陈新 徐欣 曲红云

摘要 以设施茄子为研究对象，探究生物炭添加对设施茄子磷吸收及产量的影響，选取常规水肥处理（WF）、常规水肥+生物炭（WFB）以及减水减肥+生物炭（80%W80%FB）处理，分析添加生物炭对茄子磷吸收量及利用效率的影响。结果表明，与常规水肥处理相比，常规水肥+生物炭处理产量为54.88 t/hm2，增加4.28%（P<0.05），茄子磷的吸收量为13.99 kg/hm2，增加11.74%（P<0.05），磷的吸收效率、利用效率和偏生产力分别增加11.80%（P<0.05）、160.83 kg/kg（P<0.05）和4.28%（P>0.05）;减水减肥+生物炭处理产量为 52.79 t/hm2，增加0.30%（P>0.05），茄子磷的吸收量为13.73 kg/hm2，增加9.58%（P>0.05），磷的吸收效率、利用效率和偏生产力分别增加9.67%（P>0.05）、11.66 kg/kg（P>0.05）和25.38%（P<0.05）。综上所述，施加生物炭可以促进植株对磷的吸收利用、增加作物产量、减少土壤中的肥料残留。

关键词 生物炭;设施茄子;磷吸收;利用率;产量

中图分类号 S641.1  文献标识码 A  文章编号 0517-6611（2020）19-0149-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2020.19.040

Abstract Taking eggplant in facility vegetable field as the research object， effects of biochar addition on phosphorus absorption and yield of eggplant were explored. Regular irrigation and fertilizer treatment （WF）， regular irrigation and fertilizer + biochar （WFB）， and reducing irrigation and reducing fertilizer + biochar （80%W80%FB） were selected and then effects of biochar addition on phosphorus absorption and utilization efficiency were analyzed. The results showed that in the regular irrigation and fertilizer + biochar treatment， yield was 54.88 t/hm2， which increased by 4.28% （P<0.05） compared to that in the regular irrigation and fertilizer treatment;the absorption of phosphorus in eggplant was 13.99 kg/hm2， which increased by 11.74% compared to the regular irrigation and fertilizer treatment （P<0.05）;the absorption efficiency， utilization efficiency and partial productivity of phosphorus increased by 11.80% （P<0.05）， 160.83 kg/kg （P<0.05）， and 4.28% （P>0.05）， respectively. In reducing irrigation and reducing fertilizer + biochar treatment， yield was 52.79 t/hm2， which increased by 0.30% （P<0.05） compared to the inregular irrigation and fertilizer treatment;the phosphorus absorption of eggplant was 13.73 kg/hm2， which was an increase of 9.58% （P>0.05） compared to the regular irrigation and fertilizer treatment;the absorption efficiency， utilization efficiency and partial productivity of phosphorus increased by 9.67% （P>0.05）， 11.66 kg/kg （P>0.05）， and 25.38% （P<0.05）， repectively. In summary， the application of biochar in the facility eggplant field could promote the absorption and utilization of phosphorus by plants， increase vegetable yields and reduce fertilizer residues in soil.

Key words Biochar;Eggplant in facility vegetable field;Phosphorus absorption;Utilization rate;Yield

基金项目 国家科技部重点研发计划项目“农田氮磷淋溶损失污染与防控机制研究”（2016YFD0800100）;东北农业大学寒地黑土利用与保护重点实验室项目“不同水肥管理对设施菜田黑土氮淋溶的影响”。

作者简介 陈新（1993—），男，河北承德人，硕士研究生，研究方向：植物营养。*通信作者，教授，博士，从事土壤生态与植物营养方面的研究。

收稿日期 2020-05-08;修回日期 2020-06-06

随着我国农业的发展，以蔬菜为主体的设施园艺在农业经济方面贡献越来越大[1]，我国的设施园艺面积占世界总面积的85%以上，一直稳居世界第一，其中蔬菜和西（甜）瓜种植面积占世界总面积的90%以上，年人均供应量近200 kg[2];同时由于设施园艺的发展还创造了近7 000万个就业岗位，大大提高了乡村居民人均收入[3]。设施园艺在种植过程中为了追求更高的经济收益，肥料大量投入和盲目灌溉等现象普遍存在，造成未能被植株吸收的养分，在土壤中大量损失[4-5]，并通过土壤间隙向下迁移[6]，流失进入到水体中[7]，加剧农业面源污染和水体富营养化[8]，极大地危害了生态环境。磷素是作物生长过程中必不可少的营养元素之一，影响茄子的生理生化过程，促进植株的生长发育[9]，所以磷肥的施用量一直普遍偏高[10-11]，使得磷肥的当季利用率一般只有10%～25%[12]。设施菜田肥料对环境造成的污染是目前设施菜田面临的严峻挑战。

生物炭是由秸秆等废弃有机物在缺氧条件下通过低温热解产生的一种有机质含量丰富的固态物质[13]，具有孔隙度大、含水量充足、保持土壤养分等特点，能增加根系对土壤中营养物质的吸收面积，在提高植株养分吸收能力和促进作物生长发育方面发挥重要作用[14-15]。研究表明施用生物炭可以显著提高茄子的产量[15-17]。生物炭还具有极强的吸附性[18]，可以作为一种新型的土壤改良剂，固定土壤中的有机物[19-20]，降低土壤中氮、磷的流失和淋失[21]。但也有研究表明施加生物炭对作物增产效应不明显甚至减产[22]。虽然土壤中施加生物炭能够提高作物产量，减少土壤中养分的残留，但目前关于生物炭在东北黑土区设施园艺栽培应用等方面的研究较少，笔者以此为切入点，探究了生物炭添加对设施茄子产量、植株磷吸收量和磷肥利用率的影响，旨在为生物炭在东北地区设施茄子生产中应用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验在黑龙江省农业科学院园艺分院（126°39′E，45°37′N）内进行，每栋设施大棚的面积为 324 m2（27 m×12 m），每个小区面积为 18 m2（6 m × 3 m）。茄子种植垄距为1 m，垄间距为0.5 m，每垄种植2行，品种为龙杂201，土壤为草甸黑土，供试土壤基本理化性质见表1[23]。

1.2 试验设计

共设置常规水肥处理（CK）、常规水肥+生物炭（WFB）和减水减肥+生物炭（80%W80%FB）3个处理，每个处理重复3次。①常规水肥处理（CK）：常规施肥为施用有机肥（有机质含量 ≥ 40%）5 t/hm2，化肥施用量为纯 N 72 kg/hm2、P2O5 72 kg/hm2 和 K2O 110 kg/hm2，作为基肥混合后一次性施入，施用深度为 0 ～ 30 cm。茄子生长至盛果期进行2次追肥，第一次追肥（6月22日）为施用纯 N 70 kg/hm2，第二次追肥（7月23日）施用纯N 23 kg/hm2和K2O 113 kg/hm2，追肥方式为穴施。茄子移栽后进行灌水27 m3/hm2;开花期后每隔 7～10 d灌水一次，灌水量约45 m3/hm2，灌溉方式均为滴灌。茄子在尾果期前停止灌溉。②常规水肥+生物炭（WFB）：施用基肥时混入30 t/hm2的生物炭，其余施用基肥的种类、施用量和施用时间均与CK相同。追肥的种类、施用量和追肥时间也与CK相同。灌溉量和灌溉时间与CK也相同。③减水减肥+生物炭（80%W80%FB）：常规施肥为有机肥（有机质含量≥ 40%）5 t/hm2，化肥施用量为纯 N 57.6 kg/hm2、P2O5 57.6 kg/hm2 和K2O 88 kg/hm2，并添加30 t/hm2的生物炭，作为基肥混合后一次性施入，施用深度为 0～30 cm。茄子生长至盛果期进行2次追肥，第一次追肥为施用纯N 56 kg/hm2，第二次追肥施用纯N 18.4 kg/hm2和K2O 90.4 kg/hm2，追肥时间和追肥方式与CK相同。茄子移栽后进行灌水21.6 m3/hm2;开花期后灌水量约36 m3/hm2，灌溉时间和灌溉方式与CK相同。茄子在尾果期前停止灌溉。茄子育苗结束后，均为人工进行栽植，并用黑色地膜覆盖栽培。除灌溉采用滴灌设备外，其余田间管理均采用人工操作进行。

1.3 样品采集与测定

1.3.1 样品采集及处理。

茄子从门茄时（6月17日）开始进行第一次采摘，后期每隔7～10 d采摘一次，共采集 13 次;每次将茄子样品带回实验室烘干粉碎，进行测定。茄子植株在拉秧期（10月4日）统一进行收割，将整株茄子的根、茎、叶分开，处理方式和果实相同。

1.3.2 样品测定及计算。

植株磷含量采用鉬锑抗比色法测定。植株磷素吸收量（kg/hm2）= 植株干物质量×植株磷素含量;磷素吸收效率=作物吸磷量/作物全生育期施磷量×100%;磷素利用效率（kg/kg）=作物产量/作物全生育期内吸磷量;磷肥偏生产力（kg/kg）=作物产量/作物全生育期期内施磷量。

1.4 数据处理与分析

采用 Excel 2019进行数据处理，SPSS 20.0 进行分析，并用 Duncan多重比较法对不同处理进行差异显著性检验。

2 结果与分析

2.1 生物炭添加对茄子产量及生物量的影响

生物炭添加对茄子产量及生物量的影响见表2。由表2可知，生物炭添加可以增加茄子的产量，其中WFB的产量最高为54.88 t/hm2，与WF相比产量增加4.28%（P<0.05），80%W80%FB处理比WF产量增加0.30%（P>0.05），但未达差异显著水平（P>0.05）。生物炭添加对茄子生物量的影响较小，与WF处理相比，WFB生物量表现为增加，并未达差异显著水平（P>0.05），而80%W80%FB生物量比WF略有降低，也未达差异显著水平（P>0.05）。

2.2 生物炭添加对茄子不同部位磷吸收量和干物质积累量的影响

生物炭添加对茄子磷吸收的影响见图1。由图1可知，茄子总的磷吸收量在12.52～13.99 kg/hm2，其中WFB的总磷吸量最高，为 13.99 kg/hm2，较WF增加11.74%（P<0.05）。与WF处理相比，WFB和80%W80%FB可显著提高茄子磷的吸收量，分别增加29.21%（P<0.05）、26.55%（P>0.05）。WFB和80%W80%FB与WF相比，叶、茎、根的磷吸收量均呈下降趋势，叶、茎的磷吸收量均未达显著水平（P>0.05），但WFB根的磷吸收量显著降低41.67%（P<0.05），80%W80%FB根的磷吸收量显著降低50.00%（P<0.05）。

生物炭添加茄子对不同部位干物质积累量的影响见图2。由图2可知，生物炭对茄子果实干物质积累量有显著影响，WFB果实干物积累量比WF增加41.62%（P<0.05），80%W80%FB比WF果实干物质累积量增加39.94%（P<0.05）;但生物炭添加对茄子根、茎、叶干物质累积量影响较小，均未达差异显著水平（P>0.05）。

2.3 生物炭添加对茄子磷利用的影响

生物炭添加对磷利用的影响见表3。由表3可知，WFB的磷吸收效率为19.43%，比WF增加11.80%（P<0.05），80%W80%FB与WF未达差异显著水平（P>0.05）;添加生物炭后磷利用效率和偏生产力也有所提高，与WF相比，WFB和80%W80%FB磷利用效率分别增加160.83和11.66 kg/kg;80%W80%FB的磷偏生产力最高，为916.49 kg/kg，比WF增加25.38%（P<0.05），WFB与WF的磷偏生产力未达差异显著水平（P>0.05）。

3 结论与讨论

生物炭的添加可以促进设施茄子对磷的吸收和利用，常规水肥添加生物炭处理茄子磷的吸收量为13.99 kg/m2，磷的吸收效率为19.43%，磷的偏生产力为762.22 kg/kg;减水减肥添加生物炭处理茄子磷的吸收量为13.72 kg/hm2。生物炭的添加可以增加设施茄子的产量，常规水肥添加生物炭处理茄子产量为54.88 t/hm2，显著高于常规水肥处理;减水减肥+生物炭处理茄子产量为52.79 t/hm2也略高于常规水肥处理。因此，生物炭可以作為设施菜田茄子减少肥料用量增加产量的一种手段。

植物所能利用的磷大部分均来源于土壤，而土壤中磷素的总含量仅为 0.02%～0.20%（P2O5 0.05%～0.46%）[24]。土壤中磷的转化方式主要包括沉淀和溶解、吸附和解吸，无机磷的生物固定以及有机磷的矿化等一系列复杂的生物化学过程[25]。生物炭作为土壤改良剂，具有改善土壤-植物系统中氮和磷循环利用的能力[26]，随着生物炭施用量的增加，土壤-生物炭滤液中氮、磷养分含量显著降低[27]。研究中常规水肥添加生物炭、减水减肥添加生物炭比常规水肥处理总的磷吸收量都有提高，说明生物炭的添加使土壤中植物可利用的磷含量增多，从而促进了茄子对磷的吸收及利用，主要原因是生物炭孔洞疏松，可以为土壤中的微生物提供合适的分解环境，不仅可以加快土壤中磷的转化速率[28]，还能提高土壤中磷的转化能力，加速了有效磷的生成[29]，使土壤中有效磷含量增加，促进植株对磷的吸收利用。研究显示生物炭的添加可以增加茄子的产量，与李中阳等[30]的研究结果基本一致，说明生物炭的添加对茄子产量的增加有明显的促进作用。相对于常规水肥，减水减肥添加生物炭处理对茄子产量增产的效应较低，主要原因减水减肥对茄子产量影响较大，会降低茄子的产量[31]，而生物炭具有很强的保水能力[32]，可以减少水分的向下渗透，促进植株对水分的吸收，同时生物炭添加后与肥料相互作用提升肥料的利用效率[33]，促进植物对养分的吸收利用。这进一步说明生物炭的添加对提高作物产量及促进作物对养分的利用具有重要作用。

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