有机肥与生物炭对小白菜光合作用及硝酸盐积累的影响.pdf
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1、吴瑕,周浩楠,刘德阳,等.有机肥与生物炭对小白菜光合作用及硝酸盐积累的影响J.沈阳农业大学学报,2023,54(4):403-412.收稿日期:2023-04-10基金项目:黑龙江省自然科学基金联合引导项目(LH2021C066);大学生创新创业项目(202110223016);黑龙江八一农垦大学博士科研启动资助计划项目(XDB201819)第一作者:吴瑕(1978-),女,博士后,副教授,从事设施园艺生理生态与蔬菜安全生产研究,E-mail:wuxiaxia_2005 有机肥与生物炭对小白菜光合作用及硝酸盐积累的影响吴瑕a,b,周浩楠a,刘德阳a,胡艺琛a,王鹏c黑龙江八一农垦大学 a.园艺
2、园林学院,b.农业农村部农产品加工质量监督检验检测中心(大庆)博士后工作站,c.农学院,黑龙江 大庆 163319摘要:为探究提高小白菜生长及品质的适宜的施肥方式,通过小白菜盆栽试验,设置常规化肥(对照,CK)、有机肥替代化肥50%(O)和常规化肥添加3%生物炭(C)处理,研究不同施肥处理对小白菜光合作用、生长指标、硝酸还原酶活性及硝酸盐含量的影响。结果表明:有机肥和生物炭处理显著提高小白菜的干、鲜重,有机肥处理提高小白菜干重达到55%以上,生物炭处理提高小白菜干重达到30%以上。其中播种后28 d小白菜气孔导度和光合速率显著提升,42 d时蒸腾速率显著提升,不同施肥处理一定程度上提高小白菜净
3、光合速率。56 d时,50%有机肥替代化肥和3%生物炭处理小白菜的硝酸盐含量显著低于对照,两处理小白菜的硝酸还原酶活性均显著高于对照。生长56 d时,施用50%有机肥和3%生物炭处理小白菜根际土壤中有机质含量、碱解氮含量、速效磷含量、速效钾含量、土壤EC值和pH值均显著高于施用常规化肥的对照,两处理小白菜的株高,干、鲜重和根长均显著高于对照。小白菜干物质积累与胞间二氧化碳和硝酸还原酶呈显著正相关,与土壤速效养分呈显著负相关。小白菜的硝酸盐含量与胞间二氧化碳浓度和硝酸还原酶活性呈显著负相关,与土壤速效养分呈显著正相关。施用50%有机肥和3%生物炭在一定程度上改善小白菜的光合作用,促进小白菜的生物
4、量的积累,提高小白菜硝酸还原酶活性,降低小白菜中硝酸盐含量。其中50%有机肥处理好于3%生物炭处理,二者均好于常规施肥。关键词:小白菜;有机肥;生物炭;光合作用;硝酸盐中图分类号:S145.6文章编号:1000-1700(2023)04-0403-10文献标识码:A开放科学(资源服务)标识码(OSID):Effects of Organic Fertilizer and Biochar on Photosynthesis and NitrateAccumulation in Chinese CabbageWU Xiaa,b,ZHOU Hao-nana,LIU De-yanga,HU Yi-ch
5、ena,WANG Pengca.College of Horticulture and Landscape,b.Post-doctoral workstation of Agricultural Products Processing Quality Supervision,Inspection and Testing Center(Daqing),MinistryofAgricultureandRuralAffairs,c.CollegeofAgriculture,HeilongjiangBayiAgriculturalUniversity,DaqingHeilongjiang 163319
6、,ChinaAbstract:In order to explore the suitable fertilization method to improve the growth and quality of Chinese cabbage.A pot experimentwas conducted to study the effects of different fertilization treatments on the photosynthetic index,growth index,nitrate reductase andnitrate content of Chinese
7、cabbage by setting three treatments:chemical fertilizer as the control(CK),organic fertilizer instead of 50%chemical fertilizer N and P(O)and 3%biochar(C)added to chemical fertilizer.The results showed that organic fertilizer and biocharsignificantly increased the dry and fresh weight of Chinese cab
8、bage,and increased the photosynthesis of Chinese cabbage to a certainextent,especially the stomatal conductance and photosynthetic rate 28 days after sowing,At day 42,the transpiration rate increasedsignificantly.At day 56,the nitrate of Chinese cabbage treated with 50%organic fertilizer instead of
9、chemical fertilizer and 3%biochar was significantly lower than that of the control,and the nitrate reductase activity of the two treatments was significantly higherthan that of the control.At day 56,the content of organic matter,alkali hydrolyzable nitrogen,available phosphorus,availablepotassium,so
10、il EC value and pH in the rhizosphere soil of growing Chinese cabbage treated with 50%organic fertilizer and 3%biochar were significantly higher than those of the control.The plant height,dry weight,fresh weight and root length of the twotreatments were significantly higher than those of the control
11、.The accumulation of dry matter in Chinese cabbage was positivelycorrelated with intercellular carbon dioxide and nitrate reductase,and negatively correlated with soil available nutrients.The nitrate沈阳农业大学学报,2023,54(4):403-412Journal of Shenyang Agricultural Universityhttp:/DOI:10.3969/j.issn.1000-1
12、700.2023.04.003-沈阳农业大学学报第 54 卷content of Chinese cabbage was negatively correlated with intercellular carbon dioxide and nitrate reductase,and positively correlatedwith soil available nutrients.To sum up,the application of 50%organic fertilizer and 3%biochar improved the photosynthesis ofChinese cab
13、bage to a certain extent,promoted the accumulation of biomass of Chinese cabbage,increased the nitrate reductase activityof Chinese cabbage,and thus reduced the nitrate content in Chinese cabbage.Among them,50%organic fertilizer is better than 3%biochar treatment,both of which are better than the co
14、ntrol of conventional fertilization.Key words:Chinese cabbage;organic fertilizer;biochar;photosynthesis;nitrate小白菜 Brassica campestris L.ssp.chinensis Makino(munis T Lee)属于十字花科芸薹属,是我国种植较为广泛的叶菜类蔬菜,成熟后茎叶均可进食,一、二年生草本植物,作一年生栽培,高2530 cm,小白菜喜温暖湿润环境,它为含维生素和矿物质最丰富的蔬菜之一1。许多研究表明施用有机肥和生物炭能够提高光合作用及产量2。因此,有机肥和生物
15、炭应用于白菜生产提高产量和品质越来越受到人们的关注。施入土壤中肥料可以通过影响植株的光合作用等改变植物产量和品质。研究表明,添加生物炭能够提高紫花苜蓿的光合效率,促进植株生长,缓解干旱胁迫3。施用有机肥可明显提升玉米的光合作用和功能叶SPAD值,且以替代比例为60%时促进玉米生长效果较好4。植株不同生育期间,光合作用指标变化趋势不尽相同5,有机肥和生物炭对小白菜养分积累量及干物质积累量均有提高6。不同密度下增施有机肥有利于夏玉米后期光合产物的积累,提高植株产量7。前人研究多采用有机肥和生物炭,并且以农田施用为主,在温室蔬菜生产中应用研究较少8。有机肥和生物炭配合使用会减少养分淋失,提高肥料的利
16、用率,促进小白菜增产9。随着施用生物炭浓度增加,土壤容重逐渐降低,土壤质量改善,施用量越高其效果越明显10。磷是影响小白菜光合作用碳同化不可以缺少的矿质元素11。有机肥或生物炭处理,提高小白菜地上部分氮磷养分吸收而提高产量,利于小白菜品质改善12。蔬菜中硝酸盐含量是品质的主要决定因子13,施用有机肥量高对降低小白菜硝酸盐含量有改善的作用,尤其是增施有机肥和钾肥14。硝酸还原酶在硝酸盐的同化作用中扮演着重要角色,施用有机肥或生物炭改善土壤温度、pH值等因素而影响硝酸还原酶活性15。有机肥和生物炭提高大田粮食作物产量已经在很多研究中有所报道16。前人对部分有机肥替代化肥和生物炭配施对蔬菜品质的相关
17、研究较多,关于生物炭和有机肥添加对蔬菜光合作用、硝酸盐含量及硝酸还原酶活性的影响鲜见报道。本试验研究部分有机肥和生物炭添加对小白菜光合作用及硝酸盐积累的影响,明确在不同的生长周期小白菜光合指标、生长指标及硝酸盐含量的影响,为小白菜的无公害生产提供科学依据。1材料与方法1.1供试材料试验土壤为黑龙江八一农垦大学园艺学院试验基地内土壤。土壤的基本理化指标:碱解氮156 mgkg-1、速效磷14.99 mgkg-1、速效钾100 mgkg-1、有机质3.78%、pH值 7.83。供试小白菜品种:黄玫瑰小白菜。供试生物炭采购于安徽祥正生物炭有限公司,基本理化性质:pH 值8.54,含碳(C)44.06
18、%、氮(N)1.53%、磷(P)0.78%、钾(K)1.68%。有机肥采购于苏州某有机肥公司,有机肥的养分参数为:N 3%、P2O53%、K2O 3%、有机质45%、pH值 8.00。1.2方法试验于2020年8-10月在黑龙江八一农垦大学塑料大棚内进行,采用盆栽方法,试验共设置3个处理,以常规施肥为对照(CK),设50%有机肥代替化肥处理(O)和常规施肥加3%生物炭处理(C)。氮肥选用尿素(N含量为46%),磷肥选用重过磷酸钙(P2O5含量为46%),钾肥选用硫酸钾(K2O含量为50%),每处理种植 30 盆,共种植 90 盆,施肥配比见表 1。各个处理按比例与土混匀装入塑料盆(24 cm2
19、1 cm)中,每盆装土 3.0 kg。采用完全随机排列设计,小白菜每盆播种 10 粒种子,苗高2 cm进行第1次间苗,每盆留 4株生长一致的幼苗,莲座期第2次间苗,每盆留 1株生长健壮的幼苗,于小白菜生长的第28天(莲座期)、第42天(抱心期)及第56天(采收期)时分别采集小白菜植株和土壤样品。小白菜植株洗净擦干叶片水分后称重,叶片用于硝酸还原酶活性和硝酸盐含量测定。小白菜叶片105 杀青30 min,75 烘干后测定干重。土壤样品过1 mm筛后风干保存,用于测定养分指标。404-第 4 期吴瑕等:有机肥与生物炭对小白菜光合作用及硝酸盐积累的影响1.3测定项目与方法于小白菜出苗后 28,42,
20、56 d时取样测定小白菜株高、根长,并用天平测定鲜重,105 杀青30 min,75 烘干至恒重称量干重。小白菜出苗后 28,42,56 d时在自然光照下用美国 LI-COR产 LI-6400 便携式光合仪测定光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)和胞间CO2浓度(Ci)等指标17。采用氨基苯磺酸比色法18测定硝酸还原酶活性。于小白菜出苗后 28,42,56 d时取盆栽新鲜土样,风干后过 1 mm 孔径筛,采用重铬酸钾外加热法19测定土壤有机质含量;采用碱解扩散法19测定土壤碱解氮含量;土壤速效磷含量采用乙酸铵浸提,火焰光度法19测定土壤速效钾含量;按水土比 5 1 混合后,采用
21、 pH计测量土壤 pH值,采用电导率仪测定EC值19。1.4数据分析方法使用 EXCEL 2010 软件进行试验数据处理及图表制作,采用 SPSS 19.0(IBM,2010)进行统计分析,方差分析使用 ANOVA(Duncans 新复极差法,p0.05)20。2结果与分析2.1有机肥和生物炭对小白菜株高和根长的影响试验结果显示,随着小白菜生长株高和根长逐渐增加,生长28 d和42 d时,各施肥处理小白菜株高和根长差异不显著,56 d时,有机肥处理小白菜株高和根长显著高于常规施肥的对照,生物炭处理较常规施肥的小白菜根长显著增加,株高增加不显著(图1)。不同字母表示差异达5%为显著水平。The
22、different lowercase letters mean significant differences at 5%level图1有机肥和生物炭对小白菜株高(A)和根长(B)的影响Figure 1Effects of organic fertilizer and biochar on plant height(A)and root length(B)of Chinese cabbage处理Treatment常规施肥Conventional fertilization(CK)50%有机肥50%organic fertilizer(O)3%生物炭3%biochar(C)纯氮(N)/(gkg
23、-1)Pure nitrogen0.200.100.20纯磷(P2O5)/(gkg-1)Pure phosphorus0.150.050.15纯钾(K2O)/(gkg-1)Pure potassium0.200.100.20鸡粪/(gkg-1)Chicken manure0N 0.10 P 0.10 K 0.100生物炭/%Biochar003表1试验处理Table 1Experimental treatment2.2有机肥和生物炭对小白菜气孔导度及胞间二氧化碳浓度的影响胞间二氧化碳浓度是指细胞内二氧化碳水平,气孔导度是指植物叶片中气孔的开放程度,他们共同影响着光合作用和呼吸作用。气孔导度和胞
24、间二氧化碳浓度升高,能够增加光合效率,气孔导度升高也会增加叶405-沈阳农业大学学报第 54 卷片的蒸腾速率,改善水分平衡。不同处理的小白菜气孔导度随着小白菜生长整体呈现先升高后降低的趋势,在28 d时,有机肥处理小白菜气孔导度显著高于常规施肥对照,生物炭处理气孔导度显著低于常规施肥对照。在42 d时,有机肥和生物炭处理小白菜的气孔导度均显著低于对照。在56 d时,有机肥处理小白菜气孔导度显著高于对照和生物炭处理(图2A)。随着小白菜生长各处理叶片胞间二氧化碳呈现升高并趋于稳定的变化趋势,28 d时,各处理间胞间二氧化碳差异不显著。生长42 d时,有机肥和生物炭处理胞间二氧化碳浓度均低于对照,
25、有机肥处理达到显著水平。56 d时,有机肥和生物炭处理胞间二氧化碳浓度均显著低于对照(图2B)。图 3有机肥和生物炭对小白菜蒸腾速率(A)和光合速率(B)的影响Figure 3Effects of organic fertilizer and biochar on transpiration rate(A)and photosynthetic rate(B)of Chinese cabbage图2有机肥和生物炭对小白菜气孔导度(A)及胞间二氧化碳浓度(B)的影响Figure 2Effects of organic fertilizer and biochar on stomatal condu
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