衛(wèi)尤明，雷鋒文，廖宗文，毛小云

（華南農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院，廣東 廣州 510642）

0 前言

碳是植物營養(yǎng)中的超大量元素。碳營養(yǎng)可分為無機(jī)碳（CO2）和有機(jī)碳兩種形態(tài)。有機(jī)碳營養(yǎng)對作物增產(chǎn)的重要性及其在生產(chǎn)中的應(yīng)用效果已日益受到產(chǎn)業(yè)界和學(xué)術(shù)界的重視［1-2］。有機(jī)碳種類繁多，遠(yuǎn)超17 種營養(yǎng)元素?cái)?shù)十倍乃至數(shù)百倍。目前文獻(xiàn)對有機(jī)碳的研究多為各種單一碳源的效果［3-5］，但對于各種碳源的組合效果研究幾乎為空白。已有研究表明，不同氮水平下丙三醇、α-酮戊二酸單用都有較好的效果［1］。而各種碳源的組合效果研究，有可能進(jìn)一步提高有機(jī)碳肥的增產(chǎn)效果，對于學(xué)術(shù)研究和技術(shù)開發(fā)均有重要意義。為此，在前人研究的基礎(chǔ)上［1，3，6］，本研究通過多種作物的盆栽及田間試驗(yàn)，考察幾種不含氮的小分子碳組合（α-酮戊二酸、丙酮酸、草酰乙酸）及其與氮肥配合施用對玉米、空心菜、莧菜等產(chǎn)量的影響，據(jù)此探討不同有機(jī)碳及其組合對不同作物的增產(chǎn)效果，為今后進(jìn)一步研究提供依據(jù)。

1 材料與方法

2016 年3 月至7 月在華南農(nóng)業(yè)大學(xué)躍進(jìn)北試驗(yàn)基地及2018 年1—2 月及6 月在華南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院大棚及草地分別開展大田及盆栽試驗(yàn)，以玉米、空心菜、莧菜、萵筍、蕨類為供試作物。供試土壤：大田土，w（全氮） 2.25 g/kg、w（速效磷）72.2 mg/kg、w（速效鉀） 68 mg/kg、w（有機(jī)質(zhì)）21.5 g/kg、pH 5.52；盆栽土，w（全氮）0.31 g/kg、w（速效磷）2.78 mg/kg、w（速效鉀）18 mg/kg、w（有機(jī)質(zhì)）15.6 g/kg、pH 5.42。

選用α-酮戊二酸、丙酮酸、草酰乙酸（均為分析純）為供試有機(jī)碳營養(yǎng)；供試常規(guī)復(fù)合肥w（N）、w（P2O5）、w（K2O）均為15%；硫酸銨（w（N）21%）、碳酸氫銨（w（N）18%）、磷酸一銨（w（N）12%、w（P）27%）均為分析純；福生碳，四川龍蟒福生科技有限公司提供，其中α-酮戊二酸質(zhì)量濃度為24.2 g/L、丙酮酸質(zhì)量濃度為22.5 g/L；柑液，江門和越生物科技有限公司生產(chǎn)，以新會(huì)陳皮丟棄的廢果肉發(fā)酵而成，其中α-酮戊二酸、丙酮酸、檸檬酸質(zhì)量濃度分別為0.267、0.141、38.9 g/L。

先后進(jìn)行4次大田試驗(yàn)及一次盆栽、一次草地（景觀蕨）試驗(yàn)。

1）大田玉米 試驗(yàn)設(shè)6 個(gè)處理、空白對照（CK0）和清水對照（CK1），各處理氮、磷、鉀肥用量一致（習(xí)慣用量：基施復(fù)合肥300 kg/hm2，追施復(fù)合肥2次，一個(gè)月一次，每次525 kg/hm2）。供試玉米面積 0.025 hm2，每處理 31 m2。2016 年 3 月 20日移植玉米，在4月27日第一次噴葉面肥500 mL；5 月13 日（已抽穗）第二次噴葉面肥1 000 mL；5月31日收獲玉米。施肥方案見表1。

表1 大田玉米試驗(yàn)施肥方案

2）大田空心菜 共設(shè)2 個(gè)處理和清水對照，各處理面積為9 m2，氮、磷、鉀肥用量一致，出苗約15 cm 時(shí)施復(fù)合肥150 kg/hm2，生長至30 cm 時(shí)追施復(fù)合肥 300 kg/hm2。2016 年4月10日撒種，4月23日第一次噴葉面肥，每個(gè)處理噴600 mL；5月15日第二次噴葉面肥，每個(gè)處理噴800 mL；5月25日收獲。施肥方案見表2。

表2 大田空心菜試驗(yàn)施肥方案

3）大田莧菜 試驗(yàn)設(shè)處理T1和清水對照，處理T1 和清水對照的面積均為9 m2，氮、磷、鉀肥用量一致，出苗約15 cm 時(shí)施復(fù)合肥150 kg/hm2，生長至約30 cm時(shí)追施復(fù)合肥300 kg/hm2。2016年6月15日播種，7月18日生長至約15 cm高時(shí)噴第一次葉面肥500 mL，7月28日第二次噴葉面肥500 mL，每次對照分別噴清水。8月11日收獲測產(chǎn)。施肥方案見表3。

表3 大田莧菜試驗(yàn)施肥方案

4）大田萵筍 試驗(yàn)設(shè)2 個(gè)處理和清水對照，均為2個(gè)重復(fù)。各處理面積為1.8 m2，氮、磷、鉀肥用量一致，出苗約15 cm 時(shí)施復(fù)合肥150 kg/hm2，生長至30 cm 時(shí)追施復(fù)合肥300 kg/hm2。2018 年1月27 日第一次噴葉面肥，每個(gè)處理噴100 mL；2月5日第二次噴葉面肥，每個(gè)處理噴200 mL；2月23日收獲測產(chǎn)。各處理施肥方案見表4。

表4 大田萵筍試驗(yàn)施肥方案

5）盆栽玉米 組合有機(jī)碳肥為筆者所在研究室配制；供試化肥為尿素（w（N）46%）、氯化鉀（w（K2O）63%）、過磷酸鈣（w（P2O5）12%）；供試玉米為華美糯七號(hào)；供試土壤為赤紅壤，取自華南農(nóng)業(yè)大學(xué)校園。試驗(yàn)共設(shè)3個(gè)處理和一個(gè)對照，每處理3次重復(fù)，各盆裝土均為4 kg，每盆種3 棵玉米，各處理的氮、磷、鉀肥用量均一致，即每千克土施N 120 mg、K2O 100 mg、P2O580 mg。2016年8月25 日育種催芽，8 月 27 日移栽，9 月 9 日第一次噴施葉面肥，每個(gè)處理（3 盆）共噴施50 mL，9 月26 日第二次噴施葉面肥，每處理噴施100 mL；10月31日收獲玉米。各處理施肥量見表5。

表5 盆栽玉米試驗(yàn)施肥方案

6）景觀蕨 共設(shè)2個(gè)處理和清水對照，均設(shè)2個(gè)重復(fù)。各處理面積為1 m2，供試蕨為自然生長2年的景觀蕨。2018 年6 月15 日第一次噴施葉面肥，每個(gè)處理噴100 mL；6 月22 日第二次噴施葉面肥，每個(gè)處理噴200 mL；6月27日采樣（每重復(fù)隨機(jī)齊根剪10棵），記錄鮮質(zhì)量、干質(zhì)量。有機(jī)碳肥施用方案見表6。

表6 景觀蕨試驗(yàn)施肥方案

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 大田玉米

大田玉米試驗(yàn)結(jié)果見表7。

表7 大田玉米收獲結(jié)果

由表7可知，玉米噴施丙酮酸（T1）處理較清水對照（CK1）處理增產(chǎn)5.9%；α-酮戊二酸、丙酮酸、草酰乙酸混合施用（T2）的效果優(yōu)于單一施用丙酮酸，較CK1增產(chǎn)達(dá)7.6%；α-酮戊二酸和硫酸銨混合施用（T3）的效果優(yōu)于單一施用硫酸銨（T6），較CK1增產(chǎn)5.1%；硫酸銨和碳酸氫銨分別與有機(jī)碳混合使用（T4、T5）的效果相近，分別較CK1 增產(chǎn)10.8%、10.6%，增產(chǎn)幅度均高于其他處理。硫酸銨中w（N）為21.0%，碳酸氫銨中w（N）為17.7%，但兩者的肥效差別甚少。從性價(jià)比看碳酸氫銨有一定優(yōu)勢。

2.2 大田空心菜

大田空心菜試驗(yàn)結(jié)果見表8。

表8 大田空心菜收獲結(jié)果

由表8 可知，單一α-酮戊二酸（T1）處理較CK 增產(chǎn)達(dá)58%，3 種碳源配合（T2）施用較CK 增產(chǎn)達(dá)77%，這表明有機(jī)碳源增多有利于提高空心菜的增產(chǎn)效果。

2.3 大田莧菜

大田莧菜試驗(yàn)結(jié)果見表9。

由表9可知，復(fù)合碳氮對葉菜類顯示了很高的增產(chǎn)效果，較CK處理增幅達(dá)近60%，結(jié)合2.2節(jié)空心菜的增產(chǎn)效果可知，有機(jī)碳及其組合施用在葉菜類的增產(chǎn)效果尤其明顯。

表9 大田莧菜收獲結(jié)果

2.4 大田萵筍

大田萵筍試驗(yàn)結(jié)果見表10。

表10 大田萵筍收獲結(jié)果

由表10可知，T1、T2處理效果均優(yōu)于CK且有顯著性差異，T2 效果優(yōu)于T1，增幅多7 個(gè)百分點(diǎn)。這也表明，在原有有機(jī)碳組合基礎(chǔ)上增加一定量的P和N有利于進(jìn)一步增產(chǎn)，增幅逾5%。

2.5 盆栽玉米

盆栽玉米試驗(yàn)結(jié)果見表11。

表11 盆栽玉米收獲結(jié)果

由表11 可知，多種混合碳源對玉米的增產(chǎn)效果優(yōu)于單一碳源?；旌咸挤剩═3）處理較CK 增產(chǎn)達(dá)13%，高于其他單一碳源的增產(chǎn)效果。而且混施有機(jī)碳在較低濃度（T3，50 mg/L）下的玉米產(chǎn)量優(yōu)于較高濃度（T1、T2，80 mg/L）的單一有機(jī)碳源。這表明混施有機(jī)碳可以在較低濃度下（也即較低成本下），獲得較高的肥效。通過混施適當(dāng)配比的有機(jī)碳可達(dá)到節(jié)本增效的目的。

2.6 景觀蕨

景觀蕨試驗(yàn)結(jié)果見表12。

表12 景觀蕨收獲結(jié)果

由表12 分析可知，T1、T2 處理效果均優(yōu)于CK，T1與CK相比，鮮質(zhì)量增幅約23%，干質(zhì)量增幅約30%；T2 與CK 相比，鮮質(zhì)量增幅約31%，干質(zhì)量增幅約32%。T2與CK相比，優(yōu)于T1，鮮質(zhì)量增幅多8 個(gè)百分點(diǎn)，干質(zhì)量增幅多2 個(gè)百分點(diǎn)。柑液的有機(jī)組分不需分離，僅需加入穩(wěn)定劑，即可達(dá)到與福生碳產(chǎn)品相當(dāng)（或略高）的肥效水平。

3 討論

3.1 組合碳源對作物增產(chǎn)效應(yīng)不僅與組合碳源有關(guān)，還與作物種類有關(guān)

本系列試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，組合碳源對作物的增產(chǎn)效應(yīng)因作物種類不同而有較大變化。組合碳對玉米的增產(chǎn)效果僅為10%左右，而對2種蔬菜的增產(chǎn)效果可達(dá)60%以上，差異甚大。因此，根據(jù)作物種類配制相應(yīng)的碳源組合，可進(jìn)一步發(fā)揮有機(jī)碳的增產(chǎn)潛力。目前對有機(jī)碳的研究尚在以經(jīng)驗(yàn)為主的初步階段，深入研究則需要結(jié)合作物生理特征進(jìn)行考慮。本試驗(yàn)所顯示的玉米、蔬菜的肥效差別可能與作物種類的不同特性有關(guān)，尤其可能與C3、C4作物的光合作用生理生化特點(diǎn)有關(guān)。

3.2 單一有機(jī)碳與復(fù)配有機(jī)碳的肥效比較

系列試驗(yàn)顯示，多種有機(jī)碳的配合效果優(yōu)于單一有機(jī)碳，且單一碳源的濃度增加會(huì)導(dǎo)致增產(chǎn)幅度下降甚至減產(chǎn)［7］，但是大田玉米試驗(yàn)表明，通過有機(jī)碳的配合施用，碳質(zhì)量濃度由50 mg/L（單一丙酮酸）增加到120 mg/L（3 種有機(jī)碳總濃度）時(shí)，碳質(zhì)量濃度提高2倍多，仍可增產(chǎn)（見表7）。大田空心菜試驗(yàn)也顯示了3種有機(jī)碳配合優(yōu)于單一α-酮戊二酸肥效（見表8）。

試驗(yàn)結(jié)果還顯示在組合碳源基礎(chǔ)上，與適當(dāng)?shù)磁浜闲Ч鼉?yōu)，分別優(yōu)于組合碳源和單一氮源。這反映了組合碳源與氮配施具有協(xié)同作用。有機(jī)碳的配施以及與氮源的比例優(yōu)化研究，是養(yǎng)分平衡研究的新課題和技術(shù)發(fā)展的新空間。

3.3 有機(jī)碳組合優(yōu)化——養(yǎng)分平衡的理論研究與技術(shù)開發(fā)的新課題

有機(jī)碳的成分、種類繁多，單就其種類而言，就有羧酸、生物堿、醇、醛、酚、酮，還有鏈狀結(jié)構(gòu)、環(huán)狀結(jié)構(gòu)等差異，它們均依不同的生長時(shí)期而發(fā)揮相應(yīng)的生理生化功能［8］。這些成分組合優(yōu)化復(fù)雜程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過17 種營養(yǎng)元素的組合優(yōu)化，其中可發(fā)掘出一些很有價(jià)值的優(yōu)化組合。本試驗(yàn)所涉及的有機(jī)碳組合施用效果研究僅是開端，顯示了其中所蘊(yùn)藏的巨大增產(chǎn)潛力，值得深入研究。

本試驗(yàn)的結(jié)果表明，有機(jī)碳配施的技術(shù)途徑中，如果加入合適的有機(jī)碳及適量氮，可能降低成本且提高肥效。如一些高端有機(jī)碳產(chǎn)品（腐植酸、生物刺激劑等）增產(chǎn)效果好，但價(jià)格較高，而且合適用量不易把握，用量過高有副作用，用量不足則效果難顯現(xiàn)。通過加入合適的有機(jī)碳（或適量氮）制成復(fù)方產(chǎn)品，就可降低腐植酸、生物刺激劑的施用濃度。這樣，在降低成本同時(shí)還提高或保持肥效。本試驗(yàn)中有幾種組合碳與氮配施效果很好，但是該配比及用量尚屬經(jīng)驗(yàn)性的初選，并非最優(yōu)，需要進(jìn)一步研究篩選出更好的優(yōu)化組合。

本試驗(yàn)顯示復(fù)合有機(jī)碳比單一有機(jī)碳有更好的效果，不僅為有機(jī)碳提高肥效提供了一個(gè)優(yōu)化組合的技術(shù)途徑，同時(shí)也為一些多組分的有機(jī)廢料資源或副產(chǎn)品資源的利用提供了重要的思路。例如，新會(huì)陳皮柑液含有α-酮戊二酸和一些其他有機(jī)酸成分，這種原有的組分可以直接利用，而不必再分離單一組分。也可以在原有組分基礎(chǔ)上加入某些組分，進(jìn)行調(diào)整以實(shí)現(xiàn)優(yōu)化組合。

關(guān)于有機(jī)碳濃度及比例優(yōu)化的研究，有兩點(diǎn)值得注意，一是有機(jī)碳各成分內(nèi)的配施優(yōu)化，包括不含氮的有機(jī)物，如羧酸、醇、醛、酮等，還包括含氮的有機(jī)物，如氨基酸類；二是有機(jī)碳與無機(jī)化肥的配合，如與銨態(tài)氮、硝態(tài)氮，與磷銨的配合。這些是目前養(yǎng)分平衡和測土配方施肥尚未涉及的新課題，深入研究將會(huì)把平衡施肥的效果提升到一個(gè)新的高度。