生物炭對咸淡輪灌下鹽漬土鹽分分布和玉米生長的影響

朱成立 呂 雯 黃明逸 翟亞明 強(qiáng) 超

(1.河海大學(xué)南方地區(qū)高效灌排與農(nóng)業(yè)水土環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 南京 210098； 2.河海大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院， 南京 210098)

0 引言

我國東部濱海灘涂資源是重要的后備土地資源[1]，為緩解人口與糧食壓力，對其進(jìn)行開墾是擴(kuò)展土地資源的有效途徑。但墾區(qū)土壤含鹽量較高，利用率低下[2]，較高的含鹽量使土壤具有高電導(dǎo)率、高鈉吸附比、低有機(jī)質(zhì)含量等化學(xué)特征，土壤物理結(jié)構(gòu)差，保肥能力不強(qiáng)，同時(shí)較高含鹽量會(huì)破壞植物光合系統(tǒng)反應(yīng)中心，抑制光合作用，影響作物生長[3-4]，導(dǎo)致減產(chǎn)。由于海水入侵、對淡水過度開采以及降水時(shí)空分布不均，淡水資源短缺也是制約沿海灘涂資源開墾的另一個(gè)重要因素[5]。濱海地區(qū)微咸水儲(chǔ)量豐富，研究表明微咸水可以作為淡水替代品用于作物灌溉，然而微咸水灌溉會(huì)使作物受到不同程度鹽脅迫[6]，采用淡水和微咸水交替灌溉被認(rèn)為是微咸水資源科學(xué)合理的利用方式[7]。提倡在作物抗鹽脅迫能力較弱的生育前期灌溉淡水，在作物抗鹽脅迫能力較強(qiáng)的生育后期灌溉微咸水，以減小高含鹽量對作物的不利影響[8]。然而濱海地區(qū)淡水資源短缺且時(shí)空分布不均勻，在作物生育前期無法完全保證充足的淡水灌溉，微咸水資源的農(nóng)業(yè)利用受到較大限制。

生物炭具有多孔結(jié)構(gòu)、大表面積和較高的陽離子交換能力，應(yīng)用生物炭對鹽漬土改良有助于降低土壤含鹽量，減緩鹽脅迫[9-10]。生物炭還可以有效降低土壤容重，提高酸化土壤pH值，增加土壤通氣透水性，從而促進(jìn)作物生長[11-13]?；谙痰惶婀喔群蜕锾扛牧见}漬土的相關(guān)研究成果，本文以濱海墾區(qū)種植廣泛且對鹽分中度敏感的玉米[14]為研究對象，通過不同微咸水礦化度、輪灌方式和生物炭施用量組合試驗(yàn)，探究生物炭和不同咸淡交替灌溉模式共同作用對濱海墾區(qū)土壤鹽分分布以及玉米生理生長的影響，以期為濱海墾區(qū)耕地和微咸水資源高效可持續(xù)利用提供理論和技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況與材料

試驗(yàn)于2017年7—11月在河海大學(xué)江寧校區(qū)南方地區(qū)高效灌排與農(nóng)業(yè)水土環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室避雨棚內(nèi)進(jìn)行。試驗(yàn)區(qū)(31°86′N，118°60′E)屬亞熱帶濕潤氣候。供試土壤于2017年3月取自江蘇省鹽城典型的濱海墾區(qū)耕作層，取土深度為0～15 cm，質(zhì)地屬粉砂壤土，容重為1.5 g/cm3，田間持水率為34.4%，土壤電導(dǎo)率為3.82 dS/m。生物炭改良劑由山東泰然生物工程有限公司生產(chǎn)，為木屑于600℃下熱解制成，容重0.4 g/cm3，K+、Na+、Ca2+、Mg2+質(zhì)量比分別為3.8、3.0、34.4、2.4 g/kg。供試土壤自然風(fēng)干后過2 mm篩，分層壓實(shí)填裝入直徑30 cm、高50 cm的圓桶中，土體填裝高度均為40 cm。由于灌溉過程中土壤含水率均未超出田間持水率，故無排水與收集裝置。施加生物炭處理的上層(0～20 cm)部分為生物炭與土壤按碳土質(zhì)量比5%均勻混合填裝。每桶上層5 cm為覆土，5～15 cm為肥料混合層，將25 g尿素、10 g硫酸鉀和10 g磷酸二氫鉀與土壤均勻混合。玉米品種選用“蘇玉29”，于7月1日播種，15 d后開始咸淡輪灌處理。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

(1)玉米咸淡輪灌盆栽試驗(yàn)

試驗(yàn)以不同炭土質(zhì)量比(0、5%)，不同咸淡水輪灌順序及微咸水礦化度為控制變量。根據(jù)玉米生長狀態(tài)以及季節(jié)性干旱因素將玉米生長時(shí)期均勻劃分為3個(gè)階段，即第15～45天(壯苗期)、第46～75天(拔節(jié)抽雄期)、第76～105天(灌漿期)，設(shè)置了3種咸淡水輪灌順序：SFF(壯苗期微咸水，拔節(jié)抽雄期和灌漿期淡水處理)、FSF(拔節(jié)抽雄期微咸水，壯苗期和灌漿期淡水處理)、FFS(灌漿期微咸水，壯苗期和拔節(jié)抽雄期淡水處理)。數(shù)字1、3、5表示礦化度，例如SFF1表示在壯苗期使用1 g/L微咸水灌溉。壯苗期土壤含水率控制在田間持水率的65%～80%，拔節(jié)抽雄期和灌漿期土壤含水率控制在田間持水率的75%～90%，成熟期不灌水，灌溉水量通過對照組稱量得到。淡水為試驗(yàn)區(qū)灌溉系統(tǒng)自來水，礦化度為0.12 g/L。微咸水由淡水與NaCl(AR)制備而成。試驗(yàn)各處理重復(fù)3次，共60個(gè)盆栽小區(qū)。

(2)生物炭Na+吸附試驗(yàn)

在試管中配置好3種礦化度(1、3、5 g/L)與CK灌溉水各40 mL，加入0.5 g生物炭，每個(gè)處理重復(fù)3次。試管在振蕩器中勻速振蕩12 h再放入離心機(jī)中高速離心10 min。瀝去上層清液收集下層聚合物，并用X射線熒光光譜法測定Na+濃度。

1.3 灌水及其他管理措施

灌水管理：試驗(yàn)開始前在盆栽桶壁套上遮光網(wǎng)，防止其溫度過高。灌溉水量通過對照組稱量得到，無生物炭處理共灌水24 L(壯苗期4次，拔節(jié)抽雄期和灌漿期各6次，每次灌水1.5 L)，施加生物炭處理共灌水31.5 L(壯苗期5次，拔節(jié)抽雄期和灌漿期各8次，每次灌水1.5 L)，灌溉水于傍晚通過灑壺均勻而緩慢灑入。

苗期管理：每桶撒3粒種，出苗后進(jìn)行查苗補(bǔ)苗、定苗。

追肥管理：拔節(jié)抽雄期，每桶施尿素30 g，在植株旁打深穴，將肥料施入穴內(nèi)然后培土。

除蟲管理：出穗后用噴霧器噴灑農(nóng)藥，防治玉米螟危害。

1.4 指標(biāo)測定方法

(1)土壤析出液含鹽量

灌溉結(jié)束后采用土鉆分層取土(0～20 cm、20～40 cm)，土樣經(jīng)自然風(fēng)干、充分研磨后過1 mm篩，按水土質(zhì)量比1∶1配置，提取土壤飽和浸滴液，由DDBJ-350型電導(dǎo)率儀(上海INESA科學(xué)儀器有限公司)測定土壤析出液含鹽量。

(2)生物炭Na+吸附能力

用X射線熒光光譜法測定Na+濃度，生物炭Na+吸附能力計(jì)算公式為

A=B/(0.5×0.04)

(1)

式中A——生物炭Na+吸附量，mg/g

B——Na+初始濃度與最終濃度差值，mg/L

(3)玉米光合作用指標(biāo)及葉綠素含量

從播種后每隔15 d測量玉米第3片完全展開葉片的光合氣體交換參數(shù)。采用TPS-2型便攜式光合作用測定系統(tǒng)(PP Systems，美國)在光強(qiáng)900～1 000 μmol/(m2·s)下測量各處理的凈光合速率(Pn)、蒸騰速率(Tr)，葉片水分利用效率(WUEL)采用Pn/Tr計(jì)算。

在距離葉片基部40%～60%的區(qū)域打圓形孔，孔徑10 mm，避開葉脈，記錄葉片質(zhì)量m(mg)。用95%乙醇浸泡法，定容到25 mL，用分光光度計(jì)在波長665 nm與649 nm下測定混合液上清液部分吸光度A665、A649，葉綠素總含量計(jì)算公式為

C=Ca+Cb

(2)

其中

Ca=13.95A665-6.88A649

(3)

Cb=24.96A649-7.32A665

(4)

式中Ca——葉綠素a含量，mg/L

Cb——葉綠素b含量，mg/L

C——葉綠素總含量，mg/L

(4)玉米生長指標(biāo)

每隔15 d測量玉米植株株高、葉面積至全生育期結(jié)束。株高采用卷尺測量；葉面積采用LI-3000A型葉面積儀測定第2片展開葉。

(5)玉米葉片水勢與葉片Na+/K+比

在3種灌溉模式下微咸水灌溉生育期結(jié)束后，取典型葉片，采用壓力室法測葉片水勢，采用火焰法測葉片中Na+、K+離子含量，并計(jì)算Na+/K+比。

(6)玉米產(chǎn)量及其構(gòu)成要素

收獲時(shí)，測量玉米穗質(zhì)量、籽粒質(zhì)量，從穗粒中隨機(jī)取100粒，稱量得百粒質(zhì)量；并收集玉米莖葉，105℃殺青后在70℃干燥箱中干燥至恒定質(zhì)量，稱量計(jì)算地上干物質(zhì)質(zhì)量。

(7)耗水量與產(chǎn)量水分利用效率

玉米播種前和收獲后，用稱量法測定土壤含水率，由于玉米種在避雨盆栽中，且灌溉過程中土壤含水率不超過田間持水率，排水量可忽略不計(jì)，耗水量計(jì)算公式為

ET=I-ΔW

(5)

式中I——灌水量，mm

ΔW——土壤儲(chǔ)水量變化值，mm

玉米產(chǎn)量水分利用效率計(jì)算公式為

WUE=m1/ET

(6)

式中WUE——玉米產(chǎn)量水分利用效率，g/L

m1——單位面積籽粒質(zhì)量，g/m2

1.5 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel進(jìn)行記錄與整理，使用SPSS 20統(tǒng)計(jì)程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，采用Duncan法進(jìn)行多重比較(α=0.05)，并采用Origin 9.0軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理土壤析出液含鹽量與生物炭Na+吸附能力變化

圖1(圖中B0表示無生物炭處理，B5表示5%生物炭處理，下同)為不同灌溉方式與不同生物炭處理下土壤析出液含鹽量變化。微咸水灌溉增加土壤析出液鹽分，且隨礦化度增高累積量顯著增加(P<0.05)，其中上層土壤(0～20 cm)增幅更為明顯。SFF5(B0)、FSF5(B0)與FFS5(B0)的上層土壤析出液含鹽量比CK分別增加0.38、0.77、0.60 g/kg，下層析出液含鹽量分別增加0.46、0.27、0.20 g/kg。由于后期淡水灌溉的淋洗，SFF模式上層鹽分含量最低，下層鹽分含量最高。FSF與FFS模式下出現(xiàn)鹽分表聚，需后續(xù)進(jìn)行淡水淋洗以確保土壤可持續(xù)利用。施加生物炭后，在較高礦化度微咸水灌溉下，上層土壤析出液含鹽量的增幅顯著降低(P<0.05)，下層土壤析出液含鹽量增幅升高。SFF5(B5)、FSF5(B5)與FFS5(B5)的上層土壤含鹽量增幅比無生物炭施加時(shí)小，較CK分別增加40.8%、43.1%、25.9%，下層土壤含鹽量分別增加24.9%、52.8%、63.3%。

圖1 不同灌溉方式與不同生物炭處理下各土層土壤析出液含鹽量變化Fig.1 Changes of salt content in different soil layers eluate under different irrigation methods and biochar treatments

圖2(圖中不同小寫字母表示不同礦化度下生物炭Na+吸附能力差異顯著(P<0.05))為在不同礦化度下生物炭Na+吸附能力。結(jié)果表明，在高礦化度下生物炭的Na+吸附能力顯著提高(P<0.05)，更多的Na+被生物炭吸附于固體聚合物中，在5 g/L礦化度下吸附能力最高，為51.28 mg/g，這與AKHTAR等[15]研究結(jié)果一致。由于生物炭較強(qiáng)的吸附作用，Na+被從土壤溶液中吸附并固定于生物炭土壤聚合物中，土壤溶液含鹽量較低[10]。Na+使土壤顆粒分散，粘粒膨脹，破壞土壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致土壤導(dǎo)水能力降低[16]，生物炭對Na+的吸附作用可減少Na+對土壤結(jié)構(gòu)的破壞，降低微咸水灌溉引起濱海圍墾區(qū)土壤發(fā)生次生鹽漬化的風(fēng)險(xiǎn)。

圖2 不同礦化度下生物Na+吸附能力變化Fig.2 Changes of biochar Na+ adsorption capacity under different salinities

2.2 施加生物炭對咸淡輪灌下玉米葉片水分利用效率及葉綠素含量的影響

圖3 不同灌溉方式與不同生物炭處理下玉米葉片水分利用效率與葉綠素含量的變化Fig.3 Changes of leaf water use efficiency and chlorophyll content of maize leaves under different irrigation methods and biochar treatments

不同灌溉方式與不同生物炭處理下玉米葉片水分利用效率(WUEL)及葉綠素含量見圖3(圖中*表示在0.05水平上差異顯著，** 表示在0.01水平上差異顯著，折線上方標(biāo)注表示不同生物炭處理下差異顯著水平，下方標(biāo)注表示在不同礦化度處理下差異顯著水平，下同)。從圖3中可知，低礦化度微咸水灌溉時(shí)輕微的鹽分脅迫激發(fā)玉米光合系統(tǒng)保護(hù)機(jī)制，導(dǎo)致葉片氣孔部分關(guān)閉，蒸騰速率(Tr)下降，葉綠素含量下降，但WUEL上升。SFF3(B0)與FFS3(B0)處理下，WUEL在壯苗期(第45天)、灌漿期(第105天)較CK上升1.7%、1.8%，葉綠素含量則分別減少12.0%、4.7%。 FSF3(B0)處理下WUEL與葉綠素含量在拔節(jié)抽雄期(第75天)分別下降4.4%、19.2%。高礦化度微咸水灌溉下非氣孔限制增強(qiáng)，伴隨著葉綠素退化，Pn下降遠(yuǎn)大于Tr，所以WUEL較CK呈下降趨勢。SFF5(B0)、FSF5(B0)、FFS5(B0)分別較CK下降6.3%、11.5%、3.1%，葉綠素含量則分別下降20.0%、19.2%、11.2%。施加生物炭后，WUEL仍表現(xiàn)出低礦化度下增加、高礦化度下降低的趨勢，但減幅較小， SFF5(B5)、FSF5(B5)、FFS5(B5)處理的WUEL比CK減少5.1%、11.2%、2.7%，葉綠素含量降幅也有所減小，為6.3%、11.5%、3.1%。微咸水灌溉在玉米營養(yǎng)階段對其光合參數(shù)的抑制作用大于生殖階段，生物炭的施加顯著提高了各生長階段的光合參數(shù)(P<0.05)，且在高礦化度微咸水灌溉下改善效果更為突出。5 g/L微咸水處理下光合參數(shù)上升10.0%～15.4%，葉綠素含量上升21.9%～37.5%。

2.3 施加生物炭對咸淡輪灌下玉米株高、葉面積的影響

不同灌溉方式與不同生物炭處理下玉米株高、葉面積動(dòng)態(tài)變化見圖4。隨時(shí)間推移，株高與葉面積逐漸增大，并分別于第90、75天達(dá)到峰值。微咸水灌溉帶入鹽分影響玉米生長，且礦化度越大，抑制越嚴(yán)重。SFF5(B0)、FSF5(B0)、FFS5(B0)株高較CK最大下降分別為13.77、32.47、9.75 cm，葉面積最大下降分別為28.75、91.82、14.92 cm2。灌漿期灌溉微咸水對玉米株高和葉面積影響最小，這可能是因?yàn)橛衩自诠酀{期主要進(jìn)行生殖生長，其鹽分敏感程度較營養(yǎng)階段小。加入生物炭后，株高和葉面積均有顯著提高。SFF5(B5)、FSF5(B5)、FFS5(B5)株高最大降幅比無生物炭處理分別減小46%、8%、19.2%，葉面積最大降幅則分別減小48.4%、11.5%、22.4%。生育期結(jié)束后，最小株高和葉面積均出現(xiàn)于FSF模式下，F(xiàn)SF5(B5)處理的株高和葉面積比FSF5(B0)處理提高23.55%和16.8%，表明施加生物炭可以減小微咸水灌溉對玉米的鹽分脅迫影響程度。

2.4 施加生物炭對咸淡輪灌下玉米葉片水勢比的影響

圖5為不同灌溉方式與不同生物炭處理下玉米葉片水勢與Na+/K+比變化情況。微咸水灌溉帶入大量Na+，并且限制玉米對K+的吸收，導(dǎo)致葉片中Na+/K+比增加。5 g/L各處理在微咸水灌溉時(shí)期Na+/K+比均出現(xiàn)最大增幅，無生物炭處理時(shí)較CK分別增加2.35、1.90、0.84，壯苗期最大。加入生物炭后，相同生育期內(nèi)，各參數(shù)處理間差異顯著(P<0.05)，5%生物炭處理的葉片水勢負(fù)值水平均小于0%生物炭處理。在3個(gè)生育期葉片最大Na+/K+比較無生物炭處理分別減小64.6%、60.1%、63.9%，生物炭的施加顯著降低玉米對Na+的吸收，并增加K+的吸收，有效緩解微咸水鹽脅迫。灌溉水礦化度的增加導(dǎo)致葉片水勢負(fù)值水平在各個(gè)生育期出現(xiàn)不同程度上升，升幅從小到大依次為灌漿期、拔節(jié)抽雄期、壯苗期，SFF5(B0)處理葉片水勢負(fù)值水平最高，為-1.62 MPa，分別高于拔節(jié)抽雄期、灌漿期20.9%、27.0%，表明鹽脅迫在壯苗期對玉米葉片水勢影響更大。

圖4 不同灌溉方式與不同生物炭處理下玉米株高、葉面積變化Fig.4 Changes of plant height and leaf area under different irrigation methods and biochar treatments

圖5 不同灌溉方式與不同生物炭處理下玉米葉片水勢與Na+/K+比變化Fig.5 Changes of leaf Na+/K+ and water potential under different irrigation methods and biochar treatments

2.5 施加生物炭對咸淡輪灌下玉米產(chǎn)量及產(chǎn)量水分利用效率的影響

表1列出了不同處理下玉米最終地上干物質(zhì)質(zhì)量、穗質(zhì)量、百粒質(zhì)量以及產(chǎn)量水分利用效率(WUE)。從表1中可以看出，玉米地上干物質(zhì)質(zhì)量、穗質(zhì)量、百粒質(zhì)量隨微咸水礦化度的增加而降低，且最小值均在FSF5(B0) 出現(xiàn)，與CK相比分別降低14.30%、11.54%、26.63%。施加生物炭處理所有指標(biāo)均有大幅上升，與未施加生物炭相比，地上干物質(zhì)質(zhì)量、穗質(zhì)量、百粒質(zhì)量分別增加40.82%、39.48%、41.95%。壯苗期、拔節(jié)抽雄期灌溉5 g/L微咸水顯著降低玉米的最終產(chǎn)量，施加生物炭能顯著提高玉米的收獲指數(shù)，一定程度上緩解玉米減產(chǎn)。WUE與地上干物質(zhì)質(zhì)量呈現(xiàn)出相似的規(guī)律，無論是否施加生物炭，最小值均出現(xiàn)在FSF5處理。施加生物炭后，最小值比未施加生物炭時(shí)增加45.75%。壯苗期、拔節(jié)抽雄期灌溉微咸水WUE下降更為明顯，進(jìn)一步驗(yàn)證了玉米在其營養(yǎng)階段比生殖階段對鹽分更為敏感的結(jié)論。不同交替灌溉順序中，施加生物炭均能提高玉米WUE。SFF5(B0)、FSF5(B0)、FFS5(B0)的WUE較CK分別下降25.30%、35.74%、24.1%，施加生物炭后降幅減小為10.4%、14.5%、7.06%。

表1 不同灌溉方式與不同生物炭處理下玉米產(chǎn)量構(gòu)成要素及產(chǎn)量水分利用效率Tab.1 Yield and yield water use efficiency under different irrigation methods and biochar treatments

注：數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差。每列數(shù)值后不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。

3 討論

鹽脅迫是影響作物正常生長的重要因素，水土中鹽分過高是農(nóng)業(yè)發(fā)展不可避免的障礙[17]。生物炭是一種在無氧環(huán)境條件下緩慢高溫分解而成富含碳的有機(jī)質(zhì)，因其具有較大的氧化表面積以及特殊的多孔結(jié)構(gòu)而對土壤有較好的改良作用[18]。生物炭包含大量K+、Ca2+、Mg2+[19]，一方面可作為作物礦物質(zhì)養(yǎng)分的來源，另一方面其含有的Ca2+、Mg2+可交換鹽漬化土壤膠體吸附的Na+[20]。生物炭呈負(fù)電荷且具有多孔隙結(jié)構(gòu)，其較高的Na+吸附能力可減少Na+對土壤結(jié)構(gòu)的破壞，促進(jìn)土壤顆粒的膠結(jié)與團(tuán)聚作用，改善土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)[21-22]，提高土壤透水性[23]，促進(jìn)濱海圍墾區(qū)土地開墾活動(dòng)[24-25]。在輪灌淡水過程中，無生物炭處理上層土壤溶液含鹽量仍保持較高水平，導(dǎo)致鹽脅迫持續(xù)時(shí)間較長，而5%生物炭處理中，大量鹽分隨淡水運(yùn)移到土壤下層，進(jìn)一步降低了表層土壤溶液含鹽量，從而減少鹽脅迫持續(xù)時(shí)間。

光合作用為玉米主要生理過程之一，對鹽脅迫反應(yīng)敏感。低礦化度微咸水激發(fā)玉米保護(hù)機(jī)制，氣孔關(guān)閉，WUEL升高，高礦化度微咸水灌溉下非氣孔限制增強(qiáng)，WUEL下降[26]。高礦化度下光合性能改變與葉綠素降解有關(guān)[27]，葉綠素含量也隨礦化度增高而降低。受限的光合作用影響了玉米的生長，玉米在營養(yǎng)階段(壯苗期、拔節(jié)抽雄期)對鹽脅迫更為敏感，株高和葉面積受抑制，且礦化度越高抑制作用越大[28]。灌漿期玉米主要進(jìn)行生殖生長，抗鹽脅迫能力較強(qiáng)，鹽脅迫的抑制效果不明顯。生物炭的施加減輕了微咸水灌溉對玉米光合系統(tǒng)的不利影響[29]，施加生物炭處理的玉米表現(xiàn)出較高WUEL，葉綠素含量也較高，且在敏感階段，這種緩解作用更為有效。

有研究表明，高礦化度下非氣孔限制所導(dǎo)致光合作用降低的原因是離子脅迫對植物光合機(jī)制或碳反應(yīng)酶活性的影響[30]。MUNNS[31]也提出鹽脅迫對植物生長影響的兩階段模型：第1階段為水分脅迫，第2階段植株吸收Na+增多，造成離子毒害。在本研究中，施加生物炭處理的玉米葉片水勢負(fù)值水平較低，表明生物炭通過其較高的鹽吸附能力緩解滲透脅迫并能改善植物水分狀況。此外，因?yàn)橛衩自跔I養(yǎng)階段對Na+抗斥能力差，所以在壯苗期和拔節(jié)抽雄期灌溉微咸水更易產(chǎn)生離子脅迫，Na+/K+比較高。施加生物炭處理下，由于生物炭吸附土壤溶液中的Na+，顯著降低玉米對Na+吸收，通過釋放礦質(zhì)養(yǎng)分提高對K+吸收，輔助調(diào)節(jié)離子平衡[32]。

生物炭的施加可改善濱海鹽漬土鹽分狀態(tài)，減少Na+對土壤結(jié)構(gòu)的破壞，促進(jìn)玉米光合作用，減輕水分脅迫，避免離子毒害，最終增加地上干物質(zhì)質(zhì)量、穗質(zhì)量、百粒質(zhì)量以及產(chǎn)量水分利用效率，提高咸淡輪灌的效率與可行性。由于玉米在營養(yǎng)階段對鹽分更為敏感，此時(shí)灌溉微咸水對玉米生長不利，導(dǎo)致水分利用效率低，造成減產(chǎn)。已有交替灌溉研究倡導(dǎo)在生長前期用淡水，在耐鹽度較高的生長后期用微咸水灌溉。本研究發(fā)現(xiàn)，生物炭改良作用使高礦化度微咸水在敏感階段可供灌溉，壯苗期灌溉微咸水的玉米在后期生長過程中各參數(shù)明顯增長，最終比無生物炭改良處理具有更高的地上干物質(zhì)質(zhì)量、穗質(zhì)量、百粒質(zhì)量以及產(chǎn)量水分利用效率。

4 結(jié)論

(1)在高礦化度下生物炭表現(xiàn)出較高的Na+吸附能力，在5 g/L礦化度下吸附量最高為51.28 mg/g。生物炭將Na+從土壤溶液中固定，緩解土壤鹽分表聚，減小Na+對土壤結(jié)構(gòu)的破壞。同時(shí)施加生物炭可改善植物水分狀況并緩解鹽脅迫造成的離子毒害，玉米葉片最大Na+/K+比下降64.6%。

(2)微咸水灌溉導(dǎo)致玉米光合參數(shù)與葉綠素含量下降，且在鹽分抗性相對薄弱的營養(yǎng)階段，抑制作用較生殖階段更為明顯。施加生物炭處理后，玉米各生長階段的光合參數(shù)與葉綠素含量較無生物炭處理顯著上升，5 g/L微咸水處理增益最大，光合參數(shù)上升10.0%～15.4%，葉綠素含量上升21.9%～37.5%。

(3)由于玉米在灌漿期主要進(jìn)行生殖生長，灌溉微咸水對玉米株高和葉面積影響最小，施加生物炭在各個(gè)生育階段均有顯著增加。淡咸淡模式下用最高礦化度灌溉，株高和葉面積最小，加入生物炭后分別增加23.55%、16.8%。

(4)相較于“淡淡咸”模式，“咸淡淡”與“淡咸淡”灌溉模式下玉米產(chǎn)量及其構(gòu)成要素下降更為明顯，加入生物炭后有顯著提高。最小值均出現(xiàn)在“淡咸淡”模式下5 g/L微咸水灌溉處理，與未施加生物炭相比，地上干物質(zhì)質(zhì)量、穗質(zhì)量、百粒質(zhì)量和產(chǎn)量水分利用效率分別增加40.82%、39.48%、41.95%、43.75%。