生物質(zhì)炭與黃磷爐渣配施對(duì)黃壤白菜養(yǎng)分利用及產(chǎn)量的影響

趙 歡，秦 松，肖厚軍*

(1.貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 土壤肥料研究所，貴州 貴陽(yáng) 550006；2.農(nóng)業(yè)部貴州耕地保育與農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站，貴州 貴陽(yáng) 550006；3.西南大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院，重慶 北碚 400716)

【研究意義】白菜(BrassicacampestrisL. spp.pekinensis)是我國(guó)南方地區(qū)廣泛種植的食用蔬菜之一[1]，適宜白菜正常生長(zhǎng)土壤 pH 6.0～7.5[2]，而在中國(guó)南方地區(qū)酸性土壤面積較大[3-4]，這是由于成土母質(zhì)因素造成土壤自身偏酸，加上雨水較多[5]，土壤酸化程度較深，強(qiáng)酸性土壤占比較大[6-7]。袁金華等[8-12]研究表明，近 30 年來(lái)，由于化學(xué)氮肥的過(guò)量不合理施用和酸沉降的持續(xù)影響，土壤酸化程度呈加速發(fā)展趨勢(shì)。黃壤是貴州面積最大的土壤類型，也是亞熱帶地區(qū)主要的酸性土壤，強(qiáng)酸性黃壤面積占貴州黃壤總面積的 41.2 %[13]，酸性土壤已成為限制當(dāng)?shù)厥卟水a(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要因子之一，嚴(yán)重制約其可持續(xù)發(fā)展?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】近年研究發(fā)現(xiàn)，生物質(zhì)炭呈堿性特征，可提高酸化土壤pH，并降低土壤酸度[14-15]。生物質(zhì)炭可增強(qiáng)土壤自身抗酸化能力，降低土壤復(fù)酸化過(guò)程中鋁毒的潛在危害[16]。生物炭具有較大的孔隙度和比表面積，具有較強(qiáng)的吸附能力，有利于保水保肥。另外，生物質(zhì)炭含有數(shù)量較大的高分子碳水化合物，且含有K、Ca、Na、Mg等多種礦物質(zhì)養(yǎng)分和豐富的離域π電子，可提供蔬菜需要的養(yǎng)分，并提高土壤肥力[8]，因此，可以利用其改良酸性土壤。黃磷爐渣的主要成分是堿性物質(zhì)硅酸鈣，有提高土壤pH的作用，同時(shí)，硅、磷的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)十分相似，可提高酸化土壤中硅和磷元素的有效性[17]?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】傳統(tǒng)改良酸化土壤的方法大多是施用石灰等單一堿性無(wú)機(jī)物，一般來(lái)說(shuō)，強(qiáng)酸性土壤施用石灰等均可促進(jìn)作物增產(chǎn)，但長(zhǎng)期大量施用石灰會(huì)引起土壤板結(jié)甚至復(fù)酸化[11,18]，而且容易造成土壤鈣、鉀、鎂等養(yǎng)分的平衡失調(diào)而導(dǎo)致蔬菜減產(chǎn)，肥料效率低[19-21]，而復(fù)合調(diào)理劑有別于傳統(tǒng)的改良方法，增加有機(jī)物料投入能提高土壤對(duì)酸的緩沖性能，同時(shí)緩解土壤的酸化[22-23]，促進(jìn)作物對(duì)養(yǎng)分的吸收利用，從而提高作物產(chǎn)量水平?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】以生物質(zhì)炭和黃磷爐渣配施，研究其對(duì)酸性黃壤白菜養(yǎng)分吸收利用及產(chǎn)量的影響，旨在為貴州蔬菜種植區(qū)土壤改良、蔬菜產(chǎn)量和養(yǎng)分利用效率提高提供一條可行的途徑，以期為貴州酸性黃壤區(qū)蔬菜化肥減施增效提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)時(shí)間與地點(diǎn)

2016年7-9月在貴州省農(nóng)科院溫室大棚進(jìn)行盆栽試驗(yàn)，供試土壤采自貴州省修文縣久長(zhǎng)鎮(zhèn)，土壤類型為酸性黃泥土，基本理化性質(zhì)：pH 5.69，有機(jī)質(zhì)9.26 g/kg，堿解氮37.37 mg/kg，有效磷10.10 mg/kg，速效鉀48.00 mg/kg。

1.2 材料

1.2.1 供試作物 速生四季小白菜，重慶市鴻發(fā)蔬菜種苗有限公司。

1.2.2 肥料 尿素(N 46 %)、過(guò)磷酸鈣(P2O512 %)、硫酸鉀(K2O 50 %)為普通單質(zhì)肥料，購(gòu)于當(dāng)?shù)胤柿辖?jīng)銷商。

1.2.3 改良劑 黃磷爐渣(CaO 40 %～45 % 、SiO230 %～34 % 、有效SiO21.5 g/kg、P2O5≤2 %、pH 9～11)，市購(gòu)；酒糟基生物質(zhì)炭，以下均稱生物質(zhì)炭(pH 8.78、有機(jī)質(zhì)28.13 g/kg、全氮43.40 g/kg、全磷 10.84 g/kg和全鉀 18.38 g/kg)，由貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料研究所采用專業(yè)生物質(zhì)炭化爐(炭化溫度450 ℃)自制。

1.3 方法

1.3.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 試驗(yàn)共設(shè)5個(gè)處理：對(duì)照(CK)，不施肥；T1，化肥+黃磷爐渣18.00 g/盆；T2，化肥+生物質(zhì)炭130 g/盆+黃磷爐渣6.30 g/盆；T3，化肥+生物質(zhì)炭100 g/盆+黃磷爐渣9.00 g/盆；T4，化肥+生物質(zhì)炭70 g/盆+黃磷爐渣11.7 g/盆。T1～T4化肥用量相同，均為尿素3.26 g/盆，過(guò)磷酸鈣12.50 g/盆，硫酸鉀3.00 g/盆，所有化肥、生物質(zhì)炭和黃磷爐渣均在白菜種植前一次性施用，每盆裝土10 kg，將土壤和化肥、生物炭和黃磷爐渣混勻后裝盆，每盆移栽種植白菜幼苗1株。5次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列。

1.3.2 項(xiàng)目測(cè)定 (1) 土壤pH及養(yǎng)分含量。土壤樣品分別在小白菜裝盆前采集，風(fēng)干磨細(xì)過(guò)篩后分別測(cè)定pH、有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷和速效鉀。土壤pH按水土比2.5∶1采用pH計(jì)測(cè)定，有機(jī)質(zhì)用重鉻酸鉀容量法測(cè)定，堿解氮采用堿解擴(kuò)散法-標(biāo)準(zhǔn)酸滴定法測(cè)定，有效磷采用0.5 mol/L NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法測(cè)定，速效鉀采用1.0 mol/L NH4OAc浸提-火焰光度法測(cè)定[24]。

(2)白菜產(chǎn)量及其養(yǎng)分含量。白菜收獲期各處理分別計(jì)產(chǎn)；各小區(qū)分別選取有代表性植株，105 ℃下殺青30 min，65 ℃烘箱中烘至恒重，參照文獻(xiàn)[24]的方法測(cè)定氮、磷和鉀含量。

氮肥表觀利用率=(施氮后白菜收獲時(shí)氮素吸收量-未施氮時(shí)白菜收獲期的氮素吸收量)/施氮量。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Excel 2007和DPS 7.05進(jìn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，LSD法檢驗(yàn)P<0.05水平上的差異顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理白菜的產(chǎn)量

從表1可知，不同處理白菜的產(chǎn)量為304.0～553.5 g/盆，依次為T4>T1>T3>T2>CK，CK顯著低于其余處理，T4顯著高于其余處理，生物質(zhì)炭與黃磷爐渣配施各處理較CK增產(chǎn)37.22 %～82.07 %。生物質(zhì)炭與黃磷爐渣配施均可提高白菜產(chǎn)量。

2.2 不同處理白菜的養(yǎng)分含量

從圖1看出，不同處理白菜氮、磷和鉀含量的變化。氮含量：生物質(zhì)炭與黃磷爐渣配施各處理較CK提高39.9 %～57.9 %，其中，T4氮含量最高，為4.09 %；T3其次，為3.93 %。CK顯著低于生物質(zhì)炭與黃磷爐渣配施各處理。T4顯著高于T1～T3，T2與T3差異不顯著，二者顯著高于T1。磷含量：生物質(zhì)炭與黃磷爐渣配施各處理較CK提高1.31 %～35.22 %，其中，T2磷含量最高，為0.71 %；T4其次，為0.69 %。CK顯著低于除T1外的其余生物質(zhì)炭與黃磷爐渣配施處理，T2顯著高于其余處理，T3與T4間差異顯著。鉀含量：生物質(zhì)炭與黃磷爐渣配施各處理較CK提高1.99 %～39.09 %，其中，T3鉀含量最高，為8.32 %；T2其次，為7.06 %。CK顯著低于除T1外的其余生物質(zhì)炭與黃磷爐渣配施處理，T3顯著高于其余處理，T2與T4間差異顯著。

2.3 不同處理白菜對(duì)養(yǎng)分的吸收量

從圖2看出，不同處理白菜對(duì)氮、磷和鉀吸收量的變化。氮吸收量：生物質(zhì)炭與黃磷爐渣配施各處理較CK提高107.8 %～188.9 %，其中，T4氮吸收量最高，為1.36 g/株，T3其次，為1.15 g/株。CK顯著低于生物質(zhì)炭與黃磷爐渣配施處理；T4顯著高于其余處理；T1與T3間差異不顯著，但顯著高于T2。磷吸收量：生物質(zhì)炭與黃磷爐渣配施各處理較CK提高65.89 %～128.82 %，其中，T4磷吸收量最高，為0.23 g/株；T2其次，為0.18 g/株。CK顯著低于生物質(zhì)炭與黃磷爐渣配施處理；T4顯著高于其余處理；T1與T3間差異不顯著，但顯著低于T2。鉀吸收量：生物質(zhì)炭與黃磷爐渣配施各處理較CK提高61.73 %～122.97 %，其中，T3鉀吸收量最高，為2.43 g/株；T4其次，為2.11 g/株。CK顯著低于生物質(zhì)炭與黃磷爐渣配施處理；T3顯著高于其余處理；其余生物質(zhì)炭與黃磷爐渣配施各處理間差異顯著，依次為T4>T1>T2。

表1 生物質(zhì)炭與黃磷爐渣配施各處理白菜的產(chǎn)量

圖1 生物質(zhì)炭與黃磷爐渣配施各處理白菜養(yǎng)分的含量

2.4 不同處理白菜的肥料利用效率

從表2可知，生物質(zhì)炭與黃磷爐渣配施各處理白菜對(duì)氮、磷和鉀利用效率的變化。氮利用效率：T4最高，為59.01 %；T3其次，為45.37 %；T2最低，33.59 %；T3和T4較T1分別提高4.61 %和36.06 %。T4顯著高于T1～T3；T1與T3間差異不顯著，二者顯著高于T2。磷利用效率：T4最高，為8.83 %；T2其次，為5.49 %；T1最低，4.64 %；T2～T4較T1提高2.92 %～90.37 %。T4顯著高于T1～T3；T2顯著高于T1和 T3，T1與T3間差異不顯著。鉀利用效率：T3最高，為92.10 %；T4其次，為70.75 %；T2最低，46.34 %；T3和T4較T1分別提高28.35 %和67.09 %。T2顯著高于T1、T3和T4，三者間差異顯著。

圖2 生物質(zhì)炭與黃磷爐渣配施各處理白菜對(duì)養(yǎng)分的吸收含量

表2 生物質(zhì)炭與黃磷爐渣配施各處理白菜的養(yǎng)分利用效率

3 討 論

土壤酸化降低土壤養(yǎng)分有效性，提高鋁活性，而鋁毒害和肥力水平低對(duì)作物的生長(zhǎng)和養(yǎng)分吸收利用產(chǎn)生極大的負(fù)面影響[17]。黃壤是貴州耕地主要的土壤類型，其自身具有黏、酸、瘦、瘠等特點(diǎn)[25]。為獲得蔬菜種植的高收益，不合理的大量施用化肥現(xiàn)象普遍，加劇了土壤的酸化，極大地影響了地區(qū)蔬菜種植產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[26]。近年來(lái)，有關(guān)黃壤培肥與改良等的研究報(bào)道較多[27]，但主要是利用有機(jī)物和堿性無(wú)機(jī)物促使土壤 pH 提高和鋁活性的降低，從而達(dá)到提高作物產(chǎn)量的目的[15]。生物質(zhì)炭能提高作物產(chǎn)量，因制備材質(zhì)、用量及土壤類型不同存在較大差異，而將生物質(zhì)炭與堿性無(wú)機(jī)物配合施用，可提高作物的增產(chǎn)效果[28]。研究結(jié)果表明，單施黃磷爐渣可提高白菜產(chǎn)量，而生物質(zhì)炭與黃磷爐渣配施對(duì)白菜的增產(chǎn)效果更好，尤以低量生物質(zhì)炭與高量黃磷爐渣配施(化肥+生物質(zhì)炭70 g/盆+黃磷爐渣11.7 g/盆)的效果最佳，白菜產(chǎn)量顯著提高。

研究結(jié)果表明，低量生物質(zhì)炭與高量黃磷爐渣配施(化肥+生物質(zhì)炭70 g/盆+黃磷爐渣11.7 g/盆)不僅可提高黃壤白菜產(chǎn)量，而且可提高白菜養(yǎng)分含量和吸收利用效率。低量基生物質(zhì)炭與高量黃磷爐渣配施(化肥+生物質(zhì)炭70 g/盆+黃磷爐渣11.7 g/盆)能顯著提高白菜氮含量及養(yǎng)分吸收量，表明低量生物質(zhì)炭對(duì)土壤氮吸附作用有限，配施堿性黃磷爐渣后可提高酸性土壤有效氮的含量，促進(jìn)小白菜氮素的吸收。周加順等[29]研究表明，生物質(zhì)炭用量過(guò)多，能降低水稻植株中氮的含量，可能與生物質(zhì)炭具有較強(qiáng)的吸附能力，特別是生物質(zhì)炭對(duì)土壤溶液中的銨離子吸附能力較強(qiáng)，從而降低銨離子有效性。然而，也有研究表明生物質(zhì)炭施用顯著促進(jìn)了作物對(duì)氮素吸收利用[30-32]。生物炭富含礦質(zhì)養(yǎng)分，可提高土壤速效磷鉀等養(yǎng)分的含量，在改良酸性土壤方面具有明顯的效果，其較強(qiáng)的吸附能力，可減少養(yǎng)分的淋失及固定等損失，從而促進(jìn)作物對(duì)磷的吸收[33]。然而，也有研究表明生物質(zhì)炭抑制了作物植株對(duì)磷素的吸收[34]。研究結(jié)果表明，生物質(zhì)炭配施黃磷爐渣可提高白菜對(duì)磷和鉀的吸收利用。這主要是由于生物質(zhì)炭自身磷含量高，同時(shí)生物質(zhì)炭和黃磷爐渣的堿性特性有利于提高土壤磷的有效性，促進(jìn)白菜對(duì)磷和鉀的吸收利用。生物質(zhì)炭不同施用量各種作物對(duì)養(yǎng)分吸收的效果不同，周加順等[29,31,33]研究表明，施用生物質(zhì)炭對(duì)水稻、小麥和棉花中磷的吸收具有不同效果，但顯著提高了作物對(duì)鉀素的吸收。一方面是由于生物質(zhì)炭自身含有大量的鉀，促進(jìn)土壤速效鉀提高；另一方面，生物質(zhì)炭多孔性可固定土壤中的鉀，降低山地丘陵區(qū)土壤鉀的淋失，從而有利于促進(jìn)作物對(duì)鉀的高效利用。

4 結(jié) 論

生物質(zhì)炭與黃磷爐渣配施可著提高白菜產(chǎn)量，尤以低量生物質(zhì)炭與高量黃磷爐渣配施(化肥+生物質(zhì)炭70 g/盆+黃磷爐渣11.7 g/盆)增產(chǎn)效果最好。生物質(zhì)炭與黃磷爐渣配施各處理均可顯著提高白菜氮、磷和鉀的含量及其吸收量，以低量生物質(zhì)炭與高量黃磷爐渣配施白菜的氮含量及其對(duì)氮、磷的吸收量最高，中量生物質(zhì)炭和黃磷爐渣配施(化肥+生物質(zhì)炭100 g/盆+黃磷爐渣9.00 g/盆)白菜的磷、鉀含量及其對(duì)鉀的吸收量最高。從氮、磷和鉀肥料利用率看，以低量生物質(zhì)炭與高量黃磷爐渣配施白菜對(duì)氮和磷的利用效率最高，鉀肥利用效率以 中量生物質(zhì)炭和黃磷爐渣配施白菜的對(duì)鉀肥的利用效率最高，其次是低量生物質(zhì)炭與高量黃磷爐渣配施?？傮w看，生物質(zhì)炭與黃磷爐渣合理配施能提高白菜產(chǎn)量、養(yǎng)分吸收與利用，其中低量生物質(zhì)炭與高量黃磷爐渣配施(化肥+生物質(zhì)炭70 g/盆+黃磷爐渣11.7 g/盆)的效果最佳。