玉米秸稈生物炭對盆栽花生生長的影響

吳洪燕 吳欽泉 劉同信 陳士更* 孫冰潔 高 斌 馬學(xué)文，4

1 農(nóng)業(yè)部腐植酸類肥料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 泰安 271000

2 山東農(nóng)大肥業(yè)科技有限公司 泰安 271000

3 濰坊市坊子區(qū)計(jì)量測試所 濰坊 261000

4 山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院 泰安 271000

制備生物炭的主要原料是農(nóng)作物秸稈，其數(shù)量多，來源廣。據(jù)統(tǒng)計(jì)[1]，我國秸稈的總產(chǎn)量每年可達(dá)7億多噸。用廢棄的秸稈制備生物炭施用于農(nóng)田中，不僅可以減少化肥的使用量，還能夠改良土壤，培肥地力，提高作物產(chǎn)量[2～10]。目前，生物炭的制備方法較多，研究相對深入，市場應(yīng)用潛力大，前景廣闊[11]。水渣常用作土壤調(diào)理劑的添加成分之一，其中含有硅等無機(jī)養(yǎng)分。研究表明，含硅土壤調(diào)理劑有一定的增產(chǎn)作用[12]，還能改善土壤理化性狀，提升土壤肥力[13]。還有研究證明，施用過氧化鈣能夠顯著提高晚稻的產(chǎn)量[14]。因此，利用生物炭與水渣或過氧化鈣復(fù)配，嘗試開發(fā)一款土壤調(diào)理劑新產(chǎn)品。本研究利用玉米秸稈制備生物炭，在施用腐植酸肥料的基礎(chǔ)上，單獨(dú)或與過氧化鈣、水渣配合施用，通過花生盆栽試驗(yàn)，檢驗(yàn)生物炭與腐植酸肥料的耦合效應(yīng)，以期為研發(fā)相關(guān)的新技術(shù)和新產(chǎn)品提供理論依據(jù)和新思路。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 原材料

供試花生品種為“花育20號”。

供試土壤為棕壤，采自“農(nóng)大肥業(yè)”廠區(qū)試驗(yàn)田；土壤基本化學(xué)性質(zhì)：有機(jī)質(zhì)含量10.2 g/kg，堿解氮含量77.9 mg/kg，有效磷含量24.6 mg/kg，速效鉀含量103.7 mg/kg。

1.1.2 生物炭制備

利用水熱法，將一定量玉米秸稈碎屑置于GSH-5L高溫蒸壓釜中，設(shè)置蒸壓溫度為190～200 ℃，蒸汽壓力為1 MPa，時(shí)間為3 h。待反應(yīng)完成之后，將樣品取出烘干，粉碎至3 mm以下。

1.2 盆栽試驗(yàn)

試驗(yàn)設(shè)置5個(gè)處理，分別為單施生物炭（編號為BC），生物炭與水渣按3∶1復(fù)配（編號為BC-G），生物炭與過氧化鈣按3∶1復(fù)配（編號為BC-O），生物炭與水渣、過氧化鈣按7∶2∶1復(fù)配（編號為BC-G-O）。各處理均施用腐植酸復(fù)合肥。各處理的施肥與養(yǎng)分含量明細(xì)見表1，每個(gè)處理設(shè)3次重復(fù)。

選用直徑為20 cm的塑料盆，裝土3.75 kg，按表1施入對應(yīng)物料和肥料；試驗(yàn)地點(diǎn)為“農(nóng)大肥業(yè)”溫室大棚。在盆中澆透水后，播種花生4粒。待生長至8～10 cm時(shí)，開始間苗，選留長勢一致的幼苗，每盆留2株。此后進(jìn)行相同的澆水、除草等管理，直至花生收獲。

表1 各處理施肥與養(yǎng)分含量明細(xì)Tab.1 The fertilization and nutrient content of each treatment

1.3 測定項(xiàng)目及方法

使用SPAD-502 Plus測試儀測定花生葉片葉綠素相對含量（SPAD值），各處理每個(gè)重復(fù)測定20次，取平均值。

盆栽花生飽果期測定株高；收獲期采收花生，晾干后稱重，計(jì)算產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2016處理作圖，采用單因子方差方法分析各處理之間的顯著性差異。

而為了更好地分析科學(xué)公信力指標(biāo)體系的信度和效度，檢驗(yàn)科學(xué)公信力生成邏輯中的三個(gè)維度——工具性信任、倫理性信任、符號性信任——三者之間的關(guān)系，及其在公信力生成邏輯中的地位作用，筆者又利用結(jié)構(gòu)方程模型法對科學(xué)公信力指標(biāo)進(jìn)行了深入的驗(yàn)證性因子分析，模型基本參數(shù)估計(jì)結(jié)果如表5所示。

2 結(jié)果分析

2.1 各處理對盆栽花生植株長勢的影響

花生苗期與收獲期分別記錄花生植株的長勢，并進(jìn)行對比分析（見圖1、圖2）。由圖1可知，苗期CK植株長勢相對旺盛，BC、BC-O、BCG-O 3個(gè)處理植株長勢基本相當(dāng)，BC-G植株長勢相對最弱。由圖2可知，花生成熟期，除BC-G之外，其他各處理花生植株長勢與CK基本相當(dāng)，而BC-G處理花生植株長勢明顯優(yōu)于CK及其他處理。說明，在腐植酸復(fù)合肥施用量一定的條件下，增施生物炭對花生植株長勢無明顯影響；而水渣中可能存在某種成分，對花生苗期生長無明顯作用，但后期能顯著促進(jìn)花生植株的營養(yǎng)生長。

圖1 各處理盆栽花生苗期生長情況Fig.1 Growth situation of potted peanut at seedling stage of each treatment

圖2 各處理盆栽花生收獲期生長情況Fig.2 Growth situation of potted peanut at harvest stage of each treatment

利用SPAD-502Plus于盆栽花生盛花期測定葉片SPAD值，對比分析各處理，結(jié)果見圖3。

根據(jù)圖3可知，與CK相比，各處理盆栽花生SPAD值均有升高，其中BC處理盆栽花生葉片SPAD值升高最為顯著，可達(dá)11.1%；其次為BC-O、BC-G-O，2個(gè)處理均與CK差異顯著，但2個(gè)處理之間無顯著差異；BC-G處理與BC處理差異顯著，但與CK、BC-O、BC-G-O均無顯著差異。這說明，在腐植酸復(fù)合肥施用量一定的條件下，單獨(dú)基施生物炭對提高盆栽花生葉片SPAD值具有顯著的作用；而生物炭與水渣、過氧化鈣中的1種或2種復(fù)配后基施，也對盆栽花生葉片SPAD值提高有一定的作用，但效果不如單獨(dú)基施生物炭；且各復(fù)配處理中，生物炭與水渣復(fù)配基施對盆栽花生葉片SPAD值的提升效果最差。

圖3 各處理對盆栽花生葉片SPAD值的影響Fig.3 Effects of each treatment on SPAD value of potted peanut leaves

由圖4可知，與CK相比，BC-G處理對花生株高具有顯著的促進(jìn)作用；BC、BC-G-O兩個(gè)處理與CK基本相當(dāng)，無明顯差異；BC-O處理對花生株高具有一定的抑制作用，且相對較為顯著。

圖4 各處理對盆栽花生株高的影響Fig.4 Effects of each treatment on plant height of potted peanut

綜上，在腐植酸復(fù)合肥施用量一定的條件下，單獨(dú)基施生物炭對花生株高基本無明顯作用，而生物炭復(fù)配水渣后基施能顯著促進(jìn)花生株高的生長，生物炭與過氧化鈣兩者復(fù)配或生物炭與水渣、過氧化鈣三者復(fù)配后基施均對花生株高有一定的抑制作用。說明生物炭對花生株高基本無影響，水渣能顯著促進(jìn)花生株高的生長，而過氧化鈣對花生株高的生長有一定的抑制作用，且其抑制作用可能大于水渣對花生株高的促進(jìn)作用。

2.2 各處理對盆栽花生產(chǎn)量的影響

由圖5可知，與CK相比，BC處理對花生產(chǎn)量提高有明顯的促進(jìn)作用，增產(chǎn)幅度達(dá)22.3%；而BC-G、BC-O兩個(gè)處理對花生產(chǎn)量有明顯的抑制作用，分別使花生減產(chǎn)11.7%、14.3%；BC-G-O處理花生產(chǎn)量與對照無明顯差異。這說明，在腐植酸復(fù)合肥施用量一定的條件下，單獨(dú)基施生物炭能明顯提高花生產(chǎn)量；但生物炭與水渣或過氧化鈣復(fù)配后基施，明顯降低花生的產(chǎn)量。

圖5 各處理對盆栽花生產(chǎn)量的影響Fig.5 Effects of each treatment on yield of potted peanut

究其原因，結(jié)合各處理養(yǎng)分組成及花生株高測量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，生物炭中含有大量有機(jī)碳，在腐植酸復(fù)合肥提供無機(jī)養(yǎng)分的同時(shí)，大量有機(jī)碳的分解為花生的生長及產(chǎn)量的提高提供了豐富的營養(yǎng)物質(zhì)；而生物炭與水渣復(fù)配后，水渣中的某些成分可能會(huì)刺激花生株高的生長，使得花生營養(yǎng)生長過于旺盛，進(jìn)而抑制了生殖生長，最終導(dǎo)致花生產(chǎn)量降低；生物炭與過氧化鈣復(fù)配后基施，也降低了花生的產(chǎn)量，推測可能是過氧化鈣中存在某種不利因素，影響了花生的產(chǎn)量。但三者復(fù)配使得花生產(chǎn)量與對照相當(dāng)，比兩兩復(fù)配顯著提高，同時(shí)又明顯低于單獨(dú)增施生物炭處理，這可能是因?yàn)樗⑦^氧化鈣添加比例均有所減少，進(jìn)而對花生產(chǎn)量的影響降低，亦或是二者共用時(shí)會(huì)削弱抑制花生增產(chǎn)的不利因素。

3 結(jié)論與討論

（1）腐植酸復(fù)合肥施用量一定的條件下，增施生物炭能顯著提高花生葉片SPAD值達(dá)11.1%，同時(shí)可明顯提高花生產(chǎn)量22.3%，但對花生株高無明顯作用。

（2）生物炭與水渣或過氧化鈣復(fù)配后基施，能促進(jìn)花生株高的生長或葉片SPAD值的提高，但對花生產(chǎn)量有一定的抑制作用。因此，本試驗(yàn)條件下，在花生的栽培中，生物炭與水渣或過氧化鈣復(fù)配無實(shí)際意義。

（3）而本研究中未設(shè)置水渣、過氧化鈣單獨(dú)施用的處理，其中存在的不利因素尚不明確，后期將繼續(xù)補(bǔ)充開展此類試驗(yàn)，以探索其中原因。另外要完善對作物生長、生理指標(biāo)測定，補(bǔ)充對土壤指標(biāo)的監(jiān)測，以全面評價(jià)生物炭與水渣或過氧化鈣復(fù)配對農(nóng)業(yè)和作物的影響。