李江鵬，于陽雪，孫璐

(沈陽工學(xué)院生命工程學(xué)院，遼寧撫順 113122)

生物炭是在限氧條件下以及在低溫下熱解炭化得到的一種碳含量非常豐富、性質(zhì)也非常穩(wěn)定的物質(zhì)［1］，作為一種常用的土壤改良劑，具有調(diào)節(jié)土壤pH、防止土壤養(yǎng)分流失、吸附重金屬等多種功能［2－3］。近年來，生物炭受到農(nóng)業(yè)、環(huán)境、能源等領(lǐng)域?qū)＜覀兊膹V泛關(guān)注，被譽(yù)為“黑色黃金”［4－6］。研究表明，生物炭施入農(nóng)田土壤可改變土壤理化性質(zhì)，提高肥料利用效率，增加作物產(chǎn)量，促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

甜高粱是粒用高粱的一個(gè)變種，不僅有“高能作物”之稱，而且也因其具有抗旱、耐澇、耐貧瘠、耐鹽堿等特性而享有作物中的“駱駝”之美譽(yù)。甜高粱生物產(chǎn)量高，含糖量高，乙醇轉(zhuǎn)化率高，是優(yōu)良的飼料作物、糖料作物和可再生能源作物，合理開發(fā)利用，對(duì)我國(guó)糧食安全、能源安全具有重大意義。很多研究指出生物炭對(duì)于很多作物的生長(zhǎng)發(fā)育具有影響。在土壤中施入生物炭能增加水稻生育前期根系的主根長(zhǎng)、根體積和根鮮重，提高水稻根系總吸收面積和活躍吸收面積。在水稻生育后期，生物炭在一定程度上延緩根系衰老。根系傷流速率、根系活力和可溶性蛋白在整個(gè)生育期內(nèi)均高于對(duì)照，同時(shí)維持了較為適宜的根冠比，增強(qiáng)根系生理功能;生物炭處理的水稻產(chǎn)量增加，表現(xiàn)為每穴穗數(shù)、每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率提高，比對(duì)照平均增產(chǎn)25.28%［7］。鑒于此，筆者研究了生物炭對(duì)甜高粱生長(zhǎng)發(fā)育的影響，旨在為實(shí)現(xiàn)作物的高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高效栽培提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料 供試材料為遼甜1號(hào)，由遼寧省農(nóng)業(yè)科學(xué)院高梁研究所育成，1989年經(jīng)全國(guó)牧草品種委員會(huì)審定通過，主要是高粱飼草的新品種［8］。試驗(yàn)土壤采自沈陽工學(xué)院生命工程學(xué)院試驗(yàn)基地。試驗(yàn)中添加的生物炭來自沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)遼寧省生物炭工程技術(shù)研究中心。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 試驗(yàn)在沈陽工學(xué)院生命工程學(xué)院實(shí)驗(yàn)基地溫室大棚中進(jìn)行。采取盆栽方法，共設(shè)4個(gè)處理:CK(不添加生物炭)、C1(生物炭7 500 kg/hm2)、C2(生物炭11 250 kg/hm2)和C4(生物炭15 000 kg/hm2)。每個(gè)處理5次重復(fù)，共種植120盆。

1.3 測(cè)定方法 在高粱的不同時(shí)期用米尺測(cè)量株高;在特定的時(shí)期用游標(biāo)卡尺測(cè)量莖基粗;在特定的時(shí)期用查數(shù)的方式統(tǒng)計(jì)并記錄綠葉數(shù)和主莖節(jié)數(shù);根的鮮重:把根從土中完整地挖出，清除根上的泥土，用千分之一電子秤進(jìn)行測(cè)量;根的干重:采用烘干法，把稱完鮮重的根放入烘箱中烘至恒重，然后用千分之一電子秤進(jìn)行稱量。

1.4 數(shù)據(jù)處理 數(shù)據(jù)采用SPSS 20.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并用Excel進(jìn)行圖表的制作。

2 結(jié)果與分析

2.1 生物炭對(duì)高粱株高的影響 由圖1可知，同一時(shí)期高粱的生理株高和自然株高隨著生物炭添加量的增加逐漸增加。差異性檢驗(yàn)結(jié)果表明，高粱的生理株高與生物炭添加量存在極顯著關(guān)系，線性關(guān)系極好;高粱的自然株高與生物炭存在顯著關(guān)系。由此表明生物炭對(duì)高粱株高的影響很大，添加生物炭有助于高粱株高的增加。

由表1可知，對(duì)于生理株高而言，苗期生物炭的濃度對(duì)高粱株高影響最大，并且在一定范圍內(nèi)生物炭濃度越大，植物長(zhǎng)得越高;拔節(jié)期生物炭對(duì)高粱株高影響不大甚至產(chǎn)生負(fù)效應(yīng)，生物炭濃度大的植株增長(zhǎng)率甚至低于對(duì)照組;而在孕穗期內(nèi)適當(dāng)濃度生物炭促進(jìn)株高，如C1、C2處理，而添加量大反而抑制其生長(zhǎng)，如C3處理;開花期適當(dāng)濃度生物炭促進(jìn)株高，增加濃度影響不大。對(duì)于自然株高而言，生物炭對(duì)苗期影響最大，并且隨濃度的增加影響越明顯，生物炭對(duì)苗期自然株高的影響要高于生理株高;拔節(jié)期生物炭對(duì)自然株高起副作用，增長(zhǎng)率比對(duì)照組要低;孕穗期生物炭對(duì)自然株高的影響同生理株高;開花期適當(dāng)濃度生物炭有助于植株生長(zhǎng)。由上可知，添加生物炭有助于高粱株高的增加，其主要影響時(shí)期為苗期和孕穗期。

表1 生物炭對(duì)高粱各時(shí)期生理株高、自然株高影響的百分比

2.2 生物炭對(duì)高粱綠葉數(shù)的影響 由圖2可知，在高粱的各個(gè)生育期內(nèi)，生物炭對(duì)綠葉數(shù)的影響不大，在施加生物炭和對(duì)照試驗(yàn)中，有的時(shí)期對(duì)照組綠葉數(shù)較多，有的時(shí)期試驗(yàn)組綠葉數(shù)較多，無明顯的線性關(guān)系，生物炭對(duì)各時(shí)期綠葉數(shù)無明顯影響。

2.3 生物炭對(duì)高粱主莖節(jié)數(shù)的影響 由表2和表3可知，在拔節(jié)期生物炭對(duì)主莖節(jié)數(shù)產(chǎn)生積極影響，隨著生物炭添加量的增加，主莖節(jié)數(shù)也隨之增加;但在孕穗期和開花期，生物炭的添加降低了主莖節(jié)數(shù)，并且生物炭添加量越大，主莖節(jié)數(shù)越少?？傮w來講，生物炭的添加使高粱的主莖節(jié)數(shù)變少。

表2 生物炭對(duì)高粱主莖節(jié)數(shù)的影響

2.4 生物炭對(duì)高粱莖基粗的影響 莖基的粗細(xì)將直接影響植物的抗倒伏性，粗莖基將加強(qiáng)高粱的抗倒伏，為高粱抵御不利的外界環(huán)境、保產(chǎn)保收奠定良好的基礎(chǔ)。由表4可知，相同時(shí)期，添加生物炭的處理組高粱主莖基數(shù)都變粗，并且隨著生物炭含量的增加主莖基粗變大;同一植株在拔節(jié)期到孕穗期期間主莖基粗有下降趨勢(shì)，不同程度地變細(xì)，但試驗(yàn)組與對(duì)照組植株相比，試驗(yàn)組下降幅度較小甚至保持平衡。差異顯著性檢驗(yàn)結(jié)果表明，莖基粗與生物炭含量存在顯著關(guān)系。由此得出生物炭的添加對(duì)高粱莖基粗有積極影響。

表3 生物炭對(duì)高粱主莖節(jié)數(shù)影響的百分比

表4 生物炭對(duì)高粱莖基粗的影響 cm

2.5 生物炭對(duì)高粱根鮮、干重的影響

2.5.1 生物炭對(duì)高粱根鮮重的影響。由表5可知，生物炭對(duì)高粱根鮮重有很大的影響。苗期隨著生物炭添加量的增加，高粱根鮮重也在不斷增加，特別是C3處理根鮮重增加最突出;在拔節(jié)期試驗(yàn)組C3的根鮮重比對(duì)照組高，而C1和C2低于對(duì)照組;孕穗期所有試驗(yàn)組的根鮮重都要低于對(duì)照組，其中C3變化最明顯;開花期高粱的根鮮重隨著生物炭添加量的增加而增加，其中C3最明顯。

2.5.2 生物炭對(duì)高粱根干重的影響。由表5可知，在拔節(jié)期低濃度生物炭處理(C2)的根干重比對(duì)照組要低，而高濃度生物炭處理的根干重要高于對(duì)照組;孕穗期所有處理的根干重都要比對(duì)照組低，其中C3處理差別最大;開花期時(shí)添加生物炭的試驗(yàn)組根干重迅速積累，均遠(yuǎn)大于對(duì)照組，特別是C3，根干重達(dá)到了525.00 g。由上可知，添加生物炭可有效增加高粱根的干重，但在不同的生長(zhǎng)期作用結(jié)果不同;對(duì)照組在孕穗期就已經(jīng)基本完成根干重的積累，在孕穗期到開花期變化不大，生物炭起顯著作用主要集中在孕穗期到開花期，在短時(shí)間內(nèi)根干重迅速增加，而在拔節(jié)期和孕穗期內(nèi)添加生物炭的促進(jìn)效果不明顯，有的甚至存在抑制。

表5 生物炭對(duì)高粱各時(shí)期根鮮、干重的影響 g

3 討論

在甜高粱作為新興的糖料、飼料和能源作物越來越受到人們重視的今天，改善高粱種植環(huán)境、增加高粱產(chǎn)量日益迫切。來自巴西亞馬遜河地區(qū)的田間試驗(yàn)結(jié)果表明，在土壤中施入生物炭(以11 t/hm2標(biāo)準(zhǔn))，2年4個(gè)生長(zhǎng)季后水稻和高粱產(chǎn)量累積增加了75%［9］。而在熱帶與亞熱帶地區(qū)施用生物炭發(fā)現(xiàn)，除了使大豆、玉米等作物增產(chǎn)外，植株中的鎂、鈣含量也明顯增加［10］。該研究結(jié)果表明，在高粱的種植過程中生物炭的添加使高粱的形態(tài)特征發(fā)生重大的改變，植株高大，莖基粗壯，根系發(fā)達(dá)，必然導(dǎo)致產(chǎn)量的增加。同時(shí)生物炭的添加有助于土壤的改良，這對(duì)于高粱的栽培和種植有指導(dǎo)性的作用，所以該項(xiàng)技術(shù)應(yīng)該在高粱的種植過程中廣泛運(yùn)用。

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