酒糟炭基肥對紅纓子高粱生長、產(chǎn)量及土壤養(yǎng)分的影響研究

許華杰，陳芹卉，吳永琴，郭繼元

（茅臺學院，貴州 仁懷 564500）

紅纓子高粱富含淀粉和單寧[1-3]，以其作為醬香型白酒的主要生產(chǎn)原料，不僅出酒率高，且酒體豐滿醇厚，醬香突出。近年來，隨著醬香型白酒市場的持續(xù)壯大，紅纓子高粱的種植面積隨之增加。因此，對紅纓子高粱種植施肥的研究，對促進紅纓子高粱高產(chǎn)和穩(wěn)定醬香型白酒生產(chǎn)具有重要意義。

同時，隨著醬香型白酒產(chǎn)量的穩(wěn)步提升，產(chǎn)生了大量的酒糟廢棄物。目前，酒糟廢棄物的綜合利用有多種多樣的途徑，包括酒糟能源化、酒糟肥料化、酒糟飼料化、酒糟材料化等。對于酒糟肥料化方面，傳統(tǒng)方式是將酒糟堆積發(fā)酵后補充一定比例N、P、K后生產(chǎn)有機肥，但其肥效一般。

生物炭（Biochar）是指在完全或部分缺氧的條件下，由農(nóng)作物秸稈、木質(zhì)材料、禽畜糞便等有機材料經(jīng)熱解（一般溫度低于700 ℃）炭化所產(chǎn)生的一類高度芳香化的難溶性固態(tài)物質(zhì)[4]。生物炭含碳量極高，施入土壤后可增加土壤中的有機質(zhì)含量[5-6]；另一方面，因其具有發(fā)達的孔隙結構[7-8]和較高的陽離子交換量[9-10]，可以吸附和負載肥料養(yǎng)分，延緩肥料在土壤中的釋放與淋失[11-12]。因此將生物炭混入肥料制成生物炭基肥，作為土壤改良劑的應用備受關注，近年來取得了積極效應[13-17]。張萌等[18]的研究表明，施用生物炭基肥可顯著提高朝天椒產(chǎn)量，生物炭基肥施用量為2 167.5 kg/hm2時朝天椒生物效應和經(jīng)濟效益最好；王月等[19]的研究表明，施用炭基緩釋花生專用肥促進了花生開花下針期和結莢期葉片葉綠素的含量、凈光合速率，增加了單株莢果質(zhì)量和百果質(zhì)量，顯著提高了花生的產(chǎn)量。目前，盡管研究生物炭基肥對農(nóng)作物種植方面的報道不少，但有關施加生物炭基肥對紅纓子高粱種植方面的研究鮮見報道。

因此，本試驗以紅纓子高粱為研究對象，通過盆栽試驗，研究不同配比酒糟炭基肥對紅纓子高粱生長、產(chǎn)量及土壤養(yǎng)分的影響。旨在探索酒糟炭的最佳施加比例，為促進高粱產(chǎn)量的高產(chǎn)提供理論依據(jù)；同時，為酒糟廢棄物肥料化方向開創(chuàng)一種高效的利用途徑。這具有相當顯著的經(jīng)濟、環(huán)境和社會效益。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

酒糟和酒糟有機肥：茅臺生態(tài)循環(huán)經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)園；紅纓子高粱：仁懷市紅纓子高粱種植投資有限公司。

土壤：采自仁懷市紅纓子高粱基地的紅壤，其有機質(zhì)1.72%、堿解氮128.11 mg/kg、有效磷18.56 mg/kg、速效鉀201.42 mg/kg、pH為7.12。

濃鹽酸、濃硫酸、NaF、Na2SO4、NaOH、CH3COONa、乙二胺四乙酸（ethylenediaminetetraacetic acid，EDTA-2Na）、酒石酸鉀鈉、酒石酸鈉、阿拉伯膠粉、納氏試劑、鉬酸銨、SnCl2、四苯硼鈉、磷酸二氫鉀、硫酸銨、硝酸鉀、硫酸鉀（均為分析純）：國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 儀器與設備

UV-8000ST紫外分光光度計：上海元析儀器有限公司；SG-GL1200K高溫管式爐：上海光學精密機械研究所；FW-500A粉碎機：常州高德儀器制造有限公司。

1.3 方法

1.3.1 酒糟炭及酒糟炭基肥的制備

將酒糟烘干后放入高溫管式爐，在缺氧、充入一定量氮氣的條件下進行炭化，升溫速率為1.5 ℃/min，升溫至600 ℃，恒溫30 min，待冷卻后取出進行研磨，過100～200目篩，制得酒糟炭，其含碳量為53.3%，含氮量為6.58%。將酒糟炭和酒糟有機肥按照一定比例混合得到酒糟炭基肥。其中，酒糟有機肥的有機質(zhì)≥45%，總養(yǎng)分（N+P2O5+K2O）≥5%，水分≤30%。

1.3.2 盆栽試驗設計

盆栽試驗所用盆規(guī)格為Φ300 mm×310 mm。試驗設計8個方案，每個處理有3盆重復，每盆種植3株。按照250 g/m2的肥料和盆中表層20 cm的土壤進行充分混合后一次性施入，各方案中酒糟炭、酒糟有機肥以及土壤含量如表1所示。

表1 不同比例酒糟炭基肥處理方案Table 1 Fertilization treatment scheme of different ratios of distiller's grain biochar-based fertilizer

1.3.3 紅纓子高粱生長情況、產(chǎn)量測定及土壤養(yǎng)分分析

分別在生長的幼苗期、壯苗期、抽穗期觀測植株的株高、株徑。收獲后，紅纓子高粱植株用105 ℃烘箱殺青30 min后，80 ℃烘干至質(zhì)量恒定，測定地上干物質(zhì)質(zhì)量。

高粱籽粒自然風干去殼后通過稱重法測定紅纓子高粱籽粒產(chǎn)量。

紅纓子高粱收獲后，取20 cm以內(nèi)的根際土，風干后裝入布袋待測。采用聯(lián)合浸提劑（NaF+Na2SO4+CH3COONa+EDTA-2Na）進行消煮后，通過分光光度計測定土壤中銨態(tài)氮、有效磷和速效鉀[20]。

2 結果與分析

2.1 不同配比酒糟炭基肥對紅纓子高粱生長的影響

2.1.1 不同配比酒糟炭基肥對紅纓子高粱株高的影響

由圖1可知，在幼苗期F2、F6、F7、F8組的紅纓子高粱株高顯著高于F1、F4、F5組（P＜0.05），高于F3組但差異不顯著（P＞0.05），說明施用含超過30%酒糟炭的炭基肥對紅纓子高粱初期株高有利，其中以含30%酒糟炭的炭基肥（F6組）最佳；在壯苗期F6組的紅纓子高粱株高顯著高于F1、F2、F3、F4、F5、F8組（P＜0.05），高于F7組但差異不顯著（P＞0.05），說明施用含30%酒糟炭的炭基肥對紅纓子高粱期壯苗期株高有利；在抽穗期F6組的紅纓子高粱株高顯著高于F1、F2、F3、F4、F5組（P＜0.05），高于F7、F8組但差異不顯著（P＞0.05），說明施用含30%酒糟炭的炭基肥對紅纓子高粱抽穗期株高有利。

圖1 不同配比酒糟炭基肥對紅纓子高粱株高的影響Fig. 1 Effect of different ratios of distiller's grain biochar-based fertilizer on the height of Hongyingzi sorghum

因此，施用含30%～40%酒糟炭的炭基肥對紅纓子高粱株高有一定的促進作用，其中以含30%酒糟炭的炭基肥最佳。

2.1.2 不同配比酒糟炭基肥對紅纓子高粱株徑的影響

由圖2可知，在幼苗期F8組的紅纓子高粱株徑顯著高于F1、F3、F4組（P＜0.05），高于F2、F5、F6、F7組但差異不顯著（P＞0.05），說明施用含20%以上酒糟炭的炭基肥對紅纓子高粱幼苗期株徑有利，以含50%酒糟炭的炭基肥最佳；在壯苗期于F4、F5、F6、F7組的株徑顯著高于F1組（P＜0.05），高于F2、F3、F8組但差異不顯著（P＞0.05），說明施用含10%～40%酒糟炭的炭基肥對紅纓子高粱壯苗期株徑有利，以含20%酒糟炭的炭基肥最佳；在抽穗期F4、F5、F6組的紅纓子高粱株徑顯著高于F1、F8組（P＜0.05），高于F2、F3、F7組但差異不顯著（P＞0.05），說明施用含10%～30%酒糟炭的炭基肥對紅纓子高粱抽穗期株徑有利，以含20%酒糟炭的炭基肥最佳。

圖2 不同配比酒糟炭基肥對紅纓子高粱株徑的影響Fig. 2 Effect of different ratios of distiller's grain biochar-based fertilizer on the diameter of Hongyingzi sorghum

因此，施用含20%～40%酒糟炭的炭基肥對紅纓子高粱株徑有一定的促進作用，其中以含20%酒糟炭的炭基肥最佳，但與含30%、40%酒糟炭的炭基肥差異不顯著（P＞0.05）。

2.1.3 不同配比酒糟炭基肥對紅纓子高粱生物量的影響

由圖3可知，F(xiàn)6組的紅纓子高粱生物量顯著高于F1、F2、F3、F8組（P＜0.05），高于F4、F5、F7組但差異不顯著（P＞0.05），說明施用含10%～40%酒糟炭的炭基肥對紅纓子高粱生物量有利，以含30%酒糟炭的炭基肥最佳。由于生物量與植株株高和株徑呈正相關關系，因此酒糟炭基肥對生物量的影響效果與其對株高、株徑的影響效果基本一致。

圖3 不同配比酒糟炭基肥對紅纓子高粱生物量的影響Fig. 3 Effect of different ratios of distiller's grain biochar-based fertilizer on the biomass of Hongyingzi sorghum

綜上所述，酒糟炭對紅纓子高粱生長有一定的促進作用，其中以含30%酒糟炭的炭基肥最佳。

2.2 不同配比酒糟炭基肥對紅纓子高粱產(chǎn)量的影響

由圖4可知，F(xiàn)6組的紅纓子高粱產(chǎn)量顯著高于F1、F2、F7、F8組（P＜0.05），高于F3、F4、F5組但差異不顯著（P＞0.05），說明施用含10%～30%酒糟炭的炭基肥可提高紅纓子高粱產(chǎn)量，以含30%酒糟炭的炭基肥最佳（平均每株產(chǎn)量13.6 g），比空白組（平均每株產(chǎn)量6.52 g）提高了109%，比單施酒糟炭（平均每株產(chǎn)量6.92 g）提高了96.5%，比單施有機肥（平均每株產(chǎn)量9.37 g）提高了45.1%。

圖4 不同配比酒糟炭基肥對紅纓子高粱產(chǎn)量的影響Fig. 4 Effect of different ratios of distiller's grain biochar-based fertilizer on the yield of Hongyingzi sorghum

綜上所述，酒糟炭對紅纓子高粱產(chǎn)量有一定的促進作用，其中以含30%酒糟炭的炭基肥最佳。

2.3 不同配比酒糟炭基肥對土壤養(yǎng)分的影響

2.3.1 對土壤銨態(tài)氮的影響

由圖5可知，紅纓子高粱收獲后F2、F4、F5、F6、F7、F8組的土壤銨態(tài)氮含量顯著高于F1、F3組（P＜0.05），這是由于酒糟炭具有發(fā)達的孔隙結構而負載肥料養(yǎng)分的原因導致?？瞻捉M的土壤中銨態(tài)氮含量高于單施有機肥，這可能是單施有機肥的高粱長勢較好而對氮素的吸收高于空白組導致。

圖5 不同配比酒糟炭基肥對土壤銨態(tài)氮的影響Fig. 5 Effect of different ratios of distiller's grain biochar-based fertilizer on ammonium nitrogen in soil

在不同酒糟炭基肥配施處理中，銨態(tài)氮含量不與酒糟炭的添加比例呈正相關關系，而生長及產(chǎn)量最佳的F6組（含30%酒糟炭）的土壤中銨態(tài)氮含量最低，可能是受酒糟炭負載養(yǎng)分能力和高粱生長的綜合影響導致。

2.3.2 對土壤有效磷的影響

由圖6可知，紅纓子高粱收獲后F7、F8組土壤的有效磷含量顯著高于F1、F3組（P＜0.05），高于F2、F4、F5、F6組但差異不顯著（P＞0.05），這是由于酒糟炭提高了土壤中磷的吸附導致?？瞻捉M的土壤中有效磷含量高于單施有機肥，這可能是單施有機肥的高粱對有效磷的吸收高于空白組導致。

圖6 不同配比酒糟炭基肥對土壤有效磷的影響Fig. 6 Effect of different ratios of distiller's grain biochar-based fertilizer on available phosphorus in soil

在不同酒糟炭配施處理中，受酒糟炭負載養(yǎng)分能力和高粱生長的綜合影響，長勢及產(chǎn)量最佳的F6組（添加30%酒糟炭）的土壤中有效磷含量最低。

2.3.3 對土壤速效鉀的影響

由圖7可知，紅纓子高粱收獲后F4、F5、F7、F8組土壤的速效鉀顯著高于F1、F2、F3組（P＜0.05），高于F6組但差異不顯著（P＞0.05），這是由于酒糟炭具有負載養(yǎng)分的原因導致。單施有機肥的土壤中速效鉀含量高于空白組，這可能是有機肥帶入鉀元素及高粱對其吸收情況導致。

圖7 不同配比酒糟炭基肥對土壤速效鉀的影響Fig. 7 Effect of different ratios of distiller's grain biochar-based fertilizer on available potassium in soil

在不同酒糟炭配施處理中，長勢及產(chǎn)量最佳的F6組（添加30%酒糟炭）的土壤中速效鉀含量最低，這是受到酒糟炭負載養(yǎng)分能力和高粱生長的綜合影響導致。

3 討論

3.1 不同配比酒糟炭基肥對紅纓子高粱生長及產(chǎn)量的影響

本研究結果表明，酒糟炭對紅纓子高粱株高、株徑、生物量及產(chǎn)量均有一定的促進作用；在不同酒糟炭配施處理中，以30%的酒糟炭基肥對植株株高、生物量及產(chǎn)量的影響最為顯著，以20%的酒糟炭基肥對株徑的影響最佳。康日峰等[21]研究表明，小麥生育期內(nèi)，施用生物炭占輔料75%及以上的處理較對照處理均顯著提高小麥地上部干質(zhì)量、地下部干質(zhì)量、總干質(zhì)量。王智慧等[22]的研究中，肥炭比為8∶2或7∶3對玉米植株生長較突出，為較優(yōu)炭基肥比例。由于生物炭的氮元素及礦物質(zhì)含量較低[23]而對作物生長所需養(yǎng)分的貢獻不高[24]，因此，對紅纓子高粱生長及產(chǎn)量起促進作用的原因可能是生物炭可延緩肥料在土壤中的釋放與淋失[11-12]；生物炭的有機質(zhì)也增加了土壤肥力，從而促進高粱的生長。關于生物炭基肥中生物炭的最佳施加比例，需要根據(jù)不同具體情況而定，同一種作物對不同來源的生物炭基肥有不同的添加比例，同一來源的生物炭基肥對不同作物也有不同添加比例。因此，本研究的最佳添加比例與前人研究的其他作物的結論不盡相同，并且還有待反復的大田試驗來論證。

3.2 不同配比酒糟炭基肥對土壤養(yǎng)分的影響

本研究發(fā)現(xiàn)添加酒糟炭的處理的土壤中銨態(tài)氮、有效磷和速效鉀均高于空白和單施有機肥。秦亞旭[25]研究表明，施用炭基肥處理的土壤氮素和鉀素養(yǎng)分都有一定程度的增加。李昌娟等[26]研究表明，生物炭基肥可顯著提高酸化茶園土壤pH以及銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、速效磷、速效鉀、交換性鈣和交換性鎂含量。進一步證實生物炭可延緩肥料在土壤中的釋放與淋失，這主要是由于生物炭具有發(fā)達的孔隙結構[7-8]，可以吸附和負載肥料養(yǎng)分；也有研究認為是因為生物炭具有較高的陽離子交換量[9-10]來吸附養(yǎng)分。在不同酒糟炭配施處理中，長勢及產(chǎn)量最佳的施肥處理（添加30%酒糟炭）的土壤中銨態(tài)氮、有效磷和速效鉀含量最低。這可能是受酒糟炭負載養(yǎng)分能力和高粱生長的綜合影響導致，具體影響機制有待反復試驗來探明。

4 結論

酒糟炭對紅纓子高粱的生長有一定的促進作用，在不同酒糟炭配施處理中，以30%的酒糟炭基肥對紅纓子高粱生長最有利；可顯著提高紅纓子高粱產(chǎn)量（平均每株產(chǎn)量13.6 g），比空白組（平均每株產(chǎn)量6.52 g）提高了109%，比單施酒糟炭（平均每株產(chǎn)量6.92 g）提高了96.5%，比單施有機肥（平均每株產(chǎn)量9.37 g）提高了45.1%；酒糟炭可有效降低土壤中銨態(tài)氮、有效磷和速效鉀的淋失，在不同酒糟炭配施處理中，受酒糟炭負載養(yǎng)分能力和高粱生長的綜合影響，施用含30%酒糟炭的炭基肥的紅纓子高粱收獲后的土壤中銨態(tài)氮、有效磷和速效鉀含量最低。