生物炭對(duì)輕度鹽漬化棉田土壤及棉花生長(zhǎng)的影響研究*

張磊，王國(guó)棟，石磊，戴煜余

（1.塔里木大學(xué)農(nóng)學(xué)院，新疆 阿拉爾 843300；2.新疆農(nóng)墾科學(xué)院）

生物炭作為一種新型技術(shù)產(chǎn)品，近年來(lái)成為土壤學(xué)等領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)，其構(gòu)成和功能基礎(chǔ)主要是富含穩(wěn)定的碳元素、具有豐富的微孔結(jié)構(gòu)，比表面積大，吸附能力強(qiáng)、含有植物生長(zhǎng)所需的大量元素和中微量元素。生物炭對(duì)土壤物理和化學(xué)性質(zhì)具有明顯的改良作用，其多孔特性和比表面積有利于土壤聚集水分、提高孔隙度、降低容重，從而為植物生長(zhǎng)提供良好的環(huán)境[1]。目前，多數(shù)生物炭改良土壤理化性質(zhì)的研究集中在酸性土壤中，而新疆棉田土壤主要呈堿性[2]，在堿性土壤上生物炭對(duì)土壤的改良作用目前報(bào)道較少[3-4]。本研究針對(duì)輕度鹽漬化棉田土壤，通過(guò)添加生物炭處理和添加外源氮肥，探索生物炭添加對(duì)鹽漬化土壤以及棉花生長(zhǎng)的影響，以期為生物炭改良鹽漬化土壤，提升鹽漬化土壤養(yǎng)分利用效率提供科學(xué)依據(jù)與支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)設(shè)在新疆農(nóng)墾科學(xué)院試驗(yàn)基地農(nóng)田水利與土壤肥料研究所試驗(yàn)地，土壤為灰漠土，肥力中，前茬為棉花，耕層土壤pH為8.89，電導(dǎo)率EC25為344 μs/cm,耕層0～ 60 cm有機(jī)質(zhì)含量7.58 g/kg、堿解氮34.91 mg/kg、速效磷（P2O5）11.52 mg/kg、速效鉀（K2O）192.25 mg/kg、土壤容重1.17 g/cm3。

1.2 供試材料

供試棉花品種為新陸早45號(hào)，供試肥料為尿素（N46%）、三料磷肥（P2O546%）、硫酸鉀（K2O60%）。生物炭采用新疆炮臺(tái)試驗(yàn)站出品的棉花秸稈生物炭。棉稈生物炭pH為10.20，電導(dǎo)率EC25=5 400 μs/cm。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用大田微區(qū)設(shè)計(jì)，選用直徑和高度均為60 cm無(wú)底圓桶埋入各相應(yīng)小區(qū)正中位置，小區(qū)面積50 m2，微區(qū)面積0.29 m2，微區(qū)內(nèi)棉花株數(shù)經(jīng)人工清理保持一致，各處理施用生物炭的量為0 g/kg、10 g/kg、15 g/kg、25 g/kg、40 g/kg、60 g/kg，換算后施用量為0、1.50 t/667 m2、2.25 t/667 m2、3.75 t/667 m2、6.00 t/667 m2、9.00 t/667 m2。施肥量：氮肥（N）用量18 kg/667 m2，磷肥（P2O5）用量7 kg/667 m2，鉀肥（K2O）用量4 kg/667 m2，全部做追肥。灌水量：280 m3/667 m2，重復(fù)3次，共18個(gè)處理，全生育期施等量的氮、磷、鉀。

1.4 測(cè)定項(xiàng)目

收獲后測(cè)定不同處理土壤緊實(shí)度，苗期、蕾期、花鈴期每個(gè)處理選擇長(zhǎng)勢(shì)良好均一的棉花作為觀測(cè)對(duì)象，對(duì)棉花不同生育期內(nèi)出苗率、株高、株徑、葉片數(shù)、花鈴數(shù)、棉桃數(shù)進(jìn)行跟蹤觀測(cè)。測(cè)定棉花凈光合速率、SPAD值等生理指標(biāo)，并于收獲期進(jìn)行小區(qū)測(cè)產(chǎn)。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用WPS2019和ORIGIN9.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 施用生物炭對(duì)棉田土壤緊實(shí)度的影響

土壤緊實(shí)度是土壤重要的物理性狀，是衡量土壤中三相物質(zhì)存在狀態(tài)和容積比例的重要指標(biāo)，對(duì)土壤的水、肥、氣、熱及其物理化學(xué)和生物學(xué)過(guò)程等因素具有調(diào)控作用，進(jìn)而會(huì)對(duì)植物養(yǎng)分吸收和根、葉等器官和植株的生長(zhǎng)發(fā)育產(chǎn)生重要影響。由圖1可知，添加不同量生物炭對(duì)土壤緊實(shí)度有一定的影響，其中40 g/kg和60 g/kg處理各土層緊實(shí)度變化不大，從2.5 cm至42.5 cm均在500 kPa左右，均低于其他生物炭施用量處理，其他4個(gè)處理，土壤緊實(shí)度均表現(xiàn)出拋物線型變化，土壤緊實(shí)度在0～10 cm隨著土層深度的增加而增加，在10～ 20 cm隨著土層深度的增加土壤緊實(shí)度逐漸降低，這可能與表層土壤含水量低有關(guān)，而在20～ 30 cm后隨著土層深度的增加土壤緊實(shí)度呈逐漸上升的趨勢(shì)，在30 cm后隨著土層深度的增加土壤緊實(shí)度呈降低趨勢(shì)。從整體來(lái)看，生物炭的添加對(duì)土壤緊實(shí)度影響較大，40 g/kg處理和60 g/kg處理有相同的變化趨勢(shì)，生物炭具有較好的保水性能，可能與土壤含水量有一定的關(guān)系。

圖1 施用生物炭后對(duì)鹽漬化土壤緊實(shí)度的影響

2.2 施用生物炭后對(duì)棉花生育各時(shí)期SPAD的影響

葉片是植物進(jìn)行光合作用的主要器官，其葉綠素含量可以反映出植物光合生產(chǎn)潛力，由于植物葉片SPAD值與葉綠素含量具有顯著相關(guān)性，因而葉片SPAD值常被用來(lái)表征植物體葉綠素含量。由圖2可知，各施用生物炭處理的棉花葉片SPAD值基本呈現(xiàn)相同的變化規(guī)律，蕾期、初花期>盛鈴期、吐絮期>盛花期、鈴期，其中蕾期和初花期以10 g/kg處理葉綠素含量最高，盛花期和鈴期以不施用生物炭處理最高，在盛鈴期和吐絮期以15 g/kg處理葉綠素含量最高同時(shí)各處理SPAD值較為接近。

圖2 施用生物炭對(duì)棉花生育期SPAD值的影響

2.3 施用生物炭對(duì)棉花蕾期光合特性的影響

生物炭處理可顯著提高棉花葉片的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、光合能力以及棉花產(chǎn)量等參數(shù)[5]。圖3表明不同處理在同一生育時(shí)期凈光合速率（Pn）10 g/kg處理蕾期高于現(xiàn)蕾期，其它處理凈光合速率現(xiàn)蕾期均高于蕾期，呈現(xiàn)出相同的變化趨勢(shì)；各處理蕾期蒸騰速率（Tr）均呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，且其蒸騰速率蕾期均高于現(xiàn)蕾期，其中10 g/kg處理顯著低于其他處理；各處理氣孔導(dǎo)度（Gs）變化趨勢(shì)大致相同；各處理間胞間濃度（Ci）與氣孔導(dǎo)度變化趨勢(shì)相似，均隨著生物炭施用量的增加呈現(xiàn)降低趨勢(shì)。

圖3 不同生物炭施用量對(duì)棉花葉片光合參數(shù)的影響

2.4 施用生物炭對(duì)棉花產(chǎn)量的影響

根據(jù)產(chǎn)量的計(jì)算結(jié)果，其中產(chǎn)量最高的為15 g/kg處理，較對(duì)照增產(chǎn)46%，其次為40 g/kg處理，較對(duì)照增產(chǎn)36%，其次分別為25 g/kg處理和10 g/kg處理，60 g/kg處理增產(chǎn)最少，較對(duì)照增產(chǎn)5%。由產(chǎn)量結(jié)果可以得出，15～ 40 g/kg處理可以達(dá)到較高產(chǎn)量，施用量較大的60 g/kg處理產(chǎn)量最低，因此，在輕度鹽漬化土壤上生物炭的施用量在15～ 40 g/kg較適宜。關(guān)于生物炭和施氮量對(duì)棉花生長(zhǎng)及產(chǎn)量的影響，研究結(jié)果表明，在灰漠土上生物炭和氮肥的合理配施，有助于促進(jìn)棉花生長(zhǎng)、提高產(chǎn)量[6]。同時(shí)，鹽漬化土壤上最佳的生物炭施用量還需要更多的田間試驗(yàn)研究確定。

3 討論與結(jié)論

生物炭作為一種土壤改良劑，由于其自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)于土壤物理化學(xué)性質(zhì)的影響，以及對(duì)土壤養(yǎng)分的持留均有一定的作用。氮肥作為鹽漬化土壤上損失最為嚴(yán)重的養(yǎng)分，主要通過(guò)氨揮發(fā)損失，如何提高鹽漬化土壤的保氮能力，是減少氮肥損失的主要途徑。施用生物炭改善了鹽漬化土壤的理化性質(zhì)，促進(jìn)了作物生長(zhǎng)，生物炭用量0.5%時(shí)施用效果最優(yōu)[7]。說(shuō)明生物炭對(duì)鹽漬化土壤有一定改良效果。國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者針對(duì)生物炭對(duì)氮素淋洗損失展開(kāi)了一系列的研究，通過(guò)測(cè)定氨揮發(fā)研究發(fā)現(xiàn)，生物炭可使2種酸性土壤pH升高，氨揮發(fā)量分別增加7.8倍和1.7倍[8]。同時(shí)研究發(fā)現(xiàn)，在北疆棉田上，不同類型生物炭對(duì)棉花產(chǎn)量影響顯著，其中雞糞生物炭有較好的增產(chǎn)效果[9]?？梢?jiàn)生物炭在土壤改良以及提高養(yǎng)分利用效率及作物產(chǎn)量方面均有較為積極的作用。本研究結(jié)果表明，由于生物炭多孔疏松的特性，添加生物炭有利于降低土壤緊實(shí)度，同時(shí)適量的生物炭施用，可提高輕度鹽漬化土壤棉花產(chǎn)量。