生物炭對M9T337 蘋果幼苗生長和磷素吸收及損失的影響*

主春福，劉晶晶，劉春鈴，張學林，王 菲，彭 靜，葛順峰

（1 沂水縣農業農村局，山東276400）（2 山東農業大學園藝科學與工程學院，作物生物學國家重點實驗室）

磷是蘋果生長發育所必需的營養元素。目前，蘋果生產中過量施磷的現象普遍存在，尤其是山東省蘋果主產區，磷肥投入量已高達676.17 kg/hm2[1]。磷施入后極易被土壤固定，從而導致有效性降低，當季利用率僅有5%～25%[2-4]。土壤中未被利用的磷會隨灌溉和降雨產生的徑流流失，造成水體富營養化[5]。因此，提高磷肥利用率，減少磷素損失，是蘋果產業綠色高質量發展的必然要求。

近年來，越來越多的研究者發現生物炭在提高土壤質量和固碳減排方面有著巨大的應用前景，這引起了全球農學家、環境學家和土壤學家越來越多的關注[6-7]。生物炭除了能夠改良土壤、促進作物生長和提高產量外[8]，在減少養分損失方面也具有積極效應。李卓瑞等[9]和李江舟等[10]運用室內模擬土柱淋溶試驗發現，生物炭顯著降低了菜地土壤和植煙土壤淋溶液中磷的含量，有效降低了土壤磷的淋失風險。潘復燕等[11]在冬小麥上的研究發現，施用生物炭顯著降低了徑流和滲漏液中全磷濃度，磷流失量減少了26%～46%。劉玉學等[12]研究表明，生物炭可以有效增加植株體內有效磷的綜合供給，原因在于生物炭能夠調節土壤pH 值，使磷與金屬絡合物之間產生相互吸附，減少土壤對磷的固定，增強土壤中磷的轉化率，提高土壤磷的有效性。生物炭對植物生長發育和磷吸收利用的研究多集中在大田作物，在蘋果上的研究相對缺乏。因此，本文研究了不同用量生物炭對M9T337 蘋果砧木幼苗生長、根際酸性磷酸酶活性和有效磷含量、磷吸收、土壤磷殘留和磷損失的影響，以期為蘋果園磷肥管理提供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗在山東農業大學試驗站（泰安）進行。盆栽試驗的土壤來自于山東省棲霞市觀里鎮蘋果園，有機質含量1.05%，堿解氮含量86.37 mg/kg，速效磷含量38.97 mg/kg，速效鉀含量156.38 mg/kg，pH值6.24。生物炭為稻殼在350 ℃高溫下熱解而來。

1.2 試驗處理

試驗設4 個處理：①T1，盆土生物炭添加量為15 g/kg；②T2，盆土生物炭添加量為30 g/kg；③T3，盆土生物炭添加量為60 g/kg；④CK（對照），盆土不添加生物炭。盆直徑30 cm，高45 cm，每盆裝土15 kg，施入尿素7.92 g、過磷酸鈣28.13 g、硫酸鉀9.0 g，肥料、生物炭與土混勻后裝盆。3 月29 日栽植蘋果苗，每盆1 株，1 盆為1 次重復，9 次重復。

1.3 測定指標及其方法

9 月3 日取樣，每個處理各選取5 株長勢較一致的M9T337 幼苗測定相關指標。

（1）植株生物量。將植株沖洗干凈后，解析為根、莖和葉3 部分，在105 ℃下殺青30 min，然后在75 ℃下烘干至恒重后，用百分之一天平進行稱重。

（2）根系形態指標和根系活力。各處理選取3株幼苗根系，沖洗干凈后，用透射掃描儀（ESPON Perfection V750）進行根系掃描，應用WinRHIZO根系分析軟件分析根系形態指標，包括根系總長度、根尖數量和總表面積；根系活力采用氯化三苯基四氮唑（TTC）還原法測定[13]，以單位鮮樣質量根系還原的TTC 量表示。

（3）根際土壤酸性磷酸酶活性和速效磷含量。小心從盆中取出蘋果苗，輕輕搖動根系，清除黏附在根系上的較大土壤顆粒，然后用細毛刷輕刷吸附在根系表面的土壤即為根際土，根際土壤酸性磷酸酶活性采用磷酸苯二鈉比色法測定[13]，以1g 土壤樣品24 h 釋放酚的mg 數表示；土壤速效磷含量采用0.5 mol/L NaCO3浸提，鉬銻抗比色法測定[13]。

（4）植株磷含量、磷累積量和磷肥利用率。植株磷含量采用H2SO4-H2O2消煮-鉬銻抗比色法測定[13]；植株磷累積量等于各器官干物質量與磷含量之積的總和。

磷肥利用率（%）＝［（施磷植株吸磷量－不施磷植株吸磷量）／施磷量］×100

1.4 數據統計分析

用Microsoft Excel 2010和SPSS 21.0等軟件進行數據的統計分析，利用LSD 法進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 生物炭添加量對M9T337 幼苗生物量的影響

由圖1 可見，生物炭添加量顯著影響了M9T337幼苗各器官的生物量。隨著生物炭用量的增加，M9T337 幼苗根、莖、葉和整株生物量呈先升高后降低的趨勢，均以添加量為30 g/kg 處理（T2）達到最大，較CK 分別提高了59.02%、21.55%、45.37%、33.12%。可見，土壤中添加適量生物炭可以促進M9T337 幼苗的生長，尤其是根系。

圖1 不同生物炭添加量M9T337 幼苗根莖葉的生物量

2.2 生物炭添加量對M9T337 幼苗磷累積量的影響

從圖2 可以看出，隨著生物炭用量的逐漸增加，M9T337 幼苗的磷累積量呈先升高后降低的趨勢，添加量為30 g/kg 處理（T2）達到最高（59.55 mg/株），較CK（47.79 mg/株）提高了24.61%。

圖2 不同生物炭添加量M9T337 幼苗磷累積量

2.3 生物炭添加量對M9T337 幼苗根系形態和活力的影響

從表1 可以看出，生物炭添加量顯著影響了M9T337 幼苗根系的生長發育。隨著生物炭用量的增加，植株根系長度、根尖數、總表面積均先升高后降低，添加量為30 g/kg 處理（T2）最大，分別較CK 提高了67.69%、73.07%、50.43%。生物炭也顯著影響了根系活力，根系活力最高的是添加量為30 g/kg 處理（T2），為82.17 μg·h-1·g-1，較CK 提高了72.19%；其次是添加量為60 g/kg 處理（T3），添加量為15 g/kg 處理（T1）居第3。

表1 不同生物炭添加量M9T337 幼苗根系形態和活力

2.4 生物炭添加量對M9T337 幼苗根際土壤酸性磷酸酶活性及速效磷含量的影響

從圖3 可以看出，施用生物炭顯著提高了幼苗根際土壤酸性磷酸酶活性和速效磷含量。添加量為30 g/kg 處理（T2）根際土壤酸性磷酸酶活性最高，是CK 的1.34 倍，其次是添加量為60 g/kg 處理（T3）和添加量為15 g/kg 處理（T1），二者間差異不顯著。根際土壤速效磷含量的變化趨勢與酸性磷酸酶活性相同，根際土壤速效磷含量最高的是添加量為30 g/kg 處理（T2），是CK 的1.38 倍。

圖3 不同生物炭添加量M9T337 幼苗根際土壤酸性磷酸酶活性和速效磷含量

2.5 不同生物炭添加量對M9T337 幼苗磷肥利用率、殘留率和損失率的影響

從圖4 可以看出，磷肥利用率和殘留率均以30 g/kg 處理（T2）最高，為13.63%和54.36%，分別比CK 提高了24.61%和38.39%；其次是60 g/kg 處理（T3）；15 g/kg 處理（T1）居第3。磷肥損失率趨勢則相反，以30 g/kg處理（T2）最低，僅為32.01%，比CK 降低了35.70%。

圖4 不同生物炭添加量M9T337 幼苗磷肥利用率、殘留率和損失率

3 討論與結論

根系是植物生長發育的基礎，理想的根系形態和根系活力對養分吸收具有重要意義，對植物的生長發育起著重要作用。Van Zwieten 等[8]和Olmo 等[14]研究均表明，合理施用生物炭通過改善土壤物理結構顯著促進了根系生長發育。本研究結果也表明，生物炭促進了根系生長，顯著提高了幼苗各項根系形態指標和根系活力。高量生物炭處理（T3）下幼苗生物量與磷肥利用率與T2 處理相比均降低，說明生物炭的添加對幼苗生長和磷素吸收利用存在明顯的劑量效應，超過一定用量后效果不再明顯，可能的原因在于生物炭用量過高后，對氮磷等養分的吸附能力太強，影響了養分的有效性[15]。

酸性磷酸酶是促進土壤內部磷素快速轉化的一種酶，是影響土壤中磷素轉化及生物利用有效性的重要因素[16]。George 等[17]和戰厚強等[18]的研究均表明，酸性磷酸酶活性與土壤速效磷含量之間呈極顯著正相關。本研究表明，生物炭顯著提高了根際土壤酸性磷酸酶活性和速效磷含量，與前人研究結果一致[8,14]。研究發現，生物炭能夠起到磷肥緩釋的效果[19]，滿足了植株生長后期對磷的需求，本試驗中添加生物炭處理M9T337 幼苗磷素積累量和生長量的顯著提高也驗證了此結論。與對照相比，添加生物炭處理有效提高了磷肥殘留率，減少了磷肥損失率。原因在于生物炭對磷的吸附固定，降低了土壤液相中速效磷含量，進而減少了磷淋失風險[9,12]。而且，生物炭還可以影響土壤微生物群落結構和微生物活性[20]，未被根系吸收的磷可轉化為微生物磷，從而有效減少無機磷的淋失[11]。綜上，生物炭在提高蘋果磷肥利用效率、減少磷損失方面具有顯著效果，在蘋果園土壤改良和養分管理上具有廣闊的應用前景。