竹炭有机肥对茄子生长及光谱参数的影响

王意锟 邱志成 张轩睿 李 想 蒋潘怡

（丽水学院，浙江 丽水 323000）

茄子（Solanum melongenaL.）为茄科（Solanaceae）茄属（Solanum）一年生草本植物，其产量较高，适应性强，是夏秋季农产品市场的常见蔬菜之一。茄子栽培常采用复种指数较高和高度集约化的栽培方式，可能导致土壤质量退化、养分失衡，进而导致茄子的产量和品质降低[1]，不利于农业生产的可持续发展。竹炭是竹材经热解得到的多孔性产物，具有多孔隙结构，较高的表面积和阳离子交换能力。竹炭施用于土壤不仅可以降低土壤容重，增加土壤孔隙度和持水率，改善土壤的物理结构，还具有缓释养分的效果，可以提高肥料利用效率[1]。研究表明，竹炭与有机肥科学配比使土壤中的总碳、有机质含量提高，促进有效磷、速效钾的释放，改善了农产品质量[2]。竹炭有机肥施用对茄子生长是否产生积极影响尚待研究，本研究以浙西南地区高山茄子为研究对象，通过不同比例的竹炭有机肥对土壤进行调理，分析竹炭有机肥在不同生长阶段对茄子形态指标与生理特性的影响，以评估不同用量竹炭有机肥的施用效果，为茄子生态高效栽培技术研究提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验设计

试验地位于浙江丽水遂昌县高坪乡，采取随机区组试验设计，共设4个处理，每个处理3个样方。具体处理：CK组施用未添加竹炭的有机肥，T1组施用添加15%竹炭的有机肥（竹炭用量1 125 kg/hm2），T2组施用添加30%竹炭的有机肥（竹炭用量2 250 kg/hm2），T3组施用添加45%竹炭的有机肥（竹炭用量3 375 kg/hm2），各试验地有机肥用量均为7 500 kg/hm2。试验所用茄子品种为丰田5 号。竹炭是毛竹屑经过800 ℃高温炭化所形成，由遂昌绿金有机肥有限公司提供。竹炭有机肥在定植前起垄开沟后条施，垄长30 m，垄宽1 m，垄高15 cm，每垄种植2行，株行距为50 cm×80 cm。

1.2 试验方法

分别于苗期（6月）、结果期（8月）和衰老期（10月）随机选取每个样方内20株茄子作为样株，分别进行株高、株幅、茎粗生长形态，以及果实性状指标进行测定。

选用PP Systems 公司UniSpec-SC 单通道便携式光谱仪（波段范围310～1 130 nm）对茄子样株的叶片进行光谱测定。各茄子样株选取10 片健康成熟叶片，每片叶进行6次光谱数据采集，并计算光谱反射率平均值。

1.3 数据处理

茄子叶片光谱参数涉及的指标计算处理如下。叶绿素相对含量：mSR705=（R750-R445）/（R705-R445）；叶黄素循环指数：PRI=（R531-R570）/（R531+R570）；花青素相对含量：Rred/Rgreen=[Sum（R660toR699）]/[Sum（R500toR599）]；水分相对含量：WI=R900/R970。Rλi为相应波长λi处所对应的光谱反射率。

利用SPSS 16.0 进行单因素方差分析与多重比较，利用Canoco 4.5 进行不同比例竹炭有机肥用量下茄子生长形态指标及光谱参数的主成分分析。

2 结果与分析

2.1 茄子生长形态

各处理不同生长阶段对茄子生长形态的影响如表1所示。从表1可以看出，不同比例的竹炭有机肥的施用对茄子植株茎粗、株幅产生的影响较小。竹炭有机肥对茄子的株高影响较大，在苗期和结果期，T1处理和CK 的株高差异无统计学意义（P＞0.05），而T2、T3处理的株高与CK 之间存在统计学意义（P＜0.05），其中，T2、T3处理的结果期株高分别比CK提高了6.94%、7.35%。衰老期，T3处理与CK、T1和T2处理的株高差异均存在统计学意义（P＜0.05）。说明茄子株高的增加与有机肥中竹炭添加比例可能存在一定关系。

表1 不同生长阶段下茄子的生长形态

2.2 茄子果实性状

表2为结果采收期不同比例竹炭有机肥施用对茄子果实性状的影响，在T1处理下，15%竹炭有机肥的施用对茄子的果实性状影响较小，其单果重、果长和果径与CK 差异均无统计学意义（P＞0.05）。随着有机肥中竹炭添加比例的增加，T2和T3处理下茄子的单果重和果径有所增加，与CK和T1处理间差异存在统计学意义（P＜0.05）。

表2 采收期茄子果实性状

2.3 茄子叶片光谱参数

光谱分析快速、无损，大量应用于植物生化特征的监测，为农业经营与管理提供科学的参考。茄子叶片光谱参数的结果如表3所示。不同竹炭比例的有机肥施用下，茄子叶片的光谱参数在3 个生长阶段均存在明显差异。

表3 不同生长阶段下茄子叶片光谱参数

mSR705是与叶绿素含量相关的光谱参数指标。T2和T3处理的茄子苗期叶片叶绿素相对含量较高，并与T1处理及CK存在统计学意义（P＜0.05）；茄子结果期，T2处理的叶片叶绿素含量与其他处理间均存在统计学意义（P＜0.05），T3处理与CK处理的叶绿素含量未见明显差异。茄子进入衰老期后，各处理叶绿素相对含量有所降低，CK 与T1、T2处理之间差异不明显，而T3处理的叶绿素相对含量与CK相比具有统计学意义（P＜0.05）。说明竹炭有机肥的施用有利于提高茄子叶片叶绿素含量，但随着竹炭比例提高，这种促进效果不再明显。

茄子叶片吸收的过量光能可以通过叶黄素循环的热耗散，消耗过剩激发能，避免光合机构遭受光破坏。在茄子的苗期，随着竹炭比例的增加，竹炭有机肥能有效调节叶黄素循环色素间（紫黄质、花药黄质和玉米黄质）的相互转换。如表3 所示，苗期，T2、T3处理下茄子叶片的叶黄素循环指数有所提高，而竹炭比例较小的T1处理叶黄素循环指数与CK 相比差异不大。结果期，各处理间叶黄素循环指数差异不明显。在茄子衰老期，施用竹炭有机肥的T2、T3处理的叶黄素循环指数与CK 相比存在统计学意义（P＜0.05）。

花青素为水溶性黄酮类化合物，是植物体内的重要色素，能够反映植物的生理状态，具有一定的抗氧化功能。由表3可知，竹炭有机肥在苗期时对茄子叶片花青素相对含量有一定影响，T2和T3处理的花青素相对含量与CK相比具有统计学意义（P＜0.05）。结果期各处理花青素相对含量间无统计学意义（P＞0.05）。

植物叶片水分含量是衡量植物生理过程，判断作物长势和健康状态的重要指标。茄子叶片水分含量的变化会影响蒸腾作用和光合作用，进而影响茄子的产量。由表3 可知，竹炭有机肥在茄子苗期和结果期均能有效地增加叶片中的水分含量，T1、T2和T3处理的水分指数WI 均与CK 存在统计学意义（P＜0.05）。茄子衰老期，竹炭有机肥的作用减弱，且出现竹炭添加比例越高，水分指数越低的趋势。

2.4 主成分分析

茄子的生长状况与其生理特性密切相关。以茄子结果期的株高、株幅等形态指标及叶片光谱参数进行主成分分析。由图1 可知，第一轴和第二轴的贡献率分别为59.9%、29.9%，累计贡献率为89.8%。主成分1可以区分不同比例的竹炭有机肥对茄子生长的影响。单果重、株高在第一轴负轴方向，与T2、T3处理呈正相关的关系。而主成分2主要反映光谱参数间的差异，且叶绿素相对含量与单果重、株高也呈正相关的关系，但对株幅的影响较小。

图1 各处理主成分分析

3 结论与讨论

3 种比例的竹炭有机肥施用对茄子植株茎粗、株幅均未产生明显的影响，随着有机肥中竹炭添加比例增加，T2和T3处理的茄子株高有所增加，茄子单果重和果径也高于CK 和T1处理。这可能是因为竹炭与有机肥配施后，改善了土壤的理化性状，提升了土壤肥力，是良好的土壤调理剂和缓释肥料载体。研究表明[3-4]，施用竹炭有机肥能显著提升土壤碱解氮、速效钾和有机质含量，增加土壤微生物的数量，并促进土壤微生物与氨基酸代谢、核苷酸代谢以及次生代谢产物等相关基因的上调。生物炭和有机肥之间存在互作效应，生物炭不仅可以提高有机肥中碳的稳定性，增加土壤有机质含量，还能抑制土壤中氮、磷等养分的淋失[5]。本研究中，30%比例竹炭处理（T2）和45%比例竹炭处理（T3）对茄子株高和单果重的影响不明显，这说明竹炭有机肥施用过程中，并非是竹炭的比例越高，施用效果越好。不同比例竹炭施用效果的差异和有机肥用量及土壤状况有关。研究发现，有机肥中添加竹炭后，施用高肥量竹炭有机肥对火龙果的生长和产量有一定的抑制作用[6]；陈丽美等[7]研究发现，当有机肥用量为5 t/hm2和20 t/hm2时，紫甘蓝产量随竹炭用量的增加呈现下降的趋势；洪彪等[4]研究发现，施加竹炭有利于连作土壤中穿心莲的生长，且高浓度竹炭施加量对连作穿心莲植株生长的促进作用高于低浓度竹炭施加量。

光合作用是影响茄子产量的重要因素之一，茄子叶片的叶绿素含量与光合作用有着密切的关系，光谱参数反映的叶绿素相对含量直接影响茄子叶片捕获光能的能力以及光合速率。茄子结果期，15%竹炭比例（T1）和30%竹炭比例（T2）的有机肥处理下，叶片叶绿素相对含量均有所提高，且T2处理与其他处理间存在统计学意义（P＜0.05），但45%竹炭比例（T3）的处理与CK 之间未见明显差异。说明在相同的有机肥用量下，竹炭的施用对茄子叶片的叶绿素相对含量有影响，且随着竹炭比例的提高，茄子叶片的叶绿素相对含量呈现先增加后减少的趋势。这与相关研究结果一致，张敏霞等[8]发现，随竹炭施用量的增加，有机卷心菜相对叶绿素含量（SPAD）及荧光参数均出现先促进后抑制的现象，中量竹炭处理下有机卷心菜具有较高的PS II 原初光能转化效率和PS II 反应中心潜在活性，过高竹炭含量则会使其下降。王虹等[9]发现，添加适当比例的竹炭有利于植物的生长，但当基质添加的竹炭比例大于33%时，小青菜的生长受到了一定程度的抑制，这可能与基质的pH 值较高有关。在茄子苗期，竹炭有机肥还可以有效提高叶片的叶黄素循环指数，这可能是因为竹炭有机肥的添加增加了土壤中氮、钾等营养元素水平，促进了植物氮代谢进程，有利于叶黄素的合成与积累[10]。此外，竹炭有机肥在茄子苗期和结果期均有效增加了叶片水分含量。仇淑芳等[11]发现，施用竹炭颗粒有机肥有利于促进植株水分的累积，紫油菜植株含水量与竹炭颗粒有机肥施用量呈正相关关系。

综上所述，不同生长时期、不同比例的竹炭有机肥的施用效果有所不同。30%比例的竹炭与有机肥配合施用较为合理，在茄子苗期和结果期均能较好地促进茄子的生长，其株高、单果重及光谱参数等均优于对照。为农业生产上的有机肥料减量增效应用以及茄子高效生态栽培提供参考。