生物碳對糧油作物生長影響的研究

李勝

近些年，用生物碳對土壤進行改良已成為全球關注的熱點之一。國際生物碳聯盟將生物碳定義為在缺氧環境中的一種通過熱裂解得到的固體材料。生物碳有很多優良特性，例如，含碳量高、比表面積大、孔隙結構豐富、pH高、具有較強的氧離子交換能力及理化性質穩定等，目前已成為農業、林業、環境及能源領域關注和研究的熱點。由生物體高溫碳化所得到的產物——生物碳，其在我們日常生活中很容易得到生產原料，例如動物糞便、木屑、農作物秸稈及城市中的生活垃圾都可以作為生產生物碳的原料。生物碳可將農業廢棄物碳化成生物碳，其不僅可以增加土壤中碳的產量，減少二氧化碳的釋放，而且在生物碳施入土壤后，對土壤的化學、生物、物理學性質都有較大的改善，并且生物碳還可以提高土壤肥力，為土壤提供或保持養分。因此，生物碳可以作為一種肥料或者土壤改良劑促進作物生長。

1 生物碳

生物碳屬于一種惰性機碳，其非常難以分解，并且穩定性極強。生物碳是通過本身具有較大的比面積和陽離子交換量，進而達到吸附保持土壤養分，維持土壤體系平衡，提高利用率，減少養分流式，提高作物總產量的效果。在土壤中使用生物碳可有效提高土壤離子交換量，增加全氮和可利用性磷的含量，生物碳還可以促進植物對磷、鉀、鈣、鋅、銅等離子的吸收。

2 生物碳對糧油作物生長的影響

2.1 生物碳對小麥生長的影響

石河子大學農學院資源與環境科學系馬莉等研究生物碳對小麥生長的影響分析如下。首先設置3種物料，450℃、600℃和750℃熱解制備的生物碳，每種有機物料設置3個施用量，分別為0.5%、1.0%和2.0%（占土壤的比例）;同時，以不添加物料土壤作為對照。結果顯示，這3種溫度熱解制備的生物碳可促進小麥的生長和產量的提高，同時還顯著提高了小麥地上部干物質重及土壤中氮素殘留量、吸收量等，也減少了土壤小麥體系氮素表觀損失量。從上述實驗得出，750℃制備的生物碳促進小麥生長的效果最好、氮素吸收量最高、土壤氮素殘留量最高、整體氮素損失最小。最后得出結論，對于生物碳處理而言，隨著熱解溫度的升高，小麥氮素吸收量增大、土壤氮素殘留量增大、整體氮素損失降低。因此生物碳還田是提高養分利用，減少氮素損失的有效途徑，從而提高資源合理利用。

2.2 生物碳對玉米生長的影響

黑龍江省農業科學院劉春來等為探究不同基質材料的生物碳對土傳病害的抑制能力和對作物的促生作用，以玉米莖腐病為研究對象，通過向土壤中添加3%的生物碳處理，利用盆栽試驗測定了4種生物碳（稻殼生物碳A、竹碳生物碳B、稻殼生物碳C、麥稈生物碳D）分別對玉米莖腐禾谷鐮孢菌的防控效果和玉米植株生長的影響。結果顯示，添加4種生物碳后，玉米植株的株高、根長（麥稈碳D處理稍低于對照外）、鮮重均高于接種病原菌處理的對照。稻殼碳A和竹制碳B處理顯著的降低了莖腐病病原菌的侵染危害，控制效果分別達到52%和53.48%;其他兩種生物碳控害效果不明顯。表明土壤中添加生物碳后，對玉米莖腐病起到了較好的抑制效果，且對植株生長具有明顯的促生作用。

2.3 生物碳對水稻生長的影響

江蘇省農業科學院農業資源與環境研究所王悅滿等通過添加不同生物碳，即小麥秸稈和木質鋸末分別在500℃和700℃制備的4種生物碳，研究其在混合施加或表面施加這兩種施加方式下對水稻生長的影響。結果表明：（1）與對照相比，施加生物碳的處理對水稻株高和反映葉綠素含量的SPAD值有積極影響，株高在抽穗期、灌漿期、成熟期表施處理大于混施處理。表施處理SPAD值和歸一化植被指數NDVI略小于混施處理。（2）施加生物碳可顯著提高水稻的結實率，增幅可達到4.88%～8.59%，表施處理的結實率均高于對應的混施處理的，但表施和混施處理對有效穗數、穗粒數、千粒重影響差異不顯著。（3）生物碳促進了水稻增產，而生物碳表施處理較混施對水稻增產的效應更為明顯。（4）生物碳增加了水稻的收獲指數，增幅2.58%～10.56%，表施和混施處理對收獲指數影響無顯著差異。（5）施加生物碳普遍提高了氮磷鉀偏生產力，較對照提高了9.81%～36.25%。