生物炭添加對苦咸水灌溉下玉米生長及產量的影響

崔佳音，李秀芳，吳世清，邵光成，劉少航

（1.河海大學農業科學與工程學院，南京210098；2.濱州市引黃灌溉服務中心，山東濱州256600；3.水利部海河水利委員會，天津300181；4.駱馬湖水利管理局新沂河道管理局，江蘇徐州221000）

0 引言

目前，制約我國農業發展的關鍵因素是水資源短缺[1]，非充分灌溉在一定程度上可以減少灌溉用水量，但在水資源總量減少的趨勢下，利用苦咸水灌溉也是緩解灌溉用水壓力的有效方式。而苦咸水灌溉有利有弊，在為植物生長提供所需水分的同時，還會引起土壤鹽分的累積，限制植物生長過程、降低植物產量和品質，從而影響經濟效益[2]。因此，研究如何制定有效方法來改善苦咸水灌溉帶來的危害對缺水地區作物高質量高效率生產具有重要意義。

生物炭是生物質不完全燃燒裂解的產物，疏松多孔，化學性質穩定，被廣泛用于土壤改良。施用生物炭可提高土壤田間持水率和速效磷含量[3]，減小土壤容重，增大土壤孔隙度，提高作物水分肥料利用效率[4]。已有研究表明，生物炭還田還可提高土壤有機碳、總氮、總磷含量，保留土壤酶活性，促進作物根系發育從而增加作物產量[5-7]。雷蕾[8]等研究發現生物炭添加可以縮短水稻節間長度,增大莖稈壁厚和節間外徑,降低水稻的倒伏指數,顯著提升水稻抗倒伏能力。趙紅玉等[9]以冬小麥為研究對象，在避雨條件下進行了不同咸水和生物炭組合方式的田間試驗，研究發現冬小麥產量在單一微咸水灌溉下下降了12.04%，而施加生物炭后作物籽粒質量和收獲指數顯著提高。高言[10]等通過室內土柱模擬試驗研究發現生物炭減緩了土壤水分入滲，抑制了土壤蒸發，且添加量在3%～5%時效果最佳。

Siddique 等人[11]開展為期2 a 的大田試驗，研究結果表明，生物炭可使土壤鹽漬度顯著下降，提高玉米的葉面積指數和產量。Elshaikh 等[12]發現生物炭可緩解鹽分脅迫，提高土壤生產力。現有研究主要集中在如何利用生物炭調控溫室氣體排放、增加作物產量和改善土壤環境等方面[13-15]。然而，苦咸水灌溉后生物炭施加如何影響玉米生長，能否緩解苦咸水灌溉造成的鹽分脅迫？相關研究尚比較缺乏。本研究旨在通過桶栽試驗，系統分析生物炭添加對苦咸水灌溉下作物產量及水分利用效率的影響，摸清生物炭如何緩解咸水灌溉帶來的危害，為制定節水、高產和環境友好型的苦咸水灌溉制度提供一定理論支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況及材料

試驗區位于河海大學節水園區內（31°57′N，118°50′E），試驗所用玉米品種為“登海605”。整個生育期劃分為苗期、拔節期、抽雄期和灌漿成熟期。試驗所用生物炭灰分含量為5%，比表面積為600 m2/g，pH 為7。試驗用土質地為黏壤土，取自試驗區20 cm 之內的土壤表層。用于灌溉的苦咸水礦化度為8.40～9.60 g/L，K+含量為5.44 mg/L，Ca2+含量為285.80 mg/L，Na+含量為26.10 mg/L，Mg2+含量為395.80 mg/L，EC值為12.30 mS/cm，pH 值為8.10；用于灌溉的淡水K+含量為2.40 mg/L，Ca2+含量為39.30 mg/L，Na+含量為12.19 mg/L，Mg2+含量為7.84 mg/L，EC值為0.34 mS/cm，pH值為7.26。

1.2 試驗設計

試驗于2020年7月開始，2020年10月結束，玉米播種日期為2020年7月6日，在避雨條件下進行桶栽試驗，同時施加適量復合肥（750 kg/hm2）作為基肥。玉米苗期易受鹽分脅迫影響，為防止影響出苗率，咸水灌溉處理于拔節期初開始，苗期各處理用淡水進行灌溉，且灌水量相同。2020年10月25日完成玉米收割，整個生育周期共計110 d。

試驗共12 個處理，每個處理進行3 次重復,具體試驗方案設計如表1所示。試驗過程中，向原樣苦咸水添加淡水至試驗設定灌溉咸水礦化度再進行灌溉。拔節期后分別于8月11日、8月18日、8月25日、9月2日、9月8日、9月14日灌溉等量不同礦化度的苦咸水，各日期灌水量分別為3、8、6、6.5、6、4 kg，12個處理均在灌漿成熟后期灌溉2 kg的淡水，作為補水處理。

表1 試驗方案設計Tab.1 Design of test scheme

將自然風干的土樣過2 mm 篩后，在桶內以10 cm 為單位分層壓實填入，試驗用桶尺寸如圖1所示。根據試驗處理要求，將0%、2%、5%含量的生物炭摻于30 cm 的土層內（生物炭含量按照占30 cm土層內的土壤質量計算）。

圖1 試驗裝置（單位：cm）Fig.1 Test device drawing

1.3 觀測內容與測定方法

用直徑為2 cm 的取土器分別于4 個生育期結束后對每桶進行取土，風干后測定土壤電導率(EC)值。先采用浸提法提取水溶性鹽，土壤EC用電導率儀（型號為DDS-307）進行測定，同一水樣重復測定3次。

玉米生長指標從壯苗期開始觀測，每隔10 d 觀測一次。使用皮尺量取各玉米植株的株高，用卷尺觀測各玉米植株健康葉片的長度和寬度，并計算得出其葉面積（0.75×葉長×葉寬），使用手持式葉綠素儀(SPAD-502)測定玉米葉片葉綠素含量。株高、葉面積和葉綠素含量同一植株均測量3 次取其平均值。

玉米收獲后，剪下各植株土層以上部分，分揀莖、葉、穗，對玉米進行脫粒；挖出根部，并盡量確保每個重復根系的完好度。清水洗凈各植株及根系，對根系進行分析掃描，數字化處理得到的根系圖片，測量計算出總根長TRL、根表面積RSA和根體積RV等根系形態指標；所有生物量均在烘箱中烘干至恒重，稱取單株籽粒重、根干重及地上部干物質重。

作物蒸散量根據各生育期及整個生育期桶內水分平衡進行估算。本試驗為避雨桶栽試驗，整個過程中無降水、徑流和滲漏，實際耗水量約等于灌水量。因此土壤水分平衡方程可簡化為：

式中：I為時段內的總灌溉量，L；V為土壤體積，L；θi為初始土壤含水率，%；θf為最終土壤含水率，%。

則單株玉米的水分利用效率（WUE）計算公式為：

式中：W為地上部干重，g；ET為整個生育期內作物蒸散量，L。

1.4 數據處理

本試驗所得數據借助Excle 2016 進行處理，采用SPSS 22.0軟件對各處理結果進行顯著性分析，采用Origin 2017軟件進行制圖。

2 結果與分析

2.1 苦咸水灌溉下生物炭施加對土壤電導率的影響

不同處理全生育期土壤電導率測定結果如圖2所示。玉米苗期的電導率與土壤深度成正比，這是由于用于試驗的土壤為前一年咸水灌溉所用土壤，相當于提前淋洗了試驗土壤；拔節期和抽雄期咸水灌溉向土壤中引入大量鹽分，各土層EC值逐漸升高。灌漿成熟期后不灌溉咸水，不引入外來鹽分，土壤鹽分受淋洗作用影響向下層土壤運移，因此抽雄期土壤鹽分累積最大，玉米受鹽分脅迫最嚴重，此時土壤EC值的響應規律最能夠體現出生物炭施用對土壤總鹽含量和玉米生長的影響。灌漿成熟期，淡水灌溉下，施加生物炭的處理土壤電導率均低于未施加生物炭的處理，2%生物炭為降低土壤EC值的最佳配比。4 g/L 苦咸水灌溉下，土壤電導率隨生物炭施加量的增加先升高后降低，表現為B2S4>B5S4>B0S4，5 g/L 和6 g/L 苦咸水灌溉下，土壤電導率隨生物炭施加量的增加而降低?？傮w來說，不施加生物炭的處理含鹽量高于施加生物炭的處理，但灌溉較高（6 g/L）礦化度苦咸水時，由于抽雄期土壤鹽分累積過多，生物炭的吸附性能飽和，不能夠起到有效的緩解作用。

圖2 不同生物炭施用量及灌溉水礦化度處理下土壤電導率變化情況Fig.2 Changes of soil electrical conductivity under different biochar application rates and salinity of irrigation water

2.2 苦咸水灌溉下生物炭施加對玉米形態指標的影響

2.2.1 對株高的影響

不同處理下玉米株高情況見圖3。生物炭施用量相同時，株高隨灌溉水礦化度增加而降低。灌溉淡水或6 g/L 苦咸水，株高隨生物炭施加量的增加先增大后減小，2%的生物炭施用量下玉米植株最高，其次是5%生物炭處理；灌溉水礦化度為5 g/L 時，株高隨生物炭施加量的增加而增大，表現為B5S5＞B2S5＞B0S5，而灌溉水礦化度4 g/L 時，這種響應規律則完全相反，其變化趨勢為B0S4＞B2S4＞B5S4，這可能是因為該苦咸水灌溉處理下鹽分脅迫較小，有一定的促進作用，生物炭的改良作用沒有得到發揮，反而由于其極強的吸附性能，吸收了土壤中的養分和水分，從而帶來了負面影響，不過此時各生物炭處理之間沒有出現顯著差異。

圖3 不同生物炭施用量及灌溉水礦化度處理下玉米株高隨時間的動態變化Fig.3 Dynamic changes of maize plant height with time under different biochar application rates and salinity of irrigation water

2.2.2 對葉面積的影響

不同處理下玉米葉面積情況見圖4。生物炭施用量相同，灌溉水礦化度不同時：無生物炭添加時，葉面積由大到小依次為B0S4>B0S6>B0S0>B0S5，處理間差異不顯著；施用2%生物炭時，葉面積變化趨勢為B2S5>B2S6>B2S4>B2S0，其中5 g/L 和6 g/L 苦咸水灌溉處理葉面積較4 g/L 苦咸水和淡水灌溉處理增長顯著，而4 g/L 苦咸水與淡水灌溉下玉米葉面積差異不明顯；生物炭施用量為5%時，葉面積響應規律呈現為B5S4>B5S5>B5S0>B5S6，4 g/L 苦咸水灌溉下葉面積明顯大于淡水灌溉，而其余苦咸水灌溉處理無顯著差異?？傮w來看，苦咸水灌溉可以有效增大玉米葉片面積，但其促進作用與灌溉水礦化度不存在明顯的線性關系。灌溉水礦化度相同，生物炭施用量不同時：淡水灌溉時，玉米葉面積隨生物炭施用量的增加而先減小后增大，表現為B0S0>B5S0>B2S0；4 g/L 和6 g/L苦咸水灌溉處理下，葉面積均隨生物炭施加量的增多而減小，不同的是4 g/L 苦咸水灌溉下3 個處理沒有顯著差異，而6 g/L苦咸水灌溉下0%和2%生物炭處理間差異不顯著，但均顯著大于5%生物炭處理；5 g/L苦咸水灌溉處理下，玉米葉面積隨生物炭施加量的增多先增大后減小，表現為B2S5>B0S5>B5S5。綜上可知，除了在5 g/L 苦咸水灌溉處理下2%生物炭施用量表現出積極作用外，其余生物炭處理玉米葉片面積均小于同一礦化度苦咸水灌溉組中的無添加生物炭的處理，這說明在土壤中施用生物炭不具有增大玉米葉面積的效果。

圖4 不同生物炭施用量及灌溉水礦化度處理下玉米葉面積隨時間的動態變化Fig.4 Dynamic changes of maize leaf area with time under different biochar application rates and salinity of irrigation water

2.2.3 對根系的影響

不同處理下玉米根系形態變化見表2。不同生物炭施加量和灌溉水礦化度作為單一因子對玉米總根長的影響均顯著，兩者的交互作用也影響顯著。灌溉水礦化度過高會抑制玉米根系發育，當生物炭施用量相同時，礦化度為6 g/L 的苦咸水灌溉下玉米總根長均小于淡水灌溉處理，而適當礦化度（4 g/L、5 g/L）苦咸水在0%和5%生物炭處理下可以促進玉米根系生長，總根長均大于淡水灌溉。當灌溉水礦化度相同時，玉米總根長隨生物炭施加量的增加先減小后增大，但不同礦化度灌溉水處理下生物炭施用效果不一。淡水灌溉時，2%生物炭處理玉米總根長增幅最大，而灌溉水礦化度為5 g/L 時，5%生物炭施用量的效果最好。根表面積對生物炭和苦咸水灌溉的響應規律與總根長相同。

表2 不同生物炭施用量及灌溉水礦化度處理下玉米根系形態的變化Tab.2 Changes of maize root morphology under different biochar application rates and irrigation water salinity

生物炭施用量為0%時，玉米根體積隨灌溉水礦化度的升高而減?。簧锾渴┯昧繛?%時，苦咸水灌溉會減小玉米體積；施用5%生物炭時，5 g/L礦化度的苦咸水灌溉處理的玉米根體積顯著大于淡水灌溉處理。灌溉水礦化度相同，生物炭施用量不同時：淡水灌溉時，玉米體積隨生物炭施用量的增加先增大后減小，生物炭施用效果不明顯，各處理差異不顯著；苦咸水灌溉時，玉米根體積隨生物炭施用量的增加先減小后增大，僅在5 g/L 和6 g/L 礦化度的苦咸水灌溉下施用5%生物炭對玉米根體積有積極作用，其中B5S5 處理顯著大于空白對照處理B0S0。綜上，利用低礦化度苦咸水進行灌溉或者在高礦化度苦咸水灌溉的地區施用較多量的生物炭均不會傷害作物根系，反而可以促進根系生長發育。方差分析結果表明生物炭和苦咸水灌溉及其交互作用對玉米總根長、根表面積和根體積均有顯著影響。

2.3 苦咸水灌溉下生物炭施加對玉米生理指標的影響

不同處理下玉米各生育階段葉片SPAD 值見表3。壯苗期變化范圍為35.10～38.30，拔節抽雄期為34.10～39.50，灌漿成熟期為29.50～38.80。當灌溉水礦化度相同，生物炭施用量不同時：淡水和較低礦化度（4 g/L、5 g/L）苦咸水灌溉下，隨著玉米生育進程的發展，葉片SPAD 值均先升高后下降（前期玉米進行營養生長，葉片增大，葉綠素含量升高；后期轉為生殖生長，葉綠素含量下降，峰值出現在拔節期附近）；壯苗期開始進行苦咸水灌溉處理后，礦化度為6 g/L 的苦咸水灌溉下玉米葉片SPAD 在隨后的生育階段內逐漸降低。拔節抽雄期和灌漿成熟期，進行苦咸水灌溉處理的玉米葉片SPAD 值總體上隨灌溉水礦化度的增大而減小，且當生物炭施用量相同時，最高礦化度苦咸水灌溉下SPAD 值顯著低于淡水灌溉處理，這點與RAO G G 等人[16]的研究結論相符合。灌溉水礦化度相同，生物炭施用量不同時，由于苗期未灌溉苦咸水，故對不同生物炭施用量處理組的均值進行比較，葉片SPAD 值僅隨生物炭施加量的增大而略有上升，方差分析結果也顯示此時生物炭的影響不顯著。壯苗期后，相同礦化度苦咸水灌溉下，葉片SPAD 值對生物炭的響應規律也大致符合這一趨勢。因此生物炭的添加會抵消苦咸水灌溉的部分負面作用。結合上文對于葉片面積的分析，苦咸水灌溉會在一定程度上增大葉片面積，因此在生物炭與苦咸水灌溉的耦合作用下，玉米葉片這一重要營養器官能夠更好地發揮其生理作用，但由表3可知，生物炭和苦咸水灌溉的交互作用對玉米SPAD值的影響并不顯著。

表3 不同生物炭施用量和灌溉水礦化度處理玉米各生育階段葉片SPAD值的變化Tab.3 Changes of leaf SPAD value at different growth stages of maize treated with different biochar application rates and salinity of irrigation water

2.4 苦咸水灌溉下生物炭施加對玉米產量及水分利用效率的影響

2.4.1 對產量的影響

由表4可知，玉米產量和水分利用效率對生物炭的響應規律大致相同。生物炭施加量相同時，單株籽粒重隨苦咸水礦化度的升高而降低。對比灌溉水礦化度相同的各組，淡水灌溉處理下，生物炭有效提高了玉米單株籽粒重，且施用量越大增產效果越好；4 g/L 礦化度苦咸水灌溉處理下，玉米單株籽粒重隨生物炭施加量的增加先降低后升高；而5 g/L、6 g/L苦咸水處理下，單株籽粒重隨生物炭施加量的增加先升高后降低，在施加2%生物炭時取得最高產量。

當生物炭施加量相同時，地上部干重隨灌溉水礦化度的增大而逐漸降低。其中地上部干重為玉米莖、葉和穗的干重總和。對比灌溉水礦化度相同的各組，淡水灌溉下，玉米地上部干重隨生物炭施用量的增加而增大，而苦咸水灌溉下總體趨勢表現為2%生物炭處理玉米地上部干重值最大。對于總生物量（地上部干重和根干重的總和）而言，當生物炭施加量相同時，玉米總生物量總體變化趨勢表現為隨灌溉水礦化度的升高而降低，最高和最低礦化度處理間差異顯著。對比灌溉水礦化度相同的各組，除4 g/L 礦化度苦咸水灌溉外，其余礦化度灌溉水處理下添加生物炭均能促進玉米干物質的積累，高礦化度苦咸水灌溉處理（5 g/L、6 g/L）下施加2%生物炭時玉米總生物量最大，淡水灌溉處理下5%生物炭收益最高。B5S0 處理玉米總生物量最大，較空白對照處理B0S0 增加19.91%；B0S6 處理最小，較空白對照處理B0S0 減少35.54%。

2.4.2 對水分利用效率的影響

水分利用效率是衡量作物生長適宜程度及措施節水效率的重要指標，不同生物炭施用量和灌溉水礦化度組合下玉米水分利用效率的變化見表4?？偟膩碚f，生物炭施用量相同時，玉米的WUE隨灌溉水礦化度的升高而降低，且灌溉水礦化度為6 g/L 時顯著低于淡水灌溉處理。灌溉水礦化度相同時，不同生物炭施用量下玉米水分利用效率間差異均不顯著。灌溉水礦化度為4 g/L 時，水分利用效率由大到小依次為B0S4、B5S4、B2S4；礦化度為5 g/L 時，WUE由大到小依次為B2S5、B5S5、B0S5；礦化度為6g/L 時，水分利用效率由大到小依次為B2S6、B5S6、B0S6。淡水灌溉時，生物炭施用量的增加提升了WUE，且生物炭施用量增至5%時，這種提升效果最為顯著。對玉米WUE進行雙因素分析的結果表明生物炭對單株WUE的影響不顯著，其與苦咸水灌溉的交互作用也不顯著，但灌溉水礦化度對水分利用效率的影響顯著。試驗結果顯示，與空白對照B0S0 處理相比，苦咸水灌溉處理下WUE均有所降低，下降幅度為1.60%～33.90%。

表4 不同生物炭施用量和灌溉水礦化度處理下玉米產量及水分利用效率Tab.4 Maize yield and water use efficiency under different biochar application rates and irrigation water salinity

3 討論

苦咸水灌溉會使土壤鹽分累積，導致作物減產。因此，對苦咸水灌溉地區土壤進行改良，改善其鹽分累積的現象，有助于緩解作物鹽分脅迫而造成的減產。生物炭疏松多孔，可以吸附土壤中的鹽分，施加后可有效降低土壤電導率。本研究的結果也證明，施加了生物炭的土壤鹽分含量總體上低于未施加生物炭的處理，但當灌溉水礦化度較高（6 g/L）時，由于抽雄期土壤鹽分累積過多，生物炭的吸附性能飽和，不能夠起到有效的緩解作用。因此生物炭作為一種優良的土壤改良劑，具有緩解苦咸水灌溉下作物鹽分脅迫的潛力。岳燕等[17]的研究表明，土壤含鹽量在2%生物炭施用下明顯降低，降低率可達34.25%。劉易等[18]研究發現，較少的添加生物炭能夠降低土壤可溶性鹽含量，但添加量過多反而會使土壤鹽分升高。李際會[19]等同時將秸稈和生物炭加入到大棚土壤中，研究其對土壤可溶性鹽含量的影響，結果表明，適量添加生物炭(0.50%和1%)或秸稈(1.40%和2.90%)可以減小土壤可溶性鹽含量，但生物炭添加量增大至5%時反而增大其含量，主要由于生物炭的可溶性鹽含量低于土壤中可溶性鹽含量，加入生物炭后對土壤中可溶性鹽含量產生稀釋作用[20]，另外生物炭可以吸附土壤中的鹽分[21]，從而降低了土壤可溶性鹽含量，而生物炭添加量的增大亦會使隨之加入的可溶性鹽含量逐漸增大，足以抵消稀釋和吸附作用。

土壤中鹽分過高會影響作物生長狀態，降低植株株高和葉面積。本研究中，苦咸水灌溉對玉米株高的負面影響顯著，使株高降低2.66%～10.26%，較高礦化度苦咸水（5 g/L）灌溉下，在土壤中添加生物炭可以緩解鹽分脅迫，施用量越大，玉米株高增幅越大。對于葉面積來說，適宜礦化度的苦咸水灌溉可以一定程度上增大玉米葉面積，而同一礦化度若咸水灌溉下，生物炭的施用不會增大玉米葉面積；生物炭施用量與葉面積的減幅呈線性關系。但生物炭在和苦咸水灌溉耦合作用下可能促進玉米葉片生長：2%生物炭施用量和礦化度為5 g/L 的苦咸水灌溉處理下，玉米葉片面積較空白對照處理B0S0顯著增大，這與已有研究結果相同。張勇[22]等對4個生育期內的玉米進行不同礦化度微咸水灌溉(1.75、3、4、5 g/L)，結果表明：同一生育期內,株高隨灌溉水礦化度的升高而降低，葉面積最大值隨灌溉水礦化度的升高而減小。朱成立[23]等的研究表明，生物炭能緩解微咸水灌溉條件下土壤鹽分表聚現象,緩解鹽分脅迫對玉米的危害,生物炭施用能夠增加玉米各生長階段的株高，在高礦化度微咸水處理下效果尤為顯著。

鹽分脅迫會使根系生長發育受到抑制。低礦化度苦咸水灌溉下玉米根系總根長、根表面積均顯著增加，而礦化度進一步升高后，根系生長受到抑制，但施加5%生物炭后，鹽分脅迫可得到一定程度的緩解，總根長、根表面積和根體積均大于對照處理B0S0。董秀秀[24]等以新疆棉花根系為研究對象，采用模塊根分級的方法研究不同根序根系的形態和生理特征以及它們對添加生物炭（BC）的響應，結果表明生物炭添加優化了根系形態、提高了生理活性。梁曉艷[25]等發現添加生物炭可顯著促進藜麥根系的形態發育，增加根系長度、根表面積、根體積及根尖數。勾芒芒[26]等的研究也有類似的結論。

王利軍[27]等的研究表明，鹽分脅迫可對葉綠素產生影響，因此測定葉片SPAD 值對探究苦咸水灌溉下生物炭施加對玉米生理生長的響應規律具有重要意義。本研究中，苦咸水灌溉會降低玉米SPAD 值，而在壯苗期后，相同礦化度苦咸水灌溉下，葉片SPAD 值隨生物炭施加量的增大而略有上升，因此生物炭的添加會抵消苦咸水灌溉的部分負面作用。迮裕雯[28]等認為生物炭可使鹽分脅迫對玉米光合作用的危害有所緩解，朱成立[23]等研究發現微咸水灌溉導致玉米光合參數與葉綠素含量下降,且在鹽分抗性相對薄弱的營養階段,抑制作用較生殖階段更為明顯；生物炭作用下使得玉米各生長階段光合參數和葉綠素含量大幅提高，5 g/L 微咸水處理下效果尤為明顯，光合參數上升10.00%～15.40%,葉綠素含量上升21.90%～37.50%。

鹽分累積通過傷害作物根系加速葉片的衰老，對光合作用、干物質分配等生理過程造成不利影響，最終導致作物減產。焦艷平[29]等在河北低平原地區開展大田灌溉試驗，發現2 g/L 礦化度噴灌的夏玉米產量略低于淡水噴灌,對夏玉米的單株穗粒質量和產量無顯著影響；3 g/L 礦化度會對夏玉米產量、百粒重和單株穗粒質量造成顯著不利影響,大幅度減少作物產量。魏琛琛[30]等發現春玉米受微咸水灌溉影響，產量和水分利用效率在鹽分脅迫下顯著降低。微咸水灌溉使得玉米干物質產量較地下水灌溉減小了9.93%～16.15%，產量較地下水灌溉減小了30.88%～37.32%。本試驗結果也表明，高礦化度苦咸水灌溉對玉米單株籽粒重、地上部干重、總生物量及水分利用效率存在顯著影響，且與灌溉水礦化度呈負相關關系。而在較高礦化度（5 g/L、6 g/L）苦咸水灌溉下，施加生物炭可以降低其對玉米根系負面效應，提高玉米對水分的吸收利用，且施用2%生物炭的處理玉米單株籽粒重和總生物量均達到最大值。因此，在較高礦化度苦咸水灌溉的地區施加適量生物炭對玉米產量及水分利用效率的提高有積極影響。

綜上所述，適當施用生物炭可以緩解咸水灌溉對作物生長的不利影響，從降低土壤含鹽量、促進植株生長以及提高作物產量角度出發，2%生物炭施加量效果要優于5%生物炭施加量；從改善作物根系狀況出發，5%生物炭施加效果更佳；綜合考慮下，施加2%、5%生物炭在5 g/L 咸水灌溉下能有效改善作物生長環境，可為咸水資源的開發利用及合理的咸水灌溉制度提供參考，但仍需進一步研究不同礦化度咸水灌溉下適宜的生物炭改良劑產品和最佳施用配比。

4 結論

（1）咸水灌溉會使土壤含鹽量升高，引起鹽分累積，且累積量與灌溉水礦化度成正比，生物炭的施加能有效緩解鹽分累積。施加生物炭能有效吸附土壤鹽分，降低土壤EC值，但當灌溉水礦化度較高（6 g/L）時，由于抽雄期土壤鹽分累積過多，生物炭的吸附性能飽和，不能夠起到有效的緩解作用。

（2）咸水灌溉抑制玉米生長，生物炭有利于植株正常生長。適宜礦化度的苦咸水灌溉對玉米葉面積、總根長、根表面積、根體積具有促進作用，其中4 g/L 礦化度苦咸水灌溉刺激根系生長，具體表現為總根長、根表面積、根體積顯著增加，礦化度進一步升高后，根系生長受到抑制。施加生物炭可以優化鹽分脅迫對玉米生長造成的不利環境，改善作物根系狀況，5%生物炭施用量的效果較好。

（3）咸水灌溉對玉米單株籽粒重、地上部干重、總生物量及水分利用效率存在顯著影響。籽粒重、地上部干重、總生物量及水分利用效率與灌溉水礦化度呈負相關關系，在較高礦化度（5 g/L、6 g/L）苦咸水灌溉下，施加生物炭可以降低其對玉米根系負面效應，提高玉米對水分的吸收利用，以上各項指標施用2%生物炭的處理增幅最大。