酒糟炭基肥對紅纓子高粱生長、產(chǎn)量及土壤養(yǎng)分的影響研究

許華杰，陳芹卉，吳永琴，郭繼元

（茅臺學(xué)院，貴州 仁懷 564500）

紅纓子高粱富含淀粉和單寧[1-3]，以其作為醬香型白酒的主要生產(chǎn)原料，不僅出酒率高，且酒體豐滿醇厚，醬香突出。近年來，隨著醬香型白酒市場的持續(xù)壯大，紅纓子高粱的種植面積隨之增加。因此，對紅纓子高粱種植施肥的研究，對促進(jìn)紅纓子高粱高產(chǎn)和穩(wěn)定醬香型白酒生產(chǎn)具有重要意義。

同時，隨著醬香型白酒產(chǎn)量的穩(wěn)步提升，產(chǎn)生了大量的酒糟廢棄物。目前，酒糟廢棄物的綜合利用有多種多樣的途徑，包括酒糟能源化、酒糟肥料化、酒糟飼料化、酒糟材料化等。對于酒糟肥料化方面，傳統(tǒng)方式是將酒糟堆積發(fā)酵后補(bǔ)充一定比例N、P、K后生產(chǎn)有機(jī)肥，但其肥效一般。

生物炭（Biochar）是指在完全或部分缺氧的條件下，由農(nóng)作物秸稈、木質(zhì)材料、禽畜糞便等有機(jī)材料經(jīng)熱解（一般溫度低于700 ℃）炭化所產(chǎn)生的一類高度芳香化的難溶性固態(tài)物質(zhì)[4]。生物炭含碳量極高，施入土壤后可增加土壤中的有機(jī)質(zhì)含量[5-6]；另一方面，因其具有發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)[7-8]和較高的陽離子交換量[9-10]，可以吸附和負(fù)載肥料養(yǎng)分，延緩肥料在土壤中的釋放與淋失[11-12]。因此將生物炭混入肥料制成生物炭基肥，作為土壤改良劑的應(yīng)用備受關(guān)注，近年來取得了積極效應(yīng)[13-17]。張萌等[18]的研究表明，施用生物炭基肥可顯著提高朝天椒產(chǎn)量，生物炭基肥施用量為2 167.5 kg/hm2時朝天椒生物效應(yīng)和經(jīng)濟(jì)效益最好；王月等[19]的研究表明，施用炭基緩釋花生專用肥促進(jìn)了花生開花下針期和結(jié)莢期葉片葉綠素的含量、凈光合速率，增加了單株莢果質(zhì)量和百果質(zhì)量，顯著提高了花生的產(chǎn)量。目前，盡管研究生物炭基肥對農(nóng)作物種植方面的報(bào)道不少，但有關(guān)施加生物炭基肥對紅纓子高粱種植方面的研究鮮見報(bào)道。

因此，本試驗(yàn)以紅纓子高粱為研究對象，通過盆栽試驗(yàn)，研究不同配比酒糟炭基肥對紅纓子高粱生長、產(chǎn)量及土壤養(yǎng)分的影響。旨在探索酒糟炭的最佳施加比例，為促進(jìn)高粱產(chǎn)量的高產(chǎn)提供理論依據(jù)；同時，為酒糟廢棄物肥料化方向開創(chuàng)一種高效的利用途徑。這具有相當(dāng)顯著的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會效益。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

酒糟和酒糟有機(jī)肥：茅臺生態(tài)循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)園；紅纓子高粱：仁懷市紅纓子高粱種植投資有限公司。

土壤：采自仁懷市紅纓子高粱基地的紅壤，其有機(jī)質(zhì)1.72%、堿解氮128.11 mg/kg、有效磷18.56 mg/kg、速效鉀201.42 mg/kg、pH為7.12。

濃鹽酸、濃硫酸、NaF、Na2SO4、NaOH、CH3COONa、乙二胺四乙酸（ethylenediaminetetraacetic acid，EDTA-2Na）、酒石酸鉀鈉、酒石酸鈉、阿拉伯膠粉、納氏試劑、鉬酸銨、SnCl2、四苯硼鈉、磷酸二氫鉀、硫酸銨、硝酸鉀、硫酸鉀（均為分析純）：國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

UV-8000ST紫外分光光度計(jì)：上海元析儀器有限公司；SG-GL1200K高溫管式爐：上海光學(xué)精密機(jī)械研究所；FW-500A粉碎機(jī)：常州高德儀器制造有限公司。

1.3 方法

1.3.1 酒糟炭及酒糟炭基肥的制備

將酒糟烘干后放入高溫管式爐，在缺氧、充入一定量氮?dú)獾臈l件下進(jìn)行炭化，升溫速率為1.5 ℃/min，升溫至600 ℃，恒溫30 min，待冷卻后取出進(jìn)行研磨，過100～200目篩，制得酒糟炭，其含碳量為53.3%，含氮量為6.58%。將酒糟炭和酒糟有機(jī)肥按照一定比例混合得到酒糟炭基肥。其中，酒糟有機(jī)肥的有機(jī)質(zhì)≥45%，總養(yǎng)分（N+P2O5+K2O）≥5%，水分≤30%。

1.3.2 盆栽試驗(yàn)設(shè)計(jì)

盆栽試驗(yàn)所用盆規(guī)格為Φ300 mm×310 mm。試驗(yàn)設(shè)計(jì)8個方案，每個處理有3盆重復(fù)，每盆種植3株。按照250 g/m2的肥料和盆中表層20 cm的土壤進(jìn)行充分混合后一次性施入，各方案中酒糟炭、酒糟有機(jī)肥以及土壤含量如表1所示。

表1 不同比例酒糟炭基肥處理方案Table 1 Fertilization treatment scheme of different ratios of distiller's grain biochar-based fertilizer

1.3.3 紅纓子高粱生長情況、產(chǎn)量測定及土壤養(yǎng)分分析

分別在生長的幼苗期、壯苗期、抽穗期觀測植株的株高、株徑。收獲后，紅纓子高粱植株用105 ℃烘箱殺青30 min后，80 ℃烘干至質(zhì)量恒定，測定地上干物質(zhì)質(zhì)量。

高粱籽粒自然風(fēng)干去殼后通過稱重法測定紅纓子高粱籽粒產(chǎn)量。

紅纓子高粱收獲后，取20 cm以內(nèi)的根際土，風(fēng)干后裝入布袋待測。采用聯(lián)合浸提劑（NaF+Na2SO4+CH3COONa+EDTA-2Na）進(jìn)行消煮后，通過分光光度計(jì)測定土壤中銨態(tài)氮、有效磷和速效鉀[20]。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同配比酒糟炭基肥對紅纓子高粱生長的影響

2.1.1 不同配比酒糟炭基肥對紅纓子高粱株高的影響

由圖1可知，在幼苗期F2、F6、F7、F8組的紅纓子高粱株高顯著高于F1、F4、F5組（P＜0.05），高于F3組但差異不顯著（P＞0.05），說明施用含超過30%酒糟炭的炭基肥對紅纓子高粱初期株高有利，其中以含30%酒糟炭的炭基肥（F6組）最佳；在壯苗期F6組的紅纓子高粱株高顯著高于F1、F2、F3、F4、F5、F8組（P＜0.05），高于F7組但差異不顯著（P＞0.05），說明施用含30%酒糟炭的炭基肥對紅纓子高粱期壯苗期株高有利；在抽穗期F6組的紅纓子高粱株高顯著高于F1、F2、F3、F4、F5組（P＜0.05），高于F7、F8組但差異不顯著（P＞0.05），說明施用含30%酒糟炭的炭基肥對紅纓子高粱抽穗期株高有利。

圖1 不同配比酒糟炭基肥對紅纓子高粱株高的影響Fig. 1 Effect of different ratios of distiller's grain biochar-based fertilizer on the height of Hongyingzi sorghum

因此，施用含30%～40%酒糟炭的炭基肥對紅纓子高粱株高有一定的促進(jìn)作用，其中以含30%酒糟炭的炭基肥最佳。

2.1.2 不同配比酒糟炭基肥對紅纓子高粱株徑的影響

由圖2可知，在幼苗期F8組的紅纓子高粱株徑顯著高于F1、F3、F4組（P＜0.05），高于F2、F5、F6、F7組但差異不顯著（P＞0.05），說明施用含20%以上酒糟炭的炭基肥對紅纓子高粱幼苗期株徑有利，以含50%酒糟炭的炭基肥最佳；在壯苗期于F4、F5、F6、F7組的株徑顯著高于F1組（P＜0.05），高于F2、F3、F8組但差異不顯著（P＞0.05），說明施用含10%～40%酒糟炭的炭基肥對紅纓子高粱壯苗期株徑有利，以含20%酒糟炭的炭基肥最佳；在抽穗期F4、F5、F6組的紅纓子高粱株徑顯著高于F1、F8組（P＜0.05），高于F2、F3、F7組但差異不顯著（P＞0.05），說明施用含10%～30%酒糟炭的炭基肥對紅纓子高粱抽穗期株徑有利，以含20%酒糟炭的炭基肥最佳。

圖2 不同配比酒糟炭基肥對紅纓子高粱株徑的影響Fig. 2 Effect of different ratios of distiller's grain biochar-based fertilizer on the diameter of Hongyingzi sorghum

因此，施用含20%～40%酒糟炭的炭基肥對紅纓子高粱株徑有一定的促進(jìn)作用，其中以含20%酒糟炭的炭基肥最佳，但與含30%、40%酒糟炭的炭基肥差異不顯著（P＞0.05）。

2.1.3 不同配比酒糟炭基肥對紅纓子高粱生物量的影響

由圖3可知，F(xiàn)6組的紅纓子高粱生物量顯著高于F1、F2、F3、F8組（P＜0.05），高于F4、F5、F7組但差異不顯著（P＞0.05），說明施用含10%～40%酒糟炭的炭基肥對紅纓子高粱生物量有利，以含30%酒糟炭的炭基肥最佳。由于生物量與植株株高和株徑呈正相關(guān)關(guān)系，因此酒糟炭基肥對生物量的影響效果與其對株高、株徑的影響效果基本一致。

圖3 不同配比酒糟炭基肥對紅纓子高粱生物量的影響Fig. 3 Effect of different ratios of distiller's grain biochar-based fertilizer on the biomass of Hongyingzi sorghum

綜上所述，酒糟炭對紅纓子高粱生長有一定的促進(jìn)作用，其中以含30%酒糟炭的炭基肥最佳。

2.2 不同配比酒糟炭基肥對紅纓子高粱產(chǎn)量的影響

由圖4可知，F(xiàn)6組的紅纓子高粱產(chǎn)量顯著高于F1、F2、F7、F8組（P＜0.05），高于F3、F4、F5組但差異不顯著（P＞0.05），說明施用含10%～30%酒糟炭的炭基肥可提高紅纓子高粱產(chǎn)量，以含30%酒糟炭的炭基肥最佳（平均每株產(chǎn)量13.6 g），比空白組（平均每株產(chǎn)量6.52 g）提高了109%，比單施酒糟炭（平均每株產(chǎn)量6.92 g）提高了96.5%，比單施有機(jī)肥（平均每株產(chǎn)量9.37 g）提高了45.1%。

圖4 不同配比酒糟炭基肥對紅纓子高粱產(chǎn)量的影響Fig. 4 Effect of different ratios of distiller's grain biochar-based fertilizer on the yield of Hongyingzi sorghum

綜上所述，酒糟炭對紅纓子高粱產(chǎn)量有一定的促進(jìn)作用，其中以含30%酒糟炭的炭基肥最佳。

2.3 不同配比酒糟炭基肥對土壤養(yǎng)分的影響

2.3.1 對土壤銨態(tài)氮的影響

由圖5可知，紅纓子高粱收獲后F2、F4、F5、F6、F7、F8組的土壤銨態(tài)氮含量顯著高于F1、F3組（P＜0.05），這是由于酒糟炭具有發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)而負(fù)載肥料養(yǎng)分的原因?qū)е隆？瞻捉M的土壤中銨態(tài)氮含量高于單施有機(jī)肥，這可能是單施有機(jī)肥的高粱長勢較好而對氮素的吸收高于空白組導(dǎo)致。

圖5 不同配比酒糟炭基肥對土壤銨態(tài)氮的影響Fig. 5 Effect of different ratios of distiller's grain biochar-based fertilizer on ammonium nitrogen in soil

在不同酒糟炭基肥配施處理中，銨態(tài)氮含量不與酒糟炭的添加比例呈正相關(guān)關(guān)系，而生長及產(chǎn)量最佳的F6組（含30%酒糟炭）的土壤中銨態(tài)氮含量最低，可能是受酒糟炭負(fù)載養(yǎng)分能力和高粱生長的綜合影響導(dǎo)致。

2.3.2 對土壤有效磷的影響

由圖6可知，紅纓子高粱收獲后F7、F8組土壤的有效磷含量顯著高于F1、F3組（P＜0.05），高于F2、F4、F5、F6組但差異不顯著（P＞0.05），這是由于酒糟炭提高了土壤中磷的吸附導(dǎo)致。空白組的土壤中有效磷含量高于單施有機(jī)肥，這可能是單施有機(jī)肥的高粱對有效磷的吸收高于空白組導(dǎo)致。

圖6 不同配比酒糟炭基肥對土壤有效磷的影響Fig. 6 Effect of different ratios of distiller's grain biochar-based fertilizer on available phosphorus in soil

在不同酒糟炭配施處理中，受酒糟炭負(fù)載養(yǎng)分能力和高粱生長的綜合影響，長勢及產(chǎn)量最佳的F6組（添加30%酒糟炭）的土壤中有效磷含量最低。

2.3.3 對土壤速效鉀的影響

由圖7可知，紅纓子高粱收獲后F4、F5、F7、F8組土壤的速效鉀顯著高于F1、F2、F3組（P＜0.05），高于F6組但差異不顯著（P＞0.05），這是由于酒糟炭具有負(fù)載養(yǎng)分的原因?qū)е隆问┯袡C(jī)肥的土壤中速效鉀含量高于空白組，這可能是有機(jī)肥帶入鉀元素及高粱對其吸收情況導(dǎo)致。

圖7 不同配比酒糟炭基肥對土壤速效鉀的影響Fig. 7 Effect of different ratios of distiller's grain biochar-based fertilizer on available potassium in soil

在不同酒糟炭配施處理中，長勢及產(chǎn)量最佳的F6組（添加30%酒糟炭）的土壤中速效鉀含量最低，這是受到酒糟炭負(fù)載養(yǎng)分能力和高粱生長的綜合影響導(dǎo)致。

3 討論

3.1 不同配比酒糟炭基肥對紅纓子高粱生長及產(chǎn)量的影響

本研究結(jié)果表明，酒糟炭對紅纓子高粱株高、株徑、生物量及產(chǎn)量均有一定的促進(jìn)作用；在不同酒糟炭配施處理中，以30%的酒糟炭基肥對植株株高、生物量及產(chǎn)量的影響最為顯著，以20%的酒糟炭基肥對株徑的影響最佳。康日峰等[21]研究表明，小麥生育期內(nèi)，施用生物炭占輔料75%及以上的處理較對照處理均顯著提高小麥地上部干質(zhì)量、地下部干質(zhì)量、總干質(zhì)量。王智慧等[22]的研究中，肥炭比為8∶2或7∶3對玉米植株生長較突出，為較優(yōu)炭基肥比例。由于生物炭的氮元素及礦物質(zhì)含量較低[23]而對作物生長所需養(yǎng)分的貢獻(xiàn)不高[24]，因此，對紅纓子高粱生長及產(chǎn)量起促進(jìn)作用的原因可能是生物炭可延緩肥料在土壤中的釋放與淋失[11-12]；生物炭的有機(jī)質(zhì)也增加了土壤肥力，從而促進(jìn)高粱的生長。關(guān)于生物炭基肥中生物炭的最佳施加比例，需要根據(jù)不同具體情況而定，同一種作物對不同來源的生物炭基肥有不同的添加比例，同一來源的生物炭基肥對不同作物也有不同添加比例。因此，本研究的最佳添加比例與前人研究的其他作物的結(jié)論不盡相同，并且還有待反復(fù)的大田試驗(yàn)來論證。

3.2 不同配比酒糟炭基肥對土壤養(yǎng)分的影響

本研究發(fā)現(xiàn)添加酒糟炭的處理的土壤中銨態(tài)氮、有效磷和速效鉀均高于空白和單施有機(jī)肥。秦亞旭[25]研究表明，施用炭基肥處理的土壤氮素和鉀素養(yǎng)分都有一定程度的增加。李昌娟等[26]研究表明，生物炭基肥可顯著提高酸化茶園土壤pH以及銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、速效磷、速效鉀、交換性鈣和交換性鎂含量。進(jìn)一步證實(shí)生物炭可延緩肥料在土壤中的釋放與淋失，這主要是由于生物炭具有發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)[7-8]，可以吸附和負(fù)載肥料養(yǎng)分；也有研究認(rèn)為是因?yàn)樯锾烤哂休^高的陽離子交換量[9-10]來吸附養(yǎng)分。在不同酒糟炭配施處理中，長勢及產(chǎn)量最佳的施肥處理（添加30%酒糟炭）的土壤中銨態(tài)氮、有效磷和速效鉀含量最低。這可能是受酒糟炭負(fù)載養(yǎng)分能力和高粱生長的綜合影響導(dǎo)致，具體影響機(jī)制有待反復(fù)試驗(yàn)來探明。

4 結(jié)論

酒糟炭對紅纓子高粱的生長有一定的促進(jìn)作用，在不同酒糟炭配施處理中，以30%的酒糟炭基肥對紅纓子高粱生長最有利；可顯著提高紅纓子高粱產(chǎn)量（平均每株產(chǎn)量13.6 g），比空白組（平均每株產(chǎn)量6.52 g）提高了109%，比單施酒糟炭（平均每株產(chǎn)量6.92 g）提高了96.5%，比單施有機(jī)肥（平均每株產(chǎn)量9.37 g）提高了45.1%；酒糟炭可有效降低土壤中銨態(tài)氮、有效磷和速效鉀的淋失，在不同酒糟炭配施處理中，受酒糟炭負(fù)載養(yǎng)分能力和高粱生長的綜合影響，施用含30%酒糟炭的炭基肥的紅纓子高粱收獲后的土壤中銨態(tài)氮、有效磷和速效鉀含量最低。