生物炭對墾粳5號產量及品質的影響

牛同旭 鄭桂萍* 姜玉偉 趙婷婷 張麗微仲維君李猛陳立強周健解保勝

（1黑龍江八一農墾大學農學院，黑龍江大慶163319；2黑龍江省農墾科學院水稻研究所，黑龍江佳木斯154007；第一作者∶1147603226＠qq．com；*通訊作者∶byndzgp＠163．com）

水稻是黑龍江省的主要糧食作物[1]。我國可用耕地面積有限且耕地質量不高，優質耕地面積只占全國耕地面積的三分之一[2-4]。鹽害是農業生產上最主要的非生物逆境之一[5]，黑龍江省約有鹽堿地96.7萬hm2，且多為蘇打鹽堿土，主要分布在松嫩平原。松嫩平原西部是世界三大鹽堿地之一，面積為257.3萬hm2[6]。秸稈經無氧高溫熱解可以得到生物炭，具有高度的生物化學抗分解性，與秸稈直接還田相比能夠大幅度提升土壤碳庫的穩定性[7]，生物炭常被稱為是各種自然資源存在的基礎。利用具體的碳化技術，在缺氧條件下，生物質生產的富碳產品并不完全被燒成灰燼[8]。生物質在碳化后，孔隙度和比表面積增大，具有很強的吸附能力，可作為農業、工業等方面的原料。圍繞生物炭對作物產量的影響國內外學者開展了大量研究。絕大多數研究表明，生物炭能改善土壤理化性質，提高肥料利用率，增加作物產量，促進農業的可持續發展[9-16]。然而，有研究發現，生物炭的增產效果僅在一定的施用量范圍之內起作用，過高或過低均會導致作物產量降低[17-18]。但有關鹽堿地施用生物炭對水稻產量及品質影響的研究較少。為此，本試驗研究了生物炭對鹽堿地水稻產量和品質的影響，以期為鹽堿地水稻栽培提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2016年在黑龍江八一農墾大學盆栽場中進行。供試品種為墾粳5號，主莖12片葉。試驗用盆規格∶上口直徑 29.0 cm，下口直徑 18.5 cm，高 28.0 cm。供試土壤為蘇達鹽堿土，各養分含量見表1。

表1 供試土壤養分含量狀況

1.2 試驗設計

試驗為單因素完全隨機設計，以常規施用化肥為對照（CK），以常規施化肥基礎上配施不同用量生物炭為處理，分別施生物炭3 000 kg/hm2（處理1）、7 500 kg/hm2（處理2）、12 000 kg/hm2（處理3）、16 500 kg/hm2（處理4）。每盆施用量及施用時期見表2。

于4月9日浸種，4月16日催芽，4月18日播種，秧田管理按常規生產進行。盆栽，每個處理14盆。每個盆底中央均用2 mm的電鉆均勻一致打孔一個，并用濾紙覆蓋。每盆裝過篩混勻土13 kg。泡田并模擬水耙地攪漿，連同生物炭和基肥一同施入，沉降2 d后于5月21日插秧。插秧方法∶4叢/盆，4苗/叢。生育期間人工除草，成熟期收獲。

表2 生物炭及化肥施用時期及施用量

表3 不同處理對墾粳5號產量及產量構成的影響

表4 不同處理對墾粳5號碾磨品質的影響 （%）

表5 不同處理對墾粳5號外觀品質的影響 （%）

1.3 測定項目及方法

1.3.1 產量

于成熟期，連續調查14盆每叢穗數，每處理按照平均穗數取樣7叢，進行理論測產。并考查穗長、每叢穗數、每穗粒數、結實率和千粒重，計算出理論產量。

1.3.2 碾磨品質

稱取部分樣品，質量記為W0，用FC-2K型實驗礱谷機（YAMAMOTO，離心式）加工成糙米，質量記為W1，并按公式計算糙米率（糙米率=W1/W0×100%）；用日本公司生產的VP-32型實驗碾米機加工精米，用浙江臺州生產的CPC96-3型稻米精白機加工精米。從W1中稱取一定量的糙米W2（21 g，3次重復）精碾，除去糠粉并稱質量記為W3，再揀出整精米粒，稱質量記為W4，并按下列公式計算其精米率和整精米率∶精米率（%）=W3/W2×（W1/W0）×100；整精米率（%）=W4/[W0×（W2/W1）]×100。

1.3.3 外觀品質

用日本靜岡機械株式會社生產的ES-1000便攜式品質分析儀測定精米的堊白粒率、堊白度。

1.3.4 營養品質

用瑞典FOSS福斯公司的FOSS1242近紅外分析儀測定籽粒糙米中蛋白質含量及直鏈淀粉含量。

1.3.5 食味品質

用日本佐竹公司（SATAKE）生產的米飯食味計（STA1A）測定。

1.4 數據處理

用Excel 2003軟件和DPS V9.01數據處理系統進行數據整理和統計分析。

2 結果與分析

2.1 對墾粳5號產量及產量構成的影響

從表3可見，有效穗數處理2極顯著高于CK。每穗粒數、結實率、千粒重與CK差異均不顯著，但結實率各處理均高于對照。理論產量處理2極顯著高于CK。

2.2 對墾粳5號稻米品質的影響

2.2.1 對碾磨品質的影響

從表4可見，糙米率、精米率和整精米率各施生物炭處理均高于CK。糙米率以處理4最高，顯著高于CK；精米率以處理3最高，極顯著高于CK；整精米率以處理1和處理3較高，極顯著高于CK。

2.2.2 對外觀品質的影響

從表5可見，堊白度和堊白粒率除處理2外施生物炭處理均低于CK，處理1、處理4的堊白度顯著低于CK，處理3堊白度極顯著低于CK；處理1堊白粒率顯著低于CK，處理3堊白粒率極顯著低于CK，處理4與CK差異不顯著。

2.2.3 對營養品質的影響

從圖1可見，處理2的稻米蛋白質含量最低，極顯著低于CK和其他處理；處理1低于CK，但差異不顯著。從圖2可見，直鏈淀粉含量表現為CK＜處理2＜處理3＜處理 4＜處理1，處理 1、處理 2、處理 3和處理 4分別比 CK 高 2.51%、0.18%、0.72%、1.97%，但差異均不顯著。

圖1 不同處理對墾粳5號蛋白質含量的影響

圖2 不同處理對墾粳5號直鏈淀粉含量的影響

圖3 不同處理對墾粳5號食味評分的影響

表6 不同處理產量及產量構成與食味評分的相關性

2.2.4 對食味評分的影響

從圖3可見，不同處理墾粳5號的食味評分表現為處理2＞處理3＞CK＞處理1＞處理4，平均值分別為87.6 分、87.2 分、86.7 分、86.6 分和 86.5 分。處理 2 食味評分顯著高于CK和處理1，極顯著高于處理4，但與處理3差異不顯著。

2.3 不同處理產量及產量構成與水稻食味評分的相關性

從表6可見，有效穗數、結實率與產量呈顯著正相關，千粒重與結實率、產量呈極顯著負相關。理論產量與食味評分值的相關性達到了顯著水平，有效穗數與食味評分值的相關性達到了極顯著水平。表明基施生物炭主要通過促進有效分蘗而增加有效穗數和提高結實率，從而提高產量和食味評分值。

3 結論與討論

本試驗結果表明，7 500 kg/hm2是生物炭的適宜施用量，水稻產量達 13.90 g/叢，較對照增產 24.89%，差異極顯著；其次是3 000 kg/hm2和12 000 kg/hm2。有效穗數、結實率與產量達顯著正相關?？梢?，基施生物炭主要通過促進有效分蘗而增加有效穗數和提高結實率來提高產量。生物炭處理均提高了稻米的碾磨品質，糙米率、精米率和整精米率的提高幅度分別為1.26%、1.70%和 7.09%，在生物炭用量為 7 500 kg/hm2時，食味評分顯著高于對照。

國內外研究認為，施用生物炭對不同作物生長發育與產量有著積極作用，已被越來越多的研究證實。張偉明等[17]研究表明，施用生物炭增加了水稻每叢穗數、每穗粒數和結實率。陳琳等[19]研究發現，施用生物炭基復混肥可不同程度提高水稻每穗總粒數、單穗質量、水稻經濟產量，并減少氮肥施用量，提高水稻氮素利用效率。本試驗結果表明，與常規施肥相比，施用生物炭的處理產量顯著提高。從產量構成來看，施用生物炭提高了水稻的有效穗數、穗粒數和結實率。

關于生物炭對作物品質影響的研究已有很多，但對于生物炭對稻米品質影響的研究甚少。陳敏等[20]研究認為，生物炭可以提高優質煙葉的品質；張偉明等[21]研究認為，玉米芯生物炭對提高大豆品質具有良好的作用。本研究認為，在一定施用量下生物炭可以提高稻米的食味評分值，過低或過高均會使稻米品質下降。但本研究時間只有1年，時間太短，因此，有必要針對生物炭對稻米品質的影響做進一步研究。