崔月峰 盧鐵鋼 孫國(guó)才 王桂艷 王健 黃文佳

摘 要：【目的】研究秸稈直接還田和秸稈炭化（即生物炭）還田對(duì)北方粳稻物質(zhì)生產(chǎn)和產(chǎn)量的影響。【方法】以北方超級(jí)粳稻沈農(nóng)265為試材，采用育苗移栽的種植方式，設(shè)置常規(guī)生產(chǎn)、秸稈直接還田（6 t·hm-2）、低量生物炭還田（2 t·hm-2）和高量生物炭還田（40 t·hm-2）等4個(gè)處理，分析沈農(nóng)265的物質(zhì)生產(chǎn)及產(chǎn)量差異變化?！窘Y(jié)果】與常規(guī)生產(chǎn)相比，秸稈直接還田后粳稻干物質(zhì)積累不足，葉輸出率和貢獻(xiàn)率分別顯著降低了41.19%和34.69%，每穗實(shí)粒數(shù)、千粒重和有效穗數(shù)都呈現(xiàn)出負(fù)向效應(yīng)，致使產(chǎn)量下降;高量生物炭還田下干物質(zhì)積累有下降趨勢(shì)，葉和莖鞘輸出率分別顯著降低了21.41%和17.43%，每穗實(shí)粒數(shù)下降;低量生物炭還田使干物質(zhì)積累量增加，葉貢獻(xiàn)率顯著提高11.68%，水稻每穗實(shí)粒數(shù)、千粒重和有效穗數(shù)產(chǎn)生正向效應(yīng)，有提高產(chǎn)量的潛力。【結(jié)論】適宜的秸稈生物炭還田（2 t·hm-2），有利于促進(jìn)北方稻區(qū)的水稻生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：秸稈;生物炭;粳稻;物質(zhì)生產(chǎn)

中圖分類號(hào)：S 511文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1008-0384（2019）06-630-08

Abstract：【Objective】Effect of various means to utilize straws after rice harvest on production and yield of Japonica rice in northern China was evaluated for optimal farm waste management. 【Method】Seedlings of Shennong 265 were transplanted for the experimental cultivation using the conventional fertilization method， a direct straw reclamation in soil at a rate of 6 t·hm-2， the application of straw biochar at a rate of 2 t·hm-2， or the application of straw biochar at a rate of 40 t·hm-2. Rice production and grain yield at harvest were recorded for analysis. 【Result】Adding the cut straws directly back to the field lowered the dry matter accumulation in the grains in the following season that significantly decreased the material output and contribution rates by the leaves by 41.19% and 34.69%， respectively. The grain count per panicle， 1 000-grain weight， panicle number， and grain yield of the rice plants were all negatively affected under the direct straw addition method. The biochar application at the higher rate also reduced dry matter accumulation in the grains with significantly decreased material output by the leaves （21.41% reduction） and stems/sheaths （17.43% reduction）. The grain count per panicle was lower than the conventional method as well. On the other hand， when the biochar application was implemented at a lower rate， i.e.， 2 t·hm-2 rather than 40 t·hm-2， the dry matters increased 11.68% on the material contribution rate by the leaves， along with the positive effects observed on the grain count per panicle， 1 000-grain weight， panicle number， and yield of the rice grown by using the method. 【Conclusion】The waste utilization by adding straw biochar at 2 t·hm-2 to the soil appeared plausible for rice production in northern China.

Key words： straw; biochar; Japonica rice; material production

0 引言

【研究意義】長(zhǎng)期以來，大量秸稈資源被焚燒、丟棄，沒有得到充分合理利用，不僅造成了生物質(zhì)資源的極大浪費(fèi)，也加劇了溫室效應(yīng)和環(huán)境污染。因此探討秸稈高效利用的新途徑是關(guān)系到資源、環(huán)境以及農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重點(diǎn)之一。秸稈直接還田具有培肥地力、增加水稻產(chǎn)量的作用[1]，然而我國(guó)北方冷涼稻田由于冷水灌溉及寒冷的氣候因素導(dǎo)致了較低的土壤溫度，秸稈直接還田后存在腐解困難、引起水稻飄苗等問題[2]。隨著秸稈熱裂解炭化技術(shù)的進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)模式的發(fā)展，深入研究、合理利用秸稈生物炭還田技術(shù)，對(duì)北方粳稻高產(chǎn)、高效、可持續(xù)發(fā)展具有重大意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】秸稈直接還田后能夠改善土壤結(jié)構(gòu)和理化性狀，提高養(yǎng)分循環(huán)利用率，優(yōu)化農(nóng)田生態(tài)環(huán)境，避免資源浪費(fèi)和環(huán)境污染[3]。但是在數(shù)量把握不當(dāng)或翻壓質(zhì)量不好的情況下，秸稈直接還田反而會(huì)表現(xiàn)出化感、爭(zhēng)氮、病蟲害和僵苗等的負(fù)面影響，導(dǎo)致作物減產(chǎn)[4-5]。秸稈炭化還田后能夠快速提升土壤穩(wěn)定性碳庫儲(chǔ)量，改善養(yǎng)分利用，提高水稻葉片光合效率，增加水稻地上部干物質(zhì)積累量和產(chǎn)量[2，6-7]，但生物炭的增產(chǎn)效果與其施用量、土壤類型和環(huán)境條件等諸多因素有關(guān)，具有較大的不確定性[8]?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】當(dāng)前關(guān)于秸稈炭化還田的研究多集中在溫暖濕潤(rùn)的熱帶或亞熱帶地區(qū)，針對(duì)北方冷涼地區(qū)稻田的研究還很少。而我國(guó)東北地區(qū)恰恰是優(yōu)質(zhì)粳稻主產(chǎn)區(qū)，農(nóng)業(yè)比重大、秸稈資源多，在該區(qū)域開展生物炭對(duì)粳稻物質(zhì)生產(chǎn)的影響研究對(duì)于完善和深化理解生物炭的農(nóng)學(xué)效應(yīng)具有重要價(jià)值?！緮M解決的關(guān)鍵問題】本試驗(yàn)選擇具有代表性的北方超級(jí)粳稻沈農(nóng)265作為試材，采用育苗移栽的種植方式，研究秸稈直接還田和秸稈生物炭低量及大量還田對(duì)不同生育時(shí)期下粳稻物質(zhì)生產(chǎn)和產(chǎn)量的影響，為秸稈生物炭在北方粳稻生產(chǎn)中的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試品種為北方超級(jí)粳稻沈農(nóng)265，主莖葉片數(shù)為15，具有株型緊湊、分蘗力較強(qiáng)、穗型直立的特性。供試用秸稈粉碎成0.5～1.0 cm的小段，生物炭由遼寧生物炭工程技術(shù)研究中心將秸稈在400～500℃熱解缺氧條件下生產(chǎn)，約1/3秸稈變成粒徑1.5～2.0 mm的生物炭，秸稈和生物炭主要理化性質(zhì)見表1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)在鐵嶺市農(nóng)業(yè)科學(xué)院內(nèi)水稻試驗(yàn)田，土壤耕層0～20 cm土層營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)為全氮1.06 g·kg-1，全磷0.85 g·kg-1，全鉀17.24 g·kg-1，速效氮93.64 mg·kg-1，速效磷38.28 mg·kg-1，速效鉀75.06 mg·kg-1，有機(jī)碳10.73 g·kg-1，pH值6.36。試驗(yàn)設(shè)4個(gè)處理，①常規(guī)生產(chǎn)（對(duì)照）：當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)施肥（46%尿素456.5 kg·hm-2、12%過磷酸鈣875 kg·hm-2和52%硫酸鉀202 kg·hm-2），記做CK;②秸稈直接還田：在CK基礎(chǔ)上施入秸稈6 t·hm-2，記做S;③低量生物炭還田：在CK基礎(chǔ)上施入生物炭2 t·hm-2（按秸稈可以轉(zhuǎn)化為30%生物炭計(jì)算），計(jì)做C1;④高量生物炭還田：在CK基礎(chǔ)上施入生物炭40 t·hm-2，記做C2。

試驗(yàn)于2013、2014年進(jìn)行。采用育苗移栽的種植方式，2013年4月18日播種、5月28日移栽、10月8日收獲，2014年4月14日播種、5月27日移栽、10月9日收獲，插秧規(guī)格30 cm×13.3 cm，每穴3苗，隨機(jī)區(qū)組排列設(shè)計(jì)，每處理重復(fù)3次，共計(jì)12個(gè)小區(qū)，小區(qū)面積21 m2。各小區(qū)單獨(dú)打埂，均配有上水、排水渠道，單灌、單排。氮肥分基肥∶蘗肥∶穗肥=5∶3∶2施入，秸稈和生物炭在水稻移栽前100%一次施入，均勻分散到土壤表面，然后旋耕混勻，過磷酸鈣做基肥100%一次施入，硫酸鉀做基肥和穗肥各施50%。其他栽培管理措施按常規(guī)水稻大田生產(chǎn)規(guī)程管理。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 干物質(zhì)積累

在水稻分蘗期、拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期、成熟期5個(gè)時(shí)期，每小區(qū)取代表性植株5穴。把葉片、莖鞘、穗分開，烘干（在鼓風(fēng)烘箱中，105℃下殺青30 min，80℃下烘干），稱干重。

1.3.2 產(chǎn)量及構(gòu)成因素

每小區(qū)選6 m2實(shí)割，曬干換算成標(biāo)準(zhǔn)含水量后計(jì)算產(chǎn)量;每小區(qū)調(diào)查10穴測(cè)定有效穗，以每穴平均穗數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)，在每小區(qū)取株高、穗型有代表性的4穴，測(cè)定其每穗總粒數(shù)、結(jié)實(shí)率、千粒重等性狀。

1.3.3 有關(guān)參數(shù)計(jì)算方法

輸出率（%）=[抽穗期葉（莖鞘）干重-成熟期葉（莖鞘）干重]/抽穗期葉（莖鞘）干重×100;貢獻(xiàn)率（%）= [抽穗期葉（莖鞘）干重-成熟期葉（莖鞘）干重]/（成熟期穗干重-抽穗期穗干重）×100。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

所有試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2010進(jìn)行整理。不同處理間采用DPS7.05軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析，LSD多重比較判斷處理間的差異顯著性（P<0.05），所有測(cè)定結(jié)果數(shù)據(jù)均以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差的形式表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 葉干物質(zhì)積累

葉片是截獲光能并進(jìn)行光合作用的主要器官，其干物質(zhì)積累對(duì)水稻產(chǎn)量形成有著重要的影響。從圖1可以看出，各處理下葉干物重在分蘗期到灌漿期都呈增加趨勢(shì)，到成熟期出現(xiàn)下降趨勢(shì)，這是由于灌漿期后葉內(nèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)大量轉(zhuǎn)移到穗的原因。與CK處理相比，分蘗期時(shí)S和C2處理的葉干物質(zhì)重分別顯著降低了28.14%、16.45%，C1處理增加2.16%，差異不顯著;拔節(jié)期時(shí)S、C1、C2處理分別較CK增加了9.82%、19.12%、5.68%，其中C1顯著高于CK和C2處理;抽穗期時(shí)S、C1、C2處理分別較CK增加了4.67%、14.92%、4.90%，其中C1顯著高于CK處理;到灌漿期時(shí)，S、C1、C2處理分別較CK增加了-9.95%、3.80%、-8.78%，S和C2處理葉干物質(zhì)顯著降低，C1差異不顯著;到成熟期時(shí)，S、C1、C2處理分別較CK增加了13.06%、11.10%、7.87%，S處理顯著高于CK，其他處理間差異未達(dá)顯著水平。可見通過秸稈和高量生物炭的施用對(duì)葉干物質(zhì)重呈現(xiàn)分蘗期和灌漿期降低、其他時(shí)期增加的現(xiàn)象，而低量生物炭還田對(duì)葉干物質(zhì)重在整個(gè)生育期都有正向效應(yīng)，尤其是在拔節(jié)期和抽穗期具有顯著的促進(jìn)作用。

2.2 莖鞘干物質(zhì)積累

圖2顯示，各處理下莖鞘干物質(zhì)重在分蘗期到灌漿期幾乎是呈直線增加趨勢(shì)，但到成熟期極速下滑。與CK處理相比，分蘗期時(shí)S處理的莖鞘干物質(zhì)重顯著降低15.63%，C1、C2處理分別增加6.78%、8.26%，差異不顯著;拔節(jié)期S、C1、C2處理分別較CK增加了11.93%、31.38%、9.79%，其中C1顯著高于CK處理，S、C2處理與CK差異不顯著;抽穗期S、C1、C2處理分別較CK增加了-2.99%、4.47%、5.53%，C2處理顯著高于對(duì)照，S、C1處理未達(dá)顯著水平;而到灌漿期，S和C2處理分別較CK降低了8.35%和6.77%，C1處理增加了4.53%，S與CK差異達(dá)顯著水平，C1、C2與CK差異不顯著;到成熟期時(shí)，S、C1、C2處理分別較CK增加了-3.88%、4.98%、7.37%，差異不顯著。可見秸稈還田在分蘗期和灌漿期顯著降低了莖鞘干物質(zhì)量，低量生物炭還田在拔節(jié)期具有顯著促進(jìn)作用，而高量生物炭還田顯著提高抽穗期莖鞘干物質(zhì)量。

2.3 穗干物積累

從圖3可以看出，隨著生育進(jìn)程，穗干物質(zhì)重不斷增加。抽穗期時(shí)S和C1處理分別較CK增加了8.97%、10.62%，差異不顯著，而C2處理較CK顯著增加了18.31%;到灌漿期時(shí)，S處理較

CK顯著降低了12.67%，而C1、C2分別較CK降低0.05%、5.13%，差異不顯著;到成熟期時(shí)，S和C2處理分別較CK降低了5.23%和3.68%，C1處理增加3.67%，但差異均不顯著?？梢娊斩掃€田在灌漿期顯著降低了穗干物質(zhì)量，低量生物炭還田對(duì)穗干物質(zhì)量影響不大，而高量生物炭還田抽穗期能顯著增加穗干物質(zhì)量，但在灌漿后期表現(xiàn)出負(fù)面效應(yīng)。

2.4 干物質(zhì)增量

從表2可以看出，從抽穗期到成熟期葉干物質(zhì)增量絕對(duì)值表現(xiàn)為C1處理最高，達(dá)7.24×102 kg·hm-2，顯著高于S和C2處理，但與CK處理差異不顯著;而S處理顯著低于CK 40.16%，C2處理則與CK差異不顯著;莖鞘干物質(zhì)增量絕對(duì)值表現(xiàn)為S處理最高，為5.44×102 kg·hm-2，但各處理間差異均未達(dá)到顯著水平;穗干物質(zhì)增量則仍以C1處理最高達(dá)83.52×102 kg·hm-2，顯著高于S和C2處理，但與CK差異不顯著，而S和C2處理較CK分別顯著降低8.37%和8.54%;在葉、莖鞘和穗的總干物質(zhì)增加量上，表現(xiàn)為與穗增量趨勢(shì)一致，C1處理顯著高于S和C2處理，但與CK差異不顯著，而S和C1處理較CK分別顯著降低6.57%和7.21%?？梢娊斩掃€田下抽穗到成熟期水稻葉和穗干物質(zhì)增量呈顯著降低趨勢(shì)，而低量生物炭還田對(duì)葉和穗干物質(zhì)增量影響不大，高量生物炭還田對(duì)葉干物質(zhì)增量影響不大，但顯著降低了穗干物質(zhì)增量;就莖鞘干物質(zhì)增量而言，各處理下都未表現(xiàn)出明顯差異;從葉、莖鞘和穗總干物質(zhì)增加量來看，其表現(xiàn)的趨勢(shì)與穗干物質(zhì)增加量保持一致。

2.5 輸出率和產(chǎn)量貢獻(xiàn)率

從表3可以看出，S、C1、C2處理的葉輸出率分別較CK降低41.19%、2.11%、21.41%，S和C2顯著低于CK，C1和CK差異不顯著;S和C1處理的莖鞘輸出率與CK差異不顯著，而C2處理則顯著低于CK達(dá)17.43%;從葉和莖鞘整體輸出率來看，S和C2處理顯著低于CK處理，分別降低18.34%和20.16%，而C1和CK差異不顯著。可見秸稈和高量生物炭還田顯著降低了葉及葉+莖鞘的輸出率，而低量生物炭對(duì)葉及葉+莖鞘的輸出率影響不大。秸稈和低量生物炭還田對(duì)莖鞘輸出率影響不大，而高量生物炭則能顯著降低莖鞘輸出率。

從葉貢獻(xiàn)率來看，表現(xiàn)為C1>CK>C2>S，C1較CK增加11.68%，C2與CK差異不顯著，S較CK顯著降低34.69%;莖鞘貢獻(xiàn)率在各處理間差異較小，與CK相比均未達(dá)到顯著水平;從葉和莖鞘整體貢獻(xiàn)率來看，S和C2處理分別較CK顯著降低12.08%、8.96%，而C1較CK增加5.30%，但差異不顯著。可見秸稈還田顯著降低了葉貢獻(xiàn)率，而低量生物炭則有提高作用，高量生物炭影響不顯著;秸稈、少量及高量生物炭還田對(duì)莖鞘貢獻(xiàn)率影響不大，但秸稈和高量生物炭還田顯著降低了葉+莖鞘的貢獻(xiàn)率。

2.6 產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的差異

水稻產(chǎn)量的高低是每穗實(shí)粒數(shù)、千粒重和單位面積有效穗數(shù)三要素綜合作用的結(jié)果，協(xié)調(diào)好各產(chǎn)量構(gòu)成因子的關(guān)系是實(shí)現(xiàn)水稻高產(chǎn)的關(guān)鍵。從表4可知，秸稈和生物炭還田對(duì)穗長(zhǎng)和著粒密度影響較小，但使每穗總粒數(shù)下降，范圍在125.87～132.77個(gè)·穗-1，表現(xiàn)為C2C2>S>CK，較CK依次增加5.42%、3.05%和0.64%，且C1與CK差異顯著。秸稈和高量生物炭處理使每穗實(shí)粒數(shù)下降，而低量生物炭使其增加，范圍在110.70～115.93個(gè)·穗-1，整體表現(xiàn)為C1>CK>S>C2，C1較CK增加2.32%，S和C2分別較CK降低0.50%和2.29%，其中C1與C2差異達(dá)顯著水平，其他處理間差異不顯著;秸稈和生物炭對(duì)千粒重影響不大，范圍在24.67～25.30 g，總體表現(xiàn)為C1>C2>CK>S，C1和C2處理較CK分別增加1.69%和1.07%，S處理較CK降低0.79%，差異不顯著;有效穗數(shù)與千粒重表現(xiàn)一致，范圍在12.00～12.67穗·穴-1，C1和C2處理較CK分別增加2.70%和1.89%，S處理較CK降低2.78%，差異不顯著;秸稈和高量生物炭對(duì)產(chǎn)量有降低趨勢(shì)，而低量生物炭則有增產(chǎn)作用，范圍在7933.13～8494.87 kg·hm-2，總體表現(xiàn)為C1>CK>C2>S，C1較CK增加2.12%，C2和S較CK分別降低1.23%和4.63%，且C1顯著高于C2和S，這得益于C1處理具有更優(yōu)化協(xié)調(diào)的產(chǎn)量構(gòu)成因素。

3 討論與結(jié)論

前人研究表明，秸稈還田后秸稈釋放出的養(yǎng)分和某些小分子物質(zhì)對(duì)產(chǎn)量造成很大的影響，由于不同地域、耕作方式、土壤類型、水肥運(yùn)籌和還田年限的不同，增產(chǎn)效果有所不同[9-11]。裴鵬剛等[12]認(rèn)為秸稈還田對(duì)水稻生長(zhǎng)發(fā)育的影響表現(xiàn)為前期水稻生長(zhǎng)速率慢，后期水稻生長(zhǎng)速率加快，分蘗發(fā)生慢而后勁足;李朝蘇等[13]研究表明，秸稈還田能延長(zhǎng)水稻開花期后綠葉的功能期，増加了光合產(chǎn)物積累量在產(chǎn)量形成中所占比例。Han等[14]試驗(yàn)表明秸稈還田量在3 t·hm-2時(shí)對(duì)水稻的增產(chǎn)作用最明顯;葉文培等[15]研究表明，秸稈還田可以提髙水稻的分蘗數(shù)和地上部干物質(zhì)積累量，使早稻產(chǎn)量顯著増加10.0%～12.9%，朱利群等[16]研究表明，秸稈還田會(huì)使水稻穗粒數(shù)、千粒重和產(chǎn)量分別降低12.1%、5.7%和7.7%。本試驗(yàn)結(jié)果表明，秸稈還田（6 t·hm-2）在水稻生育前期使葉和莖鞘干物質(zhì)量分別顯著降低了28.14%和15.63%，光合物質(zhì)轉(zhuǎn)換受到限制，在灌漿期顯著降低了穗干物質(zhì)量達(dá)12.67%，葉輸出率和對(duì)產(chǎn)量貢獻(xiàn)率分別顯著降低了41.19%和34.69%，最終使每穗實(shí)粒數(shù)、千粒重和有效穗數(shù)降低，導(dǎo)致產(chǎn)量呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，可能是秸稈在淹水厭氧環(huán)境下降解容易產(chǎn)生大量硫化氫等有害氣體，不利于水稻根系的生長(zhǎng)，影響水稻的生長(zhǎng)發(fā)育[17]。另外，秸稈中C/N值較高，使秸稈在土壤中腐化分解緩慢，促使微生物迅猛活動(dòng)，并與作物生長(zhǎng)進(jìn)行氮養(yǎng)分的爭(zhēng)奪，造成水稻前期缺氮，抑制水稻生長(zhǎng)，干物質(zhì)積累量低，但在生育中后期，隨著秸稈的腐爛，被微生物固定的養(yǎng)分逐漸釋放到土壤中，容易造成氮素供應(yīng)過量，引起貪青晚熟，不利于水稻增產(chǎn)[18-19]。

生物炭的產(chǎn)量效應(yīng)受生物炭本身特性、施用時(shí)間、作物和土壤類型、肥力特征以及農(nóng)田施肥管理措施等多方面因素的綜合影響。為了更準(zhǔn)確地了解作物產(chǎn)量和生物炭施用之間的關(guān)系，Jeffer等[20]系統(tǒng)分析了施用生物炭與作物生產(chǎn)力之間的相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)生物炭改良土壤后的平均增產(chǎn)幅度約為10%，但波動(dòng)范圍大（-28%～39%）。生物炭施用有利于水稻分蘗期與拔節(jié)期生長(zhǎng)和吸收養(yǎng)分，外源輸入生物炭（1.458 t·hm-2）比單施化肥產(chǎn)量增加9.78%[21]。張偉明等[22]試驗(yàn)表明，施用生物炭會(huì)使水稻產(chǎn)量增加，是由于每穴穗數(shù)、每穂粒數(shù)、結(jié)實(shí)率的提高;張愛平等[23]認(rèn)為添加生物炭能增加水稻穗數(shù)和穗粒數(shù)，從而增加產(chǎn)量。本試驗(yàn)結(jié)果表明，低量生物炭（2 t·hm-2）對(duì)水稻葉和莖鞘干物質(zhì)積累量在整個(gè)生育期都有正向效應(yīng)，尤其是在拔節(jié)期和抽穗期分別顯著增加葉干物重19.12%和14.92%，為后期提高葉片的群體光合勢(shì)奠定基礎(chǔ)，顯著提高葉對(duì)產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率（11.68%），從而提高了水稻光合同化產(chǎn)物的直接供應(yīng)能力來增強(qiáng)穗部物質(zhì)積累量，獲得適宜的穗數(shù)，顯著提高結(jié)實(shí)率5.42%，并使實(shí)粒數(shù)和千粒重分別增加1.69%和2.70%，使穗、粒、重結(jié)構(gòu)達(dá)到最優(yōu)化組合，從而使產(chǎn)量有所增加，這可能是由于生物炭表面所具有的特殊微孔結(jié)構(gòu)，一方面為微生物棲息和繁殖提供了一個(gè)良好的生存環(huán)境，提供了充足的能量與營(yíng)養(yǎng)來源，減少微生物之間的生存競(jìng)爭(zhēng)，增強(qiáng)土壤微生物功能作用[24]，另一方面能夠吸附更多的養(yǎng)分離子和其他有機(jī)物質(zhì)避免養(yǎng)分流失，提高土壤肥力和養(yǎng)分供給水平[25]，從而對(duì)水稻全生育期內(nèi)土壤水、肥、氣、熱起到了良好的綜合調(diào)控作用，同時(shí)可提高水稻PSⅡ反應(yīng)中心的光能轉(zhuǎn)換效率、潛在活性和開放比例，改善了水稻灌漿期葉片的光合功能[7]。

Asai等[26]研究發(fā)現(xiàn)，生物炭與氮肥配合施用，水稻產(chǎn)量隨其用量的增加而增加，但當(dāng)生物炭施用量達(dá)16 t·hm-2時(shí)，水稻因氮素缺乏而使產(chǎn)量不再增加。本試驗(yàn)在高量生物炭添加時(shí)（40 t·hm-2）由于在前期葉干物質(zhì)積累不足（降低16.45%），葉輸出率降低21.41%，后期穗干物質(zhì)積累量降低，穗粒數(shù)顯著降低，使產(chǎn)量有降低趨勢(shì)，這與Deenik等[27]的研究結(jié)果一致，可能是由于大量生物炭施入土壤后引起了土壤N素的固定而降低N的有效性[28]，不利于水稻對(duì)N素的吸收利用，縮短了生育進(jìn)程，導(dǎo)致產(chǎn)量降低。另外，由于生物炭呈堿性，高量生物炭施入使土壤pH大幅度提升，影響水稻根系的生長(zhǎng)和對(duì)養(yǎng)分的吸收[29]，進(jìn)而影響土壤微生物及作物生長(zhǎng)，導(dǎo)致水稻減產(chǎn)。同時(shí)，生物炭具有較大的比表面積和吸附力，大量施入土壤后也可能與根系產(chǎn)生對(duì)養(yǎng)分的競(jìng)爭(zhēng)性吸附作用，從而導(dǎo)致水稻生長(zhǎng)受到限制。

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（責(zé)任編輯：張 梅）