生物質(zhì)炭配施復合酵素對玉米生長、產(chǎn)量及品質(zhì)的影響

錢秋華　張夢昀

摘要：以新粘二號玉米為試驗材料，通過大田試驗研究生物質(zhì)炭和復合酵素對玉米生長、產(chǎn)量以及品質(zhì)的影響。結(jié)果表明，施用生物質(zhì)炭和復合酵素均明顯提高了玉米植株株高、莖粗、生物量和玉米產(chǎn)量，并改善了玉米果實品質(zhì)，與CK（常規(guī)土壤栽培）相比，生物質(zhì)炭處理后玉米植株株高、莖粗、地上生物量、地下生物量有明顯提高效果，分別提高10.37%～11.02%、0.01～0.03 cm、10.14%～32.30%、18.41%～51.66%，施加復合酵素對玉米果實發(fā)育和品質(zhì)有較好的提高效果;而生物質(zhì)炭和復合酵素配施既有利于玉米生長發(fā)育，又能增加玉米產(chǎn)量并改善玉米果實品質(zhì)，且處理效果均優(yōu)于生物質(zhì)炭和復合酵素單獨處理。

關(guān)鍵詞：生物質(zhì)炭;復合酵素;玉米;生長發(fā)育;產(chǎn)量;品質(zhì)

中圖分類號：S513.06文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2019）09-0152-04

玉米是我國的主要糧食作物之一，內(nèi)蒙古自治區(qū)屬半干旱中溫帶大陸性季風氣候，是我國玉米主產(chǎn)區(qū)[1-3]。內(nèi)蒙古自治區(qū)是我國13個糧食主產(chǎn)區(qū)之一[4]，每年玉米種植面積達700萬hm2以上，對區(qū)域糧食安全和經(jīng)濟發(fā)展具有重要意義[5]。但內(nèi)蒙古西部土壤質(zhì)地以細沙和粉沙為主，區(qū)內(nèi)沙化現(xiàn)象比較嚴重，且土壤養(yǎng)分含量相對較低，肥力差，不利于農(nóng)作物的生長[6-8]。在國內(nèi)外玉米市場競爭日趨激烈的今天，消費者對玉米品質(zhì)的要求逐漸提高。為提高玉米產(chǎn)量，農(nóng)民多通過施加大量化學肥料實現(xiàn)，雖然在一定程度上提高了玉米產(chǎn)量，但同時也造成了玉米質(zhì)量下降、環(huán)境污染等問題[9]。為此，亟需一種新型肥料，需養(yǎng)分全面，肥效均衡持久，且可以緩解農(nóng)藥、化肥、激素性肥料對生態(tài)環(huán)境造成的危害，改善土壤結(jié)構(gòu)，提高肥料利用率，改善糧食品質(zhì)。

生物質(zhì)炭是指生物質(zhì)在完全或部分缺氧以及相對較低的溫度（<700 ℃）條件下，經(jīng)熱解炭化形成的一種含碳量極其豐富、性質(zhì)穩(wěn)定的產(chǎn)物，本質(zhì)上是屬于黑炭的一種[10]。生物質(zhì)炭穩(wěn)定性好、具有良好的表面性狀且自身含有大量農(nóng)作物生長所必需的礦質(zhì)元素，使其在全球碳的生物地球化學循環(huán)、土壤改良及土壤污染物質(zhì)的生態(tài)修復等方面具有良好的應用前景[11]。大量理論研究與實踐應用表明，生物質(zhì)炭有利于提高土壤肥力，促進農(nóng)作物生長，增加作物產(chǎn)量。顧美英等研究發(fā)現(xiàn)，施用生物質(zhì)炭能夠提高新疆灰漠土和風沙土連作棉田根際土壤養(yǎng)分和微生物多樣性，且風沙土的改良效果好于灰漠土[12]。李明等研究了不同秸稈生物質(zhì)炭對紅壤性水稻土養(yǎng)分及微生物群落結(jié)構(gòu)的影響，結(jié)果表明水稻和玉米秸稈炭可以提高土壤養(yǎng)分含量和微生物量水平，改變了土壤微生物群落結(jié)構(gòu)[13]。而日本引進的復合酵素含有多種有益植物生長的微生物，其中主要成分光合細菌能夠利用光能將一些含有色素類以及維生素B群、多種氨基酸等轉(zhuǎn)化為光合菌細胞，其細胞內(nèi)含有未知的生長刺激物和抗病毒物質(zhì)，對農(nóng)作物的發(fā)育和免疫力產(chǎn)生了一定地促進作用[14-16]。前人大部分研究都是分別單獨利用復合酵素和生物質(zhì)炭作為土壤改良劑，采用復合酵素和生物質(zhì)炭配施應用于玉米種植方面的研究還鮮有報道。

本研究以玉米為供試作物進行大田試驗研究，以探明生物質(zhì)炭、日本引進的復合酵素對玉米生長發(fā)育及產(chǎn)量品質(zhì)的影響，旨在為生物質(zhì)炭配施日本酵素在玉米生產(chǎn)實際應用中提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試玉米：新粘二號，與當?shù)剞r(nóng)田使用種子相同。生物質(zhì)炭：在內(nèi)蒙古西北部農(nóng)區(qū)收集玉米秸稈，將其洗凈，自然風干，粉碎過2 mm篩后置于白玉坩堝中，于500 ℃下經(jīng)管式電爐（GWL-1700GA）熱解3 h，加熱前通入氮氣驅(qū)趕盡爐內(nèi)空氣，形成氮氣環(huán)境。冷卻后，過20目篩儲存于干燥器中備用。復合酵素：為淡黃色細小顆粒狀，購自日本大道產(chǎn)業(yè)株式會社。

1.2 試驗設(shè)計

試驗于2017年5—10月在內(nèi)蒙古西部薩拉齊農(nóng)田進行。試驗共設(shè)置4個處理：常規(guī)土壤種植（CK，土壤基本理化性質(zhì)見表1）、施加生物質(zhì)炭（BC，將生物質(zhì)炭按4 t/hm2比例施加到表層土壤中，翻均勻）、施加復合酵素（EC，將復合酵素按 4 t/hm2 比例施加到表層土壤中，翻均勻）、生物質(zhì)炭和復合酵素配施（MC，將生物質(zhì)炭、復合酵素按質(zhì)量比1 ∶1混勻，將混合物按4 t/hm2比例施加到表層土壤中，翻均勻），分別于2017年7月25日、9月1日各加施1次。試驗采用完全隨機設(shè)計，小區(qū)面積為20 m2，3次重復，共12個小區(qū)。2017年5月1日播種，6月7日按行距35 cm、株距30 cm選擇長勢一致的玉米苗進行間定植，其后5～7 d內(nèi)控制灌水，以后視植株大小和天氣情況灌溉。

1.3 測定項目

在玉米整個生長發(fā)育過程中，選主要生育期（苗期、拔節(jié)期、抽雄期、吐絲期、收獲期）測定土壤總氮含量、有效磷含量、速效鉀含量、有機碳含量、陽離子交換量（CEC）、pH值，土壤基本理化性質(zhì)測定參考土壤農(nóng)化分析[17]：總氮含量的測定采用凱式定氮法;有效磷含量的測定采用0.5 mol/L碳酸氫鈉浸提-鉬睇抗比色法;速效鉀含量的測定采用1 mol/L醋酸銨浸提-火焰光度計法;有機碳含量的測定采用重鉻酸鉀氧化-外加熱法;陽離子交換總量的測定采用乙酸鈉-火焰光度法;pH值的測定采用電位法（水土質(zhì)量比為1 ∶2.5）。在玉米各主要生育期采集各小區(qū)代表性植株5株，將根、莖、葉、苞等器官分開處理，測定其生物量及生長指標。玉米收獲時各小區(qū)分別收獲內(nèi)側(cè)4行用于測產(chǎn)量，并從收獲果穗中隨機選取10穗有代表性的玉米測穗長、穗粗、禿尖長、百粒質(zhì)量、籽粒粗脂肪含量（籽粒自然風干，采用索氏提取器法）、籽粒粗蛋白含量（籽粒自然風干，采用半微量凱氏定氮法）等指標[18]。

1.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析

試驗結(jié)果以測定的平均值表示，試驗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析采用Excel 2003和SPSS 18.0軟件進行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對土壤基本理化性質(zhì)的影響

氮、磷、鉀和有機碳是玉米生長所必需的養(yǎng)分，土壤中養(yǎng)分含量大小直接影響著玉米的生長發(fā)育[19]。由于供試土壤為鹽堿土，含鹽量大、堿化度高，土壤的物理性狀差，pH值高，鹽分聚集地表，黏土緊實，通氣透水性差，有機質(zhì)分解快從而造成土壤貧瘠，影響作物生長[20-21]。因此，提高土壤中養(yǎng)分含量對玉米生長具有積極意義。表2為添加生物質(zhì)炭、復合酵素及其混合物后供試土壤中各養(yǎng)分含量的變化情況。添加生物質(zhì)炭顯著提高了供試土壤中各養(yǎng)分含量，隨著玉米的生長發(fā)育，土壤中總氮、有效磷、速效鉀含量呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。生物質(zhì)炭加入土壤后，由于生物質(zhì)炭能夠產(chǎn)生正、負電荷，能夠有效吸附鹽土中的養(yǎng)分，降低鹽土的淋溶損失，同時生物炭本身含有植物生長所需的養(yǎng)分，尤其使土壤中有機碳含量大幅度提高，改善了土壤的養(yǎng)分環(huán)境，大幅度提高了土壤中的養(yǎng)分含量[22]，但玉米生長進入吐絲期后土壤中總氮、有效磷、速效鉀含量卻呈下降趨勢，原因是玉米生長對土壤中氮、磷、鉀元素需求量大，玉米生長吸收土壤中養(yǎng)分，降低了土壤中的氮、磷、鉀含量，但土壤中總氮、有效磷、速效鉀含量仍高于原土壤（CK），添加生物質(zhì)炭后土壤中總氮、有效磷、速效鉀含量分別提高9.38%～21.67%、31.53%～119.51%、54.34%～82.49%。土壤有機碳含量一直呈上升趨勢，且有機碳含量提高幅度較大，這和生物質(zhì)炭本身含碳量很高有關(guān)。生物質(zhì)炭和復合酵素混合物處理效果整體優(yōu)于復合酵素單獨處理，但略低于生物質(zhì)炭處理。施用生物炭和復合酵素混合物后土壤中全氮、有效磷、速效鉀含量變化趨勢與生物炭單獨處理大致相同。陽離子交換總量是土壤凈負電荷的總量，它直接表征了土壤的肥力和緩沖能力。施加生物質(zhì)炭、復合酵素及其混合物處理后土壤中陽離子交換總量的處理效果為MC>EC>BC>CK，分別提高了MC（1.63～1.80倍）>EC（1.58～1.78倍）>BC（1.44～1.71倍）>CK。加入生物質(zhì)炭后，土壤pH值呈現(xiàn)短暫升高后下降，且隨著玉米的生長發(fā)育，pH值降低幅度越大。

2.2 不同處理對玉米生長的影響

如圖1所示，施加生物質(zhì)炭、復合酵素及其混合物處理后，與CK相比，在玉米的苗期、拔節(jié)期各處理的玉米植株株高、莖粗、地上生物量、地下生物量生長指標無明顯差異;在抽雄期、吐絲期和收獲期不同處理間的各生長指標差異明顯。在玉米抽雄期，BC處理的株高、莖粗、地上生物量、地下生物量分別比CK高11.02%、0.03 cm、10.14%、51.66%，EC處理的株高、莖粗、地上生物量、地下生物量分別比CK高9.53%、0.01 cm、3.78%、10.82%，MC處理的株高、莖粗、地上生物量、地下生物量分別比CK高11.98%、0.04 cm、12.03%、57.07%;在吐絲期，BC處理的株高、莖粗、地上生物量、地下生物量分別比CK高10.37%、0.02 cm、32.30%、18.41%，EC處理的株高、莖粗、地上生物量、地下生物量分別比CK高9.88%、0.01 cm、25.89%、16.58%，MC處理的株高、莖粗、地上生物量、地下生物量分別比CK高 12.62%、0.05 cm、37.39%、57.65%;在收獲期，BC處理的株高、莖粗、地上生物量、地下生物量分別比CK高10.73%、0.01 cm、25.6%、44.59%，EC處理的株高、莖粗、地上生物量、地下生物量分別比CK高9.98%、0.01 cm、19.18%、16.58%，MC處理的株高、莖粗、地上生物量、地下生物量分別比CK高12.22%、0.03 cm、27.77%、57.65%。說明施加生物質(zhì)炭、復合酵素及其混合物能明顯促進玉米的生長，而這種效果主要表現(xiàn)在玉米生長的中后期，且不同處理對玉米生長影響效果為MC>BC>EC>CK，生物質(zhì)炭單獨處理效果比復合酵素單獨處理效果好，是因為生物質(zhì)炭本身含有大量氮、磷、鉀等營養(yǎng)元素，通過提高土壤養(yǎng)分含量，增加肥力促進玉米的生長。

2.3 不同處理對玉米產(chǎn)量的影響

由表3可以看出，不同處理玉米的小區(qū)產(chǎn)量、平均單果質(zhì)量、單株產(chǎn)量和發(fā)芽率與CK相比均有所提高，以生物質(zhì)炭配施復合酵素處理效果最佳，其次為復合酵素單獨處理，說明生物質(zhì)炭和復合酵素的施加對增加果實質(zhì)量有一定的促進作用。生物質(zhì)炭和復合酵素混合處理對玉米生長發(fā)育有明顯的促進作用，平均單果質(zhì)量高 18.38%。施加生物質(zhì)炭、復合酵素及其混合物處理提高了玉米種子發(fā)芽率，玉米種子發(fā)芽率分別提高30%、40%、50%，從而大大提高了玉米小區(qū)產(chǎn)量，生物質(zhì)炭單獨處理小區(qū)產(chǎn)量提高88.38%，復合酵素單獨處

理小區(qū)產(chǎn)量提高123.87%，生物質(zhì)炭配施復合酵素處理小區(qū)產(chǎn)量提高166.11%。復合酵素單獨處理較生物質(zhì)炭單獨處理效果好，說明復合酵素中的酵素菌對促進番茄生長發(fā)育有良好的作用。

2.4 不同處理對玉米品質(zhì)的影響

脂肪和蛋白質(zhì)是作物品質(zhì)常有的2個指標，粗脂肪對玉米品質(zhì)有重要影響，在一定程度上提高玉米籽粒脂肪含量，能顯著改善玉米品質(zhì)[23]。由表4可以看出，生物質(zhì)炭單獨處理、復合酵素單獨處理及其混合物配施均能提高玉米果實的籽粒粗脂肪含量、籽粒粗蛋白含量、穗粗、百粒質(zhì)量，縮短玉米禿尖長。生物質(zhì)炭和復合酵素配施處理效果最佳，其次為復合酵素單獨處理，與CK相比，MC、EC、BC分別提高玉米籽粒粗脂肪含量50.85%、46.52%、32.39%，玉米籽粒粗蛋白含量145.85%、126.82%、111.59%，穗粗4.84、2.93、2.39 cm，百粒質(zhì)量12.76%、12.06%、11.60%，禿尖長減短1.0、0.8、0.7 cm。本研究結(jié)果表明，單獨施加復合酵素處理與單獨施加生物質(zhì)炭相比，對玉米果實發(fā)育和品質(zhì)有更好的提高效果，是因為日本引進的復合酵素含有多種有益植物生長的微生物，其中主要成分光合細菌能夠利用光能將一些含有色素類以及維生素B群、多種氨基酸等轉(zhuǎn)化為光合菌細胞，其細胞內(nèi)含有未知的生長刺激物和抗病毒物質(zhì)，對種子的發(fā)育和免疫力產(chǎn)生了一定的促進作用，且能促進植株生長發(fā)育[24-26]。

3 結(jié)論與討論

施用生物質(zhì)炭對促進玉米植株生長有較好的促進作用，生物質(zhì)炭處理后植株株高、莖粗、地上生物量、地下生物量有明顯的提高效果。本研究結(jié)果表明，施加復合酵素對玉米果實發(fā)育和品質(zhì)有較好的提高效果，與單獨施加生物質(zhì)炭相比，能更好地提高玉米籽粒粗脂肪含量、籽粒粗蛋白含量、穗粗、百粒質(zhì)量，縮短玉米禿尖長;生物質(zhì)炭和復合酵素配施可明顯促進玉米植株生長，顯著提高玉米產(chǎn)量，改善玉米果實品質(zhì)。

本研究通過農(nóng)田試驗，比較分析了生物質(zhì)炭、復合酵素及其混合物對玉米生長發(fā)育和產(chǎn)量品質(zhì)的影響，得出以下結(jié)論：（1）施用生物質(zhì)炭對促進玉米植株生長有較好的促進作用，生物質(zhì)炭處理植株株高、莖粗、地上生物量、地下生物量有明顯提高效果，分別提高10.37%～11.02%、0.01～0.03 cm、10.14%～32.30%、18.41%～51.66%。（2）施加復合酵素對玉米果實發(fā)育和品質(zhì)有較好的提高效果，與單獨施加生物質(zhì)炭相比，能更好地提高玉米籽粒粗脂肪含量、籽粒粗蛋白含量、穗粗、百粒質(zhì)量，縮短玉米禿尖長。（3）生物質(zhì)炭和復合酵素配施可明顯促進玉米植株生長，顯著提高玉米產(chǎn)量，改善玉米果實品質(zhì)。與CK相比，分別提高玉米籽粒粗脂肪含量50.85%、玉米籽粒粗蛋白含量145.85%、穗粗4.84 cm、百粒質(zhì)量12.76%，禿尖長減短了1.0 cm。

生物質(zhì)炭配施復合酵素具有較好的經(jīng)濟效益，若大量應用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，可降低化肥使用量，減少因生產(chǎn)化肥而消耗的大量能源，還可避免因大量施用化肥造成的環(huán)境污染。綜上所述，使用生物質(zhì)炭和復合酵素配施既可實現(xiàn)農(nóng)業(yè)廢棄物的循環(huán)利用，又可凈化人類生態(tài)環(huán)境，提高資源有效利用率。

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