生物質炭施用量對滴灌冬小麥生長發育和產量的影響

陳傳信,張永強,聶石輝,孔德鵬,賽力汗·賽,徐其江,雷鈞杰

(1.新疆農業科學院糧食作物研究所, 烏魯木齊 830091; 2. 農業部荒漠綠洲作物生理生態與耕作重點實驗室,烏魯木齊 830091; 3.新疆維吾爾自治區農業技術推廣總站, 烏魯木齊 831111)

0 引 言

【研究意義】小麥作為我國三大主糧作物之一,其產量和種植面積分別達到了13 018.52×104t、2 450.8×104hm2,小麥穩產高產對我國的糧食安全問題至關重要[1]?；试谛←溕a中具有重要作用,對產量的貢獻率達50%～60%[2-6]。過量施肥會影響小麥生產[7-9]及耕地質量[10-11]。生物質炭是指將生物質原料(農作物秸桿、木材、畜禽糞便等)在限氧或缺氧條件下,經高溫熱裂解所產生的一類具有高度芳香化、含碳豐富、孔隙度高、穩定的固態物質[12]。生物質炭具有固碳減排、提高土壤肥力等特性,其具有含碳豐富,生物質炭為土壤改良及促進作物生長提供了新的思路。【前人研究進展】生物質炭對作物生長及產量的影響受土壤類型、肥力狀況及生物質炭用量的影響[13-14]。肖婧等[15]通過研究發現生物質炭能夠提高作物產量,增產可達29.2%。Martinsen等[16]發現玉米芯和花生殼為原料的生物質炭對玉米產量沒有顯著性影響。李帥霖等[17]通過盆栽試驗發現,小麥千粒重、穗粒數和株高隨著生物質炭施用量的增加先升高后降低,當生物質炭施用量為盆內干土重2%時,其增產效果最為明顯,施用量超過4%會導致小麥減產?！颈狙芯壳腥朦c】目前,生物質炭對作物生長影響的研究雖有報道,而關于新疆綠洲小麥生產中生物質炭的應用研究較少?！緮M解決的關鍵問題】設置3個生物質炭施用水平,研究開展生物質炭對于滴灌冬小麥生長發育及產量影響的研究,以期為新疆綠洲農作區小麥生產中生物質炭的應用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗于2021年9月～2022年7月在新疆農科院瑪納斯試驗站進行(85°35′E～86°42′E,43°27′N～45°37′N),屬于中溫帶大陸性干旱半干旱氣候,冬季較為嚴寒,夏季炎熱,干燥少雨,日照充足,蒸發量比較大,降水少。年平均氣溫在8.7℃,年總降水量為237.7 mm。年總日照時數為2 569.0 h,年最大積雪深度為25 cm,年最大凍土深度為75 cm。供試土壤為沙壤土,耕層土壤有機質15.6 g/kg、堿解氮64.5 mg/kg、速效磷12.65 mg/kg、速效鉀為143 mg/kg。

以冬小麥新冬18號為材料,于2021年9月25日等行距15 cm條播,播種量300 kg/hm2,施肥量:純N 240 kg/hm2,純磷(P2O5)172.5 kg/hm2,純鉀(K2O)52.5 kg/hm2,磷鉀肥、生物質炭在翻地前全部基施,氮肥基追比例為2∶3。供試生物質炭肥為市場上銷售的水稻秸稈生物質炭肥。其他田間管理措施與當地生產一致。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

在大田滴灌條件下,采用單因素隨機區組試驗設計,共設置3個生物質炭的施用水平,分別為0 t/hm2(CK)、20 t/hm2(T1)、40 t/hm2(T2),小區面積為54 m2(5.4 m×10 m),每處理重復3次。

1.2.2 測定指標

1.2.2.1 干物質

在開花期、成熟期每小區采取小麥植株20株,將采集的植株按不同的器官(莖、葉、穗)分解后裝入牛皮紙袋,放入烘箱烘干(所取樣品放入烘箱105℃殺青30 min,80℃烘干至恒重)稱重。

1.2.2.2 葉面積

在拔節期、孕穗期、開花期、成熟期每小區隨機取20個單莖,用直尺測定單莖全部葉片的長寬,長寬系數法計算葉面積。

單莖小麥總葉面積=葉長×葉寬×0.83。

1.2.2.3 葉綠素相對含量(SPAD值)

葉綠素相對含量(SPAD值)采用日本生產的SPAD-502葉綠素測定儀測定,每小區各選取20株,每葉從基部到尖端測3點取平均值。于拔節期(倒二葉)和抽穗期、開花期、灌漿期(旗葉)測定葉片SPAD值。

1.2.2.4 測產及考種

成熟期從各小區選取2.4 m2(1.2 m×2 m)樣區,單獨人工收割,脫粒后風干計產,折算籽粒含水量為13%。每小區取1 m雙行樣段,用于調查穗數、穗粒數和千粒重。

1.3 數據處理

采用Microsoft Excel 2007對試驗數據錄入整理和圖表制作,SPSS 22.0統計軟件對數據進行顯著性比較分析。

2 結果與分析

2.1 生物質炭施用量對冬小麥葉面積指數(LAI)的影響

研究表明,在開花期和灌漿期,冬小麥葉面積指數均表現為T2>T1>CK,T2和T1處理葉面積指數顯著高于CK,T2和T1處理開花期葉面積指數分別比CK增加18.92%、16.01%,T2和T1處理灌漿期期葉面積指數分別比CK增加14.36%、11.82%。T2和T1處理間葉面積指數差異不顯著。圖1

注:字母表示同一時期不同處理間差異性(P<0.05),下同

2.2 生物質炭施用量對冬小麥葉片SPAD值變化的影響

研究表明,隨著生育時期的推進,各處理的葉綠素SPAD值均表現出先增加后降低的趨勢,且在開花期達到最大值;不同生育時期冬小麥葉綠素SPAD值均表現為T2>T1>CK,施用生物質炭提高了冬小麥葉片葉綠素活性,各處理間差異不顯著。T2處理拔節期、抽穗期、開花期、灌漿期葉綠素SPAD值分別比T1、CK增加0.55%、0.31%、0.90%、2.28%和1.41%、1.18%、2.95%、3.67%。圖2

圖2 不同生物質炭施用量下冬小麥葉片SPAD值變化

2.3 生物質炭施用量對冬小麥干物質積累影響

研究表明,開花期、灌漿期冬小麥干物質積累均表現為T2>T1>CK,各處理間差異顯著,施用生物質炭顯著增加了冬小麥干物質積累。T2和T1處理開花期和灌漿期干物質積累量分別比CK增加18.07%、10.15%和29.13%、9.46%。T2處理開花期、灌漿期干物質積累量分別比T1增加7.19%、17.96%。圖3

圖3 不同生物質炭施用量下冬小麥干物質積累變化

2.4 生物質炭施用量對冬小麥產量及產量構成因素影響

研究表明,施用生物質炭可以促進冬小麥產量的形成。生物質炭不同施用量對冬小麥產量影響顯著,T1、T2比CK分別增加6.96%、12.58%,其中T2處理產量表現最好,為8 244.40 kg/hm2。不同處理冬小麥穗數、穗粒數、千粒重產生差異,施用生物質炭提高了產量構成三要素。T2處理的穗數、穗粒數、千粒重表現較好,T2處理的穗數、穗粒數、千粒重顯著高于CK,較CK分別增加7.22%、13.27%、8.08%;T2處理的穗數、穗粒數與T1處理間差異不顯著,較T1分別增加3.13%、0.96%,差異不顯著,T2處理千粒重顯著高于T1。表1

表1 不同生物質炭施用量下冬小麥產量及產量構成因素變化

3 討 論

3.1施用生物質炭不同程度促進作物葉片SPAD值的提高,干物質積累量的增加[18],施用生物質炭處理的玉米葉片具有較高的葉綠素含量和較大葉面積指數,增加了后期的葉片保綠度[19]。Baronti等[20]通過沙壤土的盆栽試驗研究發現,當生物質炭施用量為30和60 t/hm2時,黑麥草的生物量明顯比對照增加20%、52%,但在100 t/hm2時,抑制了黑麥草的生物量形成。研究發現,生物質炭的施用提高冬小麥葉綠素SPAD值、葉面積指數,積累了較多的干物質,為獲取較多經濟產量的提供了基礎。施用生物質炭在一定程度上影響到作物的生長發育,不同作物類型、土壤類型對生物質炭的效應不同,適量施用生物質炭可以促進作物的生長發育和干物質積累。

3.2施用生物質炭可以顯著提升作物的產量[21]。研究中發現,生物質炭不同施用量均對冬小麥產量影響顯著,T1、T2比CK分別增加6.96%、12.58%,其中T2處理40 t/hm2生物質炭施用量產量表現最好,為8 244.40 kg/hm2。與李中陽等[19]研究結果相似,生物質炭有利于增加冬小麥產量?？赡苁且驗樯镔|炭能夠延緩肥料養分在土壤中的釋放,提高養分利用率,從而使作物增產[22-23]。研究表明大量施用生物質炭會導致土壤氮素供給能力而影響小麥產量?？赡苁且驗樽魑锷L和產量對生物質炭施用的響應效果與土壤性質、生物質炭原料、施用量有關[24]。今后生物質炭應用研究中需考慮土壤性質、生物質炭類型。

4 結 論

施用生物質炭可以提高冬小麥葉面積指數,T2處理和T1處理葉面積指數顯著高于CK。施用生物質炭促進冬小麥植株的生長發育,有利于群體干物質生產。在T2處理40 t/hm2生物質炭施用量下冬小麥生長發育較好,產量明顯增加。