生物炭對(duì)土壤化學(xué)性質(zhì)及水稻苗期生長(zhǎng)的影響

尹小紅 陳佳娜 雷濤 陶醉 肖正午 陳鴿 黃敏

（湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院/作物與環(huán)境研究中心，長(zhǎng)沙410128；*通訊作者）

水稻是中國(guó)最主要的糧食作物之一，全國(guó)約有65%的人口以稻米為主食。在過(guò)去的半個(gè)世紀(jì)，中國(guó)水稻產(chǎn)量增加了3倍多，為保障國(guó)家糧食安全作出了重要貢獻(xiàn)[1]。但隨著人口的增長(zhǎng)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，中國(guó)對(duì)稻米的需求仍不斷上升。至2030年，中國(guó)水稻需在現(xiàn)有基礎(chǔ)上增產(chǎn)20%才能滿足國(guó)內(nèi)需求，任務(wù)艱巨[2]。耕地土壤質(zhì)量是限制中國(guó)水稻增產(chǎn)的一個(gè)關(guān)鍵因素，主要表現(xiàn)為中低產(chǎn)田比例高和土壤退化嚴(yán)重[3]。因此，改善土壤肥力對(duì)提高我國(guó)水稻生產(chǎn)能力具有重要意義。

生物炭是以生物質(zhì)為原料，在缺氧或無(wú)氧條件下經(jīng)高溫裂解后形成的富碳固態(tài)物質(zhì)[4]，具有比表面積大、多微孔、吸附力強(qiáng)等特點(diǎn)。因其特殊的結(jié)構(gòu)及理化特性被廣泛應(yīng)用到農(nóng)業(yè)領(lǐng)域。近年來(lái)，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(shí)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(tài)環(huán)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(zhì)[11-12]及促進(jìn)水稻對(duì)土壤養(yǎng)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(chǎn)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(yīng)用的研究鮮見(jiàn)報(bào)道。本研究中，以油菜秸稈為原料制成生物炭，采用盆栽法開(kāi)展試驗(yàn)，探索其對(duì)水稻生長(zhǎng)的影響，以期為土壤培肥以及水稻增產(chǎn)栽培提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試水稻品種為隆兩優(yōu)華占。供試土壤基本理化性狀：pH值5.99，有機(jī)質(zhì)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(dòng)氣體吸附分析儀Quantachrome autosorb iQ測(cè)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(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2020年6—10月在湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)水稻研究所進(jìn)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(yàn)設(shè)2個(gè)處理：C0，不添加生物炭（對(duì)照）；C1，添加生物炭200 g/盆。每個(gè)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(zhǎng)期間保持3 cm高的水層。

1.3 測(cè)定指標(biāo)及方法

添加生物炭后與土壤充分拌勻，取土壤樣測(cè)定理化性狀，測(cè)定方法參照第三版《土壤農(nóng)化分析》中的方法進(jìn)行。

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

1.4 數(shù)據(jù)處理

用Excel 2010軟件處理數(shù)據(jù)，用DPS進(jìn)行差異顯著性分析，多重比較用新復(fù)極差法。

2 結(jié)果與分析

2.1 生物炭對(duì)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(jī)質(zhì)含量極顯著高于對(duì)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(xué)性狀

2.2 生物炭對(duì)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(duì)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(duì)水稻分蘗數(shù)、葉面積及干物質(zhì)量的影響

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

表3 添加生物炭后水稻分蘗數(shù)、葉面積和干物質(zhì)量

2.4 生物炭對(duì)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(zhǎng)、總根表面積極顯著高于對(duì)照；平均根直徑、總根體積、根系活力顯著高于對(duì)照。

表4 添加生物炭后水稻根系形態(tài)和根系活力

3 結(jié)論與討論

本研究中，添加生物炭后，水稻生長(zhǎng)表現(xiàn)為根系發(fā)達(dá)、分蘗數(shù)多、葉面積大，各部分的干物質(zhì)質(zhì)量明顯增加。其原因可能是添加生物炭后，土壤有機(jī)質(zhì)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(jié)構(gòu)，表面積較大，具有較好的親水性，可以降低土壤緊實(shí)度，改善了水稻根系的生長(zhǎng)環(huán)境，使得水稻根系總根長(zhǎng)、總根表面積、平均根直徑、總根體積等根系形態(tài)指標(biāo)顯著增加，根系活力顯著提高。而根系是水稻吸收水分和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的重要器官，根系發(fā)達(dá)可促進(jìn)水稻氮素吸收，進(jìn)而促進(jìn)水稻地上部分的生長(zhǎng)。地上部分生長(zhǎng)旺盛又為根系生長(zhǎng)提供足夠的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，形成良性循環(huán)。

水稻適宜生長(zhǎng)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(dá)到了7.16，但并沒(méi)有影響水稻的正常生長(zhǎng)，可能是因?yàn)樯锾繉?duì)其他土壤性狀的改良在水稻生長(zhǎng)方面產(chǎn)生的正效應(yīng)大于pH升高對(duì)水稻生長(zhǎng)的負(fù)效應(yīng)，確切原因需要進(jìn)一步研究。