生物炭對土壤化學性質及水稻苗期生長的影響

尹小紅 陳佳娜 雷濤 陶醉 肖正午 陳鴿 黃敏

（湖南農業大學 農學院/作物與環境研究中心，長沙410128；*通訊作者）

水稻是中國最主要的糧食作物之一，全國約有65%的人口以稻米為主食。在過去的半個世紀，中國水稻產量增加了3倍多，為保障國家糧食安全作出了重要貢獻[1]。但隨著人口的增長和經濟的發展，中國對稻米的需求仍不斷上升。至2030年，中國水稻需在現有基礎上增產20%才能滿足國內需求，任務艱巨[2]。耕地土壤質量是限制中國水稻增產的一個關鍵因素，主要表現為中低產田比例高和土壤退化嚴重[3]。因此，改善土壤肥力對提高我國水稻生產能力具有重要意義。

生物炭是以生物質為原料，在缺氧或無氧條件下經高溫裂解后形成的富碳固態物質[4]，具有比表面積大、多微孔、吸附力強等特點。因其特殊的結構及理化特性被廣泛應用到農業領域。近年來，秸稈炭化還田已成為一種重要的秸稈還田方式[5]，被廣大科研工作者探索和研究，并證實了把生物炭施入土壤后，可提高酸化土壤的pH值[6-7]，改善土壤微生態環境[8]，減少溫室氣體排放[9]，提高土壤有效含水量和降水的滲入量[10]，提高水稻秧苗素質[11-12]及促進水稻對土壤養分的吸收[13-14]。此外，研究還表明，施用生物炭可提高水稻氮肥利用率[15-16]及水稻產量[17-18]。以上研究所用生物炭均是以稻殼、花生殼或是小麥秸稈為原料制成，而以油菜秸稈為原料制成生物炭在水稻栽培中應用的研究鮮見報道。本研究中，以油菜秸稈為原料制成生物炭，采用盆栽法開展試驗，探索其對水稻生長的影響，以期為土壤培肥以及水稻增產栽培提供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試水稻品種為隆兩優華占。供試土壤基本理化性狀：pH值5.99，有機質含量22.67 g/kg，全氮含量1.316 g/kg，水解氮含量114 mg/kg。供試生物炭為自制生物炭，原料為油菜秸稈，熱裂解化溫度為250℃～300℃。采用全自動氣體吸附分析儀Quantachrome autosorb iQ測定，生物炭的比表面積為3.018 m2/g、孔體積為0.004 m3/g、孔徑為2.139 nm。基本理化性狀：pH值10.78，全氮含量10.7 g/kg，C/N比41.09。

1.2 試驗設計

試驗于2020年6—10月在湖南農業大學水稻研究所進行。采用盆栽法，盆直徑22 cm、深26 cm，每盆裝土5 kg。添加生物炭后，使土壤與生物炭充分混勻。試驗設2個處理：C0，不添加生物炭（對照）；C1，添加生物炭200 g/盆。每個處理10盆，共20盆。各處理每盆施肥量純N 0.35 g、P2O50.10 g、K2O 0.10 g。育秧方式為水育秧，6月6日移栽，每盆基本苗1株。各處理水稻生長期間保持3 cm高的水層。

1.3 測定指標及方法

添加生物炭后與土壤充分拌勻，取土壤樣測定理化性狀，測定方法參照第三版《土壤農化分析》中的方法進行。

于水稻分蘗期（6月23日）數分蘗數，測定葉綠素含量、葉面積、根系活力、干物質量及根長等根系特征。其中，葉綠素用比色法測定；葉面積采用LI-3000C便攜式葉面積儀測定；根系活力采用а-萘胺法測定；干物質量采用105℃殺青后75℃條件下烘干至恒質量測定；根長等根系形態特征采用EPSON根系掃描儀測定。

1.4 數據處理

用Excel 2010軟件處理數據，用DPS進行差異顯著性分析，多重比較用新復極差法。

2 結果與分析

2.1 生物炭對土壤理化性狀的影響

由表1可知，添加生物炭后，土壤pH、有機質含量極顯著高于對照；兩處理之間的全氮含量、堿解氮含量差異不顯著。

表1 添加生物炭后土壤化學性狀

2.2 生物炭對水稻葉綠素含量的影響

由表2可知，添加生物炭后，水稻葉片的葉綠素a和葉綠素b含量極顯著高于對照；兩處理間葉綠素a與葉綠素b的比值差異不顯著。

表2 添加生物炭后水稻葉綠素含量

2.3 生物炭對水稻分蘗數、葉面積及干物質量的影響

由表3可知，與對照相比，添加生物炭后，每盆分蘗數、葉面積以及水稻根、莖、葉各部分的干物質量均極顯著提高。

表3 添加生物炭后水稻分蘗數、葉面積和干物質量

2.4 生物炭對水稻根系的影響

由表4可知，添加生物炭后，每盆水稻總根長、總根表面積極顯著高于對照；平均根直徑、總根體積、根系活力顯著高于對照。

表4 添加生物炭后水稻根系形態和根系活力

3 結論與討論

本研究中，添加生物炭后，水稻生長表現為根系發達、分蘗數多、葉面積大，各部分的干物質質量明顯增加。其原因可能是添加生物炭后，土壤有機質含量顯著增加，提高了土壤肥力；另外，生物炭具有豐富孔隙結構，表面積較大，具有較好的親水性，可以降低土壤緊實度，改善了水稻根系的生長環境，使得水稻根系總根長、總根表面積、平均根直徑、總根體積等根系形態指標顯著增加，根系活力顯著提高。而根系是水稻吸收水分和營養物質的重要器官，根系發達可促進水稻氮素吸收，進而促進水稻地上部分的生長。地上部分生長旺盛又為根系生長提供足夠的營養物質，形成良性循環。

水稻適宜生長的土壤pH值為5～6。本研究中，添加生物炭后，土壤pH值極顯著升高，達到了7.16，但并沒有影響水稻的正常生長，可能是因為生物炭對其他土壤性狀的改良在水稻生長方面產生的正效應大于pH升高對水稻生長的負效應，確切原因需要進一步研究。