土壤改良劑對谷子萌發及幼苗生長的影響

王桂君，燕金銳，高增平，律其鑫，崔亞男，盧文曉

(長春師范大學，吉林長春130032)

土地沙化制約了土地生產力的提高及經濟與生態環境的可持續發展。沙化土壤由于保水保肥能力低，限制農作物產量及農業發展。南美洲的亞馬遜黑土對土壤性質的調節作用已經得到大量的證實和廣泛的認同，其中改良劑的施加會通過影響土壤的理化性質，促進植物生長。生物炭是生物有機材料在缺氧環境中經過熱裂解產生的固體，具有復雜的孔隙結構和極強的吸附性能[1]。許多研究顯示生物炭對作物生長[2]、生物量的積累有顯著作用[3-5]。由于生態條件、氣候條件以及土壤類型等的差異，生物炭單獨施加產生的效應有正面的也有負面的報道，目前沒有一個明確的、統一的施加標準。生物炭本身養分含量很低，供作物直接吸收的養分含量很少，因此通常作為土壤改良劑施加。本文擬從生物炭與化肥和有機肥的施加對沙化土壤的影響入手，通過設置控制實驗，比較不同改良劑的單獨和聯合施加對谷子萌發和幼苗生長的影響，分析不同類型的改良劑施加對沙化土壤和作物幼苗生長的作用，為土壤改良劑的合理使用提供研究基礎。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

供試土壤取自吉林省西部大安地區沙化土壤(風沙土)；供試種子為谷子(從當地種子公司購得)；生物炭購于遼寧金和福農業開發有限公司，為玉米秸稈炭，主要元素含量：總碳65.78%，總氮0.92%，總磷0.98%，總鉀1.23%，表面積1.332 m2·g-1，pH 8.82；有機肥為牲畜糞便，堆肥后備用；化肥為沃福特復合肥，N-P2O5-K2O為12-18-15。

1.2 實驗方案

設置對照(CK),生物炭(BO)，有機肥(CO)，化肥(MO)，生物炭+有機肥(BC)和生物炭+化肥(BM)6個不同處理，6次重復。化肥施加量相當于N:111.5 kg·ha-1,P:71.36 kg·ha-1,K:111.5 kg·ha-1，生物炭施加量相當于10 t·ha-1；有機肥施加量相當于20 t·ha-1；生物炭施加量相當于10 t·ha-1。化肥先用蒸餾水按比例配置成溶液，參照施加量均勻噴灑到各盆中，補足剩余的水，保證各處理所澆的總水量一致，生物炭和有機肥的施加采用人工與土壤混合均勻。挑選籽粒飽滿的谷子種子，用75%的酒精表面消毒，洗凈后催芽，待出芽后播種，每盆(直徑15cm花盆)均勻播種20粒種子，種子播種深度一致。待出苗后統計出苗率，后選擇3株長勢較好的幼苗保留，期間控制澆水量。五周后收獲，測其株高、鮮重、干重及葉片葉綠素相對含量等指標。各處理改良劑的具體施加量見表1。

植物幼苗株高，根長和莖粗用電子式數顯卡尺測定；鮮重用稱量法測定，新鮮植株在105℃殺青30 min，75℃烘干24 h測定干生物量和組織含水量。葉片葉綠素相對含量用SPAD-502葉綠素儀測定。采用SPSS16.0和EXCEL軟件進行數據分析和作圖。

2 結果與分析

2.1 改良劑施加對谷子出苗及幼苗生長的影響

2.1.1 不同處理谷子出苗情況

由圖1可以看出，無論施加化肥還是有機肥，對谷子的出苗均沒有產生顯著的促進作用，相反，單獨施加化肥和有機肥，或者與生物炭聯合施加后，谷子出苗較晚，后幾天逐漸增快，到第7天，谷子的出苗率在各處理間沒有顯著差異(P>0.05)。

圖1 不同處理谷子的出苗情況

2.1.2 不同處理谷子幼苗生長指標

從圖2可以看出，各改良劑施加對谷子生物量的積累均有顯著促進作用(P<0.05)。其中以施加化肥和化肥與生物炭聯合施加的效果最顯著。其次為生物炭與有機肥聯合施加和有機肥單獨施加的處理，而單施生物炭對谷子幼苗生物量積累的作用相對較小。無論化肥，有機肥還是生物炭的施加均增加了谷子植株的組織含水量(圖3)，其中以施加化肥的效果最顯著(P<0.05)。由此可見，改良劑的施加為谷子幼苗生長提供了養分，促進了生物量的積累，同時化肥的施加有效增加了谷子幼苗的組織蓄水能力。

圖2 不同處理谷子幼苗干重

圖3 不同處理谷子幼苗植株組織含水量

改良劑的施加均顯著促進了植株的增高(P<0.05)，單施化肥谷子幼苗株高高于單施有機肥和生物炭的處理；而且，生物炭與肥料聯合施加促進效果最顯著，其中，生物炭與有機肥聯合施加的效果顯著優于二者單獨施加(P<0.05)(圖4)。從不同處理谷子葉片葉綠素相對含量看(圖5)，單施化肥的處理谷子葉片葉綠素相對含量高于單施有機肥和單施生物炭的處理，生物炭與肥料聯合施加的兩個處理谷子葉片葉綠素含量均顯著高于對照和單施生物炭的處理(P<0.05)，其中以生物炭和有機肥聯合施加后增幅更顯著。

圖4 各處理谷子幼苗株高

圖5 不同處理谷子葉片葉綠素相對含量

3 討論與結論

生物炭能夠促進植物苗期的生長，增加總葉面積、葉片和主根的生物量，增加地上部的呼吸作用。而且，不同實驗條件結果差異也很大，總體上看，室內盆栽實驗的效果優于大田實驗；酸性土壤的效果優于中性土壤；對沙質土壤的效果優于壤土和粘土。本實驗發現，生物炭的施加對谷子幼苗生物量的積累有一定促進作用,但其單獨施加的效果遠遠不如與有機肥或化肥聯合施加的效果。原因可能是生物炭中的有機碳性質穩定，有一部分在短期內不易直接被植物吸收。此外，由于吉林西部地區土壤偏堿性，而生物炭本身多呈堿性，過多地施加生物炭會使土壤的pH過高，反而抑制植物生長。目前有一些學者仿效亞馬遜“黑土”方法，向土壤中同時施入生物炭和有機肥兩種改良劑，發現二者的協同更能增強有機肥的效用，增加可溶性有機碳的含量[6]，同時施加生物炭后，可以減少有機肥中的氮和其他養分元素的淋失，增加有機肥的CEC、表面積和納米孔隙度[7]。由此可見，生物炭與有機肥改良劑之間可能存在協同作用，其作用機理有待進一步研究。

從本實驗的結果看，化肥，有機肥以及生物炭的施加均在一定程度上促進了谷子生物量的積累，株高的伸長以及組織含水量的增加。其中以化肥的效果最顯著，而有機肥及其與生物炭聯合施加的效果顯著強于二者的單獨施加，表明生物炭和有機肥聯合施加可在一定程度上替代化肥，減少農業上化肥的施用量。