謝婷婷，趙 歡，肖厚軍，胡 崗，左明玉，周開芳，秦 松*

(1.貴州大學(xué) 農(nóng)學(xué)院 貴州 貴陽(yáng) 550025；2.貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 土壤肥料研究所/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.貴州省遵義市土壤肥料工作站，貴州 遵義 553000)

【研究意義】尖椒(CapsicumfrutescensL.)作為辣椒的品種之一，是我國(guó)經(jīng)濟(jì)效益較高的蔬菜作物，在蔬菜生產(chǎn)中占有重要地位。貴州是全國(guó)最大的辣椒產(chǎn)區(qū)，2016年貴州辣椒種植總面積達(dá)到35萬hm2[1-3]。然而在辣椒產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的同時(shí)，由于生產(chǎn)上追求高產(chǎn)高效導(dǎo)致化肥使用不當(dāng)、土壤保水保肥能力降低，加上辣椒本身存在連作障礙等問題，進(jìn)而影響其產(chǎn)質(zhì)量的提高，嚴(yán)重制約了貴州辣椒生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展[4-6]。生物質(zhì)炭具有吸附特性、多微孔結(jié)構(gòu)和比表面積大[7-8]，其是在無氧狀態(tài)下進(jìn)行高溫裂解處理而成的一種富炭物質(zhì)[9]，隨著裂解溫度的升高碳氮元素富集，生物質(zhì)炭的吸附特性及孔隙度逐漸發(fā)生變化[10]，施入土壤后可改變土壤理化性質(zhì)，提高土壤養(yǎng)分含量，主要是由于生物炭施入土壤后可降低養(yǎng)分淋溶損失，提高土壤養(yǎng)分的有效性[11]，但因生物質(zhì)炭具有吸附特性，過量施入會(huì)影響銨離子的釋放，進(jìn)而影響作物對(duì)養(yǎng)分的吸收利用。因此，生物質(zhì)炭的適宜添加量對(duì)提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)具有非常重要的意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】KISHIMOTO等[12]研究發(fā)現(xiàn)，將生物質(zhì)炭作為土壤調(diào)節(jié)劑時(shí)，其施入量為5和15 t/hm2時(shí)，會(huì)降低大豆和玉米的產(chǎn)量。劉卉等[13]研究表明，生物質(zhì)炭施用量為3.75 t/hm2時(shí)，有利于烤煙的植物學(xué)性狀、干物質(zhì)積累及氮肥利用率的提高。鄭浩等[14]研究表明，生物炭可降低氮的淋溶損失，增加氮在土壤中的持留作用，從而增強(qiáng)氮的有效性。此外，生物炭本身含有氮磷鉀鈣鎂硫等礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素，施用生物炭可提高土壤的養(yǎng)分含量[10]，從而提高作物產(chǎn)量?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】目前，關(guān)于生物質(zhì)炭作為新型肥料在作物生長(zhǎng)方面的研究已有大量報(bào)道[15-18]，但鮮見針對(duì)作物生長(zhǎng)所需生物質(zhì)炭的適宜添加量的研究報(bào)道。【擬解決的關(guān)鍵問題】在前期已有尖椒養(yǎng)分需求的研究基礎(chǔ)上，研究生物質(zhì)炭不同添加量對(duì)貴州尖椒生長(zhǎng)、土壤肥力及酶活性的影響，以期為辣椒施肥時(shí)添加適宜用量生物質(zhì)炭提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2017年4-10月在貴州省遵義市綏陽(yáng)縣風(fēng)華鎮(zhèn)(東經(jīng)107°03′，北緯27°02′)進(jìn)行，屬亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候；供試土壤前茬作物為辣椒，冬季休閑，土壤類型為貴州典型地帶性粘性黃壤，其0～20 cm土層土壤基礎(chǔ)理化性質(zhì)為pH 4.68、有機(jī)質(zhì)34.93 g/kg、堿解氮249.19 mg/kg、有效磷25.25 mg/kg和速效鉀158 mg/kg。

1.2 材料

1.2.1 辣椒 供試品種為朝天椒，綏陽(yáng)縣本地品種。

1.2.2 生物炭 供試生物炭為玉米秸稈炭(N∶P2O5∶K2O 為12∶6∶11)，基本理化性質(zhì)為pH 7.95、有機(jī)碳473.61 g/kg、全氮8.04 g/kg、全磷1.88 g/kg、全鉀47.53 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。

1.2.3 肥料 尿素(N 46 %)，貴州赤天化桐梓化工有限公司生產(chǎn)；磷酸一銨(N 11 %、P2O544 %)，貴州開磷有限責(zé)任公司生產(chǎn)；硫酸鉀(K2O 50 %)，國(guó)投新疆羅布泊鉀鹽有限責(zé)任公司生產(chǎn)。

1.2.4 儀器 SKJ-120型平磨式擠壓造粒機(jī)，上海佳樂機(jī)電集團(tuán)有限公司。

1.3 方法

1.3.1 生物炭基肥的制備 生物炭基肥(N∶P2O5∶K2O 為12∶6∶11)由貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料研究所利用SKJ-120型平磨式擠壓造粒機(jī)擠壓造粒而成，規(guī)格為1～2 cm圓柱狀，所用原料為尿素、磷酸一銨、硫酸鉀、玉米秸稈生物炭、膨潤(rùn)土和固體粘結(jié)劑；生物炭添加比例(質(zhì)量比)為10 %、20 %、30 %和40 %，即每生產(chǎn)100 kg生物炭基肥分別添加玉米秸稈生物質(zhì)炭10、20、30和40 kg；化肥用量相同，均需加入尿素22.8 kg、磷酸一銨13.6 kg和硫酸鉀21.6 kg，膨潤(rùn)土作為填充物和粘解劑，分別添加32、22、12和2 kg以及少量水。

1.3.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 試驗(yàn)共設(shè)4個(gè)處理：T1，10 %生物質(zhì)炭(添加量250 kg/hm2)；T2，20 %生物質(zhì)炭(添加量500 kg/hm2)；T3，30 %生物質(zhì)炭(添加量750 kg/hm2)；T4，40 %生物質(zhì)炭(添加量1000 kg/hm2)；各處理施用量均為2500 kg/hm2。N、P2O5、K2O的施用量相同，分別為300.0、150.0和 275.0 kg/hm2，生物炭基肥均作基肥一次性施用。

朝天椒移栽前先將肥料溝施，然后再起壟種植，采用單壟雙行高廂起壟地膜覆蓋栽培，壟寬1.0 m，壟間橫溝0.3 m，起壟覆膜后10 d后進(jìn)行移栽，栽培密度為5.27萬 株/hm2。3次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列，小區(qū)面積18 m2(3.9 m×4.6 m)。其他田間管理與當(dāng)?shù)亓?xí)慣一致。

1.3.3 土壤樣品的采集 在辣椒種植前按5點(diǎn)法取基礎(chǔ)土樣1個(gè)，用于測(cè)定土壤肥力，包括土壤pH、有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷和速效鉀；并分別在種植前和收獲期的每個(gè)小區(qū)按照5點(diǎn)法采集土壤樣品12個(gè)，用于測(cè)定土壤酶活性，包括蔗糖酶、過氧化氫酶、磷酸酶和脲酶。

1.3.4 指標(biāo)測(cè)定 ①土壤肥力及酶活性。測(cè)定指標(biāo)包括土壤pH、有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷和速效鉀含量，以及土壤脲酶、磷酸酶、過氧化氫酶和蔗糖酶活性。土壤pH按照水土比2.5∶1 采用pH計(jì)測(cè)定，有機(jī)質(zhì)采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，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[19]；土壤脲酶采用苯酚鈉比色法測(cè)定，磷酸酶采用磷酸苯二鈉比色法，過氧化氫酶采用高錳酸鉀滴定法測(cè)定，蔗糖酶活性采用3.5-二硝基水楊酸比色法測(cè)定。②辣椒產(chǎn)量:收獲期不同處理分別計(jì)產(chǎn)。③辣椒生長(zhǎng)與品質(zhì):辣椒移栽后，在每個(gè)小區(qū)標(biāo)記6棵長(zhǎng)勢(shì)均勻的辣椒植株，分別在收獲期測(cè)定其株高、莖粗和分枝數(shù)；同時(shí)用收獲期辣椒鮮樣測(cè)定其品質(zhì)，參照文獻(xiàn)[19]的方法測(cè)定硝酸鹽、還原糖、Vc 和氨基酸含量。

不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)，下同Different lowercase letters indicate significance of difference at P<0.05 level. The same as below圖1 生物質(zhì)炭不同添加量尖椒的產(chǎn)量Fig.1 C. frutescens yield under different adding amount of biochar

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Excel 2010和SPSS20.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與分析，LSD法檢驗(yàn)P<0.05水平上的差異顯著性。采用Origin制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理尖椒的產(chǎn)量

從圖1看出，在不同處理中，尖椒的產(chǎn)量以T2最高，為14 887.88 kg/hm2；T3其次，為14 126.84 kg/hm2；處理1最低，為10 289.31 kg/hm2；T2～T4較T1提高23.09 %～44.69 %。T1顯著低于其余處理，T2和T3差異不顯著，二者顯著高于T4。

2.2 不同處理尖椒的主要生長(zhǎng)性狀

從表1可知，不同處理尖椒株高、莖粗和分支數(shù)的變化。株高：不同處理為113.50～116.67 cm，依次為T2>T1>T4>T3，各處理間差異均不顯著。莖粗：不同處理為12.65～14.55 mm，依次為T3>T4>T2>T1，各處理間差異均不顯著。分支數(shù)：不同處理為19.50～22.17 個(gè)，依次為T3>T1=T4>T2，各處理間差異均不顯著。

表1 生物質(zhì)炭不同添加量尖椒的主要生長(zhǎng)性狀Table 1 Main growth characteristics of C. frutescens under different adding amount of biochar

2.3 不同處理尖椒的品質(zhì)

從表2可知，不同處理尖椒硝酸鹽、還原糖、氨基酸和Vc含量的變化。硝酸鹽：不同處理為66.84～76.90 mg/kg，依次為T2>T3>T4>T1，T2顯著高于其余處理，T1顯著低于其余處理，T3與T4間差異顯著。還原糖：不同處理為26.95～29.62 mg/kg，依次為T2>T3>T4>T1，T2與T3差異不顯著，二者顯著高于T1和T4，T1與T4差異不顯著。氨基酸：不同處理為5.83～5.99 mg/kg，依次為T1>T3>T4>T2，T1和T3顯著高于T2，T1/T3/T4間和T2/T4間差異均不顯著。Vc：不同處理為72.08～98.42 mg/100g，依次為T3>T2>T1>T4，T3顯著高于其余處理，T4顯著低于其余處理，T1與T2差異顯著。

表2 生物質(zhì)炭不同添加量尖椒的品質(zhì)Table 2 Quality of C. frutescens under different adding amount of biochar

2.4 不同處理土壤的肥力

從表3可知，不同處理土壤pH，有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷和速效鉀含量的變化。pH：不同處理為4.76～4.89，依次為T1>T2>T3>T4，T1顯著高于其余處理，T4顯著低于其余處理，T2與T3差異顯著。有機(jī)質(zhì)：不同處理為33.5～41.4 g/kg，依次為T4>T3>T2>T1，T4顯著高于其余處理，T1顯著低于其余處理，T2與T3差異顯著。堿解氮：不同處理為314.76～358.21 mg/kg，依次為T2>T1>T4>T3，T1與T2差異不顯著，二者顯著高于T3和T4，T4顯著高于T3。有效磷：不同處理為25.50～34.94 mg/kg，依次為T3>T4>T2>T1，T3顯著高于其余處理，T1顯著低于其余處理，T2與T4差異顯著。速效鉀：不同處理為152.00～192.00 mg/kg，依次為T2>T4>T3>T1，T1顯著低于其余處理，T2/T3/T4間差異不顯著。

表3 生物質(zhì)炭不同添加量土壤的肥力水平Table 3 Soil fertility under different adding amount of biochar

2.5 不同處理土壤的酶活性

從圖2看出，不同處理土壤磷酸酶、過氧化氫酶、脲酶和蔗糖酶活性的變化。磷酸酶：不同處理為0.15～0.21 mg/g，依次為T3>T4>T2>T1，T3較T1提高40.00 %；T1顯著低于除T2外的其余處理，T3顯著高于除T4外的其余處理，T1/T2間、T2/T4間和T3/T4間差異不顯著。過氧化氫酶：不同處理為0.99～1.12 mL/(20 min·g)，依次為T3>T2>T1>T4，T3較T1提高10.89 %；T3顯著高于除T2外的其余處理，T1/T2/T4間和T2/T3間差異不顯著。脲酶：不同處理為0.12～0.16 mg/g，大小依次為T3>T2>T4>T1，T3較T1提高33.33 %；T2和T3顯著高于T1和T4，T2/T3間和T1/T4間差異不顯著。蔗糖酶：不同處理為3.9～5.36 mg/g，依次為T2>T4>T3>T1，T2較T1提高37.44 %；T2顯著高于除T4外的其余處理，T1/T3間、T2/T4間和T3/T4間差異均不顯著。

圖2 生物質(zhì)炭不同添加量土壤的酶活性Fig.2 Soil enzyme activity under different adding amount of biochar

2.6 土壤肥力與其酶活性的相關(guān)性

從表4可知，土壤肥力指標(biāo)與其酶活性相關(guān)性的變化。脲酶與pH和堿解氮呈負(fù)相關(guān)，與有機(jī)質(zhì)、有效磷和速效鉀呈正相關(guān)，但相關(guān)性均不顯著。磷酸酶與pH和堿解氮呈極顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)(R2)分別為-0.786和-0.718；與有效磷呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.771；與有機(jī)質(zhì)呈顯著正相關(guān)，與速效鉀呈正相關(guān)。蔗糖酶與pH呈負(fù)相關(guān)，與有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷和速效鉀呈正相關(guān)，其中與速效鉀呈極顯正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.802。過氧化氫酶與pH和堿解氮呈負(fù)相關(guān)，與有機(jī)質(zhì)、有效磷和速效鉀呈正相關(guān)，但相關(guān)性均不顯著。表明，磷酸酶活性極顯著地影響土壤酸堿性及堿解氮和有效磷的含量，蔗糖酶活性極顯著地影響土壤速效鉀的含量。

表4 土壤肥力與其酶活性的相關(guān)性Table 4 Correlation between soil fertility and its enzyme activity

3 討 論

施用炭基肥是通過生物質(zhì)炭來調(diào)節(jié)土壤結(jié)構(gòu)、持水性能和養(yǎng)分含量等，從而達(dá)到增產(chǎn)的作用[16]，生物質(zhì)炭施入土壤后可促進(jìn)作物的生長(zhǎng)及提高其產(chǎn)量[9]。李嫚等[20-22]研究表明，生物質(zhì)炭與肥料配合使用對(duì)辣椒、玉米和花生等作物的產(chǎn)量具有明顯的增產(chǎn)作用。研究結(jié)果表明，施用20 %生物質(zhì)炭(添加量500 kg/hm2)可顯著提高尖椒的產(chǎn)量，其產(chǎn)量最高，為14 887.88 kg/hm2；添加更高比例的生物質(zhì)炭，尖椒產(chǎn)量反而呈逐漸下降趨勢(shì)。與劉卉等[13]在烤煙上的研究結(jié)果類似。研究結(jié)果表明，生物質(zhì)炭不同添加量對(duì)尖椒的生長(zhǎng)有促進(jìn)作用，能改善尖椒的生長(zhǎng)狀況，施20 %生物質(zhì)炭(添加量500 kg/hm2)尖椒的株高最高，為113.50 cm，施用30 %生物質(zhì)炭(添加量750 kg/hm2)尖椒的莖粗和分支數(shù)最粗/多，分別為12.65 mm和19.50 個(gè)，與李嫚等[20]的研究結(jié)果類似。

辣椒的硝酸鹽含量是反應(yīng)辣椒安全品質(zhì)的重要指標(biāo)之一，維生素C則是權(quán)衡辣椒營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的重要指標(biāo)之一[23]，辣椒的維生素C含量位于蔬菜Vc含量之首[24]。還原糖為作物的生長(zhǎng)提供能量，其含量是衡量作物代謝水平的重要指標(biāo)[25]，食品中氨基酸的含量是衡量食品營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的重要指標(biāo)之一[26]。研究結(jié)果表明，施用10 %生物質(zhì)炭(添加量250 kg/hm2)尖椒的硝酸鹽含量最低，為66.84 mg/kg。尖椒的Vc含量隨著生物質(zhì)炭添加比例的增大呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)，施用30 %生物質(zhì)炭(添加量750 kg/hm2)尖椒Vc含量最高，為98.42 mg/100g，表明生物質(zhì)炭的添加量并不是越多越好。生物質(zhì)炭不同添加量處理還原糖含量為26.95～29.62 mg/kg，以施用20 %生物質(zhì)炭(添加量500 kg/hm2)還原糖最高，為29.62 mg/kg，與殷金巖等[27]在馬鈴薯上的研究結(jié)果類似。施入不同添加量的生物質(zhì)炭均能提高尖椒氨基酸含量，其中，以施用10 %生物質(zhì)炭(添加量250 kg/hm2)的氨基酸含量最高，為5.99 mg/kg，但各處理間無顯著差異。

當(dāng)土壤中施入一定量的生物炭時(shí)，有利于提高土壤肥力[27]，已有大量研究證明，生物炭施入土壤后對(duì)提高土壤肥力具有重要作用[28-29]，有機(jī)質(zhì)作為土壤肥力的重要指標(biāo)之一[14]。研究結(jié)果表明，隨著生物質(zhì)炭添加量的增多而增加，生物質(zhì)炭不同添加量處理土壤有機(jī)質(zhì)的含量為33.5～41.4 g/kg，可能是由于生物炭本身的有機(jī)質(zhì)含量較高，施入土壤后促進(jìn)土壤有機(jī)質(zhì)的提高[8]。土壤pH則隨著生物質(zhì)炭的添加呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)，生物質(zhì)炭不同添加量處理土壤pH為4.76～4.89，以施用10 %生物質(zhì)炭(添加量250 kg/hm2)的 土壤pH最高，為4.89，說明土壤適當(dāng)施入生物質(zhì)炭對(duì)酸性土壤具有一定的調(diào)節(jié)作用。施入不同添加量的生物質(zhì)炭可顯著增加土壤的速效養(yǎng)分，施用20 %生物質(zhì)炭(添加量500 kg/hm2)土壤堿解氮和速效鉀含量最高，分別為358.21和192.00 mg/kg；施用30 %生物質(zhì)炭(添加量750 kg/hm2)土壤有效磷含量最高，為34.94 mg/kg。表明，施入生物質(zhì)炭能有效增加土壤速效養(yǎng)分的含量，與張宏等[30]的研究結(jié)果類似。

土壤酶參與土壤養(yǎng)分的物質(zhì)循環(huán)，土壤酶活性可以表征土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化過程、土壤中物質(zhì)代謝程度以及土壤肥力，是土壤質(zhì)量水平的一個(gè)重要指標(biāo)[31]，土壤脲酶活性反映土壤對(duì)氮素的需求和利用，而磷酸酶活性高低則會(huì)影響土壤有機(jī)磷的分解轉(zhuǎn)化以及生物有效性[32]。研究結(jié)果表明，施入生物質(zhì)炭可提高土壤脲酶和磷酸酶活性，均以施用30 %生物質(zhì)炭(添加量750 kg/hm2)的酶活性最大，分別為0.16和0.21 mg/g，較施用10 %生物質(zhì)炭(添加量250 kg/hm2)提高33.33 %和40 %，與JIN[33]和陳心想等[34]的研究結(jié)果相似。從土壤蔗糖酶和過氧化氫酶看，20 %～30 %的生物質(zhì)炭添加量對(duì)蔗糖酶和過氧化氫酶活性影響最大，與賈俊香等[35]研究結(jié)果類似。土壤酶活性在一定程度上反應(yīng)了土壤肥力的高低，是評(píng)價(jià)土壤肥力水平的重要指標(biāo)之一[36]。研究結(jié)果表明，土壤磷酸酶活性與土壤肥力的關(guān)系密切，與土壤pH、有機(jī)質(zhì)、堿解氮和有效磷存在顯著或極顯著相關(guān)性，土壤蔗糖酶除與速效鉀存在極顯著正相關(guān)外，與其他土壤肥力指標(biāo)無明顯相關(guān)性。

4 結(jié) 論

生物質(zhì)炭對(duì)作物的生長(zhǎng)發(fā)育具有促進(jìn)作用和改良土壤理化性質(zhì)，綜合看，施用20 %生物質(zhì)炭(添加量500 kg/hm2)和30 %生物質(zhì)炭(添加量750 kg/hm2)可改善尖椒的主要生長(zhǎng)性狀，進(jìn)而促進(jìn)其產(chǎn)量的提高，改善尖椒品質(zhì)，同時(shí)顯著提高土壤肥力，改良土壤理化性質(zhì)，提高土壤酶活性，對(duì)尖椒生長(zhǎng)、土壤肥力以及酶活性的影響均達(dá)最佳效果，表明添加20 %～30 %的生物質(zhì)炭為最佳添加比例，綜合考慮，以施用20 %生物質(zhì)炭(添加量500 kg/hm2)經(jīng)濟(jì)效益最好。