張青青 蔣聞越 章先飛 鄒文玉 王齊旭

摘要 ［目的］為新型生物質(zhì)炭基肥在設(shè)施農(nóng)業(yè)，尤其是青菜生產(chǎn)栽培上的應(yīng)用提供借鑒。［方法］以上海地區(qū)長期栽培青菜的設(shè)施菜田為對(duì)象，通過室內(nèi)培養(yǎng)和田間試驗(yàn)相結(jié)合，研究新型生物炭基肥的保水性及其對(duì)設(shè)施青菜產(chǎn)量、商品性及土壤理化性質(zhì)的影響。［結(jié)果］新型生物炭基肥可以降低土壤容重，提高土壤保水性和有機(jī)質(zhì)含量。施用新型生物炭基肥T4處理的青菜株高、開展度、最大葉葉長×葉寬、單株重和產(chǎn)量顯著高于T1、T2和T3處理（P＜0.05），雖與CK差異不顯著（P＞0.05），但各指標(biāo)均優(yōu)于CK。［結(jié)論］該研究可為改善設(shè)施農(nóng)業(yè)土壤質(zhì)量及合理利用新型生物炭基肥提供數(shù)據(jù)支撐。

關(guān)鍵詞 新型生物炭基肥；設(shè)施青菜；土壤理化性質(zhì)；產(chǎn)量；商品性

中圖分類號(hào) S63? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A? 文章編號(hào) 0517-6611（2024）03-0148-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.03.036

Effects of New Biochar Based Fertilizer on the Yield， Commodity and Soil Physicochemical Properties of Greenhouse Vegetables

Abstract ［Objective］In order to provide reference for the application of the new type of biochar based fertilizer in facility agriculture， especially in the production and cultivation of green vegetables. ［Method］We selected the greenhouse vegetables which have been cultivated for a long time as the object， through the combination of indoor culture and field experiment， and studied the water retention of the new type of biochar based fertilizer， and its impact on the yield， commodity and soil physicochemical properties of protected green vegetables. ［Result］The results show that the new biochar based fertilizer can reduce soil bulk density and improve soil water-retaining property and organic matter content. The plant height， plant expansion， maximum leaf length × leaf width， single plant weight and yield of cabbage in T4 treatment with new biochar based fertilizer were significantly higher than those in T1， T2 and T3 treatment （P<0.05）， although there was no significant difference with CK （P>0.05）， but all indicators were better than CK. ［Conclusion］This study provides data support for improving soil quality in facility agriculture and making rational use of new biochar based fertilizers.

Key words New biochar based fertilizer;Facility vegetables;Physicochemical properties of soil;Yield;Commodity

生物質(zhì)炭是由有機(jī)廢棄物在低氧或缺氧條件下經(jīng)熱裂解后制備成的材料［1］。研究表明，生物質(zhì)炭具有豐富的孔隙結(jié)構(gòu)和較大的比表面積，不僅可以改善土壤的物理結(jié)構(gòu)，增加土壤孔隙度［2］，提高土壤持水能力［3］，提高氮肥的緩釋性能［4］，固定尿素表面的氨基［5］，還可以吸附土壤中的氮、磷、鉀養(yǎng)分，降低土壤鹽堿度。生物質(zhì)炭基肥是以生物質(zhì)炭為載體，依據(jù)不同作物的需肥比例生產(chǎn)出的有機(jī)無機(jī)復(fù)合肥料，因其具有固碳和緩釋的雙重作用，使其在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中具有很好的應(yīng)用前景［6-7］，是一種優(yōu)良的緩釋肥料［8］。高夢(mèng)雨等［9］研究發(fā)現(xiàn)，施用炭基肥可以顯著增加耕層土壤的有機(jī)碳含量。劉沖等［10］通過盆栽試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，生物炭基肥可以提高土壤pH、EC、CEC、有機(jī)質(zhì)、有效磷和速效鉀含量。且近年來，隨著農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整及生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)的發(fā)展，以秸稈資源化利用為目標(biāo)，高效生物質(zhì)炭基肥研發(fā)與應(yīng)用已成為植物營養(yǎng)與肥料領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。

設(shè)施土壤是設(shè)施栽培土壤的總稱，是設(shè)施農(nóng)業(yè)重要的一部分。設(shè)施農(nóng)業(yè)代表現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展方向，具有高技術(shù)、高投入、高產(chǎn)出的特征。我國是名副其實(shí)的設(shè)施農(nóng)業(yè)大國。數(shù)據(jù)顯示，我國設(shè)施農(nóng)業(yè)面積達(dá)64 050余萬hm2，占世界設(shè)施農(nóng)業(yè)總面積的80%以上，其中設(shè)施蔬菜占比81%［11］。據(jù)統(tǒng)計(jì)調(diào)查，到十二五末，上海市推進(jìn)設(shè)施菜田建設(shè)327萬hm2［12］。上海作為大都市，人多地少，一直高度重視設(shè)施菜田的建設(shè)。但隨著設(shè)施栽培年限的增加，土壤管理技術(shù)的研究嚴(yán)重滯后于設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展的進(jìn)程，設(shè)施土壤出現(xiàn)了一系列質(zhì)量退化問題，如土壤次生鹽漬化、酸化、養(yǎng)分失調(diào)、微生物區(qū)系破壞、土傳病害加重等，威脅到設(shè)施作物產(chǎn)量與品質(zhì)的提高，制約了設(shè)施農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展［13-17］。而生物炭基肥作為新型肥料，其是否可以有效改善設(shè)施菜田土壤質(zhì)量，保障設(shè)施農(nóng)業(yè)持續(xù)健康發(fā)展還有待進(jìn)一步探究。

筆者以設(shè)施菜田為對(duì)象，通過室內(nèi)培養(yǎng)和田間試驗(yàn)相結(jié)合，設(shè)置不同生物炭基肥施用量，探究生物炭基肥的保水性以及生物炭基肥施用量對(duì)青菜的商品性、產(chǎn)量及設(shè)施土壤理化性質(zhì)的影響，以期為改善設(shè)施農(nóng)業(yè)土壤質(zhì)量及合理利用生物炭基肥提供數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)作物與材料

供試新型生物炭基肥是時(shí)科生物科技（上海）有限公司生產(chǎn)的“SEEK 生物炭基肥”，有效活菌數(shù)≥2.0 億/g，生物炭≥20.0%，有機(jī)質(zhì)≥50.0%，顆粒劑型。常規(guī)施肥的商品有機(jī)肥（氮、磷、鉀含量為5%，占比2∶1∶2），化肥采用三元復(fù)合肥（15∶15∶15）。供試青菜為“夏耘”青梗菜。試驗(yàn)在上海市閔行區(qū)聯(lián)躍西路200號(hào)上海航育種子有限公司進(jìn)行，前茬作物為青菜。供試土壤為設(shè)施菜地多年種植土壤，其土壤基本理化性質(zhì)：pH 7.15，有機(jī)質(zhì)21.5 g/kg，堿解氮243 mg/kg，有效磷137 mg/kg，速效鉀86 mg/kg，可溶性鹽含量1.0 g/kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用室內(nèi)培養(yǎng)試驗(yàn)和田間試驗(yàn)相結(jié)合。通過室內(nèi)培養(yǎng)試驗(yàn)，明確新型生物炭的保水性。即將生物炭基肥按照0、2.5%、5.0%、10.0%、15.0%、20.0%（質(zhì)量比）分別與設(shè)施菜田土壤混勻，并分別放置到花盆中，每個(gè)花盆中添加4 kg混合樣。在試驗(yàn)初期，每處理花盆均添加500 mL水，靜置待其自然蒸發(fā)，每天稱取重量直至結(jié)束試驗(yàn)。

試驗(yàn)設(shè)6個(gè)處理：CKp，空白對(duì)照（4.0 kg土壤）+500 mL水；T1p，2.5%（3.9 kg土壤+0.1 kg炭基肥）+500 mL水；T2p，5.0%（3.8 kg土壤+0.2 kg炭基肥）+500 mL水；T3p，10.0%（3.6 kg土壤+0.4 kg炭基肥）+500 mL水；T4p，15.0%（3.4 kg土壤+0.6 kg炭基肥）+500 mL水；T5p，20.0%（3.2 kg土壤+0.8 kg炭基肥）+500 mL水。

田間試驗(yàn)設(shè)5個(gè)處理，小區(qū)面積20 m2，隨機(jī)區(qū)組排列，3次重復(fù)。5個(gè)處理分別為：CK，常規(guī)施肥（復(fù)合肥300 kg/hm2+商品有機(jī)肥4 500 kg/hm2）+追肥；T1，新型生物炭基肥1 200 kg/hm2+追肥；T2，新型生物炭基肥1 800 kg/hm2+追肥；T3，新型生物炭基肥2 400 kg/hm2+追肥；T4，新型生物炭基肥3 000 kg/hm2 +追肥。將新型生物炭基肥均勻拋撒在地表后翻地，使新型生物炭基肥與土壤均勻混合，然后澆水使土壤保持濕潤，1 d后即可播種。各處理同一時(shí)間種植青菜，并在生產(chǎn)過程中采用相同的培管措施，并于生長期追施60 kg/hm2高氮水溶肥（32-10-10+TE）1次。2021年8月20日播種，9月24日進(jìn)行測(cè)量，9月25日進(jìn)行采收測(cè)產(chǎn)。

1.3 測(cè)定指標(biāo)

1.3.1 土壤。

試驗(yàn)前和青菜采收后對(duì)小區(qū)內(nèi)的土壤按照“S”形混合采樣，采集0～20 cm耕作層土壤，土樣混合均勻后，自然風(fēng)干，磨細(xì)備用。土壤的pH采用電位法測(cè)定，可溶性鹽含量采用質(zhì)量法測(cè)定，堿解氮含量采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定，有效磷含量采用鉬銻抗比色法測(cè)定，速效鉀含量采用火焰原子吸收-分光光度法測(cè)定，有機(jī)質(zhì)含量采用重鉻酸鉀-外加熱法測(cè)定。

1.3.2 作物。

采收期對(duì)青菜的商品性進(jìn)行調(diào)查，每處理隨機(jī)選取5株長勢(shì)相近的青菜，測(cè)定株高、開展度、蔀頭橫徑、最大葉葉長×葉寬、單株重等。株高用卷尺進(jìn)行測(cè)量，單株重用電子秤進(jìn)行測(cè)定。同時(shí)對(duì)各小區(qū)進(jìn)行測(cè)產(chǎn)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，并采用SPSS對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行差異性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 新型生物炭基肥的保水性

每天測(cè)量不同處理土壤重量，結(jié)果見圖1。觀察土壤中水分蒸發(fā)規(guī)律，由圖1可知，隨著天數(shù)的增加，花盆重量逐步減少，水分逐步蒸發(fā)，其中CKp處理的蒸發(fā)速率最快，T5p處理蒸發(fā)速率最慢，且土壤中水分蒸發(fā)速率隨著土壤中生物炭基肥含量的增加而降低。由此可見，施用新型生物炭基肥可以提高土壤保水性，且施用量越多，保水性越好。

2.2 新型生物炭基肥對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響

由表1可知，不同處理對(duì)設(shè)施菜田土壤理化性狀的影響不同。施用有機(jī)肥替代部分化肥和施用新型生物炭基肥均使得土壤pH和可溶性鹽含量增加，且隨著新型生物炭基肥施用量的增加而增大。但土壤容重隨著新型生物炭基肥施用量的增加而降低，這說明增施新型生物炭可改善土壤物理性狀，增加土壤通透性。

土壤有機(jī)質(zhì)能夠改善土壤團(tuán)聚體和穩(wěn)定性，有利于水分入滲和保持，促進(jìn)養(yǎng)分吸收和交換，支持微生物活動(dòng)等，是土壤質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。相比背景值，CK、T1～T4處理的土壤有機(jī)質(zhì)含量提升了17.2% ～33.0%；相比CK，施用新型生物炭基肥的T1～T4處理有機(jī)質(zhì)含量提升了1.6%～13.5%，其中T4處理上升幅度最大。

青菜生產(chǎn)中，通過增施新型生物炭基肥替代化肥和有機(jī)肥，對(duì)于土壤中堿解氮、有效磷和速效鉀的含量有較大影響。與背景值相比，除T3處理外，其他處理土壤堿解氮含量均有所下降，其中T1處理下降幅度最大；各處理土壤有效磷含量均有所增加，其中T2處理增加最多，含量達(dá)到了186 mg/kg；速效鉀養(yǎng)分含量有所增加，其中T1處理增加最多?？傮w來看，通過新型生物炭基肥的增施，土壤有機(jī)質(zhì)含量得以增加，提升了土壤肥力。

2.3 新型生物炭基肥對(duì)青菜商品性的影響

株高、開展度、蔀頭橫徑和最大葉葉長×葉寬等是評(píng)價(jià)青菜商品性的重要指標(biāo)。由表2可知，隨著新型生物炭基肥施用量的增加，各處理青菜的株高也逐步增大，表現(xiàn)為T4＞T3＞CK＞T2＞T1。其中，T3、T4與CK處理間差異不顯著（P＞0.05），但均顯著高于其他處理（P＜0.05）。T4處理開展度最高，但蔀頭橫徑最小，束腰性最好。從不同處理青菜最大葉葉長×葉寬的表現(xiàn)來看，T4處理與CK間差異不顯著（P＞0.05），但均顯著高于T1和T2處理（P＜0.05），顯著低于T3處理（P＜0.05）。不同處理青菜葉柄長×寬差異不顯著（P＞0.05）。在田間表現(xiàn)方面，就整齊度而言，T4處理青菜的整齊度最好。

2.4 新型生物炭基肥對(duì)青菜產(chǎn)量的影響

由表3可知，不同處理青菜單株重表現(xiàn)為T4＞CK＞T2＞T3＞T1，不同處理青菜小區(qū)平均產(chǎn)量和產(chǎn)量均表現(xiàn)為T4＞CK＞T3＞T2＞T1，T4處理的青菜單株重、小區(qū)平均產(chǎn)量和產(chǎn)量均與CK差異不顯著（P＞0.05），但均顯著高于T1、T2與T3處理（P＜0.05）。這說明通過新型生物炭基肥替代化肥，與常規(guī)施肥相比，青菜生產(chǎn)可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)、增產(chǎn)。

3 結(jié)論

通過室內(nèi)培養(yǎng)和田間試驗(yàn)相結(jié)合，研究新型生物炭基肥的保水性和設(shè)施青菜的產(chǎn)量與商品性和土壤理化性質(zhì)的影響，結(jié)果表明：①設(shè)施菜田土壤中通過施用新型生物炭基肥，能減緩?fù)寥乐兴值恼舭l(fā)速率，提高土壤的保水性，且土壤中保水性隨著土壤中生物炭基肥含量的增大而增加；②施用生物炭基肥可以提高土壤有機(jī)質(zhì)、速效鉀、可溶性鹽分含量，降低土壤容重；③施用新型生物炭基肥3 000 kg/hm2的T4處理青菜產(chǎn)量與商品性顯著優(yōu)于T1、T2和T3處理，與CK處理差異不顯著（P>0.05），但優(yōu)于CK。

總體來說，通過新型生物炭基肥替代化肥，青菜產(chǎn)量、商品性較常規(guī)施肥有所提升，同時(shí)土壤質(zhì)量也得到了保育和改良，這對(duì)于化肥減施增效及蔬菜綠色發(fā)展具有較好的指導(dǎo)和借鑒意義。有機(jī)肥和生物炭基肥對(duì)土壤的影響是一個(gè)有機(jī)、無機(jī)、生物的復(fù)合過程，該試驗(yàn)僅從其對(duì)設(shè)施青菜生長與商品性和土壤基本性狀的影響方面進(jìn)行了研究，關(guān)于有機(jī)肥、生物炭基肥的作用機(jī)理等還需要深入研究。

參考文獻(xiàn)

［1］ 張影，劉星，任秀娟，等.秸稈及其生物炭對(duì)土壤碳庫管理指數(shù)及有機(jī)碳礦化的影響［J］.水土保持學(xué)報(bào)，2019，33（3）：153-159，165.

［2］? 王淑君，夏桂敏，李永發(fā)，等.生物炭基肥和水分脅迫對(duì)花生產(chǎn)量、耗水和養(yǎng)分吸收的影響［J］.水土保持學(xué)報(bào)，2017，31（6）：285-290，301.

［3］? 潘全良，陳坤，宋濤，等.生物炭及炭基肥對(duì)棕壤持水能力的影響［J］.水土保持研究，2017，24（1）：115-121.

［4］? NOVAK J M，BUSSCHER W J，LAIRD D L，et al.Impact of biochar amendment on fertility of a southeastern coastal plain soil［J］.Soil science，2009，174（2）：105-112.

［5］? JOSEPH S，GRABER E R，CHIA C，et al.Shifting paradigms：Development of high-efficiency biochar fertilizers based on nano-structures and soluble components［J］.Carbon management，2013，4（3）：323-343.

［6］? 魏春輝，任奕林，劉峰，等.生物炭及生物炭基肥在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用研究進(jìn)展［J］.河南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2016，45（3）：14-19.

［7］? 李艷梅，張興昌，廖上強(qiáng)，等.生物炭基肥增效技術(shù)與制備工藝研究進(jìn)展分析［J］.農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2017，48（10）：1-14.

［8］? 王曉玲，趙澤州，任樹鵬，等.生物炭基肥在我國的制備和應(yīng)用研究進(jìn)展［J］.中國土壤與肥料，2022（1）：230-238.

［9］? 高夢(mèng)雨，江彤，韓曉日，等.施用炭基肥及生物炭對(duì)棕壤有機(jī)碳組分的影響［J］.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2018，51（11）：2126-2135.

［10］ 劉沖，劉曉文，吳文成，等.生物炭及炭基肥對(duì)油麥菜生長及吸收重金屬的影響［J］.中國環(huán)境科學(xué)，2016，36（10）：3064-3070.

［11］ 楊舒.科技賦能“菜籃子”，設(shè)施農(nóng)業(yè)大有可為［N］.光明日?qǐng)?bào)，2022-05-26（008）.

［12］ 翟欣，孫延?xùn)|，李珍珍，等.上海設(shè)施菜田經(jīng)營狀況調(diào)研報(bào)告［J］.上海農(nóng)村經(jīng)濟(jì)，2017（4）：10-12.

［13］ 盛海君，杜巖，沈蓉，等.次生鹽漬化設(shè)施土壤可溶性鹽含量對(duì)小青菜幼苗生長發(fā)育的影響［J］.揚(yáng)州大學(xué)學(xué)報(bào)（農(nóng)業(yè)與生命科學(xué)版），2015，36（4）：100-104.

［14］ 王立革，焦曉燕，韓雄，等.高壟覆膜水肥一體化技術(shù)對(duì)設(shè)施土壤理化性狀及蔬菜產(chǎn)量的影響［J］.農(nóng)學(xué)學(xué)報(bào)，2015，5（2）：35-41.

［15］ 姚玉霞，張雪虹，葉瑋，等.我國設(shè)施土壤硝態(tài)氮累積特性及影響因素研究綜述［J］.綠色科技，2017（24）：99-102.

［16］ 王長義，郝振萍，陳丹艷，等.設(shè)施土壤連作障礙產(chǎn)生原因及防治方法綜述［J］.江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2020，48（8）：1-6.

［17］ 袁奇，章歡，鐘月華，等.有機(jī)肥替代化肥對(duì)設(shè)施蔬菜土壤質(zhì)量提升的效果評(píng)價(jià)［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2022，50（12）：132-136.