2024, Vol. 45
, XIE Shan
, LONG Tian-yu
, YANG Li
, DUAN Chun
, LIU Yuan-sheng
, SONG Li-hong
, CHEN Zu-yong
生物炭是以生物质为原料, 进行限氧高温热解制成的一种炭黑材料, 具有微孔结构, 有良好的吸附性能和稳定性[1]. 近年来, 生物炭被广泛应用于农业、环境和能源等领域[2]. 在农业领域中, 生物炭可以作为土壤改良剂, 提高土壤肥力、改善土壤结构、促进作物生长和产量的提高. 由于生物炭富含氮、磷和钾等营养元素, 且其多孔结构可以吸附和储存土壤中有机小分子和水溶性营养离子, 并缓慢释放维持土壤肥力, 可以提高土壤养分利用率, 达到对土壤改良的效果[3]. 孟艳等[4]研究发现生物炭施用可以改善土壤团聚结构, 促进土壤有机碳积累. 有研究表明, 生物炭施用能够改善土壤板结问题, 提高土壤保水能力, 还可以促进土壤微生物的活动进而提高土壤酶活性[5, 6]. 冯今萍等[7]研究发现花生壳生物炭还田可以改善土壤肥力状况和土壤微生物生境, 对红薯生育期内土壤微生物量和土壤微生物活性产生积极效应, 提高了土壤FDA水解酶、脱氢酶、土壤过氧化氢酶和蔗糖酶等酶活性. 李慧君等[8]研究发现施用甘蔗渣生物炭可以显著改善土壤理化性质, 提高四环素污染土壤中脲酶、过氧化氢酶、蔗糖酶和脱氢酶的活性, 促进潜在降解菌的相对丰度来加速土壤中四环素的去除. 张四海等[9]研究也发现竹炭对土壤酶活性、茶叶品质和微生物群落结构产生了显著影响, 土壤脲酶、过氧化氢酶、蔗糖酶和酸性磷酸酶活性随着竹炭添加量的增加呈先升高后降低的趋势. 可以看出, 各种原材料制备成的生物炭对作物生长和土壤性质都表现出积极的影响作用.
白菜是我国最常食用的叶类蔬菜之一[10]. 近年来, 随着人们对白菜需求量增加, 农民通常选择施用化肥的方式来达到提升白菜产量的效果, 但由于长期施用化肥产生了土壤质量下降、环境恶化和品质下滑等问题, 严重威胁到蔬菜产业的发展[11]. 因此, 如何正确施肥来改善白菜土壤性质, 提高白菜产量和品质是当今亟待解决的一个重要问题. 王宇函等[12]研究发现生物炭作改良剂可以降低土壤交换性Al3+和腐殖酸铝含量, 改善小白菜的生长状况. 李冬等[13]研究发现低质土壤中添加生物炭和生物炭改良剂能够增加小白菜株高且都可以改良低质淡灰钙土壤, 提高氮素的养分利用. 余海燕等[14]研究发现油菜秸秆生物炭主要通过调控基质的孔隙状况、提高养分循环酶活性和有效养分含量, 改善生菜的生长环境, 最终促进生菜的生长和营养品质的提高. 综上, 生物炭可以改良土壤状况, 提高土壤酶活性和促进蔬菜的生长. 但以往关于生物炭对作物产量品质、土壤理化性质和土壤酶活性影响的研究多数是以麦类[15, 16]、油菜[14, 17]、玉米[18]和水稻[19]等秸秆生物炭和核桃壳[20]、花生壳[7, 21]和竹炭[22]等生物炭作为供试材料开展的, 而关于刺梨果渣生物炭的研究鲜见报道. 刺梨果渣作为贵州特色农业有机废弃物, 资源巨大, 本身含糖含水量高和含有丰富的有机物质, 如将其制备成刺梨果渣生物炭可解决刺梨果渣利用率低下、闲置堆弃腐烂污染环境等问题, 同时还能向土壤归还部分损失的养分, 改良土壤, 充分实现农业有机废弃物的资源化利用. 因此, 本研究以刺梨果渣生物炭为试验材料, 通过盆栽种植白菜试验分析了不同刺梨果渣生物炭施用量对白菜产量及品质和土壤性质的影响, 以期为白菜产量和品质的提升、土壤性质的改善和刺梨果渣资源化合理利用提供理论参考.
1 材料与方法 1.1 供试材料本试验于2022年2月至2022年5月在贵州省花溪区贵州大学盆栽场（26°26′22″ N, 106°39′44″ E）中进行. 该地区全年平均气温15.7 ℃, 全年降水量1 215.7 mm, 全年日照时数1 162.6 h, 全年无霜期339 d. 白菜试验品种为晋菜三号, 复合肥品名为西洋复合肥（总养分≥ 45%, N∶P2O5∶K2O = 15∶15∶15）；盆栽土壤质地为砂质黏壤土, 分别含砂粒（2 ~ 0.02 mm）65.5%、粉粒（0.02 ~ 0.002 mm）16.1%和黏粒（< 0.002 mm）18.4%. 土壤基本理化性质：土壤pH为4.61, ω[有机质（SOM）]、ω[碱解氮（AN）]、ω[有效磷（AP）]和ω[速效钾（AK）]分别为10.23 g·kg-1、72.1 mg·kg-1、3.5 mg·kg-1和55.6 mg·kg-1.
供试生物炭采用限氧裂解法制备[23], 其原料为刺梨果渣. 所有原料经自来水清洗3次, 自然风干后粉碎待用. 具体制备方法为：称取粉碎后的生物炭制备原料于坩埚中, 压实, 盖上盖子, 再放置于马弗炉中碳化, 设定热解温度为400 ℃下厌氧热解4 h, 待马弗炉冷却至室温后取出, 过100目筛得到生物炭样品. 刺梨果渣生物炭性质：pH为7.89, ω（有机碳）、ω（全氮）、ω（全磷）和ω（全钾）分别为341.28、16.24、8.85和19.68 g·kg-1.
1.2 试验设计本试验采用盆栽种植方法, 共设5个处理, 分别为对照CK（施用0%生物炭）、T1（施用1%生物炭）、T2（施用3%生物炭）、T3（施用5%生物炭）和T4（施用7%生物炭）, 每个处理3次重复. 按照每聚乙烯材料盆装入供试土壤20.0 kg, 施入西洋复合肥20.0 g后混合均匀, 再将刺梨果渣生物炭按照比例与土壤充分混匀, 每盆播种12粒白菜种子, 待出苗后通过间苗每盆留生长最好的3株, 以供白菜指标的测量. 本试验阶段定期除草, 无灌溉, 不喷洒农药. 白菜收获完成后, 采集土壤样品.
1.3 样品采集及分析方法白菜：白菜样品取地上部分带回实验室, 用去离子水洗净沾附的泥土, 用吸水纸擦去水分, 称鲜重计算白菜产量（Yd）. 将其一部分于105℃杀青30 min, 在75℃下烘至恒重, 研磨后放置自封袋中待测, 一部分则用作鲜样指标的测定. 参照文献[11, 24]中的测定方法：可溶性固形物（SSC）采用手持式糖度计测定, 可溶性糖（TSSC）采用蒽酮比色法, 维生素C（Vc）采用2, 6-二氯靛酚滴定法, 硝酸盐（NC）采用紫外分光光度法, 全氮（N）、全磷（P）和全钾（K）含量分别采用凯氏定氮法、钒钼黄比色法和火焰光度计法.
土壤：每个处理用木铲取表层土壤（0 ~ 20 cm）, 混匀后用四分法取适量土样装入自封袋, 带回实验室风干后研磨过筛, 待测. 土壤pH值测定采用pH酸度计测定, 有机质（SOM）采用重铬酸钾氧化法测定, 全氮（TN）采用半微量凯氏法测定, 碱解氮（AN）用碱解扩散法测定, 有效磷（AP）采用钼锑抗比色法测定, 速效钾（AK）采用火焰光度法测定, 有效铁（AFe）、有效锰（AMn）、有效铜（ACu）、有效锌（AZn）、交换性钙（EXCa）和交换性镁（EXMg）采用原子吸收分光光度法（岛津原子吸收分光光度计, AA-6880）测定, 以上指标测定具体参见鲍士旦[24]的方法. 土壤酶活性的测定方法参照文献中方法[25]：蔗糖酶活性采用3, 5-二硝基水杨酸比色法, 脲酶活性采用苯酚钠-次氯酸钠比色法, 酸性磷酸酶活性采取磷酸苯二钠比色法, 过氧化氢酶活性采取高锰酸钾滴定法测定.
1.4 数据分析试验数据用Microsoft Excel 2021进行数据统计, 采用SPSS 26.0进行单因素方差分析和多重比较, 用LSD法比较处理间的差异显著性（P < 0.05）, 采用Origin Pro 2022b软件作图；使用R 4.3.1软件对白菜产量及品质指标数据进行去趋势对应分析（DCA）, DCA结果显示最大梯度长度 < 3, 故选择冗余分析（RDA）, 在RDA分析之前对白菜产量及品质数据进行Hellinger转换和对环境因子数据标准化, RDA分析在R语言vegen中完成, 并采用ggplot2包完成绘图.
2 结果与分析 2.1 生物炭对白菜产量及品质的影响由表 1可知, 施用刺梨果渣生物炭可以显著提高白菜产量. 在T3处理下产量最高, 达515.84 g·株-1, 显著高于其他处理（P < 0.05）；各处理间差异显著且高于CK处理, T1 ~ T4处理下产量较CK处理分别提高37.32%、66.10%、71.51%和16.03%. 同时, 施用刺梨果渣生物炭, 也显著增加了白菜可溶性固形物、可溶性糖、Vc、全氮、全磷和全钾含量, 各指标在T3处理下显著高于其他处理（P < 0.05）, T1 ~ T4处理较CK处理提高的范围分别为8.20% ~ 40.14%、6.19% ~ 33.65%、12.97% ~ 38.08%、3.24% ~ 9.03%、8.89% ~ 28.85%和13.40% ~ 35.38%；而硝酸盐含量随生物炭施用量的增加呈显著上升的趋势, 在T4处理下硝酸盐含量最高, 达809.37 mg·kg-1, T3和T4处理下硝酸盐含量显著高于其他处理（P < 0.05）, T4处理下较CK升高了53.56%.
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表 1 生物炭对白菜产量及品质的影响1） Table 1 Effect of biochar on yield and quality of cabbage |
2.2 生物炭对土壤养分及微量元素的影响
如图 1所示, 土壤pH随生物炭施用量的增加呈现先上升后平稳的趋势, T1 ~ T4处理显著高于CK处理（P < 0.05）, 较CK处理提高了23.76% ~ 41.06%. 与CK相比, T1 ~ T4处理土壤pH值分别提升了1.25、1.78、2.16和2.16个单位, 表明刺梨果渣生物炭的施用能显著提高酸性土壤pH值. 施用刺梨果渣生物炭后土壤SOM、TN、AN、AP和AK含量总体显著增加, 各处理较CK处理差异显著（P < 0.05）, 且在T3处理下均达到最高. 土壤SOM、TN、AN、AP和AK含量都有不同程度地增高, 与CK处理相比分别增加了1.83% ~ 134.84%、33.07% ~ 157.48%、35.57% ~ 140.79%、63.66% ~ 341.75%和144.73% ~ 627.13%. 综上表明施用刺梨果渣生物炭能显著提高土壤养分和酸性土壤pH, 在一定程度上改良土壤化学状况.
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不同小写字母表示不同处理间差异显著（P < 0.05）, 下同 图 1 生物炭对土壤养分的影响 Fig. 1 Effect of biochar on soil nutrients |
如图 2所示, 随生物炭施用量的增加, 土壤AFe含量总体呈上升趋势, T1 ~ T4处理间差异不显著, 但T2 ~ T4处理显著高于CK, 较CK分别高出35.82%、37.68%和39.72%. 土壤AMn含量随生物炭施用量的增加而增加, T1 ~ T4处理显著高于CK（P < 0.05）, 较CK相比分别增加了28.66%、36.74%、61.69%和73.36%. 施用刺梨果渣生物炭后土壤ACu、AZn、EXCa和EXMg含量整体上均呈现显著增加, 在T3处理时增幅达到最大, 较CK处理分别增加了82.35% ~ 400.00%、751.16% ~ 4 648.84%、201.95% ~ 617.17%和35.60% ~ 351.42%, 说明施用刺梨果渣生物炭能够显著提高土壤微量元素的有效性, 但增加到T4时, ACu、AZn、EXCa和EXMg含量有下降趋势.
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图 2 生物炭对土壤微量元素的影响 Fig. 2 Effect of biochar on soil trace elements |
如图 3所示, 刺梨果渣生物炭的施用对土壤酶活性影响显著（P < 0.05）, 土壤脲酶（UA）、酸性磷酸酶（Pacid）、过氧化氢酶（CAT）和蔗糖酶（SC）活性较CK处理显著增加, 在T2处理下, 土壤蔗糖酶含量达到最大值, 为14.17 mg·（d·g）-1；在T3处理下, 土壤脲酶、酸性磷酸酶和过氧化氢酶活性均达到最大值, 分别为1.62、7.75和3.98 mg·（d·g）-1. 施用生物炭后, 各个处理土壤脲酶活性显著高于CK（P < 0.05）, T1 ~ T4处理分别提高了51.43%、111.43%、362.86%和208.57%. 土壤酸性磷酸酶活性表现为T1 ~ T4之间差异不显著, 但都显著高于CK（P < 0.05）, 分别较CK增加了90.63%、103.93%、134.14%和108.46%. T2和T4处理间土壤过氧化氢酶含量差异不显著, T3处理显著高于其他处理, 所有处理都显著高于CK（P < 0.05）, 土壤过氧化氢酶活性表现为：T3 > T2 > T4 > T1 > CK, T1 ~ T4处理较CK分别增加了21.40%、57.21%、85.12%和50.70%. 土壤蔗糖酶活性表现为T2处理显著高于其他处理, 且各处理都显著高于CK（P < 0.05）, T1 ~ T4处理较CK分别增加了89.21%、218.43%、169.44%和82.92%. 综上, 说明施用刺梨果渣生物炭能显著提高土壤酶活性.
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图 3 生物炭对土壤酶活性的影响 Fig. 3 Effect of biochar on soil enzyme activity |
土壤理化性质是影响白菜产量及品质的重要环境特征, 以土壤pH、TN、AN、AP、AK、SOM、AFe、AMn、ACu、AZn、EXCa和EXMg为解释变量, 以白菜Yd、SSC、TSSC、Vc、N、P和K为响应变量, 对土壤性质与白菜产量及品质进行冗余分析（图 4）, 结果表明第一排序轴（RDA1）与第二排序轴（RDA2）分别解释了白菜产量及品质总变异的84.49%和7.53%, 累积解释率为92.02%；影响白菜产量及品质变化的前5位解释量排序依次是土壤AK（F = 37.2, P < 0.05）、EXCa（F = 11.6, P < 0.05）、SOM（F = 14.8, P < 0.05）、AP（F = 9.7, P < 0.05）和AZn（F = 2.8, P < 0.05）, 其中土壤AK、EXCa、SOM、AP和AZn解释量分别为19.40%、16.14%、14.73%、9.07%和8.86%, 且土壤AK、EXCa、SOM、AP和AZn与白菜产量及品质变化呈显著正相关.
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百分数表示解释量, F表示重要性；蓝色箭头线条表示解释变量, 红色箭头线条表示响应变量；*表示P < 0.05 图 4 土壤性质与白菜产量及品质的冗余分析 Fig. 4 Redundancy analysis of soil properties and yield and quality of Chinese cabbage |
生物炭具有良好的物理化学性质和养分调控作用[21], 能够改善土壤质量, 以缓慢释放土壤养分的方式提高土壤养分利用率, 同时生物炭本身有较高的C、N、P和K含量[26, 27], 施入土壤后可以显著提高土壤的肥力水平, 达到增加作物产量的效果[28]. 本试验结果表明, 施用刺梨渣生物炭能够显著提高白菜的产量, 施用1% ~ 7%生物炭较对照处理白菜产量提高了16.03% ~ 71.51%, 且在5%施用量（T3）处理下产量最高, 达515.84 g·株-1, 这与前人研究的结果相似[29]. 其原因一方面是添加生物炭可提高小白菜磷肥利用率, 调节土壤元素利用率, 促进土壤肥力的固持, 达到增加作物产量的效果, 改善小白菜的生长状况[30]；另一方面是生物炭直接增加了土壤中有效氮、有效磷含和有机质含量, 提高了土壤阳离子交换能力, 提高了土壤肥力和质量, 改善蔬菜的生长, 最终提高产量[31, 32]. 姚丽茹等[33]在冬小麦上的研究也发现了相似的结果, 生物炭可以增加土壤有机碳、全氮含量并提升冬小麦产量.
可溶性固形物、可溶性糖、维生素C、全氮、全磷和全钾等是表征白菜品质的重要指标. 可溶性固形物是指液体或流体食品中所有溶解于水的化合物的总称, 包括糖、酸、维生素和矿物质等. 植株氮磷钾是植物体内许多重要化合物的主要成分, 对植物的生命活动以及产量的高低、品质的优劣均有重要的作用. 这些指标既相互独立又密切联系, 共同影响着白菜的营养风味. 本研究结果表明, 施用刺梨果渣生物炭后, 白菜可溶性固形物、可溶性糖、维生素C、全氮、全磷和全钾含量总体均呈现显著上升的趋势. 在生物炭施用量为5%（T3）时, 白菜可溶性固形物、可溶性糖、维生素C、全氮、全磷和全钾含量达到最高. 原因是施用刺梨果渣生物炭提高了土壤有机质含量, 提高土壤肥力, 促进白菜的生长和糖分、维生素C等物质的积累, 提高可溶性固形物[23]. 也有研究发现施用生物炭可以改良土壤理化性质, 提高磷、钾、钙和镁等养分元素的有效性, 显著促进作物生长, 增加作物地上部干物质的积累量, 提高果实的可溶性固形物、可溶性糖和维生素C含量[34]. 硝酸盐含量为评价蔬菜安全的指标, 本试验中硝酸盐含量随着刺梨果渣生物炭施用量的增加而升高. T1 ~ T4处理下白菜硝酸盐含量较对照处理升高了31.94% ~ 53.56%, 这与俞映倞等[35]的研究结果不一致, 在T4处理下最高达809.37 mg·kg-1但远低于国家对无公害蔬菜安全要求的标准. 其原因：首先是刺梨果渣生物炭施入土壤后, 土壤里氮素含量升高, 白菜在氮素供应过剩时, 会以超过自身需要的速度吸收NO3-, 并将多吸收的硝态氮储存起来, 以便在氮素供应不足时维持正常生长的需要, 造成了白菜体内的硝酸盐含量的累积[36]；其次白菜属于叶菜类蔬菜, 其叶片较其他蔬菜极易富集硝酸盐[37, 38].
3.2 生物炭对土壤养分及微量元素的影响土壤养分是由土壤提供的植物生长所必需的营养元素. 本研究发现, 施用刺梨果渣生物炭可以显著改变土壤养分, 生物炭施用后土壤pH值、SOM、TN、AN、AP和AK含量均显著增加. 其主要原因一方面是生物炭由于具有多孔结构和比表面积大等特殊的理化性质, 可以吸附和固持土壤养分, 减少养分的损失, 进而提高土壤养分的含量[39]. 另一方面生物炭本身含有大量的矿物质, 其灰分中含有大量的氮磷钾元素, 增强了养分供应能力, 施入土壤后直接提高了土壤中的营养元素[26]. 对于施用生物炭后土壤pH值增加, 一是由于生物炭本身具有碳酸盐和含氧官能团的成分而呈碱性, 对酸性土壤有改善作用[40]；二是由于施用生物炭显著降低了土壤水溶性K、Ca和Mg的含量, 而提高了土壤交换性K、Ca和Mg的含量, K+、Ca2+和Mg2+等盐基阳离子与土壤中的交换性H+和Al3+发生交换, 从而降低土壤中交换性H+和Al3+含量, 导致土壤pH值的增加[41, 42].
土壤有效态微量元素含量的丰缺状况是作物生长代谢、产量及品质的重要影响因素[43]. 当土壤中有效微量元素的含量不足时, 会影响作物对这些元素的吸收利用, 从而影响作物的生长发育和产量品质. 本研究结果表明施用刺梨果渣生物炭能显著提高土壤AFe、AMn、ACu和AZn含量. Choudhary等[44]研究发现施用甘蔗渣生物炭能够提高土壤微生物生物量磷（MBP）和微量养分（Zn、Mn、Cu、Fe）的有效性, 与本研究结果大体一致. Muhammad等[45]研究发现施用3%猪粪生物炭显著提高了土壤中有效Cu、Zn和Mo含量. 也有研究发现生物炭添加和微生物接种相结合可显著增加钙质土壤中有效P、Fe和Zn的含量[46], 与本研究结果相似. 其原因是生物炭能够提高土壤的氧化还原环境, 促进吸附、解吸和再生过程, 帮助营养元素从炭孔隙中释放出来, 保证了这些元素的有效性和可利用性. 另一方面, 生物炭本身也含有大量的这些营养元素, 可以通过缓慢释放的方式转移到土壤中供应给植物[44]. 交换性钙和镁是土壤中的重要离子养分, 对于保障作物正常生长和提高产量具有重要作用. 本研究结果表明施用刺梨果渣生物炭能显著提高土壤EXCa和EXMg含量. 蒋惠等[34]研究发现施用生物炭可以提升土壤中交换性钙、交换性镁、有效锌、有效硼和CEC含量, 与本研究结果相似. 生物炭可以提高交换性Ca2+和Mg2+含量的主要原因是二价离子与土壤胶体结合更为紧密, 因此交换性Ca2+和Mg2+更易在团聚体中积累；其次, 生物炭含有的羟基、羧基和苯环等官能团可以增加对阳离子的吸附[47], 然后再缓慢释放出来. 综上, 刺梨果渣生物炭的施用可以提高土壤中的AFe、AMn、ACu、AZn、EXCa和EXMg含量, 从而改善土壤质量, 并促进作物生长和发育.
3.3 生物炭对土壤酶活性的影响土壤酶是土壤中所有酶的总称, 参与各种动植物和微生物残留物的分解和转化, 以及土壤中无机和有机物的氧化还原反应, 促进土壤碳、氮和磷等养分的循环转化[48]. 生物炭因其自身特殊的理化性质, 施入土壤后能够引起土壤理化性质的变化, 且在一定程度上影响了土壤酶活性[49]. 本研究结果显示, 施用刺梨果渣生物炭显著提高了UA、Pacid、CAT和SC活性, 除蔗糖酶在施用3%生物炭（T2）时酶活性达到最高外, 其余酶均在施用5%生物炭（T3）时酶活性达到最高, 这与Yao等[50]的研究结果相似. 这是因为生物炭可以通过影响土壤pH、电导率、有机碳和碱解氮进而对过氧化氢酶产生间接影响, 生物炭的施用显著增加土壤有机质和碱解氮, 从而显著促进过氧化氢酶的活性；其次生物炭通过碱解氮和有效磷间接导致了磷酸酶的变化, 有效磷利用率增加和碱解氮含量提升进而促进微生物的生长和繁殖, 从而促进磷酸酶活性[25]. 生物炭的多孔结构也可以提供酶促反应场所, 酶底物附着在生物炭表面, 从而增强酶促反应的过程, 提高土壤酶活性[51], 且生物炭的孔隙结构能贮存水分和养分, 成为土壤微生物生活的微环境, 间接改善土壤提高土壤蔗糖酶活性[23]. Jing等[52]研究发现土壤有机质与土壤转化酶、磷酸酶和脲酶活性呈正相关, 施用生物炭提高土壤有机质进而可以提高土壤磷酸酶和脲酶的活性. 此外金属离子对土壤酶活性也有影响, K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Zn2+和Mn2+等金属离子可作为土壤酶的辅助因子激活酶的活性, 生物炭在土壤溶液中释放的K+、Mg2+、Ca2+和Mn2+等金属离子可促进酶活性中心与底物间的配位结合, 形成酶⁃金属离子⁃底物三元复合物, 激活酶的活性[53], 本研究中施用刺梨果渣生物炭后Mn2+、Mg2+和Ca2+都呈现了上升趋势, 从而提高了土壤酶活性. 冯慧琳等[49]的研究发现, 随着生物炭用量的增加, 土壤蔗糖酶、脲酶、过氧化氢酶和中性磷酸酶活性均呈现先升高后降低的趋势, 对4个土壤酶都有促进作用. 与本研究结果相似, 原因是土壤酶对添加生物炭的反应不是由单一因素决定的, 而是由生物炭热解温度、原料、施用量和土壤性质, 甚至酶自身性质等综合因素决定的[54]. 综上, 施用刺梨果渣生物炭能显著提高土壤脲酶、酸性磷酸酶、过氧化氢酶和蔗糖酶活性, 在施用5%刺梨渣生物炭时, 对酶活性促进作用最大.
3.4 土壤环境因子对白菜产量及品质的影响土壤养分是植物养分的重要来源和生长发育的基础, 因此可以在一定程度上影响作物的产量及品质[55, 56]. 本研究对土壤性质与白菜产量及品质进行冗余分析, 结果表明土壤AK、EXCa、SOM、AP和AZn与白菜产量及品质变化呈显著正相关. 土壤AK、EXCa、SOM、AP和AZn是白菜产量及品质变化的主要影响因子, 其原因是生物炭施用后可能会通过调节土壤性质和土壤中的细菌群落来改善植物生长和植物对养分的吸收, 达到提高白菜产量及品质的效果. Wang等[57]研究发现生物炭和蚯蚓粪配施后土壤AP、AK、真菌和细菌数量对黄瓜果实产量和品质有积极影响, 且与黄瓜果实Vc和可溶性糖呈显著正相关. Yang等[58]研究也发现土壤AK与细菌群落呈显著正相关, 交换性Ca与真菌群落呈极显著正相关, 且土壤AK和交换性Ca可以分别通过影响细菌和真菌群落微生物来提高茶叶的产量及品质, 与本文研究结果相似. 刘娇妹等[59]的研究中通过结构方程模型分析得出SOM和AK可以直接影响玉米产量, 也可以通过影响转化酶活性进而间接影响玉米产量. 土壤养分状况与作物品质关系密切, 韩建等[60]研究发现苹果可溶性固形物和固酸比分别只与土壤有效Zn和SOM关系密切, 为正相关关系. 综上, 土壤养分对不同作物的产量及品质有不同程度的影响, 在本研究中对白菜产量及品质变异贡献最大的前5个土壤环境因子分别是土壤AK、EXCa、SOM、AP和AZn, 不同程度地影响了白菜产量及品质的变化.
4 结论（1）刺梨果渣生物炭的施用能显著提高白菜产量及品质, 其中施用5%刺梨果渣生物炭时改善效果较为明显, 白菜产量、可溶性固形物、可溶性糖、维生素C、全氮、全磷和全钾含量达到最高.
（2）施用刺梨果渣生物炭能够显著提高土壤养分含量, 改善土壤性质, 刺梨果渣生物炭施用后土壤pH值、有机质、碱解氮、有效磷、速效钾和全氮含量均显著增加, 同时还能显著提高土壤有效Fe、Mn、Cu、Zn含量和土壤交换性Ca、Mg含量, 在施用5%刺梨渣生物炭时, 对土壤养分含量及有效性提高效果较好.
（3）施用刺梨果渣生物炭对土壤酶活性有积极的影响, 刺梨果渣生物炭的施用能够显著提高土壤脲酶、酸性磷酸酶、过氧化氢酶和蔗糖酶活性.
（4）土壤速效钾、交换性钙、有机质、有效磷和有效锌等是白菜产量及品质变化的主要影响因子, 与其呈显著正相关关系. 综合施用生物炭对白菜产量及品质和土壤性质影响的研究结果, 在土壤中施用5%的刺梨果渣生物炭较为适宜.
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