張賽 陳杭 胡朝華 袁照年

摘 要 通過(guò)盆栽試驗(yàn)，探究氮肥減量配施炭基土壤調(diào)理劑對(duì)甘蔗苗生長(zhǎng)生理的影響。結(jié)果表明，在25%減量施氮下，配施炭基土壤調(diào)理劑處理促進(jìn)甘蔗苗地上部分持續(xù)生長(zhǎng)，蔗苗株高日均增長(zhǎng)率明顯高于正常施氮處理和不施氮對(duì)照。減氮配施炭基土壤調(diào)理劑處理下，不同時(shí)期甘蔗苗葉綠素和氮平衡指數(shù)均維持在較高水平。與正常施氮相比，減氮配施炭基土壤調(diào)理劑處理中蔗苗葉片SOD酶活性和脯氨酸含量降低，而CAT酶活性和丙二醛含量提高。研究結(jié)果表明，減氮配施炭基土壤調(diào)理劑對(duì)甘蔗苗生長(zhǎng)、葉片光合效率和抗氧化系統(tǒng)均產(chǎn)生一定的調(diào)控效應(yīng)。

關(guān)鍵詞 減量施氮;土壤調(diào)理劑;甘蔗苗;氮平衡指數(shù);抗氧化

中圖分類號(hào)：S566.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2021.13.017

我國(guó)農(nóng)田土壤酸化的現(xiàn)象很普遍，酸化土壤中活性鋁、錳的富集容易對(duì)農(nóng)作物的生長(zhǎng)發(fā)育造成毒害效應(yīng)[1-2]。甘蔗是我國(guó)南方重要的糖料作物和能源作物，然而長(zhǎng)年甘蔗連作和不合理施肥導(dǎo)致蔗田土壤酸化加劇、土壤肥力嚴(yán)重不足[3-5]。生物炭是一種主要由農(nóng)林廢棄生物質(zhì)經(jīng)高溫裂解炭化而成的富碳材料，作為土壤改良劑可用于農(nóng)田土壤改良和培肥地力。近年來(lái)，生物炭及其相關(guān)技術(shù)在農(nóng)業(yè)土壤研究領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注[6-7]。本文通過(guò)盆栽試驗(yàn)研究氮肥減量配施生物炭基土壤調(diào)理劑對(duì)甘蔗苗生長(zhǎng)生理的影響，旨在為促進(jìn)生物炭基土壤調(diào)理劑在甘蔗等連作農(nóng)田中的應(yīng)用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

1）供試甘蔗品種為南方蔗區(qū)主栽品種“新臺(tái)糖22號(hào)”。

2）供試土壤為甘蔗連作年限20年以上的蔗田土壤，土壤pH值6.5，有機(jī)碳含量7.4 g·kg-1，全氮含量0.7 g·kg-1，C/N為10.7，堿解氮含量62.5 mg·kg-1，有效磷含量35.4 mg·kg-1，速效鉀含量34.0 mg·kg-1。

3）試驗(yàn)所用生物炭基土壤調(diào)理劑從市場(chǎng)上購(gòu)買，pH值8.43，有機(jī)碳含量88.1 g·kg-1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與測(cè)定方法

試驗(yàn)設(shè)置3個(gè)處理，分為不施氮對(duì)照（CK）、正常施氮（CNF）、氮肥減量配施炭基土壤調(diào)理劑（RNBC），每個(gè)試驗(yàn)處理設(shè)置4個(gè)重復(fù)。CNF是模擬田間氮肥正常施用量，RNBC處理中氮肥用量比正常施用量減少25%、并配施1%炭基土壤調(diào)理劑。各處理中磷鉀肥施用量相同。所有試驗(yàn)處理都采用統(tǒng)一的塑料桶，每桶放置等量的供試土壤，按一定比例將土壤、肥料和炭基調(diào)理劑充分混勻后裝入桶中。

試驗(yàn)于2019年5月開(kāi)始。每桶移栽供試甘蔗幼苗3株，定期澆水，保持桶內(nèi)土壤水分含量在最大持水量約60%。試驗(yàn)期間，各處理隨機(jī)選取3桶，定期測(cè)量甘蔗苗株高，調(diào)查蔗苗葉綠素和氮平衡指數(shù)，同時(shí)采集蔗苗葉片測(cè)定抗氧化生理相關(guān)指標(biāo)。隨機(jī)從每個(gè)處理中選取3片蔗苗+1葉，使用便攜式氮平衡指數(shù)儀（Dualex4）測(cè)定蔗苗葉綠素和氮平衡指數(shù)。同時(shí)，選取部分蔗葉用錫箔紙包裹后放入液氮冷凍，采用試劑盒法測(cè)定葉片超氧化物歧化酶活、過(guò)氧化氫酶活、丙二醛及脯氨酸含量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2019和SPSS 25.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 炭基土壤調(diào)理劑對(duì)甘蔗苗生長(zhǎng)的影響

從圖1可知，正常施氮和減氮配施炭基土壤調(diào)節(jié)處理對(duì)不同時(shí)期蔗苗株高均有明顯的影響，總體上呈現(xiàn)階梯式持續(xù)增長(zhǎng)的趨勢(shì)，而不施氮對(duì)照呈緩慢增長(zhǎng)趨勢(shì)。蔗苗株高調(diào)查Ⅰ期（GT1），正常施氮CNF處理的株高最高，減氮配施炭基土壤調(diào)理劑RNBC處理次之，不施氮CK最低;與CK相比，CNF和RNBC處理分別增加13.9%和9.4%。株高調(diào)查Ⅱ期（GT2，Ⅰ期后11天），RNBC處理最高，CNF處理次之，CK對(duì)照最低;與CK相比，CNF和RNBC處理均顯著增加（P<0.05），分別增加15.9%和20.3%;與CNF相比，RNBC處理增加5.2%。株高調(diào)查Ⅲ期（GT3，Ⅱ期后27天），CNF處理最高， RNBC處理次之，CK對(duì)照最低;與CK相比，CNF和RNBC處理分別增加34.4%、30.9%;與CNF相比，RNBC處理下降5.1%。株高調(diào)查Ⅳ期（GT4，Ⅲ期后11天），RNBC處理最高，CNF處理次之，CK對(duì)照最低;與CK相比，CNF和RNBC處理均顯著增加（P<0.05），株高分別增加34.8%和35.7%;與CNF相比，RNBC處理增加1.4%。

2.2 炭基土壤調(diào)理劑對(duì)甘蔗苗葉綠素指數(shù)的影響

從圖2可知，氮肥減量配施炭基土壤調(diào)理劑處理下不同時(shí)期甘蔗苗葉綠素指數(shù)均維持在較高的水平。蔗苗調(diào)查Ⅰ期（CT1），減氮配施炭基土壤調(diào)理劑RNBC處理的葉綠素指數(shù)最高，不施氮CK次之，正常施氮CNF最低;RNBC處理的葉綠素指數(shù)與CK和CNF處理相比均顯著增加（P<0.05），比CK增加26.9%，比CNF增加37.5%。蔗苗調(diào)查Ⅱ期（CT2，Ⅰ期后19天），CNF處理的葉綠素指數(shù)增加至最高，RNBC處理次之，CK呈下降趨勢(shì);與CK相比，CNF和RNBC處理的葉綠素指數(shù)均顯著增加，分別增加36.6%和28.4%。蔗苗調(diào)查Ⅲ期（CT3，Ⅱ期后16天），RNBC處理的葉綠素指數(shù)增加至最高，CK和RNBC處理均有所下降;RNBC比CK增加33.5%，比CNF增加25.2%。蔗苗調(diào)查Ⅳ期（CT4，Ⅲ期后21天），RNBC處理的葉綠素指數(shù)維持最高，CNF處理有所增加，CK持續(xù)下降;與CK相比，CNF和RNBC處理均顯著增加（P<0.05），分別增加35.3%和41.7%;與CNF相比，RNBC增加9.9%。

2.3 炭基土壤調(diào)理劑對(duì)甘蔗苗氮素平衡指數(shù)的影響

從圖3可知，減氮配施炭基土壤調(diào)理劑和正常施氮處理對(duì)不同時(shí)期甘蔗苗葉片氮平衡指數(shù)有明顯的影響，總體上呈現(xiàn)峰波式動(dòng)態(tài)趨勢(shì)，而不施氮對(duì)照呈持續(xù)下降的趨勢(shì)。蔗苗調(diào)查Ⅰ期（NT1），減氮配施炭基土壤調(diào)理劑RNBC處理的氮平衡指數(shù)最高，不施氮CK次之，正常施氮CNF最低。與CK和CNF處理相比，RNBC處理顯著增加（P<0.05），RNBC比CNF增加51.4%。蔗苗調(diào)查Ⅱ期（NT2，Ⅰ期后19天），CNF處理的氮平衡指數(shù)增加至最高，RNBC處理次之，CK呈下降趨勢(shì);與CK相比，CNF和RNBC處理的氮平衡指數(shù)分別增加40.7%和27.9%。蔗苗調(diào)查Ⅲ期（NT3，Ⅱ期后16天），RNBC處理的氮平衡指數(shù)增加至最高，CK和CNF處理均有所下降;與CK相比，CNF和RNBC處理均顯著增加（P<0.05），分別增加了35.5%和61.1%;與CNF相比，RNBC處理增加了39.8%。蔗苗調(diào)查Ⅳ期（NT4，Ⅲ期后21天），RNBC處理的氮平衡指數(shù)最高，CNF處理次之，CK對(duì)照最低;與CK相比，CNF和RNBC處理均顯著增加（P<0.05），分別增加55.2%、57.6%;與CNF相比，RNBC增加5.4%。

2.4 炭基土壤調(diào)理劑對(duì)甘蔗苗葉片抗氧化系統(tǒng)的影響

從圖4可知，減氮配施炭基土壤調(diào)理劑處理對(duì)甘蔗苗葉片超氧化物歧化酶和過(guò)氧化氫酶的活性均有明顯的影響。正常施氮和減氮配施炭基土壤調(diào)理劑處理中SOD酶活均呈下調(diào)趨勢(shì)，但各處理間未形成顯著差異（P>0.05）。與CK相比，CNF和RNBC處理分別下降2.3%和10.7%;與CNF相比，RNBC處理下降8.7%。蔗苗葉片的過(guò)氧化氫酶活在CNF和RNBC處理中均呈上調(diào)趨勢(shì)，與CK相比，CNF處理的過(guò)氧化氫酶活提高33%，RNBC處理提高40.3%;RNBC處理的CAT酶活比CNF提高1.7%。

從圖5可知，RNBC處理的蔗苗葉片丙二醛含量最高，CK對(duì)照次之，CNF處理最低。與CK相比，CNF處理中丙二醛含量下降21.7%，RNBC處理增加9.2%;與CNF相比，RNBC處理增加28.8%。蔗苗葉片脯氨酸含量在CNF處理中最高，RNBC處理次之，CK對(duì)照最低。與CK相比，CNF和RNBC兩個(gè)處理分別增加22.0%和3.2%。

3 結(jié)論

在本試驗(yàn)條件下，正常施氮和減氮配施炭基土壤調(diào)理劑處理中甘蔗苗株高均呈持續(xù)增長(zhǎng)趨勢(shì)，不施氮對(duì)照中蔗苗長(zhǎng)勢(shì)緩慢。據(jù)測(cè)算，各處理中不同時(shí)期甘蔗苗株高的日均相對(duì)增長(zhǎng)率存在較明顯的差異，減氮配施炭基土壤調(diào)理劑處理中株高日均增長(zhǎng)率最高為1.60%，正常施氮處理為1.36%，不施氮對(duì)照為0.12%，這說(shuō)明氮肥減量并配施炭基土壤調(diào)理劑有效促進(jìn)蔗苗生長(zhǎng)。在減氮配施炭基土壤調(diào)理劑處理下，不同時(shí)期蔗苗葉綠素和氮平衡指數(shù)均維持在較高水平，正常施氮處理下不同時(shí)期葉綠素和氮平衡指數(shù)也均高于不施氮對(duì)照，說(shuō)明正常施氮和減氮配施炭基調(diào)理劑處理對(duì)蔗苗葉片光合效率和氮素營(yíng)養(yǎng)具有一定的調(diào)節(jié)作用。蔗苗葉片抗氧化生理指標(biāo)分析結(jié)果顯示，與正常施氮相比，減氮配施炭基土壤調(diào)理劑處理中蔗苗葉片SOD酶活和脯氨酸含量降低，而CAT酶活性和丙二醛含量提高。以上結(jié)果說(shuō)明，減氮配施炭基土壤調(diào)理劑對(duì)蔗苗生長(zhǎng)、葉片光合效率和抗氧化系統(tǒng)均產(chǎn)生一定的影響，相關(guān)的調(diào)理作用機(jī)制有待于下一步深入研究。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張瑞清，楊劍超，張占田，等.生物炭對(duì)酸化土壤錳毒害的緩解效應(yīng)研究[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2018，34（36）：110-116.

[2] 張福建，陳昱，楊磊，等.施用生物質(zhì)炭和生石灰對(duì)連作辣椒生長(zhǎng)的影響[J].核農(nóng)學(xué)報(bào)，2019，33（6）：1240-1247.

[3] 陳桂芳，劉忠，黃雁飛，等.不同施肥處理對(duì)連作蔗田土壤微生物量、土壤酶活性及土壤養(yǎng)分的影響.農(nóng)業(yè)科學(xué)與技術(shù)[J].2017，18（2）：256-261.

[4] 區(qū)惠平，周柳強(qiáng)，黃金生，等.長(zhǎng)期不同施肥對(duì)甘蔗產(chǎn)量穩(wěn)定性、肥料貢獻(xiàn)率及養(yǎng)分流失的影響[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)，2018，51（10）：1931-1939.

[5] 農(nóng)澤梅，史國(guó)英，曾泉，等.不同甘蔗品種根際土壤酶活性及微生物群落多樣性分析[J].熱帶作物學(xué)報(bào)，2020，41（4）：819-828.

[6] 閆新偉，王艷芳，李繼偉，等.施用生物炭對(duì)旱作花生生長(zhǎng)和產(chǎn)量構(gòu)成及土壤酶活性的影響[J].河南科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2018，39（3）：66-70.

[7] 葛春輝，張?jiān)剖?，唐光木，?生物炭的施入對(duì)玉米生物量和磷養(yǎng)分吸收的影響[J].新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)，2020，57（3）：442-449.

（責(zé)任編輯：敬廷桃）