微生物菌剂与大豆秸秆生物炭配施对砂姜黑土养分及小白菜品质的影响

收稿日期：2023-09-05；修回日期：2024-01-11

基金项目：国家自然科学基金（41572333）；安徽省重点研究与开发项目（S202104a06020064）；淮南关闭矿井地质生态环境评价及综合治理（HNKY-PG-WT-2021-260）

作者简介：蒋志洋，男，在读硕士研究生，研究方向为矿区复垦土壤肥力提升。E-mail：1597247713@qq.com

通信作者：周育智，男，讲师，主要从事矿山生态安全与土壤质量提升研究。E-mail：zhouyuzhi1218@126.com

DOI：10.16861/j.cnki.zggc.202423.0582

摘    要：为明确微生物菌剂与大豆秸秆生物炭协同配施对砂姜黑土的改良效果，以砂姜黑土作为研究对象，采用田间原位盆栽试验，在常规施肥的基础上设单施生物炭处理、菌剂与生物炭配施处理（BC1、BC2、BC3、MB1、MB2、MB3），探究不同处理对砂姜黑土化学性质（pH、有机质含量、全氮含量、有效磷含量、速效钾含量）、小白菜长势（株高、单株鲜质量、主根长和叶宽）和品质（小白菜可溶性糖、可溶性蛋白和维生素C含量）的影响。与对照组CK（常规施肥）相比，单施生物炭（BC1、BC2、BC3）和微生物菌剂配施生物炭（MB1、MB2、MB3）均可提高土壤有机质、全氮、有效磷含量和小白菜可溶性糖、可溶性蛋白、维生素C含量，其提升范围依次为18.98%～64.49%、11.82%～40.00%、23.41%～98.07%和28.89%～66.37%、15.25%～46.33%、42.98%～152.76%；小白菜的长势、抗根肿病能力和品质均随生物炭添加量的增加呈现先提高后降低的趋势，其中MB2处理效果最优。大豆秸秆生物炭配施微生物菌剂协同改良了土壤化学性质并提高了小白菜的品质。在本试验范围内微生物菌剂配施2.5%生物炭添加比例效果最佳。

关键词：小白菜；微生物菌剂；大豆秸秆；生物炭

中图分类号：S634             文献标志码：A            文章编号：1673-2871（2024）04-133-07

Effects of combined microbial fungicide and soybean straw biochar on nutrients and quality of Brassica napus in black soil of sand ginger

JIANG Zhiyang1， ZHOU Yuzhi1， CHEN Daokun1， 2， HUANG Meiqin1

（1. School of Earth and Environment， Anhui University of Science and Technology， Huainan 232001， Anhui， China; 2. Xi’an Center of Mineral Resources Survey， China Geological Survery， Xi’an 710100， Shaanxi， China）

Abstract： To clarify the effect of synergistic application of combined functional fungicides and soybean straw biochar on the black soil of ginger， the black soil of sand ginger was used as the research object， Using in situ pot experiments in the field， six treatments （BC1， BC2， BC3， MB1， MB2， MB3） based on the conventional fertilizer application were conducted， and investigated the effects of different treatments on the chemical properties of the black soil of sand ginger， the growth and the quality of Chinese cabbage. Compared with the control group， the application of biochar alone （BC1， BC2， BC3） and microbial fungi with biochar （MB1， MB2， MB3） significantly increased the soil organic matter， total nitrogen， effective phosphorus contents and the content of soluble sugar， soluble protein， and vitamin C of Brassica napus in the ranges of 18.98%-64.49%， 11.82%-40.00%， 23.41%-98.07% and 28.89%-66.37%， 15.25%-46.33%， 42.98%-152.76%， respectively. The growth， resistance to rhizoctonia， and quality of Chinese cabbage showed a tendency of first increasing and then decreasing with the increase of biochar addition，among which MB2 treatment had the best effect. Soybean straw biochar with microbial agents synergistically improved soil chemistry and enhanced the quality of Brassica napus， and microbial agents with a 2.5% biochar addition rate were the most effective within the scope of this experiment.

Key words： Cabbage; Microbial fungicide; Soybean straw; Biochar

砂姜黑土是安徽省淮南市河间平原地区最常见且覆盖面积最大的耕作土壤类型，占全市土壤面积的36.91%，占耕地面积的38.6%[1]。砂姜黑土有着质地黏重、结构不良、耕性较差、缺氮少磷等特征[1-2]，近年来，不合理的耕作方式与施肥破坏了砂姜黑土的结构性能[3]，导致土壤肥力降低和作物生长受限，严重影响了作物产量和品质，使得该区域的农业可持续发展受到诸多限制[4]。目前，改良砂姜黑土的主要方法是通过长期秸秆还田与施用化肥来提升土壤肥力[5-6]。但长期秸秆还田会阻碍种子生长[7]、对地温产生负效应[8]以及消耗土壤养分[9]；大量施用化肥会导致水体富营养化、温室气体排放[10]等农业生态环境污染，同时也造成土壤酸化和生物多样性降低等危害[6，11]。因此，长期施用大量化肥或秸秆还田并不是作物可持续生产的有效途径[12]。

生物炭是在厌氧或无氧条件下，经高温热解（350～600 ℃）产生的一种多孔富碳、高度芳香化的多功能稳定性材料[13-14]。生物炭凭借其固有的性能在调节土壤酸碱度、提高土壤保水能力与环境质量[15-16]以及土壤培肥方面均发挥重要作用[17]。微生物菌剂作为一种常见的微生物肥料[18]，其应用是目前提升土壤肥力和经济效益的生物措施[19]。菌剂中的微生物在土壤里繁殖，进而提升土壤酶活性及微生物多样性，从而给作物生长创造良好的生活环境[20]。王琳等[21]研究表明，微生物菌剂对金银花生长和品质提升有显著效果。邱诗春等[22]研究发现，增施微生物菌剂能明显改善土壤理化性质和提升土壤肥力。还有研究表明，微生物菌剂对提高生菜、青梗菜、玉米、枸杞、大豆等[23-27]农作物的产量和品质有良好的效果。尽管单施生物炭或微生物菌剂在砂姜黑土养分提升中极具潜力，但微生物菌剂与生物炭配施对砂姜黑土养分的影响尚不清楚。此外，淮南是豆腐的发源地[28]，大豆作为豆腐的生产原料，是本地区广泛种植的作物[29]，每年均有大量的大豆秸秆废弃物产生。其中，大部分秸秆废弃物并未加以利用，这不仅浪费秸秆资源，还易造成环境污染。因此，采取经济、环保的方式对大豆秸秆农业废弃物资源化利用是淮南农业发展面临的重点问题。目前，有学者将大豆秸秆制备为生物炭，应用于东北黑土生产性能研究[30]；也有学者将功能菌剂与农业秸秆生物炭配施应用在西北沙化土壤，探究其对沙化土壤质量改良的最佳方法[31]。

因此，笔者以大豆秸秆为原材料制备生物炭，利用生物炭配施功能微生物菌剂（枯草芽孢杆菌+哈茨木霉菌）应用于沿淮地区砂姜黑土，并通过测定盆栽小白菜的生长与品质指标，探究生物炭配施微生物菌剂对砂姜黑土养分及小白菜生长、抗病能力、品质和经济效益的影响，以期明确生物炭与生物菌剂联合施用的最佳用量，为提高淮南沿淮河地区的砂姜黑土肥力提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 材料

供试砂姜黑土于2022年6月采自淮南市沿淮河南岸舜耕镇下陶村村北里湾的农田，为黄姜土，亚类为典型砂姜黑土，成土母质为河流冲积物，质地为粉砂质黏壤土。挖取表层0～20 cm土样，采用双对角线法采集5个样品，均匀混合后运用四分法留取500 g样品用于土壤指标测定，自然风干，并除去土壤中所含石粒和植物根系等异物，研磨过2 mm尼龙筛，装袋备用。土壤基本理化性质：pH = 7.95，有机质含量（w，下同）为11.04 g·kg-1，全氮含量为0.57 g·kg-1，有效磷含量为34.36 mg·kg-1，速效钾含量为85.02 mg·kg-1。

大豆秸秆生物炭的制备是取上述农田中废弃的大豆秸秆并自然晾干粉碎后，在无氧400 ℃条件下通过马弗炉炭化过2 mm尼龙筛得到，pH=9.25，有机质含量396.62 g·kg-1，全氮含量7.66 g·kg-1，全磷含量0.76 g·kg-1，全钾含量0.68 g·kg-1。

微生物菌剂（哈茨木霉菌+枯草芽孢杆菌）购买于潍坊福皆农业科技有限公司，其中有效活菌哈茨木霉菌数≥10亿·g-1，有效活菌枯草芽孢杆菌数≥200亿·g-1。复合肥（ N-P2O5-K2O = 17-17-17）总养分含量≥51%，购买于山东加倍达生物科技有限公司。

供试植物为好润青小白菜，生长周期为50 d左右，种子由南京理想农业科技有限公司提供。

1.2 试验设计

盆栽试验于2022年6月在安徽理工大学东侧新华村试验基地进行。

常规施肥（CK，按农民常规施肥量40 kg·667 m-2，将其按比例折算为盆栽施肥量），其中肥料为三元复合肥（N 17%、P2O5 17%、K2O 17%），盆栽截面规格为25 cm×25 cm，按上述比例折算后每盆施肥量为3.75 g；然后在常规施肥的基础上分别配施不同浓度的生物炭与菌剂组合，即添加按土壤质量分数0.5%的大豆秸秆生物炭（BC1），每盆折合5 g；土壤质量分数2.5%的大豆秸秆生物炭（BC2），每盆折合25 g；土壤质量分数5%的大豆秸秆生物炭（BC3）每盆折合50 g；土壤质量分数0.5%的大豆秸秆生物炭5 g+菌剂（MB1）；土壤质量分数2.5%的大豆秸秆生物炭25 g+菌剂（MB2）；土壤质量分数5%的大豆秸秆生物炭50 g+菌剂（MB3）。其中，菌剂配施量均为1.5 g·kg-1（商品推荐施加量），每个处理4次重复，共计28盆。将土壤与大豆秸秆生物炭充分混合，每盆装1 kg，采用称质量法使得土壤含水量为田间持水量的60%左右，并在室温下保持2周。小白菜种子经杀菌、清洗处理后，每盆播入20粒种子，12 d后进行间苗，每盆保留10株长势一致的幼苗，定期浇水并确保其含水量为田间持水量的60%，在45 d后收获小白菜。