生物炭對寒地早粳稻生長的影響

劉 丹 王嘉宇 馮章麗 孫玉友 魏才強 李洪亮 鄧力喜 程杜娟 吳亞男 陳銀華 隋常玲 黃家春

（1 遵義師范學院生物與農業科技學院，遵義 563006；2 沈陽農業大學水稻研究所，沈陽 110866；3 黑龍江省農業科學院牡丹江分院，牡丹江 157041）

進入21 世紀以來，農業可持續發展一直是世界各國關注的熱點和研究的重點。我國是一個農業大國，農作物秸稈產量大[1]、分布廣、種類多。然而，傳統的秸稈焚燒處理不僅造成了嚴重的大氣污染，而且導致秸稈中富含的氮、磷、鉀等元素的損失[2-4]，農業廢棄物處理已成為一個制約農業可持續發展的世界性難題。近年來，隨著生物炭產業的興起，秸稈炭化還田理念和技術體系的形成，為解決這個難題提供了新的思路。

生物炭是生物質（木材、草、玉米稈或其他農作物廢物）在低氧環境下，通過高溫裂解碳化而成的富碳產物，具有較大的孔隙度和比表面積[5]，吸附能力強，是一種可應用于農業、工業等領域的理想材料。生物炭的利用已成為當前研究的熱點領域，特別是在農業農村部2020 年發布的十大引領性技術中，以秸稈生物炭為功能載體的秸稈炭基肥利用增效技術赫然在列。生物炭施入農田土壤后可改變土壤理化性質，對提高肥料利用效率、增加作物產量、促進農業可持續發展等都具有重要作用[6-9]。

生物炭在水稻生產應用中已有報道，張偉明等[10]的研究表明，生物炭處理對水稻根系形態特征的優化與生理功能的增強具有一定的促進作用；王晉等[11]的研究表明，適量添加生物炭有助于水稻幼苗生長，但煙稈炭可能會對水稻產生不良作用，應嚴格控制施用量和施用方法；眭鋒等[12]的研究表明，施用生物炭可以顯著提高土壤有機質、速效鉀含量和蔗糖酶活性，但對土壤脲酶、纖維素酶和蛋白酶活性均無顯著影響，且生物炭施入對雙季水稻的影響可能具有時間效應。然而至今為止，有關生物炭施入對黑龍江省寒地早粳稻生長的研究還很少見。本研究通過大田試驗，探討了不同量生物炭施入對寒地早粳稻分蘗、葉片葉綠素含量、葉面積以及干物重的影響，旨在為生物炭在寒地水稻生產中的應用提供理論與技術指導。

1 材料與方法

1.1 試驗材料試驗材料為黑龍江省2 個大面積推廣的水稻主栽品種：龍粳21 和空育131。

1.2 試驗設計試驗在黑龍江省農業科學院牡丹江分院水稻研究所試驗田進行，稻田土質為河淤泥，土壤肥力中等。土壤理化性質為：有機質18.5g/kg、全氮2.6g/kg、堿解氮87.6mg/kg、速效磷13.2mg/kg、速效鉀96.8mg/kg。

采用大棚旱育苗移栽的種植方式，4 月15 日播種，5 月17 日移栽，插秧規格為30cm×13.3cm，每穴3～5 苗。

試驗設4 個生物炭（秸稈炭）施加梯度，分別為C0（0t/hm2），C1（5t/hm2），C2（10t/hm2），C3（15t/hm2），小區面積15.0m2，采用隨機區組設計，3 次重復。其他田間栽培管理同當地一般生產田。

1.3 試驗測定內容與方法分蘗動態測定 大田移栽后，定植10 穴，每穴保證4 苗。于插秧后10d開始調查分蘗，每隔7d 調查1 次。在第1 次調查分蘗數量時，連續選出5 穴植株標記，下一次調查在標記的5 株上進行。

葉片葉綠素含量測定 于分蘗期和齊穗期利用SPAD-502 plus 葉綠素儀連續測定3 穴水稻倒1葉上部的SPAD 值，取平均值作為SPAD 測定值。

葉面積測定 于分蘗期和始穗期，在各小區取有代表性的植株3 穴，測定各處理的葉片長和寬，并采用長寬系數法，按照公式S=0.75ab（a 為葉長，b為葉寬，0.75 為系數）計算葉面積。

地上部分干物重測定 于分蘗期和齊穗期進行取樣測定，按照葉、莖鞘以及穗3 部分剝離分開，裝入信封，置于烘箱，105℃殺青30min，80℃烘干至恒重稱重。

1.4 數據處理采用Excel 進行數據處理分析，并利用GraphPad Prism 6 進行作圖。

2 結果與分析

2.1 生物炭對寒地早粳稻分蘗動態的影響由圖1可知，參試水稻品種的分蘗盛期發生在7 月7 日，且不同量生物炭的施入對參試水稻品種的分蘗數影響不同，其中龍粳21 分蘗性狀表現為C1>C3>C2>C0，空育131 分蘗性狀表現為C1>C0>C2>C3。由此可見，施入一定量生物炭有利于水稻分蘗的形成，生物炭用量為5t/hm2（C1）時能增加參試早粳稻品種的分蘗數。

2.2 生物炭對寒地早粳稻葉片葉綠素含量的影響由圖2 可知，不同量生物炭的施入對寒地早粳稻葉片葉綠素含量存在影響。龍粳21 葉片葉綠素含量變化趨勢表現為：分蘗期C3>C2>C1>C0，齊穗期C0>C3>C1>C2；空育131 葉片葉綠素含量變化趨勢表現為：分蘗期C2>C3>C1>C0，齊穗期C1>C0>C3>C2。由此可見，施入生物炭能夠提高水稻分蘗期葉片葉綠素含量，但2 個參試品種對生物炭施入量的響應有所不同，其中龍粳21 在C3 時葉片SPAD 值最大，而空育131 在C2 時葉片SPAD 值最大。然而，在齊穗期，不施生物炭（C0）或少施生物炭（C1）時寒地早粳稻葉片SPAD 值最大，在C2 處理時SPAD 值最小。

2.3 生物炭對寒地早粳稻葉面積的影響由圖3可知，施入一定量的生物炭能夠提高參試水稻品種的葉面積。龍粳21 的葉面積變化趨勢表現為：分蘗期C2>C3>C1>C0，始穗期C2>C3>C1>C0；空育131的葉面積變化趨勢表現為：分蘗期C3>C2>C1>C0，始穗期C1>C2>C0>C3。由此可見，生物炭田間施入量的不同，對2 個參試水稻品種的葉片葉面積大小存在影響，其中龍粳21 在C2 水平下，有利于獲得最大的葉面積，而空育131 在C1 水平下，有利于獲得最大的葉面積。

2.4 生物炭對寒地早粳稻干物重的影響由表1可知，生物炭施入量對早粳稻不同時期干物重積累量存在影響。龍粳21 在不同時期干物重積累量的變化趨勢表現為：分蘗期葉干重為C2>C3>C1>C0，莖鞘干重為C2>C3=C1>C0；齊穗期葉干重為C0>C2>C3>C1，莖鞘干重為C2>C0>C3>C1，穗干重為C0>C2>C3>C1。空育131 在不同時期干物重積累量的變化趨勢表現為：分蘗期葉干重為C3>C2>C1>C0，莖鞘干重為C3>C2>C1>C0；齊穗期葉干重為C1>C0>C2>C3，莖鞘干重為C2>C1>C0>C3，穗干重為C0>C3>C2>C1。由此可見，高生物炭用量（10～15t/hm2）有利于2 個品種分蘗期干物質積累，齊穗期莖鞘干物質的積累，而低生物炭用量（0～5t/hm2）有利于2 個品種齊穗期葉片和穗干物質的積累。

表1 生物炭對早粳稻不同時期干物重積累量的影響

3 結論與討論

近年來，圍繞著生物炭對作物產量及氮肥利用的影響，國內外學者開展了大量的研究。相關研究表明[9，13-14]，生物炭施用對作物產量的影響在不同試驗條件下表現不盡相同。絕大多數研究者認為添加生物炭能夠有效改善土壤的理化性狀，增加作物對養分的吸收，提高作物的產量，但也有少數研究認為，生物炭的增加作用有一定的適用范圍，當施用生物炭量過高或過低時，可能導致作物的產量降低。

楊德毅等[15]的研究表明，施用生物炭能增加水稻分蘗數、株高和有效穗數，但不同用量不同原材料的生物炭對水稻生長性狀的影響略有不同。本研究結果表明，施入一定量生物炭有利于水稻分蘗的形成，生物炭用量較低（5t/hm2）時能夠增加2 個參試早粳稻品種的分蘗數，研究結果與已有報道一致；施用生物炭能夠提高水稻分蘗期葉片葉綠素含量，但不同品種生物炭施入量存在差異，這與Asai 等[16]研究認為生物炭高量施用降低了水稻葉片葉綠素含量的結果存在差異，有待進一步驗證。此外，范龍等[17]的研究表明，施入生物炭后，水稻齊穗期干物質生產量要高于對照。本研究結果表明，高生物炭用量（10～15t/hm2）有利于2 個品種分蘗期干物質積累和齊穗期莖鞘干物質的積累，而低生物炭用量（0～5t/hm2）有利于2 個品種齊穗期葉片和穗干物質的積累。

水稻產量形成對生物炭施用的響應，受諸多因素影響，如生物炭原料特性、理化性質、施用量、施用方式、土壤質地、土壤理化性質以及不同施肥管理方式等，因此有關生物炭對水稻生長的影響機理還需要開展多年多點的試驗研究，這也是下一步工作的重點。