減氮配施炭基土壤調理劑對甘蔗苗生長生理的影響

張賽 陳杭 胡朝華 袁照年

摘 要 通過盆栽試驗，探究氮肥減量配施炭基土壤調理劑對甘蔗苗生長生理的影響。結果表明，在25%減量施氮下，配施炭基土壤調理劑處理促進甘蔗苗地上部分持續生長，蔗苗株高日均增長率明顯高于正常施氮處理和不施氮對照。減氮配施炭基土壤調理劑處理下，不同時期甘蔗苗葉綠素和氮平衡指數均維持在較高水平。與正常施氮相比，減氮配施炭基土壤調理劑處理中蔗苗葉片SOD酶活性和脯氨酸含量降低，而CAT酶活性和丙二醛含量提高。研究結果表明，減氮配施炭基土壤調理劑對甘蔗苗生長、葉片光合效率和抗氧化系統均產生一定的調控效應。

關鍵詞 減量施氮;土壤調理劑;甘蔗苗;氮平衡指數;抗氧化

中圖分類號：S566.1 文獻標志碼：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2021.13.017

我國農田土壤酸化的現象很普遍，酸化土壤中活性鋁、錳的富集容易對農作物的生長發育造成毒害效應[1-2]。甘蔗是我國南方重要的糖料作物和能源作物，然而長年甘蔗連作和不合理施肥導致蔗田土壤酸化加劇、土壤肥力嚴重不足[3-5]。生物炭是一種主要由農林廢棄生物質經高溫裂解炭化而成的富碳材料，作為土壤改良劑可用于農田土壤改良和培肥地力。近年來，生物炭及其相關技術在農業土壤研究領域受到廣泛關注[6-7]。本文通過盆栽試驗研究氮肥減量配施生物炭基土壤調理劑對甘蔗苗生長生理的影響，旨在為促進生物炭基土壤調理劑在甘蔗等連作農田中的應用提供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1）供試甘蔗品種為南方蔗區主栽品種“新臺糖22號”。

2）供試土壤為甘蔗連作年限20年以上的蔗田土壤，土壤pH值6.5，有機碳含量7.4 g·kg-1，全氮含量0.7 g·kg-1，C/N為10.7，堿解氮含量62.5 mg·kg-1，有效磷含量35.4 mg·kg-1，速效鉀含量34.0 mg·kg-1。

3）試驗所用生物炭基土壤調理劑從市場上購買，pH值8.43，有機碳含量88.1 g·kg-1。

1.2 試驗設計與測定方法

試驗設置3個處理，分為不施氮對照（CK）、正常施氮（CNF）、氮肥減量配施炭基土壤調理劑（RNBC），每個試驗處理設置4個重復。CNF是模擬田間氮肥正常施用量，RNBC處理中氮肥用量比正常施用量減少25%、并配施1%炭基土壤調理劑。各處理中磷鉀肥施用量相同。所有試驗處理都采用統一的塑料桶，每桶放置等量的供試土壤，按一定比例將土壤、肥料和炭基調理劑充分混勻后裝入桶中。

試驗于2019年5月開始。每桶移栽供試甘蔗幼苗3株，定期澆水，保持桶內土壤水分含量在最大持水量約60%。試驗期間，各處理隨機選取3桶，定期測量甘蔗苗株高，調查蔗苗葉綠素和氮平衡指數，同時采集蔗苗葉片測定抗氧化生理相關指標。隨機從每個處理中選取3片蔗苗+1葉，使用便攜式氮平衡指數儀（Dualex4）測定蔗苗葉綠素和氮平衡指數。同時，選取部分蔗葉用錫箔紙包裹后放入液氮冷凍，采用試劑盒法測定葉片超氧化物歧化酶活、過氧化氫酶活、丙二醛及脯氨酸含量。

1.3 數據處理

試驗數據采用Excel 2019和SPSS 25.0軟件進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 炭基土壤調理劑對甘蔗苗生長的影響

從圖1可知，正常施氮和減氮配施炭基土壤調節處理對不同時期蔗苗株高均有明顯的影響，總體上呈現階梯式持續增長的趨勢，而不施氮對照呈緩慢增長趨勢。蔗苗株高調查Ⅰ期（GT1），正常施氮CNF處理的株高最高，減氮配施炭基土壤調理劑RNBC處理次之，不施氮CK最低;與CK相比，CNF和RNBC處理分別增加13.9%和9.4%。株高調查Ⅱ期（GT2，Ⅰ期后11天），RNBC處理最高，CNF處理次之，CK對照最低;與CK相比，CNF和RNBC處理均顯著增加（P<0.05），分別增加15.9%和20.3%;與CNF相比，RNBC處理增加5.2%。株高調查Ⅲ期（GT3，Ⅱ期后27天），CNF處理最高， RNBC處理次之，CK對照最低;與CK相比，CNF和RNBC處理分別增加34.4%、30.9%;與CNF相比，RNBC處理下降5.1%。株高調查Ⅳ期（GT4，Ⅲ期后11天），RNBC處理最高，CNF處理次之，CK對照最低;與CK相比，CNF和RNBC處理均顯著增加（P<0.05），株高分別增加34.8%和35.7%;與CNF相比，RNBC處理增加1.4%。

2.2 炭基土壤調理劑對甘蔗苗葉綠素指數的影響

從圖2可知，氮肥減量配施炭基土壤調理劑處理下不同時期甘蔗苗葉綠素指數均維持在較高的水平。蔗苗調查Ⅰ期（CT1），減氮配施炭基土壤調理劑RNBC處理的葉綠素指數最高，不施氮CK次之，正常施氮CNF最低;RNBC處理的葉綠素指數與CK和CNF處理相比均顯著增加（P<0.05），比CK增加26.9%，比CNF增加37.5%。蔗苗調查Ⅱ期（CT2，Ⅰ期后19天），CNF處理的葉綠素指數增加至最高，RNBC處理次之，CK呈下降趨勢;與CK相比，CNF和RNBC處理的葉綠素指數均顯著增加，分別增加36.6%和28.4%。蔗苗調查Ⅲ期（CT3，Ⅱ期后16天），RNBC處理的葉綠素指數增加至最高，CK和RNBC處理均有所下降;RNBC比CK增加33.5%，比CNF增加25.2%。蔗苗調查Ⅳ期（CT4，Ⅲ期后21天），RNBC處理的葉綠素指數維持最高，CNF處理有所增加，CK持續下降;與CK相比，CNF和RNBC處理均顯著增加（P<0.05），分別增加35.3%和41.7%;與CNF相比，RNBC增加9.9%。

2.3 炭基土壤調理劑對甘蔗苗氮素平衡指數的影響

從圖3可知，減氮配施炭基土壤調理劑和正常施氮處理對不同時期甘蔗苗葉片氮平衡指數有明顯的影響，總體上呈現峰波式動態趨勢，而不施氮對照呈持續下降的趨勢。蔗苗調查Ⅰ期（NT1），減氮配施炭基土壤調理劑RNBC處理的氮平衡指數最高，不施氮CK次之，正常施氮CNF最低。與CK和CNF處理相比，RNBC處理顯著增加（P<0.05），RNBC比CNF增加51.4%。蔗苗調查Ⅱ期（NT2，Ⅰ期后19天），CNF處理的氮平衡指數增加至最高，RNBC處理次之，CK呈下降趨勢;與CK相比，CNF和RNBC處理的氮平衡指數分別增加40.7%和27.9%。蔗苗調查Ⅲ期（NT3，Ⅱ期后16天），RNBC處理的氮平衡指數增加至最高，CK和CNF處理均有所下降;與CK相比，CNF和RNBC處理均顯著增加（P<0.05），分別增加了35.5%和61.1%;與CNF相比，RNBC處理增加了39.8%。蔗苗調查Ⅳ期（NT4，Ⅲ期后21天），RNBC處理的氮平衡指數最高，CNF處理次之，CK對照最低;與CK相比，CNF和RNBC處理均顯著增加（P<0.05），分別增加55.2%、57.6%;與CNF相比，RNBC增加5.4%。

2.4 炭基土壤調理劑對甘蔗苗葉片抗氧化系統的影響

從圖4可知，減氮配施炭基土壤調理劑處理對甘蔗苗葉片超氧化物歧化酶和過氧化氫酶的活性均有明顯的影響。正常施氮和減氮配施炭基土壤調理劑處理中SOD酶活均呈下調趨勢，但各處理間未形成顯著差異（P>0.05）。與CK相比，CNF和RNBC處理分別下降2.3%和10.7%;與CNF相比，RNBC處理下降8.7%。蔗苗葉片的過氧化氫酶活在CNF和RNBC處理中均呈上調趨勢，與CK相比，CNF處理的過氧化氫酶活提高33%，RNBC處理提高40.3%;RNBC處理的CAT酶活比CNF提高1.7%。

從圖5可知，RNBC處理的蔗苗葉片丙二醛含量最高，CK對照次之，CNF處理最低。與CK相比，CNF處理中丙二醛含量下降21.7%，RNBC處理增加9.2%;與CNF相比，RNBC處理增加28.8%。蔗苗葉片脯氨酸含量在CNF處理中最高，RNBC處理次之，CK對照最低。與CK相比，CNF和RNBC兩個處理分別增加22.0%和3.2%。

3 結論

在本試驗條件下，正常施氮和減氮配施炭基土壤調理劑處理中甘蔗苗株高均呈持續增長趨勢，不施氮對照中蔗苗長勢緩慢。據測算，各處理中不同時期甘蔗苗株高的日均相對增長率存在較明顯的差異，減氮配施炭基土壤調理劑處理中株高日均增長率最高為1.60%，正常施氮處理為1.36%，不施氮對照為0.12%，這說明氮肥減量并配施炭基土壤調理劑有效促進蔗苗生長。在減氮配施炭基土壤調理劑處理下，不同時期蔗苗葉綠素和氮平衡指數均維持在較高水平，正常施氮處理下不同時期葉綠素和氮平衡指數也均高于不施氮對照，說明正常施氮和減氮配施炭基調理劑處理對蔗苗葉片光合效率和氮素營養具有一定的調節作用。蔗苗葉片抗氧化生理指標分析結果顯示，與正常施氮相比，減氮配施炭基土壤調理劑處理中蔗苗葉片SOD酶活和脯氨酸含量降低，而CAT酶活性和丙二醛含量提高。以上結果說明，減氮配施炭基土壤調理劑對蔗苗生長、葉片光合效率和抗氧化系統均產生一定的影響，相關的調理作用機制有待于下一步深入研究。

參考文獻：

[1] 張瑞清，楊劍超，張占田，等.生物炭對酸化土壤錳毒害的緩解效應研究[J].中國農學通報，2018，34（36）：110-116.

[2] 張福建，陳昱，楊磊，等.施用生物質炭和生石灰對連作辣椒生長的影響[J].核農學報，2019，33（6）：1240-1247.

[3] 陳桂芳，劉忠，黃雁飛，等.不同施肥處理對連作蔗田土壤微生物量、土壤酶活性及土壤養分的影響.農業科學與技術[J].2017，18（2）：256-261.

[4] 區惠平，周柳強，黃金生，等.長期不同施肥對甘蔗產量穩定性、肥料貢獻率及養分流失的影響[J].中國農業科學，2018，51（10）：1931-1939.

[5] 農澤梅，史國英，曾泉，等.不同甘蔗品種根際土壤酶活性及微生物群落多樣性分析[J].熱帶作物學報，2020，41（4）：819-828.

[6] 閆新偉，王艷芳，李繼偉，等.施用生物炭對旱作花生生長和產量構成及土壤酶活性的影響[J].河南科技大學學報，2018，39（3）：66-70.

[7] 葛春輝，張云舒，唐光木，等.生物炭的施入對玉米生物量和磷養分吸收的影響[J].新疆農業科學，2020，57（3）：442-449.

（責任編輯：敬廷桃）