施用稻殼炭對(duì)大白菜、馬鈴薯產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

吳愉萍，朱 勇，連 瑛，王明湖，孫 輝，吳丹亞，馬永軍，孫丹蓉(.寧波市農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全管理總站，浙江 寧波 50； .寧波市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，浙江 寧波 500；.寧波市種植業(yè)管理總站，浙江 寧波 50； .寧波起源生態(tài)農(nóng)業(yè)有限公司，浙江 寧波 58)

生物炭是由生物質(zhì)在完全或部分缺氧的情況下炭化產(chǎn)生的一類高度芳香化難熔性固態(tài)物質(zhì)[1]，因其強(qiáng)堿性、較高的碳含量和較強(qiáng)的吸附性能，被認(rèn)為在低碳農(nóng)業(yè)中大有可為[2]。有許多生物炭作為土壤改良劑提高農(nóng)作物產(chǎn)量的報(bào)道[3-5]；但是，關(guān)于生物炭是否能促進(jìn)作物增產(chǎn)也有不同的結(jié)論。Rondon等[6]研究發(fā)現(xiàn)，在施用5和15 t·hm-2生物炭后，大豆和玉米的產(chǎn)量皆有所下降；郭茜等[7]研究發(fā)現(xiàn)，施用死豬炭能夠顯著提高小青菜產(chǎn)量，但施用竹炭卻降低了空心菜的產(chǎn)量，因此關(guān)于生物炭在農(nóng)作物生產(chǎn)中的作用需要進(jìn)一步研究。此外，因生物炭具對(duì)氨態(tài)氮的吸附性能[8]，被認(rèn)為能夠減少蔬菜中硝酸鹽的累積[9]。

作者以常見(jiàn)易獲得的稻殼炭為材料，進(jìn)行施用生物炭對(duì)早熟5號(hào)大白菜和本地小黃皮種馬鈴薯的產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，并跟蹤土壤pH值和養(yǎng)分狀況的變化，以期為生物炭在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用提供基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)在寧波市橫街鎮(zhèn)大雷村寧波起源生態(tài)農(nóng)業(yè)有限公司進(jìn)行，地理坐標(biāo)121°18′37″E，29°51′54″N，平均海拔250 m。該地處浙江東部沿海，屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，年降水量1 538.8 mm，年蒸發(fā)量894.4 mm，年平均氣溫16.2 ℃，無(wú)霜期238 d，年平均日照時(shí)數(shù)2 070 h。試驗(yàn)在玻璃大棚內(nèi)進(jìn)行，供試地塊在種植馬鈴薯和早熟5號(hào)大白菜之前閑置3個(gè)月。耕層土壤(0～20 cm)的基本理化性質(zhì)：pH值5.14，有機(jī)質(zhì)51.4 g·kg-1，速效鉀502 mg·kg-1，有效磷438 mg·kg-1，水解性氮264 mg·kg-1。

供試稻殼炭pH值10.19，碳含量為66.64 g·kg-1，氮含量(以N計(jì)，下同)為0.66 g·kg-1，磷含量(以P計(jì)，下同)為2.92 g·kg-1，鉀含量(以K計(jì)，下同)為18.70 g·kg-1，BET比表面積為48.35 m2·g-1。供試蔬菜為早熟5號(hào)大白菜和本地小黃皮種馬鈴薯。

1.2 處理設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)置施用稻殼炭(BC)和不施炭對(duì)照(CK)2個(gè)處理。稻殼炭的施用量按照土壤重量的0.5%計(jì)算，用量26.5 t·hm-2。小區(qū)面積1.2 m×5 m=6 m2，重復(fù)3次，2種蔬菜共12個(gè)小區(qū)。

稻殼炭與有機(jī)肥、鈣鎂磷肥一起于2016年12月18日做基肥施入土壤。有機(jī)肥為自行堆制的羊糞，施用34.5 t·hm-2，鈣鎂磷肥施用1 050 kg·hm-2。馬鈴薯于2016年12月20日種植，密度4.05萬(wàn)株·hm-2，2017年3月22日采收。大白菜于2016年12月26日播種，種子撒播，用種量7.5 kg·hm-2，2017年2月27日采收。2種蔬菜整個(gè)生長(zhǎng)周期均不再追肥，也未施用農(nóng)藥。

1.3 調(diào)查與統(tǒng)計(jì)

分別于2017年2月27日和3月22日對(duì)大白菜地塊和馬鈴薯地塊土壤進(jìn)行了采集，跟蹤生物炭施用后，土壤pH值和肥力的變化情況。

數(shù)據(jù)采用DPS進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 對(duì)土壤pH值和養(yǎng)分的影響

表1表明，稻殼炭處理提高了土壤pH值，大白菜地塊稻殼炭處理土壤pH值比不施炭對(duì)照高了0.33個(gè)單位，但差異不顯著。馬鈴薯地塊稻殼炭處理土壤pH值顯著高于對(duì)照。稻殼炭處理提高了土壤有機(jī)質(zhì)含量，大白菜和馬鈴薯地塊稻殼炭處理有機(jī)質(zhì)含量比對(duì)照高約30%，均達(dá)顯著水平。稻殼炭處理顯著提高了土壤速效鉀含量，大白菜地塊稻殼炭處理的速效鉀含量比對(duì)照高87.8%，馬鈴薯地塊高63.7%。施用稻殼炭處理提高了土壤有效磷含量，但2種蔬菜地均未達(dá)顯著水平。施用稻殼炭處理對(duì)土壤水解性氮?jiǎng)t基本無(wú)影響。

稻殼炭本身為堿性物質(zhì)，pH值較高(10.19)，添加到土壤后通過(guò)直接作用[10]或其含有的Ca2+、K+、Mg2+等離子與土壤中的H+和Al3+離子交換[11]，進(jìn)而提高了土壤的pH值。生物炭具有較強(qiáng)的生物惰性，施入土壤后難以被微生物所降解，長(zhǎng)期存留于土壤并成為土壤有機(jī)碳的組成部分[9]，因而土壤有機(jī)質(zhì)含量在施用生物炭后顯著提高。稻殼炭提高土壤鉀含量則與稻殼炭本身鉀含量較高(18.70 g·kg-1)有關(guān)。

表1 施用稻殼炭對(duì)土壤pH值和養(yǎng)分的影響

注：同列BC與CK比較,兩者無(wú)相同小寫字母，表示差異顯著。表2～3同。

2.2 對(duì)大白菜產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

表2表明，稻殼炭處理對(duì)早熟5號(hào)大白菜的產(chǎn)量并無(wú)顯著影響，但顯著提高了單株大白菜的重量，增加了大白菜的商品性。本試驗(yàn)中大白菜的種植方式為撒播，在測(cè)產(chǎn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，對(duì)照大白菜株數(shù)較多，每株普遍長(zhǎng)得較小，商品性較差，稻殼炭處理的大白菜株數(shù)少，但每株均長(zhǎng)得較大，商品性更好。稻殼炭處理有降低大白菜中硝酸鹽含量的趨勢(shì)，但與對(duì)照相比，差異并不顯著。稻殼炭處理對(duì)大白菜中的鉀含量無(wú)顯著影響。

表2 施用稻殼炭對(duì)早熟5號(hào)大白菜產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

2.3 對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

表3表明，稻殼炭處理不僅沒(méi)有增加馬鈴薯的產(chǎn)量，反而減少了產(chǎn)量，而且單個(gè)馬鈴薯重量也降低了。其原因可能是供試馬鈴薯為本地種植多年的地方品種，種薯為自留種，經(jīng)過(guò)了多年當(dāng)?shù)丨h(huán)境的自然篩選，適應(yīng)了當(dāng)?shù)氐乃嵝酝寥溃┯蒙锾亢筇岣吡送寥纏H值，破壞了原先該品種馬鈴薯適應(yīng)的生長(zhǎng)環(huán)境，反而降低了產(chǎn)量。稻殼炭處理對(duì)馬鈴薯硝酸鹽含量無(wú)顯著影響，但顯著提高了馬鈴薯中鉀的含量，這與稻殼炭本身含有較高的鉀，以及土壤中速效鉀含量較高一致。

表 3 施用稻殼炭對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

3 小結(jié)與討論

施用稻殼炭能夠顯著提高土壤pH值、有機(jī)質(zhì)和速效鉀含量。劉玉學(xué)等[9]研究了不同添加水平的稻稈炭和竹炭對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)炭添加量在20和40 t·hm-2時(shí)，能顯著提高土壤pH值、有機(jī)碳、全氮和速效鉀含量，但對(duì)土壤有效磷含量未產(chǎn)生顯著性影響。馬嘉偉等[12]研究了竹炭對(duì)紅壤改良的影響，發(fā)現(xiàn)添加竹炭能夠提高土壤pH值，提升土壤有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)，但對(duì)土壤有效氮、有效磷、有效鉀無(wú)顯著影響，與本研究結(jié)果一致。

施用稻殼炭對(duì)早熟5號(hào)大白菜和本地小黃皮種馬鈴薯產(chǎn)量沒(méi)有顯著影響，但顯著提高了早熟5號(hào)大白菜單株重量，提高了商品性。勾芒芒等[13]在砂壤土中施用生物炭，發(fā)現(xiàn)對(duì)番茄的產(chǎn)量具有增產(chǎn)作用。劉玉學(xué)等[9]發(fā)現(xiàn)添加稻稈炭使小青菜生物量有所增加，但只有當(dāng)添加量為10和20 t·hm-2時(shí)才呈現(xiàn)出顯著性差異，比不添加炭處理能夠增產(chǎn)16.2%和19.7%，而添加量增至40 t·hm-2時(shí)，產(chǎn)量反而顯著性下降。馬嘉偉等研究了竹炭對(duì)青菜產(chǎn)量的影響，發(fā)現(xiàn)在施用化肥的情況下再施用竹炭，反而降低了青菜的產(chǎn)量。生物炭對(duì)作物的增產(chǎn)作用與作物本身、土壤性狀以及生物炭的添加量等有關(guān)。

施用稻殼炭對(duì)這2種蔬菜中硝酸鹽含量的影響不顯著，但有降低大白菜中硝酸鹽含量的趨勢(shì)。施用稻殼炭顯著增加了馬鈴薯鉀含量，但大白菜中鉀含量則沒(méi)有顯著影響。生物炭在酸化土壤、耐堿性作物及需鉀量高的作物上施用，對(duì)作物增產(chǎn)和改良土壤的效果更加明顯。

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