曹少娜 吳利曉 王克雄 張建虎 楊嬌

摘 要：旨在確定出適合寧南山區(qū)旱作娃娃菜的最佳秸稈生物質(zhì)炭添加量，為寧南山區(qū)雨養(yǎng)菜地土壤培肥和蔬菜安全生產(chǎn)提供理論依據(jù)。從2020年開始，以娃娃菜為參試作物，采用隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計(jì)，連續(xù)2年采用大田試驗(yàn)，以不施任何肥料和生物質(zhì)炭為完全空白對(duì)照CK，研究不同生物質(zhì)炭施用量（0、10、20、30 t·hm^?2）與氮肥配施對(duì)旱作娃娃菜生長、光合、產(chǎn)量和品質(zhì)、水肥利用效率及土壤理化性質(zhì)、土壤酶活性的影響。結(jié)果表明：施用生物質(zhì)炭與否對(duì)于根系無顯著影響，但對(duì)于旱作娃娃菜而言，生育期的降水量會(huì)影響整個(gè)娃娃菜的生長和產(chǎn)量；添加生物質(zhì)炭處理凈光合速率累計(jì)值高于不添加生物質(zhì)炭處理；添加30 t·hm^?2生物質(zhì)炭并陳化一年可顯著提高蔗糖酶、堿性磷酸酶、脲酶活性分別在2.12%、1.19%、13.68%以上，提高產(chǎn)量8.11%以上，節(jié)水9.84%以上，增收4316.85元·hm^?2以上。因此，綜合考量品質(zhì)指標(biāo)、生產(chǎn)成本、經(jīng)濟(jì)效益、水肥利用效率及生物質(zhì)炭的陳化效應(yīng)，確定出配施氮肥條件下，添加30 t·hm^?2生物質(zhì)炭為寧南山區(qū)雨養(yǎng)旱作娃娃菜的最佳秸稈生物質(zhì)炭添加量，一定程度上可實(shí)現(xiàn)節(jié)水增產(chǎn)增效，同時(shí)得出生物質(zhì)炭添加量越大，陳化對(duì)其效果發(fā)揮影響越小。

中圖分類號(hào)：S634.3文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：0253?2301（2024）02?0020?11

DOI： ?10.13651/j.cnki.fjnykj.2024.02.004

Effects of Biochar Dosage on Photosynthesis and Water and Fertilizer Use Efficiency of

Baby Vegetables in Dryland

CAO Shao-na， ? WU Li-xiao， ? WANG Ke-xiong ， ? ZHANG Jian-hu， ? YANG Jiao

（Guyuan Branch， Ningxia Academy of Agricultural and Forestry Sciences， Guyuan， Ningxia 756000， China）

Abstract：?The aim of this study was to determine the optimal amount of straw biochar added to the dry-farming baby cabbage in the mountainous area of southern Ningxia， and to provide a theoretical basis for soil fertilization and safe production of vegetables in the rain-fed vegetable fields in the mountainous area of southern Ningxia. Starting from 2020， by using the baby cabbage as the tested crop， the randomized block experiment design was adopted， and the field experiments were conducted for two consecutive years with no fertilizer and biochar as a complete blank contrast （CK）， in order to study different biochar application rates （0 t·hm^?2， 10 t·hm^?2， 20 t·hm^?2， and 30 t·hm^?2） combined with the application of nitrogen fertilizer on the growth， photosynthesis， yield and quality， water and fertilizer utilization efficiency， soil physicochemical properties and soil enzyme activities of the dry-farming baby cabbage. The results showed that： the application of biochar or not had no significant effect on the root system， but the amount of precipitation during the growth period could affect the growth and yield of the whole baby cabbage in dry farming. The cumulative value of net photosynthetic rate in the treatment of adding biochar was higher than that without adding biochar. The addition of 30 t·hm^?2biochar and aging for one year could significantly increase the activities of sucrase， alkaline phosphatase and urease by more than 2.12%， 1.19% and 13.68%， respectively， increase the yield by more than 8.11%， save water by more than 9.84%， and increase the income by more than 4316.85 yuan·hm^?2. Therefore， comprehensively considering the quality index， production cost， economic benefit， water and fertilizer utilization efficiency and the aging effect of biochar， it was determined that under the condition of combined application of nitrogen fertilizer， the addition of 30 t·hm^?2biochar was the optimum addition amount of straw biochar for the rain-fed dry-farming baby cabbage in the mountainous area of southern Ningxia， which could achieve water saving and yield & efficiency increasing to a certain extent. At the same time， it was concluded that the greater the addition amount of biochar， the smaller the effect of aging on it was.

Key words： Baby cabbage；Biochar；Dry farming；Photosynthesis；Water and fertilizer use efficiency

作為寧夏回族自治區(qū)“六特”產(chǎn)業(yè)之一，冷涼蔬菜產(chǎn)業(yè)是寧南山區(qū)鄉(xiāng)村振興的重要產(chǎn)業(yè)。截至2022年固原市冷涼蔬菜種植面積已達(dá)3.33萬hm²，年蔬菜總產(chǎn)量達(dá)到240萬t以上，總產(chǎn)值40億元。然而由于農(nóng)民蔬菜種植過程中常年連作和盲目施肥用藥，易造成菜地土壤板結(jié)、次生鹽漬化、緩沖性差、生產(chǎn)能力下降、經(jīng)濟(jì)效益降低等問題。

生物質(zhì)炭（生物炭或生物黑炭，英文是biological charcoal的縮寫biochar）是一種由植物生物質(zhì)（或生物有機(jī)材料）在無氧或者部分缺氧情況下經(jīng)高溫?zé)崃呀夂螽a(chǎn)生的一類高度芳香化難溶性固體產(chǎn)物，具有富碳、高孔隙、高比表面積、強(qiáng)吸附性等特點(diǎn)^[1]。近年來，常被用于土壤改良，且在糧食作物和偏酸性土壤上應(yīng)用較為廣泛。農(nóng)作物秸稈炭化還田可以實(shí)現(xiàn)廢棄秸稈的資源化利用，達(dá)到固碳作用，減少面源污染。研究表明，添加適量生物質(zhì)炭可以減小土壤容重、增加孔隙度，提高土壤保水保肥能力，活化土壤，提高土壤微生物豐度，維持土壤穩(wěn)定狀態(tài)，促進(jìn)作物生長、提高產(chǎn)量^[2?6]。也有學(xué)者認(rèn)為，施用生物質(zhì)炭對(duì)作物生長和產(chǎn)量并無顯著影響，當(dāng)超過閾值后，就會(huì)呈現(xiàn)明顯負(fù)相關(guān)^[7]。因此，明確生物質(zhì)炭的合理施用量，探究其施用效果及其各土壤理化性質(zhì)與產(chǎn)量之間的相關(guān)關(guān)系，對(duì)旱作娃娃菜種植具有十分重要的意義。

為此，本研究以娃娃菜為供試作物，黑壚土為研究對(duì)象，分析不同生物質(zhì)炭施用量對(duì)娃娃菜生長、光合、產(chǎn)量和品質(zhì)、水肥利用效率及土壤理化性質(zhì)、土壤酶活性的影響規(guī)律，明確旱作區(qū)蔬菜種植的最優(yōu)生物質(zhì)炭施用量，為西北冷涼菜地水土資源和農(nóng)作物秸稈的高效利用提供理論依據(jù)。

1 ? ?材料與方法

1.1 ? ?試驗(yàn)材料

試驗(yàn)區(qū)選擇寧夏農(nóng)林科學(xué)院固原分院隆德觀莊試驗(yàn)基地（北緯 106°16'，東經(jīng)35°72'），占地64.67 hm²，屬于大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，是中溫帶半濕潤向半干旱過渡的地帶，年均日照時(shí)數(shù) 2 578 h，年平均氣溫5.1℃，年平均日照時(shí)數(shù)2 228 h，無霜期124 d，年均降水量745.4 mm，主要集中在7～9月份。耕地多為山地，土壤以黑壚土為主，質(zhì)地較黏重，有機(jī)質(zhì)含量豐富。

1.2?試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2021年開始在固原分院隆德觀莊基地內(nèi)進(jìn)行，以娃娃菜為研究對(duì)象，采用隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計(jì)，共設(shè)8個(gè)處理：空白對(duì)照（CK，不施任何肥料和生物質(zhì)炭）；T1（不施N肥，添加生物炭10 t·hm^?2）；T2（不施N肥，添加生物炭20 t·hm^?2）；T3（不施N肥，添加生物炭30 t·hm^?2）；T4（施N肥，不添加生物炭）；T5（施N肥，添加生物炭10 t·hm^?2）；T6（施N肥，添加生物炭20 t·hm^?2）；T7（施N肥，添加生物炭30 t·hm^?2）。每處理設(shè)3次重復(fù)，共計(jì)18個(gè)小區(qū)。種植前將生物質(zhì)炭和化肥（注：T1～T3處理，每處理折算磷（P₂O₅）和鉀（K₂O）肥的施用量分別為0.07 kg和1.22 kg；T4～T7處理，每處理折算氮（N）、磷（P₂O₅）和鉀（K₂O）肥的施用量分別為1.08 kg、0.07 kg和1.22 kg。磷肥和鉀肥作為基肥一次性施入土壤，氮肥分為不同生育期施入，其中基肥：結(jié)球期=4∶6）混勻后，均勻撒施在小區(qū)表面，利用旋耕機(jī)使生物質(zhì)炭、化肥與小區(qū) 0～20 cm 土層土壤充分均勻混合，最后利用機(jī)械起壟覆膜。每個(gè)小區(qū)起四壟，壟寬80 cm，溝寬50 cm，采用一壟三行栽培模式，其中，株距25 cm，行距30 cm，每小區(qū)定植204株。整個(gè)生育期病蟲害防治等田間管理措施與當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)管理措施保持一致。

供試土壤為黑壚土，試驗(yàn)區(qū)耕層土壤（0～20 cm）的主要理化性狀：pH為7.71，容重為1.21 g·cm^?3，CEC值為14.90 cmol·kg^?1，總孔隙度為59.53%，有機(jī)質(zhì)為39.61 g·kg^?1，堿解氮102.17 mg·kg^?1，速效磷12.98 mg·kg^?1，速效鉀140.21 mg·kg^?1。供試玉米秸稈生物質(zhì)炭購于寧夏榮華生物質(zhì)新材料科技有限公司，制備方式為在無氧條件下450℃ 高溫裂解，主要理化性狀：pH 9.50，容重0.47 g·cm^?3，CEC值13.83 cmol·kg^?1，總碳69.57 g·kg^?1，總氮3.98 g·kg^?1，堿解氮167.67 mg·kg^?1，速效磷284.33 mg·kg^?1，速效鉀661.00 mg·kg^?1。供試肥料：氮肥為尿素（含N 46%），磷肥為過磷酸鈣（含P₂O₅12%），鉀肥為硫酸鉀（含K₂O 52%）。供試娃娃菜品種為金皇后，由固原豐樂園農(nóng)業(yè)科技有限公司提供種苗。

1.3?測(cè)定指標(biāo)和方法

（1）土壤理化性質(zhì)和土壤酶活性。施基肥前和收獲后用S法采0～20 cm 混合土樣，風(fēng)干，過0.25 mm 篩測(cè)定土壤基礎(chǔ)理化性質(zhì)（主要是堿解氮、速效磷、速效鉀、容重、有機(jī)質(zhì)、總孔隙度、pH和CEC）和土壤酶活性（脲酶、過氧化氫酶、蔗糖酶、堿性磷酸酶）。

（2）娃娃菜光合指標(biāo)。蓮座期，選擇無風(fēng)晴天，在 9：00～17：00選擇不同處理的同一方位植株的同方位葉片3片，并在葉片的相同部位每間隔2 h測(cè)定1次，分析其葉片光合參數(shù)的日變化。

（3）娃娃菜的生長指標(biāo)。采收時(shí)，每處理隨機(jī)選擇3株，采用根系掃描儀 EpsonPerfectionV850 Pro 進(jìn)行掃描，并用根系掃描儀和形態(tài)學(xué)和結(jié)構(gòu)分析應(yīng)用系統(tǒng) WinRHIZO，來分析娃娃菜根系^[8]。

（4）娃娃菜品質(zhì)指標(biāo)。在娃娃菜采收期，每小區(qū)選擇長勢(shì)一致的娃娃菜5株進(jìn)行測(cè)定：用鉬藍(lán)比色法測(cè)定抗壞血酸（Vc）含量；用蒽酮比色法測(cè)定可溶性糖；用酸堿滴定法測(cè)定有機(jī)酸；用酚二磺酸法測(cè)定硝酸鹽^[9]；用手持式數(shù)顯糖度計(jì)測(cè)定可溶性固形物。

（5）娃娃菜產(chǎn)量指標(biāo)和構(gòu)成因素。在采收時(shí)每小區(qū)隨機(jī)選取20株娃娃菜測(cè)其單株重、單株凈重、生物產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量，最后計(jì)算各小區(qū)經(jīng)濟(jì)系數(shù)。

經(jīng)濟(jì)系數(shù) = 經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量/生物產(chǎn)量×100%

（6）娃娃菜的水肥利用效率。水分利用效率：是指作物經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量與耗水量之比，其公式為WUE=Yd/ET，式中，WUE為水分利用效率（kg·hm^?2·mm^?1）；Yd為作物經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量（kg·hm^?2）；ET為作物總耗水量，其計(jì)算采用農(nóng)田水分平衡法計(jì)算（E=C×ρ×H×10，式中，E為貯水量（mm），C為土壤水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)（%），ρ為土壤容重（g·cm^?3），H為土層深度（cm）；ET=P+ΔW，式中，?ET為階段耗水量（mm），P為降水量（mm），ΔW為時(shí)段內(nèi)土壤貯水量的變化（mm）^[10]。

氮素吸收量 = 氮素含量（%）×干物質(zhì)質(zhì)量

氮素吸收效率= 植株氮素吸收量/施氮量

氮素利用效率= 經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量/植株氮素吸收量

氮肥農(nóng)學(xué)效率（NUE）=（施氮處理經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量?不施氮處理經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量）/施氮量。

取娃娃菜全株，分為地上部和地下部，分別在105℃殺青0.5 h后75℃烘干再用高氯酸-硫酸消煮，測(cè)定氮養(yǎng)分含量。

2 ? ?結(jié)果與分析

2.1 ? ?生物質(zhì)炭施用量對(duì)娃娃菜根系參數(shù)的影響

由表1可知，各處理間娃娃菜根平均直徑和根總體積無顯著差異，根平均直徑范圍為0.72～1.25 mm，根總體積范圍為4.40～7.17 cm³；T1處理根總長達(dá)1 583.95 cm，顯著高于其他處理，但與T5處理、T6處理間無顯著差異；T1處理根總面積為334.97 cm²，顯著高于其他處理，但與T5處理間無顯著差異。 可見，T1處理根系更為健壯，其次是T5處理。

2.2?生物質(zhì)炭施用量對(duì)娃娃菜光合指標(biāo)的影響

由表2可知，各處理間娃娃菜凈光合速率呈先增后減趨勢(shì)，11：00 時(shí)各處理出現(xiàn)峰值，11：00時(shí)不同處理凈光合速率為：T7＞T2＞CK＞T3＞T5＞T1＞T4＞T6?？梢姡S著溫度升高、光照增強(qiáng)，凈光合速率逐漸增大。T1處理、T2處理和T5處理則在17：00時(shí)呈現(xiàn)上升趨勢(shì)?？傮w而言，9：00～17：00 T1處理的凈光合速率累計(jì)值最大（62.16 μmol·m^?2·s^?1），其次是T5處理（61.57 μmol·m^?2·s^?1），最小的是T4處理（55.32 μmol·m^?2·s^?1）。但是各處理隨著中午溫度升高，蒸騰速率逐漸增大，在13：00時(shí)達(dá)到峰值，其中T6處理和T7處理由于土壤水分較多，葉片所含水量較多，蒸騰速率變化較??；T5處理番茄葉片蒸騰速率相對(duì)較小。但9：00～17：00 T4處理蒸騰速率累計(jì)值最大（21.13 mmol·m²·s^?1），與凈光合速率正好相反。

各處理對(duì)娃娃菜葉片胞間CO₂摩爾分?jǐn)?shù)日變化的影響總體呈現(xiàn)出先降低后升高的趨勢(shì)，在11：00時(shí)各處理均達(dá)到了最小值，且CK胞間CO₂摩爾分?jǐn)?shù)較小。9：00～13：00娃娃菜葉片凈光合速率和胞間CO₂摩爾分?jǐn)?shù)呈相反趨勢(shì)，說明9：00～13：00娃娃菜葉片凈光合速率的變化是由非氣孔因素引起。氣孔導(dǎo)度的日變化呈現(xiàn)先減后增再減曲線，在15：00時(shí)達(dá)到最大，之后逐漸減小，17：00時(shí)達(dá)到最小。其中，CK處理氣孔導(dǎo)度變化幅度最大，可能是由于CK處理土壤水分較少，隨溫度逐漸升高，葉片有效含水量蒸騰變化也較大的緣故。

2.3?生物質(zhì)炭施用量對(duì)娃娃菜葉球品質(zhì)的影響

由表3可知， CK處理和T2處理娃娃菜可溶性固形物顯著高于其他處理，但兩者之間無顯著差異；T6處理可溶性總糖含量最高為1.31%，T7處理可溶性總糖含量最低為1.18%，T6處理顯著高于其他處理，但與T1處理、T2處理無顯著差異；CK處理可溶性蛋白含量顯著低于其他處理，僅為0.23%；T2處理和T3處理維生素C含量顯著高于其他處理，但這兩者之間并無顯著差異；硝酸鹽含量是蔬菜的重要品質(zhì)指標(biāo)，T4處理硝酸鹽含量最高，T6處理硝酸鹽含量最低，顯著低于其他處理，僅為544.00 mg·kg^?1。說明施氮肥并添加生物質(zhì)炭20 t·hm^?2可提高娃娃菜的可溶性糖含量、有效降低娃娃菜的硝酸鹽含量，達(dá)到改善娃娃菜品質(zhì)的作用。

2.4??生物質(zhì)炭施用量對(duì)娃娃菜產(chǎn)量及經(jīng)濟(jì)系數(shù)的影響

由表4可知，各處理娃娃菜的經(jīng)濟(jì)系數(shù)之間差異不顯著，經(jīng)濟(jì)系數(shù)依次為T3＞T4＞T7＞T1＞T6＞T2＞CK＞T5；T7處理的單株重、生物產(chǎn)量均達(dá)到了最大，分別為1627.50 g和130.26 t·hm^?2，顯著高于其他處理，其次是T6處理和T4處理，但與后兩者之間無顯著差異；T7處理的單株凈重和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量均達(dá)到了最大，分別為1 106.65 g和88.58 t·hm^?2，顯著高于其他處理，其次是T4處理、T6處理和T3處理，但與后三者之間無顯著差異，表明在本試驗(yàn)條件下，施同樣氮肥添加20 t·hm^?2或30 t·hm^?2生物質(zhì)炭與只施氮肥不添加生物質(zhì)炭娃娃菜產(chǎn)量差異并不顯著。

2.5 ? ?生物質(zhì)炭施用量對(duì)娃娃菜產(chǎn)量、總耗水量及水分利用效率的影響

由表5可知，T7處理娃娃菜的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量最大，達(dá)88 576.39 kg·hm^?2，其次是T6處理，T7處理與其他處理（CK～T6）相比，分別增產(chǎn)43.45%、53.68%、27.21%、23.59%、8.11%、32.54%、9.13%；在整個(gè)生育期降水量一定的情況下，總耗水量并無顯著差異，其中T6處理總耗水量最大，為78.25 mm，其次是T5處理，總耗水量最小的是CK處理；T7處理WUE最大，達(dá)1 181.00 kg·hm^?2·mm^?1，比其他處理（CK～T6）分別提高了42.66%、58.53%、30.85%、26.53%、9.84%、36.95%、13.87%。

2.6 ? ?生物質(zhì)炭施用量對(duì)娃娃菜氮素吸收效率、氮素利用效率和氮肥農(nóng)學(xué)效率（NUE）的影響

由表6可知，各處理間植株氮素吸收量和氮素吸收效率無顯著差異，范圍分別在1.67～4.05 kg和1.55～1.91 kg·kg^?1，T4處理氮素利用效率和氮肥農(nóng)學(xué)效率均達(dá)到了最大，分別為375.79 kg·kg^?1和143.40 kg·kg^?1，其次是T7處理，但這兩者之間無顯著差異。

2.7?生物質(zhì)炭施用量對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響

由表7可知，各處理間的土壤理化性質(zhì)變化比較復(fù)雜，CK處理pH和總孔隙度達(dá)到最大，但pH與T1處理卻無顯著差異；T3處理速效磷、速效鉀均顯著高于其他處理；T6處理堿解氮和有機(jī)質(zhì)含量最大，其中堿解氮顯著高于其他處理；T5處理CEC值最大，但是與其他處理間并無顯著差異。

2.8 ? ?土壤理化性質(zhì)、產(chǎn)量、總耗水量及水分利用效率的相關(guān)關(guān)系

由表8可知，堿解氮與有機(jī)質(zhì)呈顯著正相關(guān)，卻與pH呈極顯著負(fù)相關(guān)；速效鉀與速效磷、總耗水量與容重呈顯著正相關(guān)；水分利用效率與pH也呈極顯著負(fù)相關(guān)；產(chǎn)量與堿解氮和有機(jī)質(zhì)含量呈顯著正相關(guān)，與水分利用效率呈極顯著正相關(guān)，但與pH呈極顯著負(fù)相關(guān)。說明堿解氮含量越高、水分利用效率越高、有機(jī)質(zhì)含量越高，作物產(chǎn)量也越高。土壤容重越大，總耗水量越多，pH越高則會(huì)限制娃娃菜的生長。

2.9?生物質(zhì)炭施用量對(duì)土壤酶活性的影響

由表9可知，土壤酶活性是土壤生物學(xué)活性的總體現(xiàn)，它可表征土壤肥力的綜合特征、變化狀況以及土壤養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化進(jìn)程，可作為評(píng)價(jià)土壤肥力水平的指標(biāo)。T7處理脲酶含量最高為2.16 mg·g^?1，顯著高于T6處理，但與其他處理無顯著差異；各處理之間過氧化氫酶活性無顯著差異，活性依次為CK＞T6＞T1＞T3＞T5＞T4＞T2＞T7；T7處理蔗糖酶活性最大，為64.20 mg·g^?1，其次是T6處理，顯著高于CK處理和T1處理；T7處理堿性磷酸酶活性最大，為1.70 mg·g^?1·min^?1，顯著高于T2處理，但與其他處理無顯著差異，整體來看，T4～T7處理的蔗糖酶和堿性磷酸酶要高于CK～T3處理，說明施氮肥可提高蔗糖酶活性19.26%～51.50%，堿性磷酸酶活性6.12%～107.41%。

2.10?土壤酶活性與土壤理化性質(zhì)之間的相關(guān)關(guān)系

由表10可知，堿性磷酸酶與堿解氮呈顯著正相關(guān)，但與土壤容重卻呈極顯著負(fù)相關(guān)；蔗糖酶與堿解氮呈極顯著正相關(guān)，但與pH卻呈極顯著負(fù)相關(guān)，說明pH越高，蔗糖酶活性越低，容重越小，堿性磷酸酶活性越高。脲酶和過氧化氫酶與土壤理化性質(zhì)之間無顯著相關(guān)關(guān)系。這可能與土壤酶活性都有最適的pH范圍有關(guān)，在pH過高或過低的環(huán)境中，酶活性就會(huì)不可逆地失活。

2.11 ? ? ?生物質(zhì)炭施用量對(duì)旱作娃娃菜經(jīng)濟(jì)效益的影響

由表11可知，T7處理的產(chǎn)量和產(chǎn)值均達(dá)到最大，分別為88 576.39 kg·hm^?2和70 861元·hm^?2，其次是T4處理，但與T4處理無顯著差異。因?yàn)榛视昧考叭斯げ煌瑢?dǎo)致成本不同，所產(chǎn)生的純利潤也不同。T7處理的純利潤最大為42 916.63元·hm^?2。由于是第二茬試驗(yàn)，未施新的生物質(zhì)炭，所以成本較第一年低一些，考慮到生物質(zhì)炭的綜合效益，以及生物質(zhì)炭對(duì)娃娃菜品質(zhì)、土壤理化性質(zhì)、水分利用效率的影響，用2～3年的試驗(yàn)數(shù)據(jù)來綜合評(píng)價(jià)不同處理的經(jīng)濟(jì)效益更為客觀準(zhǔn)確。

3 ? ?討論

3.1 ? ?生物質(zhì)炭施用量對(duì)娃娃菜根系參數(shù)和品質(zhì)指標(biāo)的影響

本試驗(yàn)研究中，施生物質(zhì)炭與否對(duì)娃娃菜根系參數(shù)幾乎無差異性影響，這與前人研究得出的增施生物質(zhì)炭可顯著增加植株根系體積、根表面積和根系長度的結(jié)論并不相符^[11?13]，但生物質(zhì)炭陳化一年后對(duì)娃娃菜根平均直徑、根總長、根總面積有一定影響。

硝酸鹽含量是蔬菜的重要品質(zhì)指標(biāo)，T4處理硝酸鹽含量最高，T6處理硝酸鹽含量最低，且顯著低于其他處理，僅為544.00 mg·kg^?1，說明氮肥與20 t·hm^?2生物質(zhì)炭配施可顯著降低娃娃菜的硝酸鹽含量，這與張登曉、牛亞茹等^[14?15]試驗(yàn)結(jié)果一致，分析原因可能有兩方面：一是施用生物質(zhì)炭后，土壤中氮素釋放緩慢，作物對(duì)硝態(tài)氮的吸收來源減少，因而不會(huì)因短期內(nèi)吸收過多氮素而造成硝酸鹽積累；二是可能植株體內(nèi)鉀含量的增加促進(jìn)了作物體內(nèi)硝酸鹽的還原同化，從而降低了娃娃菜中硝酸鹽的含量。也有文獻(xiàn)表明，隨著生物質(zhì)炭陳化年限的增長，部分改善作用有所減小，但只要生物質(zhì)炭添加量大于20 t·hm^?2，降低硝酸鹽的效果依然顯著，這與前人研究結(jié)果完全吻合^[16?18]。

3.2 ? ? ?生物質(zhì)炭施用量對(duì)娃娃菜水肥利用效率的影響

在降水量一定的情況下，T7處理娃娃菜的產(chǎn)量和WUE均達(dá)到了最大，分別為88 576.39 kg·hm^?2和1 181.00 kg·hm²·mm^?1，顯著高于CK處理和T1處理，但與T4處理、T6處理未達(dá)到顯著水平?？梢?，對(duì)于旱作蔬菜而言，生育期降水量嚴(yán)重影響產(chǎn)量和WUE^[19]。在配施氮肥條件下，添加20～30 t·hm^?2生物質(zhì)炭，可實(shí)現(xiàn)節(jié)水增效，提高水分利用效率9.84%～58.53%，這與前人研究結(jié)果相同，可能是與生物質(zhì)炭表面具有豐富的親水官能團(tuán)有關(guān)。

在施同樣量氮肥條件下，氮素利用效率最大的分別為T4處理和T7處理，本研究表明，隨著陳化時(shí)間的不斷延長，氮素的利用效率整體逐漸減弱，相對(duì)來說，添加量越大的處理減弱程度越小，但這一推斷還需要進(jìn)一步驗(yàn)證。

3.3 ? ?生物質(zhì)炭施用量對(duì)娃娃菜土壤理化性質(zhì)和酶活性的影響

生物質(zhì)炭對(duì)土壤理化性質(zhì)和酶活性的影響總體變化比較復(fù)雜。相比較CK，施生物質(zhì)炭的處理pH降低了0.38～0.62個(gè)單位，提高土壤的CEC值、堿解氮和速效鉀含量^[20]。pH降低的原因可能是由于本試驗(yàn)地為鹽堿地，土壤中存在大量的鈣、鎂陽離子，這些金屬陽離子可能會(huì)與生物質(zhì)炭表面羧基官能團(tuán)中的H+發(fā)生置換，還可能是施加生物質(zhì)炭會(huì)通過吸附作用或?qū)ν寥乐蟹聪趸饔卯a(chǎn)生抑制作用使土壤中大量 NO^3?N累積，從而導(dǎo)致土壤pH降低。T3處理速效磷和速效鉀顯著高于其他處理，T6處理堿解氮和有機(jī)質(zhì)含量最大，其中堿解氮顯著高于其他處理；T5處理CEC值最大、容重也最大，但是與其他處理間并無顯著差異。而生物質(zhì)炭可不同程度提高土壤脲酶、蔗糖酶、堿性磷酸酶的活性，這與姚欽、王雪玉^[21?22]等研究結(jié)果相吻合。相比于CK～T3處理，T4～T7處理可提高蔗糖酶活性19.26%～51.50%，堿性磷酸酶活性6.12%～107.41%，且堿性磷酸酶與堿解氮呈顯著正相關(guān)，但與土壤容重卻呈極顯著負(fù)相關(guān)；蔗糖酶與堿解氮呈極顯著正相關(guān)，但與pH卻呈極顯著負(fù)相關(guān)，說明pH越高，蔗糖酶活性越低，容重越小，堿性磷酸酶活性越高。由于生物質(zhì)炭中高含量的 Ca²⁺和 Mg²⁺以及鈣質(zhì)物質(zhì)的存在可以形成磷酸鈣和磷酸鎂，可減少植物對(duì)磷的吸收，得出生物質(zhì)炭施用量越多。

通過相關(guān)性分析得出，娃娃菜產(chǎn)量與堿解氮和有機(jī)質(zhì)含量呈顯著正相關(guān)，與水分利用效率呈極顯著正相關(guān)，但與pH呈極顯著負(fù)相關(guān)。說明堿解氮含量越高、水分利用效率越高、有機(jī)質(zhì)含量越高作物產(chǎn)量也越高。土壤容重越大，總耗水量越多，pH越高則會(huì)限制娃娃菜的生長。

3.4 ? ?生物質(zhì)炭施用量對(duì)娃娃菜產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益的影響

生物質(zhì)炭用量對(duì)娃娃菜產(chǎn)量和產(chǎn)值的影響總體差異較大，T7處理的產(chǎn)量、產(chǎn)值和純利潤均達(dá)到了最大，分別較其他處理提高了9.13%～43.45%，其次是T4處理。純利潤最大也為T7處理，達(dá)到42 916.63元·hm^?2。分析出現(xiàn)以上結(jié)果的原因：一是兩年試驗(yàn)中，生物質(zhì)炭施用量、人工不同，導(dǎo)致成本不同，所產(chǎn)生的純利潤也不同；二是可能與生物質(zhì)炭在土壤中的陳化時(shí)間有關(guān)系，生物質(zhì)炭添加量越大陳化后發(fā)揮作用時(shí)間越長^[23]。因此，可以考慮在后期隔年補(bǔ)充添加適量生物質(zhì)炭，以維持其使用效果。

4 ??結(jié)論

綜上，在配施氮肥條件下，添加30 t·hm^?2生物質(zhì)炭并陳化一年后，可提高蔗糖酶、堿性磷酸酶、脲酶活性分別在2.12%、1.19%、13.68%以上，提高產(chǎn)量8.11%以上，節(jié)水9.84%以上，增收4 316.85元·hm^?2以上。因此，綜合考量品質(zhì)指標(biāo)、生產(chǎn)成本、經(jīng)濟(jì)效益、水肥利用效率及生物質(zhì)炭的陳化效應(yīng)，確定出配施氮肥并添加30 t·hm^?2生物質(zhì)炭為寧南山區(qū)雨養(yǎng)旱作娃娃菜的最佳秸稈生物質(zhì)炭添加量，可實(shí)現(xiàn)節(jié)水增產(chǎn)增效。

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