821 kg/hm2，处理B103季小白菜的平均产量为4 840 kg/hm2，处理B03季小白菜的平均产量为4 582 kg/hm2，而CK 3季小白菜的平均产量仅为3 683 kg/hm2，表明施肥和添加生物炭可显著提高小白菜产量。

表1 不同处理小白菜产量 单位：（kg·hm-2）

2.2 生物炭对小白菜品质的影响

2.2.1 对VC含量的影响。由图1可知，不同处理小白菜VC含量具有显著差异，且在不同栽培季效应一致。处理B10小白菜VC含量最高，3季平均含量为 257.3 mg/kg，分别比处理 B0、B5、B15、CK 高 11.8%、1.9%、8.1%、7.1%。

2.2.2 对可溶性糖含量的影响。由图2可知，不同生物炭投入水平下小白菜可溶性糖含量无显著差异，但处理B5和处理B10可溶性糖含量相对较高，处理B0、B15和CK相对较低，三季间趋势基本一致。处理B5和处理B103季平均可溶性糖含量分别为11.4、11.5 mg/kg，而处理B0、B15和CK的平均可溶性糖含量为10.0～10.3 mg/kg。

2.2.3 对硝酸盐含量的影响。由图3可知，不同处理小白菜硝酸盐含量随着生物炭投入量的增加有降低趋势，且3季之间的趋势一致。其中：处理B0、B5、B10之间无显著差异，平均含量为768.0～886.7 mg/kg；处理B15显著低于上述3个处理，3季平均硝酸盐含量为 530.7 mg/kg，与 CK（492.3 mg/kg）相当。

3 结论与讨论

试验结果表明，合理添加生物炭能提高小白菜产量，但过高比例生物炭会抑制小白菜产量的提高。这与生物炭的自身性质密切相关，生物炭含有部分氮、磷、钾以及微量元素养分，低比例生物炭投入土壤后能有效改良土壤结构，提高土壤养分物质的利用率[9]；高比例生物炭（高于15%）投入土壤抑制产量的提高，很可能是由于生物炭本身具有的吸附能力限制了土壤中速效养分的利用[10]。这种“双刃剑”效应在生物炭堆肥过程中也有类似报道[11]。因此，从提高小白菜产量的角度来看，生物炭添加量应控制在10%以内。

VC不仅是重要的营养物质，同时也参与了植物体内氧化还原反应，还具有多种生理活性功能，是植物生长良好的重要指标。本研究发现，合理添加生物炭（添加比例5%、10%）能显著提高小白菜VC含量，添加量过高（添加比例15%）或过低（不添加）会降低小白菜VC含量，究其原因可能与生物炭添加的“双刃剑”效应有关。相关性分析表明，若不考虑不施肥处理，小白菜产量与VC含量具有显著正相关关系（r=0.93，P<0.05）。

可溶性糖不仅可为植物提供养分和能量，帮助植物抵御逆境，同时也是提高小白菜口感的重要物质[12-13]。本研究中，添加不同比例生物炭的处理之间可溶糖含量无显著差异。这可能与栽培季节处于夏季，植物呼吸旺盛，可溶性糖不易留存有关，但适量投入生物炭仍然能提高小白菜可溶性糖含量。

有研究表明，大量投入化肥常导致叶菜类硝酸盐含量超标[14]。尽管硝酸盐本身无毒，但人体食用后硝酸盐易还原为亚硝酸盐，亚硝酸盐为致癌物。本研究表明，投入生物炭能显著抑制小白菜中的硝酸盐累积，且投入量越高抑制效应越显著。导致这一效应的原因很可能是随着生物炭投入量增加，土壤中被吸附的硝酸盐显著增加[15]。

综上所述，在菜园土中适量添加生物炭能有效调节小白菜生长，添加5%～10%生物炭能有效提高小白菜产量和VC含量，降低硝酸盐含量。同时笔者认为，各地土壤类型多样，基础地力不尽相同，生物炭来源和制备工艺不同，在实际生产过程中，应当根据当地实际情况，在本研究基础上合理调配。