甜菜（Beta vulgaris L.）是我国重要的糖料作物，现种植范围主要分布在我国西北、华北和东北等地区^[1]。随着国民日常生活对糖类物质的需求不断提高，合理扩大种植面积并提高甜菜产量和品质对促进我国糖料作物分布和提高糖类物质产出具有重要意义。甜菜具有较强的耐盐碱特性，充分利用这一特性，对缓解经济作物与粮食作物争地矛盾，提高盐碱地利用率具有极高价值^[2]。虽然甜菜对盐碱环境具有较强的适应性，但在土壤盐碱程度较高的情况下，仍会影响甜菜生长和后期糖分积累，降低甜菜块根的产量和品质。因此，高效利用盐碱地，改善土壤理化性质，降低盐碱胁迫对甜菜生长的危害和产量的损失成为目前研究的重点和趋向。

生物炭是以农林废弃物等生物质为原料在缺氧条件下热裂解形成的富碳有机物质^[3]。前人研究发现，生物炭在改善土壤理化性质、增加作物产量等方面具有显著的作用^[4-5]。木醋液是植物性原料经过炭化或干馏而生成的一种具有酸、醛、酮、醇等多种有机物质的酸性液体，且被广泛应用的土壤改良剂^[6]，其在改善土壤理化性质^[7]、降低土壤 pH 值^[8]、提高土壤有机质^[9-10]、增加土壤微生物和土壤团聚体等方面具有显著效果。胡世龙等^[11]对不同氮素水平下水稻喷施木醋液，显著提高了水稻的产量和品质。胡苗苗等^[12]在生物炭配施木醋液追肥的研究中表明，追施木醋液后土壤养分含量和棉花产量显著增高。武沛然等^[13]研究发现，在盐碱胁迫下施加 3% 的生物炭甜菜块根产糖量最高。因此，本研究生物炭用量以此为基础，结合施用不同浓度木醋液，探讨木醋液配施生物炭对当季盐碱土壤理化特性和甜菜产量、质量的作用效果，为促进盐碱地甜菜优质高产栽培提供理论依据和技术参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试甜菜品种为德国 KWS 公司培育的 KWS 1176 品种（较耐盐碱）。供试生物炭（玉米秸秆在高温 600℃制备）与木醋液（pH 值为 3.2）均由东北农业大学资源与环境学院生态课题组提供。

1.2 试验设计

试验于 2021 年在黑龙江省肇东市尚家镇五间村（46°26′N，125°99′E）盐碱地进行。试验地土壤基础理化性质见表1，甜菜生长期内有效活动积温为 2686.9℃，总降水量为 559.2 mm。

试验采用完全随机区组设计，设 4 个处理：不施加木醋液（CK），木醋液 300 kg·hm^-2（BW1）、 600 kg·hm^-2（BW2）和 900 kg·hm^-2（BW3），所有处理配施 600 kg·hm^-2 的生物炭。每个处理设 3 次重复，每区 6 垄，垄长 5 m，垄宽 0.65 m，株距 0.2 m，每公顷施纯 N 180 kg，P₂O₅ 90 kg，K₂O 90 kg，其中磷、钾和 2/3 的氮肥做基肥一次性施入， 1/3 的氮肥做苗期追肥。各处理木醋液和生物炭混匀于播种前均匀施入土壤。于 5 月 12 日进行播种，其他除草、防病管理与生产田同步进行，9 月 26 日收获，收获时测产测糖。

甜菜生育期内共取样 5 次，于播种后第 38、 58、78、100 和 120 d 采集土壤样品，采集时将各处理土壤表层杂物清理干净，采集各处理耕层 （0～20 cm）土壤，每小区以 3 点采集混合土壤样品方法，将取得的混合土壤保存进行相关指标测定。

1.3 测定指标与方法

土壤 pH 值测定采用《土壤农业化学分析方法》^[14] 中的方法。土壤风干过筛，将土样与去离子水按 1∶5 配置，搅拌静置后测定土壤电导率（EC）值。土壤比表面积于田间收获时采集土壤样品，采用 CH₃COOK 吸附法^[15]进行测定。土壤含水率利用烘干法^[16]测定。土壤养分和离子含量采用鲍士旦^[17] 《土壤农化分析》中的方法测定。

甜菜块根产量（kg·hm^-2）为收获各小区中间两垄连续 5 m 的全部块根，洗净称重后折算公顷产量。甜菜块根品质[块根含糖率、有害灰分（钾盐和钠盐）和α-氨基态氮含量]的测定委托黑龙江大学甜菜品质监督检验测试中心进行。

块根产糖量（kg·hm^-2）= 块根产量 × 含糖率

1.4 数据分析

用 Excel 2019 进行数据处理，使用 SPSS 23.0 进行相关性分析和 5% 水平的差异显著性分析， Origin 2021 进行数据图表制作。

2 结果与分析

2.1 木醋液配施生物炭对土壤理化性质的影响

2.1.1 对土壤比表面积和含水率的影响

如表2 所示，木醋液配施生物炭，当季盐碱土壤比表面积提升 1.39%～4.86%。相较 CK 差异显著，且 BW2 处理显著高于 BW1 和 BW3，盐碱地中 BW2 处理提升土壤比表面积效果显著。此外，各处理土壤含水率在取样时间中均呈先降低后升高再降低的变化趋势。相较于 CK，木醋液配施生物炭显著提升土壤含水率，且 BW2 处理土壤含水率在生育期间，除在播后 120 d 与 BW1 处理差异不显著外，其余取样时间均显著高于 BW1 和 BW3 处理。

2.1.2 对土壤 pH 值及电导率的影响

由图1 所示，木醋液配施生物炭降低了盐碱土壤 pH 值，且随木醋液施加量增加，盐碱土壤 pH 值降低效果显著。与 CK 相比，在不同取样时间， BW1 处理 pH 降低 0.01～0.04；BW2 处理 pH 降低 0.04～0.09；BW3 处理 pH 降低 0.02～0.09，BW2 与 BW3 处理间差异不显著。

如图1 所示，随着时间推迟，土壤 EC 值呈现出下降趋势，不同浓度木醋液配施生物炭均降低土壤 EC 值。相较于 CK，BW1 处理土壤 EC 值除播后58 和 120 d 的取样时间无差异外，其余取样时间均显著低于 CK；BW2 处理 EC 值在播后 38 和 58 d 均显著低于 BW1 处理，在其他取样时间均无明显差异。在播后 58 和 78 d 时，BW2 的土壤 EC 值最低。此外，在甜菜全生育期内，BW3 处理的土壤 EC 值均显著低于 CK。因此，木醋液配施生物炭对降低盐碱土壤 EC 值具有积极效应，且随木醋液施用量的增加效果越明显。

注：同列中不同小写字母表示差异显著（P<0.05）。下同。

注：小写字母不同表示不同处理间差异显著（P<0.05）。下同。

2.1.3 对土壤碱解氮、有效磷、速效钾含量的影响

由表3 可知，木醋液配施生物炭对提高土壤碱解氮含量具有显著作用。与 CK 相比，在甜菜全生育期中土壤碱解氮含量 BW1 处理增加 6.29%～14.24%，BW2 处理增加 10.00%～22.10%， BW3 处理增加 4.27%～21.61%。除播后 38、78 d 外，BW2 处理均显著高于 BW1 和 BW3 处理。各处理土壤有效磷含量在生育期间均呈先升高后降低的变化趋势。与 CK 相比，木醋液配施生物炭处理有效磷含量显著提高，播后 58 d BW2 处理显著高于 BW1 和 BW3 处理。各处理土壤速效钾含量在取样日期均呈先上升后下降再升高的变化趋势。在播后 38 d，BW1 处理显著高于 CK；播后 58、78 d，BW1 和 BW2 处理与 CK 间差异不显著，而 BW3 处理显著高于 CK；播后 100 d，BW1 处理速效钾含量最高，显著高于其他 3 个处理。

2.1.4 木醋液配施生物炭对土壤有机质含量的影响

由图2 所示，木醋液配施生物炭显著提高土壤的有机质含量，各处理土壤有机质含量在取样日期中呈先升高后降低的趋势。相较于 CK，BW1 处理在播后 58 和 100 d 中土壤有机质含量显著提高，在播后 120 d 无差异；BW2 和 BW3 处理在所有时期均显著提高，与 BW1 处理相比，在播后 78 和 120 d 显著提高。BW2 处理在播后 58 和 78 d 的有机质含量最高，且各时期均与 BW3 处理无明显差异。因此，木醋液配施生物炭以 BW2 处理用量对提高土壤有机质含量的效果最显著。

2.1.5 木醋液配施生物炭对土壤中主要阴、阳离子含量的影响

由表4 可以看出，木醋液配施生物炭降低了盐碱土壤中 HCO₃^-、Na⁺ 和 Mg²⁺ 的含量，增加了 Cl^-、SO₄ ^2-、K⁺ 、Ca²⁺ 的含量。BW1 和 BW2 处理的 HCO₃^- 含量比 CK 显著降低了 14.54% 和 12.01%； 随着木醋液浓度的提高，土壤中 Cl^- 和 Ca²⁺ 的含量逐渐升高，且 BW2 和 BW3 处理显著高于 CK 和 BW1；BW1、BW2 和 BW3 处理的 K⁺ 含量显著高于 CK，分别提高 43.34%、45.61% 和 47.73%；Mg²⁺ 含量随木醋液浓度升高呈先升后降的变化趋势，BW3 处理的 SO₄ ^2- 显著高于其他处理。

2.2 对甜菜块根产量和品质的影响

由表5 可知，木醋液配施生物炭均提高了甜菜块根产量和含糖率，BW1 处理块根产量和含糖率较 CK 分别提高 5.60% 和 0.31%，BW2 处理分别提高 15.30% 和 0.84%，BW3 处理分别提高 9.84% 和 0.49%。木醋液配施生物炭对缓解盐碱胁迫危害，提高甜菜块根产量和含糖率具有明显作用，且以 BW2 处理的用量效果最为明显。

由表6 可知，木醋液配施生物炭对盐碱地甜菜块根内有害灰分（钾盐和钠盐）和α-氨基态氮含量均产生影响。BW2 处理甜菜块根内钾盐和钠盐均显著低于 CK，但随木醋液浓度提高，甜菜块根内钠盐含量明显上升；BW3 处理块根内α-氨基态氮含量均显著高于 CK 和 BW2 处理，且 BW2 处理与 CK 和 BW1 处理间差异不显著。综合各处理对甜菜块根品质影响的分析，在盐碱地施以 BW2 处理用量对甜菜块根品质最佳。

3 讨论

3.1 木醋液配施生物炭对盐碱土壤理化性状的调节作用

生物炭具有改良盐碱地的作用，但在应用过程中发现，由于本身具有一定碱性，因而其对盐碱土降低 pH 效果不显著^[18]，而木醋液是一种典型酸性液体土壤改良剂，在土壤中施用木醋液后，土壤 pH 显著降低，土壤中碱解氮、有效磷等速效养分含量以及有机质的含量提高^[10，19]，对盐碱土壤具有一定的改良作用。Zhang 等^[20]研究发现，木醋液配施生物炭降低盐碱土壤 pH，对提高蓝莓根际土壤碳氮比、土壤有机质含量和果实品质具有显著效果，与本试验研究结果一致。这可能是因为木醋液酸性较强，使得土壤电导率值和 pH 值在甜菜生育期中显著下降，或因生物炭和木醋液本身属于作物废弃物经加工、提炼所产生的附属物质，其携带的养分含量较多，进而降低土壤的 pH 值和电导率。在木醋液和生物炭的共同作用下，可以改善当季盐碱土壤环境，提高土壤养分含量，进而满足甜菜生育期中正常生长需要以及后期块根产量积累。

土壤中主要盐离子的含量是改良利用盐碱地过程中评价土壤质量的重要指标^[21]。本研究结果发现，木醋液配施生物炭后能显著降低土壤 pH，这与木醋液的强酸性有关^[22]。木醋液配施生物炭使盐碱土壤中水溶性 K⁺、Ca²⁺ 和部分酸根离子含量增高，K⁺ 和 Ca²⁺ 对土壤胶粒的吸附能力强于 Na⁺，致使附着在土壤胶体上的 Na⁺ 被置换，从而降低土壤中 Na⁺ 含量和土壤的碱化程度^[23]，对提高盐碱地的利用价值具有极大帮助。张进红等^[24]研究表明，Ca²⁺ 可以置换出土壤中的 Mg²⁺ 和 K⁺，但在本研究中，Na⁺ 的降低幅度远远超过 Mg²⁺ 和 K⁺，这表明木醋液配施生物炭在改良盐碱土的离子交换过程中，Ca²⁺ 会优先交换 Na⁺，这与程镜润等^[25] 的研究结果一致。本试验施加木醋液对提高土壤中 Cl^-、SO₄ ^2- 及降低 HCO₃^- 的含量效果显著，与王凡^[26]研究结果基本一致。因此，木醋液配施生物炭对调节盐碱土壤中阴、阳离子含量，降低土壤盐分，改善当季盐碱土壤理化性质，促进甜菜生长极为有利。

3.2 木醋液配施生物炭对盐碱地甜菜产量和品质的影响

前人研究发现，盐碱胁迫影响甜菜种子出苗率、降低甜菜生育期中的植株干物质积累量，并且使甜菜块根的产量和含糖率大幅度下降^[27-29]。在盐碱土中施加 3% 生物炭，可减少 10% 的氮肥施用量且对甜菜块根产量和产糖量提升具有显著效果^[30-31]。孙显旻等^[32]研究表明，叶面喷施 1% 浓度的木醋液对提高棉花净光合速率和产量效果最显著；本试验结果与前人相似，这说明在盐碱土壤中施加木醋液配施生物炭降低了土壤 pH，土壤比表面积增加，提高了土壤养分和土壤含水率，调节了离子平衡，改善了土壤养分的供给，显著提高了甜菜块根产量和品质，对当季甜菜根部养分和水分吸收及根系的生长膨大起到了促进作用。

4 结论

不同浓度木醋液配施生物炭显著提高了土壤比表面积，调节土壤含水率和 pH，在播后 38～78 d 增加了土壤碱解氮、有效磷、速效钾含量，改善了土壤理化特性，同时提高了当季土壤有机物含量，减弱了盐碱土对甜菜生长胁迫的危害，显著提高了甜菜块根产量和品质。综合分析，BW2 对改善当季盐碱土壤理化特性及甜菜块根产量和品质效果最佳。

参考文献