減氮配施炭基土壤調理劑對甘蔗苗生長生理的影響

張 賽，陳 杭，胡朝華，袁照年

（福建農林大學國家甘蔗工程技術研究中心，福建福州 350002）

我國農田土壤酸化的現象很普遍，酸化土壤中活性鋁、錳的富集容易對農作物的生長發育造成毒害效應［1-2］。甘蔗是我國南方重要的糖料作物和能源作物，然而長年甘蔗連作和不合理施肥導致蔗田土壤酸化加劇、土壤肥力嚴重不足［3-5］。生物炭是一種主要由農林廢棄生物質經高溫裂解炭化而成的富碳材料，作為土壤改良劑可用于農田土壤改良和培肥地力。近年來，生物炭及其相關技術在農業土壤研究領域受到廣泛關注［6-7］。本文通過盆栽試驗研究氮肥減量配施生物炭基土壤調理劑對甘蔗苗生長生理的影響，旨在為促進生物炭基土壤調理劑在甘蔗等連作農田中的應用提供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1）供試甘蔗品種為南方蔗區主栽品種“新臺糖22號”。

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）試驗所用生物炭基土壤調理劑從市場上購買，pH值8.43，有機碳含量88.1 g·kg-1。

1.2 試驗設計與測定方法

試驗設置3 個處理，分為不施氮對照（CK）、正常施氮（CNF）、氮肥減量配施炭基土壤調理劑（RNBC），每個試驗處理設置4 個重復。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%炭基土壤調理劑。各處理中磷鉀肥施用量相同。所有試驗處理都采用統一的塑料桶，每桶放置等量的供試土壤，按一定比例將土壤、肥料和炭基調理劑充分混勻后裝入桶中。

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

1.3 數據處理

試驗數據采用Excel 2019 和SPSS 25.0 軟件進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 炭基土壤調理劑對甘蔗苗生長的影響

從圖1 可知，正常施氮和減氮配施炭基土壤調節處理對不同時期蔗苗株高均有明顯的影響，總體上呈現階梯式持續增長的趨勢，而不施氮對照呈緩慢增長趨勢。蔗苗株高調查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%。株高調查Ⅱ期（GT2，Ⅰ期后11 天），RNBC處理最高，CNF處理次之，CK對照最低；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%。株高調查Ⅲ期（GT3，Ⅱ期后27 天），CNF 處理最高，RNBC處理次之，CK對照最低；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%。株高調查Ⅳ期（GT4，Ⅲ期后11 天），RNBC 處理最高，CNF 處理次之，CK 對照最低；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%。

圖1 減氮配施炭基土壤調理劑處理對甘蔗苗株高的影響

2.2 炭基土壤調理劑對甘蔗苗葉綠素指數的影響

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

圖2 減氮配施炭基土壤調理劑處理下甘蔗苗葉綠素指數的動態變化

2.3 炭基土壤調理劑對甘蔗苗氮素平衡指數的影響

從圖3 可知，減氮配施炭基土壤調理劑和正常施氮處理對不同時期甘蔗苗葉片氮平衡指數有明顯的影響，總體上呈現峰波式動態趨勢，而不施氮對照呈持續下降的趨勢。蔗苗調查Ⅰ期（NT1），減氮配施炭基土壤調理劑RNBC 處理的氮平衡指數最高，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%。蔗苗調查Ⅱ期（NT2，Ⅰ期后19 天），CNF 處理的氮平衡指數增加至最高，RNBC 處理次之，CK 呈下降趨勢；與CK相比，CNF和RNBC處理的氮平衡指數分別增加40.7%和27.9%。蔗苗調查Ⅲ期（NT3，Ⅱ期后16 天），RNBC 處理的氮平衡指數增加至最高，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%。蔗苗調查Ⅳ期（NT4，Ⅲ期后21 天），RNBC 處理的氮平衡指數最高，CNF 處理次之，CK 對照最低；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%。

圖3 減氮配施炭基土壤調理劑處理下甘蔗苗氮平衡指數的動態變化

2.4 炭基土壤調理劑對甘蔗苗葉片抗氧化系統的影響

從圖4 可知，減氮配施炭基土壤調理劑處理對甘蔗苗葉片超氧化物歧化酶和過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理劑處理中SOD 酶活均呈下調趨勢，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%。蔗苗葉片的過氧化氫酶活在CNF 和RNBC 處理中均呈上調趨勢，與CK 相比，CNF 處理的過氧化氫酶活提高33%，RNBC 處理提高40.3%；RNBC 處理的CAT酶活比CNF提高1.7%。

圖4 減氮配施炭基土壤調理劑對甘蔗苗葉SOD和CAT酶活的影響

從圖5 可知，RNBC 處理的蔗苗葉片丙二醛含量最高，CK 對照次之，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 對照 最低。與CK 相比，CNF 和RNBC 兩個處 理 分別增加22.0%和3.2%。

圖5 減氮配施炭基土壤調理劑對甘蔗苗葉丙二醛和脯氨酸含量的影響

3 結論

在本試驗條件下，正常施氮和減氮配施炭基土壤調理劑處理中甘蔗苗株高均呈持續增長趨勢，不施氮對照中蔗苗長勢緩慢。據測算，各處理中不同時期甘蔗苗株高的日均相對增長率存在較明顯的差異，減氮配施炭基土壤調理劑處理中株高日均增長率最高為1.60%，正常施氮處理為1.36%，不施氮對照為0.12%，這說明氮肥減量并配施炭基土壤調理劑有效促進蔗苗生長。在減氮配施炭基土壤調理劑處理下，不同時期蔗苗葉綠素和氮平衡指數均維持在較高水平，正常施氮處理下不同時期葉綠素和氮平衡指數也均高于不施氮對照，說明正常施氮和減氮配施炭基調理劑處理對蔗苗葉片光合效率和氮素營養具有一定的調節作用。蔗苗葉片抗氧化生理指標分析結果顯示，與正常施氮相比，減氮配施炭基土壤調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。以上結果說明，減氮配施炭基土壤調理劑對蔗苗生長、葉片光合效率和抗氧化系統均產生一定的影響，相關的調理作用機制有待于下一步深入研究。