生物炭對墾粳5號產(chǎn)量及品質(zhì)的影響

牛同旭 鄭桂萍* 姜玉偉 趙婷婷 張麗微仲維君李猛陳立強周健解保勝

（1黑龍江八一農(nóng)墾大學農(nóng)學院，黑龍江大慶163319；2黑龍江省農(nóng)墾科學院水稻研究所，黑龍江佳木斯154007；第一作者∶1147603226＠qq．com；*通訊作者∶byndzgp＠163．com）

水稻是黑龍江省的主要糧食作物[1]。我國可用耕地面積有限且耕地質(zhì)量不高，優(yōu)質(zhì)耕地面積只占全國耕地面積的三分之一[2-4]。鹽害是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上最主要的非生物逆境之一[5]，黑龍江省約有鹽堿地96.7萬hm2，且多為蘇打鹽堿土，主要分布在松嫩平原。松嫩平原西部是世界三大鹽堿地之一，面積為257.3萬hm2[6]。秸稈經(jīng)無氧高溫熱解可以得到生物炭，具有高度的生物化學抗分解性，與秸稈直接還田相比能夠大幅度提升土壤碳庫的穩(wěn)定性[7]，生物炭常被稱為是各種自然資源存在的基礎(chǔ)。利用具體的碳化技術(shù)，在缺氧條件下，生物質(zhì)生產(chǎn)的富碳產(chǎn)品并不完全被燒成灰燼[8]。生物質(zhì)在碳化后，孔隙度和比表面積增大，具有很強的吸附能力，可作為農(nóng)業(yè)、工業(yè)等方面的原料。圍繞生物炭對作物產(chǎn)量的影響國內(nèi)外學者開展了大量研究。絕大多數(shù)研究表明，生物炭能改善土壤理化性質(zhì)，提高肥料利用率，增加作物產(chǎn)量，促進農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[9-16]。然而，有研究發(fā)現(xiàn)，生物炭的增產(chǎn)效果僅在一定的施用量范圍之內(nèi)起作用，過高或過低均會導致作物產(chǎn)量降低[17-18]。但有關(guān)鹽堿地施用生物炭對水稻產(chǎn)量及品質(zhì)影響的研究較少。為此，本試驗研究了生物炭對鹽堿地水稻產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，以期為鹽堿地水稻栽培提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2016年在黑龍江八一農(nóng)墾大學盆栽場中進行。供試品種為墾粳5號，主莖12片葉。試驗用盆規(guī)格∶上口直徑 29.0 cm，下口直徑 18.5 cm，高 28.0 cm。供試土壤為蘇達鹽堿土，各養(yǎng)分含量見表1。

表1 供試土壤養(yǎng)分含量狀況

1.2 試驗設(shè)計

試驗為單因素完全隨機設(shè)計，以常規(guī)施用化肥為對照（CK），以常規(guī)施化肥基礎(chǔ)上配施不同用量生物炭為處理，分別施生物炭3 000 kg/hm2（處理1）、7 500 kg/hm2（處理2）、12 000 kg/hm2（處理3）、16 500 kg/hm2（處理4）。每盆施用量及施用時期見表2。

于4月9日浸種，4月16日催芽，4月18日播種，秧田管理按常規(guī)生產(chǎn)進行。盆栽，每個處理14盆。每個盆底中央均用2 mm的電鉆均勻一致打孔一個，并用濾紙覆蓋。每盆裝過篩混勻土13 kg。泡田并模擬水耙地攪漿，連同生物炭和基肥一同施入，沉降2 d后于5月21日插秧。插秧方法∶4叢/盆，4苗/叢。生育期間人工除草，成熟期收獲。

表2 生物炭及化肥施用時期及施用量

表3 不同處理對墾粳5號產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成的影響

表4 不同處理對墾粳5號碾磨品質(zhì)的影響 （%）

表5 不同處理對墾粳5號外觀品質(zhì)的影響 （%）

1.3 測定項目及方法

1.3.1 產(chǎn)量

于成熟期，連續(xù)調(diào)查14盆每叢穗數(shù)，每處理按照平均穗數(shù)取樣7叢，進行理論測產(chǎn)。并考查穗長、每叢穗數(shù)、每穗粒數(shù)、結(jié)實率和千粒重，計算出理論產(chǎn)量。

1.3.2 碾磨品質(zhì)

稱取部分樣品，質(zhì)量記為W0，用FC-2K型實驗礱谷機（YAMAMOTO，離心式）加工成糙米，質(zhì)量記為W1，并按公式計算糙米率（糙米率=W1/W0×100%）；用日本公司生產(chǎn)的VP-32型實驗碾米機加工精米，用浙江臺州生產(chǎn)的CPC96-3型稻米精白機加工精米。從W1中稱取一定量的糙米W2（21 g，3次重復）精碾，除去糠粉并稱質(zhì)量記為W3，再揀出整精米粒，稱質(zhì)量記為W4，并按下列公式計算其精米率和整精米率∶精米率（%）=W3/W2×（W1/W0）×100；整精米率（%）=W4/[W0×（W2/W1）]×100。

1.3.3 外觀品質(zhì)

用日本靜岡機械株式會社生產(chǎn)的ES-1000便攜式品質(zhì)分析儀測定精米的堊白粒率、堊白度。

1.3.4 營養(yǎng)品質(zhì)

用瑞典FOSS福斯公司的FOSS1242近紅外分析儀測定籽粒糙米中蛋白質(zhì)含量及直鏈淀粉含量。

1.3.5 食味品質(zhì)

用日本佐竹公司（SATAKE）生產(chǎn)的米飯食味計（STA1A）測定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

用Excel 2003軟件和DPS V9.01數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)整理和統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 對墾粳5號產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成的影響

從表3可見，有效穗數(shù)處理2極顯著高于CK。每穗粒數(shù)、結(jié)實率、千粒重與CK差異均不顯著，但結(jié)實率各處理均高于對照。理論產(chǎn)量處理2極顯著高于CK。

2.2 對墾粳5號稻米品質(zhì)的影響

2.2.1 對碾磨品質(zhì)的影響

從表4可見，糙米率、精米率和整精米率各施生物炭處理均高于CK。糙米率以處理4最高，顯著高于CK；精米率以處理3最高，極顯著高于CK；整精米率以處理1和處理3較高，極顯著高于CK。

2.2.2 對外觀品質(zhì)的影響

從表5可見，堊白度和堊白粒率除處理2外施生物炭處理均低于CK，處理1、處理4的堊白度顯著低于CK，處理3堊白度極顯著低于CK；處理1堊白粒率顯著低于CK，處理3堊白粒率極顯著低于CK，處理4與CK差異不顯著。

2.2.3 對營養(yǎng)品質(zhì)的影響

從圖1可見，處理2的稻米蛋白質(zhì)含量最低，極顯著低于CK和其他處理；處理1低于CK，但差異不顯著。從圖2可見，直鏈淀粉含量表現(xiàn)為CK＜處理2＜處理3＜處理 4＜處理1，處理 1、處理 2、處理 3和處理 4分別比 CK 高 2.51%、0.18%、0.72%、1.97%，但差異均不顯著。

圖1 不同處理對墾粳5號蛋白質(zhì)含量的影響

圖2 不同處理對墾粳5號直鏈淀粉含量的影響

圖3 不同處理對墾粳5號食味評分的影響

表6 不同處理產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成與食味評分的相關(guān)性

2.2.4 對食味評分的影響

從圖3可見，不同處理墾粳5號的食味評分表現(xiàn)為處理2＞處理3＞CK＞處理1＞處理4，平均值分別為87.6 分、87.2 分、86.7 分、86.6 分和 86.5 分。處理 2 食味評分顯著高于CK和處理1，極顯著高于處理4，但與處理3差異不顯著。

2.3 不同處理產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成與水稻食味評分的相關(guān)性

從表6可見，有效穗數(shù)、結(jié)實率與產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)，千粒重與結(jié)實率、產(chǎn)量呈極顯著負相關(guān)。理論產(chǎn)量與食味評分值的相關(guān)性達到了顯著水平，有效穗數(shù)與食味評分值的相關(guān)性達到了極顯著水平。表明基施生物炭主要通過促進有效分蘗而增加有效穗數(shù)和提高結(jié)實率，從而提高產(chǎn)量和食味評分值。

3 結(jié)論與討論

本試驗結(jié)果表明，7 500 kg/hm2是生物炭的適宜施用量，水稻產(chǎn)量達 13.90 g/叢，較對照增產(chǎn) 24.89%，差異極顯著；其次是3 000 kg/hm2和12 000 kg/hm2。有效穗數(shù)、結(jié)實率與產(chǎn)量達顯著正相關(guān)。可見，基施生物炭主要通過促進有效分蘗而增加有效穗數(shù)和提高結(jié)實率來提高產(chǎn)量。生物炭處理均提高了稻米的碾磨品質(zhì)，糙米率、精米率和整精米率的提高幅度分別為1.26%、1.70%和 7.09%，在生物炭用量為 7 500 kg/hm2時，食味評分顯著高于對照。

國內(nèi)外研究認為，施用生物炭對不同作物生長發(fā)育與產(chǎn)量有著積極作用，已被越來越多的研究證實。張偉明等[17]研究表明，施用生物炭增加了水稻每叢穗數(shù)、每穗粒數(shù)和結(jié)實率。陳琳等[19]研究發(fā)現(xiàn)，施用生物炭基復混肥可不同程度提高水稻每穗總粒數(shù)、單穗質(zhì)量、水稻經(jīng)濟產(chǎn)量，并減少氮肥施用量，提高水稻氮素利用效率。本試驗結(jié)果表明，與常規(guī)施肥相比，施用生物炭的處理產(chǎn)量顯著提高。從產(chǎn)量構(gòu)成來看，施用生物炭提高了水稻的有效穗數(shù)、穗粒數(shù)和結(jié)實率。

關(guān)于生物炭對作物品質(zhì)影響的研究已有很多，但對于生物炭對稻米品質(zhì)影響的研究甚少。陳敏等[20]研究認為，生物炭可以提高優(yōu)質(zhì)煙葉的品質(zhì)；張偉明等[21]研究認為，玉米芯生物炭對提高大豆品質(zhì)具有良好的作用。本研究認為，在一定施用量下生物炭可以提高稻米的食味評分值，過低或過高均會使稻米品質(zhì)下降。但本研究時間只有1年，時間太短，因此，有必要針對生物炭對稻米品質(zhì)的影響做進一步研究。