玉米秸稈生物炭對盆栽花生生長的影響

吳洪燕 吳欽泉 劉同信 陳士更* 孫冰潔 高 斌 馬學文，4

1 農業部腐植酸類肥料重點實驗室 泰安 271000

2 山東農大肥業科技有限公司 泰安 271000

3 濰坊市坊子區計量測試所 濰坊 261000

4 山東農業大學資源與環境學院 泰安 271000

制備生物炭的主要原料是農作物秸稈，其數量多，來源廣。據統計[1]，我國秸稈的總產量每年可達7億多噸。用廢棄的秸稈制備生物炭施用于農田中，不僅可以減少化肥的使用量，還能夠改良土壤，培肥地力，提高作物產量[2～10]。目前，生物炭的制備方法較多，研究相對深入，市場應用潛力大，前景廣闊[11]。水渣常用作土壤調理劑的添加成分之一，其中含有硅等無機養分。研究表明，含硅土壤調理劑有一定的增產作用[12]，還能改善土壤理化性狀，提升土壤肥力[13]。還有研究證明，施用過氧化鈣能夠顯著提高晚稻的產量[14]。因此，利用生物炭與水渣或過氧化鈣復配，嘗試開發一款土壤調理劑新產品。本研究利用玉米秸稈制備生物炭，在施用腐植酸肥料的基礎上，單獨或與過氧化鈣、水渣配合施用，通過花生盆栽試驗，檢驗生物炭與腐植酸肥料的耦合效應，以期為研發相關的新技術和新產品提供理論依據和新思路。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 原材料

供試花生品種為“花育20號”。

供試土壤為棕壤，采自“農大肥業”廠區試驗田；土壤基本化學性質：有機質含量10.2 g/kg，堿解氮含量77.9 mg/kg，有效磷含量24.6 mg/kg，速效鉀含量103.7 mg/kg。

1.1.2 生物炭制備

利用水熱法，將一定量玉米秸稈碎屑置于GSH-5L高溫蒸壓釜中，設置蒸壓溫度為190～200 ℃，蒸汽壓力為1 MPa，時間為3 h。待反應完成之后，將樣品取出烘干，粉碎至3 mm以下。

1.2 盆栽試驗

試驗設置5個處理，分別為單施生物炭（編號為BC），生物炭與水渣按3∶1復配（編號為BC-G），生物炭與過氧化鈣按3∶1復配（編號為BC-O），生物炭與水渣、過氧化鈣按7∶2∶1復配（編號為BC-G-O）。各處理均施用腐植酸復合肥。各處理的施肥與養分含量明細見表1，每個處理設3次重復。

選用直徑為20 cm的塑料盆，裝土3.75 kg，按表1施入對應物料和肥料；試驗地點為“農大肥業”溫室大棚。在盆中澆透水后，播種花生4粒。待生長至8～10 cm時，開始間苗，選留長勢一致的幼苗，每盆留2株。此后進行相同的澆水、除草等管理，直至花生收獲。

表1 各處理施肥與養分含量明細Tab.1 The fertilization and nutrient content of each treatment

1.3 測定項目及方法

使用SPAD-502 Plus測試儀測定花生葉片葉綠素相對含量（SPAD值），各處理每個重復測定20次，取平均值。

盆栽花生飽果期測定株高；收獲期采收花生，晾干后稱重，計算產量。

1.4 數據處理與分析

試驗數據采用Excel 2016處理作圖，采用單因子方差方法分析各處理之間的顯著性差異。

而為了更好地分析科學公信力指標體系的信度和效度，檢驗科學公信力生成邏輯中的三個維度——工具性信任、倫理性信任、符號性信任——三者之間的關系，及其在公信力生成邏輯中的地位作用，筆者又利用結構方程模型法對科學公信力指標進行了深入的驗證性因子分析，模型基本參數估計結果如表5所示。

2 結果分析

2.1 各處理對盆栽花生植株長勢的影響

花生苗期與收獲期分別記錄花生植株的長勢，并進行對比分析（見圖1、圖2）。由圖1可知，苗期CK植株長勢相對旺盛，BC、BC-O、BCG-O 3個處理植株長勢基本相當，BC-G植株長勢相對最弱。由圖2可知，花生成熟期，除BC-G之外，其他各處理花生植株長勢與CK基本相當，而BC-G處理花生植株長勢明顯優于CK及其他處理。說明，在腐植酸復合肥施用量一定的條件下，增施生物炭對花生植株長勢無明顯影響；而水渣中可能存在某種成分，對花生苗期生長無明顯作用，但后期能顯著促進花生植株的營養生長。

圖1 各處理盆栽花生苗期生長情況Fig.1 Growth situation of potted peanut at seedling stage of each treatment

圖2 各處理盆栽花生收獲期生長情況Fig.2 Growth situation of potted peanut at harvest stage of each treatment

利用SPAD-502Plus于盆栽花生盛花期測定葉片SPAD值，對比分析各處理，結果見圖3。

根據圖3可知，與CK相比，各處理盆栽花生SPAD值均有升高，其中BC處理盆栽花生葉片SPAD值升高最為顯著，可達11.1%；其次為BC-O、BC-G-O，2個處理均與CK差異顯著，但2個處理之間無顯著差異；BC-G處理與BC處理差異顯著，但與CK、BC-O、BC-G-O均無顯著差異。這說明，在腐植酸復合肥施用量一定的條件下，單獨基施生物炭對提高盆栽花生葉片SPAD值具有顯著的作用；而生物炭與水渣、過氧化鈣中的1種或2種復配后基施，也對盆栽花生葉片SPAD值提高有一定的作用，但效果不如單獨基施生物炭；且各復配處理中，生物炭與水渣復配基施對盆栽花生葉片SPAD值的提升效果最差。

圖3 各處理對盆栽花生葉片SPAD值的影響Fig.3 Effects of each treatment on SPAD value of potted peanut leaves

由圖4可知，與CK相比，BC-G處理對花生株高具有顯著的促進作用；BC、BC-G-O兩個處理與CK基本相當，無明顯差異；BC-O處理對花生株高具有一定的抑制作用，且相對較為顯著。

圖4 各處理對盆栽花生株高的影響Fig.4 Effects of each treatment on plant height of potted peanut

綜上，在腐植酸復合肥施用量一定的條件下，單獨基施生物炭對花生株高基本無明顯作用，而生物炭復配水渣后基施能顯著促進花生株高的生長，生物炭與過氧化鈣兩者復配或生物炭與水渣、過氧化鈣三者復配后基施均對花生株高有一定的抑制作用。說明生物炭對花生株高基本無影響，水渣能顯著促進花生株高的生長，而過氧化鈣對花生株高的生長有一定的抑制作用，且其抑制作用可能大于水渣對花生株高的促進作用。

2.2 各處理對盆栽花生產量的影響

由圖5可知，與CK相比，BC處理對花生產量提高有明顯的促進作用，增產幅度達22.3%；而BC-G、BC-O兩個處理對花生產量有明顯的抑制作用，分別使花生減產11.7%、14.3%；BC-G-O處理花生產量與對照無明顯差異。這說明，在腐植酸復合肥施用量一定的條件下，單獨基施生物炭能明顯提高花生產量；但生物炭與水渣或過氧化鈣復配后基施，明顯降低花生的產量。

圖5 各處理對盆栽花生產量的影響Fig.5 Effects of each treatment on yield of potted peanut

究其原因，結合各處理養分組成及花生株高測量數據進行分析，生物炭中含有大量有機碳，在腐植酸復合肥提供無機養分的同時，大量有機碳的分解為花生的生長及產量的提高提供了豐富的營養物質；而生物炭與水渣復配后，水渣中的某些成分可能會刺激花生株高的生長，使得花生營養生長過于旺盛，進而抑制了生殖生長，最終導致花生產量降低；生物炭與過氧化鈣復配后基施，也降低了花生的產量，推測可能是過氧化鈣中存在某種不利因素，影響了花生的產量。但三者復配使得花生產量與對照相當，比兩兩復配顯著提高，同時又明顯低于單獨增施生物炭處理，這可能是因為水渣、過氧化鈣添加比例均有所減少，進而對花生產量的影響降低，亦或是二者共用時會削弱抑制花生增產的不利因素。

3 結論與討論

（1）腐植酸復合肥施用量一定的條件下，增施生物炭能顯著提高花生葉片SPAD值達11.1%，同時可明顯提高花生產量22.3%，但對花生株高無明顯作用。

（2）生物炭與水渣或過氧化鈣復配后基施，能促進花生株高的生長或葉片SPAD值的提高，但對花生產量有一定的抑制作用。因此，本試驗條件下，在花生的栽培中，生物炭與水渣或過氧化鈣復配無實際意義。

（3）而本研究中未設置水渣、過氧化鈣單獨施用的處理，其中存在的不利因素尚不明確，后期將繼續補充開展此類試驗，以探索其中原因。另外要完善對作物生長、生理指標測定，補充對土壤指標的監測，以全面評價生物炭與水渣或過氧化鈣復配對農業和作物的影響。