生物炭有机肥部分替代化肥对苋菜生长、产量、品质和氮素利用率的影响

摘    要：为探究化肥减施潜力和生物炭有机肥增效作用，缓解因化肥过量施用导致的蔬菜品质下降和肥料利用率降低等问题，以苋菜为试材，设6个施肥处理：不施肥（CK1）、100%常规施肥（CK2）、85%常规施肥+2250 kg·hm-2生物炭有机肥（T1）、85%常规施肥+4500 kg·hm-2生物炭有机肥（T2）、70%常规施肥+4500 kg·hm-2生物炭有机肥（T3）、70%常规施肥+2250 kg·hm-2生物炭有机肥（T4），对比分析各处理苋菜生长、产量、品质、氮肥吸收及利用的差异。结果表明，与CK1相比，施肥不同程度促进苋菜植株生长，增加苋菜根茎叶氮素积累量，苋菜产量提高5.83%～22.67%。与CK2相比，生物炭有机肥部分替代化肥显著增加苋菜的生物量，提升可溶性糖、可溶性蛋白和维生素C含量，降低硝酸盐和有机酸含量；其中，T1和T2苋菜产量分别提高7.28%和11.87%，T2氮肥吸收利用率和氮肥农学利用率分别提升16.74%、21.48 kg·kg-1。综上，T2为最优处理，可促进苋菜生长，提高苋菜产量和氮素利用率，改善品质，是实现肥料高效利用、减肥增效的良好施肥模式。

关键词：苋菜；化肥减施；生物炭有机肥；产量；氮素利用率；品质

中图分类号：S636.4 文献标志码：A 文章编号：1673-2871（2023）06-077-07

Effects of partial substitution of chemical fertilizer by biochar organic fertilizer on the growth， yield， quality and N nutrient utilization of amaranth

YIN Wuping1，2， YUAN Zuhua1，2， PENG Ying1，2， TONG Hui1，2， YANG Xiao1，2

（1. Hunan Province Vegetable Research Institute， Changsha 410125， Hunan， China; 2. Hunan Academy of Agricultural Sciences， Changsha 410125， Hunan， China）

Abstract： In order to improve the situations of the excessive application of chemical fertilizers resulting in reduced vegetable quality， low fertilizer utilization rate， and so on， a field experiment was carried out using combined application of biochar organic fertilizer with chemical fertilizer to explore the potential of it in vegetable fields and the effect of biochar organic fertilizer， and provide a scientific basis for reasonable fertilization. In this study， amaranth field experiment was conducted to investigate the effects on growth， yield， quality， fertilizer contribution rate and N nutrient utilization under different combinations. Six treatments were as follows： non-fertilization（CK1）， 100 % chemical fertilizer（CK2）， 85% chemical fertilizer with 2250 kg·hm-2 biochar organic fertilizer（T1）， 85% chemical fertilizer with 4500 kg·hm-2 biochar organic fertilizer（T2），70% chemical fertilizer with 4500 kg·hm-2 biochar organic fertilizer（T3），70% chemical fertilizer with 2250 kg·hm-2 biochar organic fertilizer（T4）. The results showed that compared with CK1， fertilization promoted the growth of amaranth plant， increased the nitrogen accumulation of root， stem and leaf， and increased the yield of amaranth by 5.83%-22.67%. Compared with CK2， the combined application with chemical fertilizer treatments significantly increased biomass， soluble sugar， soluble protein and vitamin C contents. while reduced The contents of nitrate and organic acid. Compared with CK2， T1 and T2 treatments increased the yield of amaranth by 7.28% and 11.87%， respectively. Compared with CK2 treatment， the utilization rate， agronomic utilization rate of nitrogen fertilizer of T2 increased by 16.74%， 21.48 kg·kg-1. In conclusion， 85% of conventional chemical fertilizer with 4500 kg·hm-2 biochar organic fertilizer promote growing， improved the nitrogen utilization rate ， yield and quality in amaranth， which was a good fertilization model to achieve the efficient utilization of fertilizer， weight loss and efficiency.

Key words： Amaranthus tricolor L.; Reduce fertilizer application; Biochar organic fertilizer; Yield; N efficiency; Quality

苋菜（Amaranthus tricolor L.）是苋科苋属的一年生草本植物，又名赤苋、米苋、苋等；苋菜以嫩茎叶为食用部分，炒食或做汤，富含维生素C、胡萝卜素、蛋白质和铁、钙等物质，广受大众喜爱，在我国南北各地均有种植[1]。随着人民生活水平的提高，对健康高品质绿叶蔬菜的需求日益增加，但在苋菜种植中，大量化肥被施入土壤来保持或增加产量，而有机肥施用很少，甚至不施，因此土壤理化性质变差、土壤酸化、肥力水平下降，导致肥料利用率低、品质降低、硝酸盐积累等问题，亟需采用新的肥料或养分管理技术提高产量和改善品质。

有机肥料替代部分化肥，有利于保证作物产量、提高品质、改善土壤理化性质[2]。生物炭是生物残体在厌氧或缺氧的条件下，经高温裂解形成的一类稳定、高度芳香、碳含量丰富、质地轻的黑色固态物，其比表面积大，疏松多孔，富含羟基、羧基、羰基等基团，孔隙发达、阳离子交换能力较强，且在土壤中长时间存在，不易分解[3]。生物炭具有提高作物产量及改善作物品质，实现废弃生物质资源化利用等作用[4-5]。生物炭有机肥是由生物炭和有机肥物料复混制成的肥料，由于生物炭特殊的结构可实现肥料养分缓慢释放，具有较高的养分持留能力和土壤改良作用，从而实现肥料养分高效利用[6]。前人研究结果表明，生物炭有机肥对番茄、生姜、小白菜、油菜、玉米、水稻、榨菜等作物的产量和养分利用率均有提高[5，7-11]，而生物炭有机肥部分替代化肥对苋菜影响的研究鲜有报道。笔者研究了化肥减量并配施不同水平的生物炭有机肥对苋菜生长、氮素利用率、产量和品质的影响，明确苋菜生产中化肥减施比例和合适的生物炭有机肥配施量，在保证产量和品质的前提下，减少化肥使用量，提高肥料利用率，改善土壤性状，为生物炭有机肥在苋菜生产上的合理应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

供试品种为韩国大红圆叶苋菜，购自长沙市庆农种子有限公司。化肥施用含N 46%的尿素、含P2O5 16%的钙镁磷肥和含K2O 60%的氯化钾。供试的生物炭有机肥购自贵州金叶丰农业科技有限公司，有机肥成品有机质含量（w，后同）45%、生物炭含量15%、N含量1.4%、P2O5含量1.5%、K2O含量2.1%，pH值为8.69。供试土壤基础理化性质为：有机质含量26.25 g·kg-1、全氮含量1.89 g·kg-1、pH值为4.04、碱解氮含量137.5 mg·kg-1、有效磷含量570 mg·kg-1、速效钾含量333.5 mg·kg-1。

1.2 试验设计

试验地点位于湖南省蔬菜研究所试验基地薄膜大棚内，试验共设6个处理，CK1为不施肥对照，CK2为当地农户常规施肥对照；考虑作物需肥规律，兼顾肥料利用率，在当地农户普通化肥常规施肥的基础上，化肥施用总量较常规施肥减量15%和30%，分别为：85%常规施肥+2250 kg·hm-2生物炭有机肥（T1）、85%常规施肥+4500 kg·hm-2生物炭有机肥（T2）、70%常规施肥+4500 kg·hm-2生物炭有机肥（T3）、70%常规施肥+2250 kg·hm-2生物炭有机肥（T4）。试验采用随机区组排列，3次重复，小区面积16.8 m2（1.2 m×14.0 m），各处理施肥量见表1。苋菜于2022年4月15日直播，种子用量为67.5 kg·hm-2，即每个小区113.4 g。所有肥料均在播种前一周随耕整地一次性基施，而后旋入土壤中。无追肥，其余栽培、灌溉和田间管理措施均按常规统一管理，各地块保持一致。

1.3 测定指标及方法

1.3.1    生长指标测定    苋菜播种后35 d，选取达到采收要求的苋菜植株10株，洗净、用吸水纸擦干，用直尺测量株高（即地面至植株最高处距离），用游标卡尺测量茎粗（即植株中部最粗处直径），用电子天平测量植株鲜质量，并测量小区产量。并取苋菜植株，按不同器官（根、茎、叶）分开，分别称鲜质量后装信封袋，置于烘箱内105 ℃杀青30 min，然后在80 ℃条件下烘48 h至恒质量，称各部位干质量；根冠比为植株地下部干质量/地上部干质量。

1.3.2    品质指标测定    苋菜播种后35 d，称取第3～第5片苋菜完全展开叶5.0 g，采用水杨酸比色法测定硝酸盐含量，采用滴定法测定有机酸含量，按苏州科铭生物技术有限公司提供的试剂盒及程序处理，用分光光度计分别测定苋菜的可溶性糖、可溶性蛋白含量[12]。维生素C含量采用2，6-二氯靛酚钠滴定法测定[12]。

1.3.3 氮素利用相关指标测定 用粉碎机将烘干的样品粉碎后过筛，用H2SO4-H2O2溶液消煮法，全氮用全自动凯氏定氮仪（K1100）测定N含量[13]。氮素积累量=干物质量×氮素含量；成熟期全株氮素积累量=根的氮素积累量+茎的氮素积累量+叶片的氮素积累量；成熟期根、茎、叶片的氮素分配率=根、茎、叶片的氮素积累量/成熟期全株的氮素积累量。

氮肥利用率（NRE，%）＝（施肥区地上部作物氮积累量-不施肥区地上部作物氮积累量）/氮肥投入量×100；氮肥农学利用率（NAE，kg·kg-1）=（施氮肥区作物产量-不施氮肥区作物产量）/氮肥投入量。肥料贡献率（FCR）是肥料对作物产量的贡献率，是把不施肥处理（CK1）的产量视为地力对产量的贡献，以其为基准进行计算反映投入肥料生产能力的指标。肥料贡献率/%（FCR）=（施肥处理产量-不施肥处理产量）/施肥处理产量×100；增产率/%=（施肥产量-对照产量）/对照产量×100。