生物炭對(duì)寒地早粳稻生長的影響

劉 丹 王嘉宇 馮章麗 孫玉友 魏才強(qiáng) 李洪亮 鄧力喜 程杜娟 吳亞男 陳銀華 隋常玲 黃家春

（1 遵義師范學(xué)院生物與農(nóng)業(yè)科技學(xué)院，遵義 563006；2 沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)水稻研究所，沈陽 110866；3 黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院牡丹江分院，牡丹江 157041）

進(jìn)入21 世紀(jì)以來，農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展一直是世界各國關(guān)注的熱點(diǎn)和研究的重點(diǎn)。我國是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)作物秸稈產(chǎn)量大[1]、分布廣、種類多。然而，傳統(tǒng)的秸稈焚燒處理不僅造成了嚴(yán)重的大氣污染，而且導(dǎo)致秸稈中富含的氮、磷、鉀等元素的損失[2-4]，農(nóng)業(yè)廢棄物處理已成為一個(gè)制約農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的世界性難題。近年來，隨著生物炭產(chǎn)業(yè)的興起，秸稈炭化還田理念和技術(shù)體系的形成，為解決這個(gè)難題提供了新的思路。

生物炭是生物質(zhì)（木材、草、玉米稈或其他農(nóng)作物廢物）在低氧環(huán)境下，通過高溫裂解碳化而成的富碳產(chǎn)物，具有較大的孔隙度和比表面積[5]，吸附能力強(qiáng)，是一種可應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、工業(yè)等領(lǐng)域的理想材料。生物炭的利用已成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域，特別是在農(nóng)業(yè)農(nóng)村部2020 年發(fā)布的十大引領(lǐng)性技術(shù)中，以秸稈生物炭為功能載體的秸稈炭基肥利用增效技術(shù)赫然在列。生物炭施入農(nóng)田土壤后可改變土壤理化性質(zhì)，對(duì)提高肥料利用效率、增加作物產(chǎn)量、促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展等都具有重要作用[6-9]。

生物炭在水稻生產(chǎn)應(yīng)用中已有報(bào)道，張偉明等[10]的研究表明，生物炭處理對(duì)水稻根系形態(tài)特征的優(yōu)化與生理功能的增強(qiáng)具有一定的促進(jìn)作用；王晉等[11]的研究表明，適量添加生物炭有助于水稻幼苗生長，但煙稈炭可能會(huì)對(duì)水稻產(chǎn)生不良作用，應(yīng)嚴(yán)格控制施用量和施用方法；眭鋒等[12]的研究表明，施用生物炭可以顯著提高土壤有機(jī)質(zhì)、速效鉀含量和蔗糖酶活性，但對(duì)土壤脲酶、纖維素酶和蛋白酶活性均無顯著影響，且生物炭施入對(duì)雙季水稻的影響可能具有時(shí)間效應(yīng)。然而至今為止，有關(guān)生物炭施入對(duì)黑龍江省寒地早粳稻生長的研究還很少見。本研究通過大田試驗(yàn)，探討了不同量生物炭施入對(duì)寒地早粳稻分蘗、葉片葉綠素含量、葉面積以及干物重的影響，旨在為生物炭在寒地水稻生產(chǎn)中的應(yīng)用提供理論與技術(shù)指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料試驗(yàn)材料為黑龍江省2 個(gè)大面積推廣的水稻主栽品種：龍粳21 和空育131。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)試驗(yàn)在黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院牡丹江分院水稻研究所試驗(yàn)田進(jìn)行，稻田土質(zhì)為河淤泥，土壤肥力中等。土壤理化性質(zhì)為：有機(jī)質(zhì)18.5g/kg、全氮2.6g/kg、堿解氮87.6mg/kg、速效磷13.2mg/kg、速效鉀96.8mg/kg。

采用大棚旱育苗移栽的種植方式，4 月15 日播種，5 月17 日移栽，插秧規(guī)格為30cm×13.3cm，每穴3～5 苗。

試驗(yàn)設(shè)4 個(gè)生物炭（秸稈炭）施加梯度，分別為C0（0t/hm2），C1（5t/hm2），C2（10t/hm2），C3（15t/hm2），小區(qū)面積15.0m2，采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，3 次重復(fù)。其他田間栽培管理同當(dāng)?shù)匾话闵a(chǎn)田。

1.3 試驗(yàn)測(cè)定內(nèi)容與方法分蘗動(dòng)態(tài)測(cè)定 大田移栽后，定植10 穴，每穴保證4 苗。于插秧后10d開始調(diào)查分蘗，每隔7d 調(diào)查1 次。在第1 次調(diào)查分蘗數(shù)量時(shí)，連續(xù)選出5 穴植株標(biāo)記，下一次調(diào)查在標(biāo)記的5 株上進(jìn)行。

葉片葉綠素含量測(cè)定 于分蘗期和齊穗期利用SPAD-502 plus 葉綠素儀連續(xù)測(cè)定3 穴水稻倒1葉上部的SPAD 值，取平均值作為SPAD 測(cè)定值。

葉面積測(cè)定 于分蘗期和始穗期，在各小區(qū)取有代表性的植株3 穴，測(cè)定各處理的葉片長和寬，并采用長寬系數(shù)法，按照公式S=0.75ab（a 為葉長，b為葉寬，0.75 為系數(shù)）計(jì)算葉面積。

地上部分干物重測(cè)定 于分蘗期和齊穗期進(jìn)行取樣測(cè)定，按照葉、莖鞘以及穗3 部分剝離分開，裝入信封，置于烘箱，105℃殺青30min，80℃烘干至恒重稱重。

1.4 數(shù)據(jù)處理采用Excel 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析，并利用GraphPad Prism 6 進(jìn)行作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 生物炭對(duì)寒地早粳稻分蘗動(dòng)態(tài)的影響由圖1可知，參試水稻品種的分蘗盛期發(fā)生在7 月7 日，且不同量生物炭的施入對(duì)參試水稻品種的分蘗數(shù)影響不同，其中龍粳21 分蘗性狀表現(xiàn)為C1>C3>C2>C0，空育131 分蘗性狀表現(xiàn)為C1>C0>C2>C3。由此可見，施入一定量生物炭有利于水稻分蘗的形成，生物炭用量為5t/hm2（C1）時(shí)能增加參試早粳稻品種的分蘗數(shù)。

2.2 生物炭對(duì)寒地早粳稻葉片葉綠素含量的影響由圖2 可知，不同量生物炭的施入對(duì)寒地早粳稻葉片葉綠素含量存在影響。龍粳21 葉片葉綠素含量變化趨勢(shì)表現(xiàn)為：分蘗期C3>C2>C1>C0，齊穗期C0>C3>C1>C2；空育131 葉片葉綠素含量變化趨勢(shì)表現(xiàn)為：分蘗期C2>C3>C1>C0，齊穗期C1>C0>C3>C2。由此可見，施入生物炭能夠提高水稻分蘗期葉片葉綠素含量，但2 個(gè)參試品種對(duì)生物炭施入量的響應(yīng)有所不同，其中龍粳21 在C3 時(shí)葉片SPAD 值最大，而空育131 在C2 時(shí)葉片SPAD 值最大。然而，在齊穗期，不施生物炭（C0）或少施生物炭（C1）時(shí)寒地早粳稻葉片SPAD 值最大，在C2 處理時(shí)SPAD 值最小。

2.3 生物炭對(duì)寒地早粳稻葉面積的影響由圖3可知，施入一定量的生物炭能夠提高參試水稻品種的葉面積。龍粳21 的葉面積變化趨勢(shì)表現(xiàn)為：分蘗期C2>C3>C1>C0，始穗期C2>C3>C1>C0；空育131的葉面積變化趨勢(shì)表現(xiàn)為：分蘗期C3>C2>C1>C0，始穗期C1>C2>C0>C3。由此可見，生物炭田間施入量的不同，對(duì)2 個(gè)參試水稻品種的葉片葉面積大小存在影響，其中龍粳21 在C2 水平下，有利于獲得最大的葉面積，而空育131 在C1 水平下，有利于獲得最大的葉面積。

2.4 生物炭對(duì)寒地早粳稻干物重的影響由表1可知，生物炭施入量對(duì)早粳稻不同時(shí)期干物重積累量存在影響。龍粳21 在不同時(shí)期干物重積累量的變化趨勢(shì)表現(xiàn)為：分蘗期葉干重為C2>C3>C1>C0，莖鞘干重為C2>C3=C1>C0；齊穗期葉干重為C0>C2>C3>C1，莖鞘干重為C2>C0>C3>C1，穗干重為C0>C2>C3>C1。空育131 在不同時(shí)期干物重積累量的變化趨勢(shì)表現(xiàn)為：分蘗期葉干重為C3>C2>C1>C0，莖鞘干重為C3>C2>C1>C0；齊穗期葉干重為C1>C0>C2>C3，莖鞘干重為C2>C1>C0>C3，穗干重為C0>C3>C2>C1。由此可見，高生物炭用量（10～15t/hm2）有利于2 個(gè)品種分蘗期干物質(zhì)積累，齊穗期莖鞘干物質(zhì)的積累，而低生物炭用量（0～5t/hm2）有利于2 個(gè)品種齊穗期葉片和穗干物質(zhì)的積累。

表1 生物炭對(duì)早粳稻不同時(shí)期干物重積累量的影響

3 結(jié)論與討論

近年來，圍繞著生物炭對(duì)作物產(chǎn)量及氮肥利用的影響，國內(nèi)外學(xué)者開展了大量的研究。相關(guān)研究表明[9，13-14]，生物炭施用對(duì)作物產(chǎn)量的影響在不同試驗(yàn)條件下表現(xiàn)不盡相同。絕大多數(shù)研究者認(rèn)為添加生物炭能夠有效改善土壤的理化性狀，增加作物對(duì)養(yǎng)分的吸收，提高作物的產(chǎn)量，但也有少數(shù)研究認(rèn)為，生物炭的增加作用有一定的適用范圍，當(dāng)施用生物炭量過高或過低時(shí)，可能導(dǎo)致作物的產(chǎn)量降低。

楊德毅等[15]的研究表明，施用生物炭能增加水稻分蘗數(shù)、株高和有效穗數(shù)，但不同用量不同原材料的生物炭對(duì)水稻生長性狀的影響略有不同。本研究結(jié)果表明，施入一定量生物炭有利于水稻分蘗的形成，生物炭用量較低（5t/hm2）時(shí)能夠增加2 個(gè)參試早粳稻品種的分蘗數(shù)，研究結(jié)果與已有報(bào)道一致；施用生物炭能夠提高水稻分蘗期葉片葉綠素含量，但不同品種生物炭施入量存在差異，這與Asai 等[16]研究認(rèn)為生物炭高量施用降低了水稻葉片葉綠素含量的結(jié)果存在差異，有待進(jìn)一步驗(yàn)證。此外，范龍等[17]的研究表明，施入生物炭后，水稻齊穗期干物質(zhì)生產(chǎn)量要高于對(duì)照。本研究結(jié)果表明，高生物炭用量（10～15t/hm2）有利于2 個(gè)品種分蘗期干物質(zhì)積累和齊穗期莖鞘干物質(zhì)的積累，而低生物炭用量（0～5t/hm2）有利于2 個(gè)品種齊穗期葉片和穗干物質(zhì)的積累。

水稻產(chǎn)量形成對(duì)生物炭施用的響應(yīng)，受諸多因素影響，如生物炭原料特性、理化性質(zhì)、施用量、施用方式、土壤質(zhì)地、土壤理化性質(zhì)以及不同施肥管理方式等，因此有關(guān)生物炭對(duì)水稻生長的影響機(jī)理還需要開展多年多點(diǎn)的試驗(yàn)研究，這也是下一步工作的重點(diǎn)。