王曉燕， 方玉鳳， 龐荔丹， 孟婷婷， 戴建軍

(東北農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境學院，黑龍江哈爾濱 150030)

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生物炭配合有機物料對水稻育秧基質的影響

王曉燕， 方玉鳳， 龐荔丹， 孟婷婷， 戴建軍*

(東北農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境學院，黑龍江哈爾濱 150030)

摘要[目的]為了研究生物炭配合有機物料新基質的理化性質及對秧苗生長狀況的影響。[方法]以“龍稻11號”為供試品種,采用生物炭配合有機物料玉米秸稈和稻殼，同時按一定的體積比添加有機肥、草炭、沸石、細河沙、耕層土等，混合,進行新基質的水稻育秧試驗。[結果]生物炭配合有機物料玉米秸稈和稻殼的基質能夠提高基質最大持水量，降低基質容重，改善基質pH緩沖性,對基質堿解氮和速效鉀含量的影響較大，并且能夠提高秧苗的發(fā)根數(shù)和充實度。[結論]生物炭配合有機物料玉米秸稈和稻殼的基質為最優(yōu)基質。

關鍵詞生物炭；育秧基質；理化性質；秧苗生長狀況

在寒地稻區(qū)推廣旱育稀植栽培技術，已為寒地水稻栽培的發(fā)展做出了巨大貢獻。該技術最關鍵的環(huán)節(jié)是大棚集中旱育苗，而育苗時需要大量的優(yōu)質耕層土。耕層土育秧雖然成本較低，且已形成較完整的技術體系，但整地、取土勞動強度大，營養(yǎng)土的配制也常常達不到壯秧的要求[1]。黑龍江省水稻育苗均采用旱育秧技術，每年都需要大量的優(yōu)質耕層土作為育苗床土。據(jù)統(tǒng)計，2014年黑龍江省水稻的秧植面積達400萬hm2。黑龍江省春季氣溫較低，回暖晚，土壤解凍慢，造成水稻育苗取土、篩土困難，加之春季待播時間短，嚴重影響適時旱育苗，播種期推后，造成水稻貪青晚熟。此外，連年取土對土壤耕層破壞嚴重。 篩選合適的水稻育秧基質，是解決上述一切采用優(yōu)質耕層土育秧所帶來問題的關鍵。

針對這些問題，已有學者開始研究用新的育秧基質替代營養(yǎng)土。由于稻殼纖維素含量高、密度低、滲水性差、吸水性、保水性低等，稻殼育苗沒有得到大面積的推廣。張陽等[2]用3～4 mm孔徑的篩子粉碎加工稻殼，利用酵素菌進行稻殼發(fā)酵，再配上營養(yǎng)劑作基質，實現(xiàn)無土化育秧。研究表明，將稻殼碳化后粉碎，其滲水性、保水性得到大幅度提高。這種基質通透性好，可以培育出根系發(fā)達的壯苗[3]。以生物質資源秸稈、牛糞、菇渣等農(nóng)業(yè)廢棄物經(jīng)高溫發(fā)酵、腐熟處理后制成的基質育苗能促進秧苗生長，提高干物質積累，而且育出的苗體健壯，秧苗整齊均勻，盤根緊實，秧片不易斷裂，在栽插過程中缺棵、漏棵較少，但制作程序繁瑣，育苗成本高[4]。劉華招[5]用珍珠巖育苗，保水性、滲水性均較強，育成的秧苗根長、百株干重、單位苗高干重、莖基粗等秧苗素質指標高，且根數(shù)多，須根多，發(fā)根力強，但用上述礦物質資源育苗普遍存在盤根性差，取秧、卷苗時易斷裂，造成插秧機在插秧時不能使用等問題。

為了克服單一物質育苗的不足，筆者采用不同配比的礦物質資源和生物質資源的育秧基質。供試新基質中添加生物炭配合有機物料玉米秸稈和稻殼，同時添加有機肥、草炭、沸石、細河沙、耕層土等，按一定的體積比混合。其中，生物炭是將農(nóng)作物秸稈、木屑等含碳量豐富的生物質材料在無氧或低氧的條件下熱解得到的一種粒度小、多孔性的碳質材料[6-7]。它含有較豐富的礦質養(yǎng)分元素如磷、鉀、鈣、鎂及氮素，施入土壤后能夠提高土壤中養(yǎng)分含量[8]。生物炭呈堿性，可用于改良酸性土壤，減少或避免因施用石灰等傳統(tǒng)方法所引起的資源浪費問題。研究還表明，施用生物炭可提高土壤持水容量和養(yǎng)分吸持容量[9]，提高陽離子交換量(CEC)、土壤微生物量及活性，促進土壤穩(wěn)定性團聚體的形成[10],提高土壤有機碳含量和酸性土壤pH[11]。據(jù)統(tǒng)計，我國年產(chǎn)農(nóng)林業(yè)廢棄物約 14億t，其中僅玉米、水稻、小麥等作物秸稈產(chǎn)量就達 6.5 億t，但其中秸稈還田量占比不足 20%[12]。將這些農(nóng)業(yè)廢棄物循環(huán)利用，不僅可以減少對環(huán)境的污染，而且可以作為可再生能源。另一方面，在育苗基質中添加生物炭還可以吸附土壤中未被作物利的水分和養(yǎng)分，延緩養(yǎng)分釋放，減弱其在土壤中的遷移轉化能力[13]。筆者通過新基質水稻育苗試驗，探討不同有機物料育秧基質的理化性質和秧苗生長狀況，從而篩選優(yōu)質基質，旨在為水稻基質育苗應用提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗材料

1.1.1生物炭的制備。試驗材料釆用稻殼炭，將稻殼直接炭化。將稻殼裝入300 ml陶瓷坩堝，蓋上蓋子,在馬弗爐內以2 ℃/min的速率升溫至400 ℃，保持30 min后取出,冷卻至室溫后將燒制好的稻殼炭放入自封袋中備用。

1.1.2水稻品種。供試水稻品種為“龍稻11號”,由黑龍江省農(nóng)業(yè)科學院耕作栽培研究所提供。

1.1.3有機物料。供試有機物料為粉碎的玉米秸稈和稻殼，其余配料有有機肥、草炭、沸石、細河沙、耕層土(土壤類型為黑土)。各原料都過1 mm篩。

1.2水稻育苗基質的配制水稻育苗基質由粉碎的玉米秸稈、稻殼粉、有機肥、草炭、沸石、細河沙、耕層土等按一定的比例混合而成。添加生物炭的處理為按體積比添加5%的生物炭，對照為耕層土加壯秧劑(內含豐富的復合酵素、有機質、腐殖酸、有機態(tài)氮磷鉀、微量元素，還有秧苗直接吸收利用的抗生素、抗菌素、激素、有機酸等活性物質)。不同有機物料基質配比為：耕層土+壯秧劑(CK)；秸稈20%+有機肥10%+草炭20%+沸石10%+細河沙20%+土20%(J)，稻殼20%+有機肥10%+草炭20%+沸石10%+細河沙20%+土20%(D)，秸稈10%+稻殼10%+有機肥10%+草炭20%+沸石10%+細河沙20%+土20%(H)，秸稈20%+有機肥10%+草炭20%+沸石10%+細河沙20%+土20%+5%生物炭(JC)，稻殼20%+有機肥10%+草炭20%+沸石10%+細河沙20%+土20%+5%生物炭(DC)，秸稈10%+稻殼10%+有機肥10%+草炭20%+沸石10%+細河沙20%+土20%+5%生物炭(HC)。最后，將基質pH調節(jié)至4.5～5.0。不同有機物料基質的理化性質見表1。

表1　不同有機物料理化性狀含量

1.3試驗方法試驗于2014年在東北農(nóng)業(yè)大學試驗基地進行，以水稻為研究對象，采取大棚育苗方式育苗。2014年4月6日將調配好的基質鋪盤(育秧盤采用規(guī)格580 mm×280 mm的插秧機配套軟盤)，直至鋪平育秧盤。該試驗共設不同配比的7個處理， 3次重復，隨機區(qū)組排列。水稻種子經(jīng)過曬種、選種、浸種消毒以及催芽后于2014年4月7日播種，分別于播種后14、23、32、41 d取樣。

1.4樣品的采集、測定項目與方法

1.4.1基質取樣測定。首先，測定配好基質的容重、最大持水量[14]。分別在播種后第14、23、32、41天取基質樣，測定堿解氮、速效磷、有效鉀的含量以及pH。堿解氮采用堿解擴散法測定[15]；速效磷采用0.5 mol/L的NaHCO3浸提鉬銻抗比色法測定；有效鉀用1 mol/L的NH4OAC浸提火焰光度計測定。

1.4.2水稻秧苗取樣測定。分別在播種后第14、23、32、41天取20株生長情況一致的植株，測定株高、鮮重、干重、根條數(shù)及最大根長。植物樣于105 ℃殺青,75 ℃烘至恒重，稱干重。在最后一次測定葉齡和葉綠素值。

1.5數(shù)據(jù)分析用Microsoft Excel 2007和SPSS 20.0等軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析。

2結果與分析

2.1不同有機物料育秧基質理化性質的比較

2.1.1最大持水量。 由圖1可知，不同有機物料基質的最大持水量與對照間差異在0.05水平顯著，不同物料基質之間差異性不顯著，不添加生物炭的處理中處理H的最大持水量最高，添加生物炭后各基質的最大持水量增大，處理HC的最大持水量最大為130.88%。這說明新基質在改善土壤最大持水量方面有良好的效果。

注：不同小寫字母表示在0.05水平差異顯著。圖1　不同育秧基質最大持水量

注：不同小寫字母表示在0.05水平差異顯著。圖2　不同育秧基質的容重

2.1.2容重。由圖2可知，不同有機物料基質的容重與對照間差異在0.05水平顯著，新基質的容重都小于對照耕層土；在不添加生物炭的處理中，處理J、處理D、處理H的容重間差異在0.05水平顯著且處理H的容重最?。辉谔砑由锾恐?，各基質的容重都減小，但差異性不顯著，處理HC的容重最小。

2.1.3pH。由圖3可知，隨著取樣時間的增加，育秧基質的pH逐漸增加。在第1次取樣時，基質的pH變化速率較大，之后變化較?。辉谌雍笃?，添加生物炭的處理JC、處理DC的 pH變化較大，比不添加生物炭的處理J、處理D都高。這可能是由于生物炭本來就呈堿性，能夠提高基質的pH,其中添加生物炭的處理HC變化范圍小，即緩沖性強。雖然基質的pH逐漸增大，仍都在水稻適宜的生長范圍內。

圖3　不同育秧基質pH的變化

圖4　不同育秧基質堿解氮含量變化

2.1.4堿解氮含量。由圖4可知，各處理堿解氮含量整體呈下降趨勢，但是在播種后第32天處理J、處理HC堿解氮含量有所升高，處理JC堿解氮含量變化范圍較小，處理HC堿解氮含量較高，處理DC和處理HC堿解氮含量變化較大，但仍比不添加生物炭的處理D和處理H高，即生物炭的添加對育秧基質堿解氮含量的影響較大。

圖5　不同育秧基質速效磷含量的變化

圖6　不同育秧基質速效鉀含量的變化

2.1.5速效磷含量。由圖5可知，各處理速效磷含量都呈先上升后下降的趨勢。在添加生物炭的處理中，速效磷含量沒有明顯變化；在不添加生物炭的處理中，處理J的速效磷含量最高，處理H次之。也有研究表明，生物炭對土壤速效磷沒有顯著影響[16]。

2.1.6速效鉀含量。由圖6可知，不同育秧基質中速效鉀含量先下降，在播種后第32天含量又上升；添加生物炭的處理JC、處理DC、處理HC速效鉀含量都高于不添加生物炭的處理J、處理D、處理H，其中處理HC速效鉀含量最高。這說明生物炭的添加對基質速效鉀含量的影響較大。

2.2不同有機物料育秧基質對秧苗生長狀況的影響

2.2.1水稻葉綠素含量。葉綠素含量與葉片中氮含量的關系密切。通過對水稻秧苗葉綠素含量的測定，發(fā)現(xiàn)水稻秧苗在不同處理中葉綠素和氮素的變化情況。由圖7可知,不同育秧基質相比，葉綠素含量間不存在差異，各處理間葉綠素含量較接近，說明各處理中氮素含量能夠滿足水稻秧苗生長的需求。

圖7　不同育秧基質對葉綠素的影響

圖8　不同育秧基質對干重鮮重的影響

2.2.2秧苗鮮重、干重。由圖8可知，水稻秧苗的鮮重和干重在不同育秧基質之間不存在差異。但是，添加生物炭的處理JC、處理DC、處理HC植株鮮重都高于不添加生物炭的處理J、處理D、處理H,添加生物炭的處理DC、處理HC的干重都高于不添加生物炭的處理D、處理H。

2.2.3水稻秧苗株高。水稻的莖粗、株高是衡量水稻壯苗的重要指標。由圖9 可知，在育苗初期，不添加生物炭的處理株高比添加生物炭的處理高，隨著取樣時間的延長，在播種后第41天取樣時添加生物炭處理的株高都高于不添加生物炭處理；在播種后第14天取樣時，添加生物炭的處理JC、處理DC與不添加生物炭的處理間差異在0.05水平顯著，處理H和處理HC間不存在差異，在播種后第41天取樣時添加生物炭的處理HC 與不添加生物炭的處理H間差異在0.05水平顯著。

注：不同小寫字母表示在0.05水平差異顯著。圖9　不同育秧基質對株高的影響

2.2.4秧苗發(fā)根力。水稻發(fā)根力是衡量秧苗是否健壯的標志。發(fā)根力強的秧苗在移栽后能夠壯苗。由表2可知，處理JC中水稻秧苗的根長在0.05水平顯著高于其他基質，處理HC的發(fā)根數(shù)最多為12.2根，添加生物炭的處理HC的充實度大于其他處理。

表2　不同育秧基質水稻秧苗發(fā)根力

注：同列不同小寫字母表示在0.05水平差異顯著。

3結論與討論

在采用不同有機物料育秧基質試驗中，育秧基質的pH 隨著植株的生長逐漸升高。這可能是由基質在調節(jié)酸度后根系活動和持續(xù)澆水造成的。水稻育秧的最適 pH為 4.5～5.5。在育秧初期將基質pH都調節(jié)到4.5～5.0，育秧后期基質的pH接近5.5。定期追肥可以增強基質的緩沖能力，也可能是呈堿性的生物炭對基質有一定的緩沖作用，潛在改善酸性土壤。

研究表明，處理HC水稻育秧基質培養(yǎng)的水稻植株的株高、充實度均最高，處理H都低，其原因可能是處理H的理化性質較好。在基質的容重和最大持水量方面，處理HC基質的容重最小，而最大持水量最大，基質容重與最大持水量呈顯著負相關，在一定范圍內基質容重越小，基質的最大持水量越大，保水保肥能力越強，越適宜植株生長。水稻秧苗的干重、發(fā)根數(shù)、根長、葉綠素在不同育秧基質間差異性不顯著，但都能夠滿足水稻秧苗生長的需求。

研究還表明，有機物料中生物炭的添加對基質堿解氮含量和速效鉀含量的影響較大，對速效磷含量幾乎沒有影響。處理HC和處理DC的堿解氮含量變化大，處理JC的堿解氮含量變化小,處理HC和處理J的堿解氮含量較高；處理HC和處理H的速效鉀含量高，但添加生物炭的處理速效鉀的含量都高于不添加生物炭的處理。這可能與生物炭中豐富的礦質養(yǎng)分元素有關。

綜合育秧基質理化性質變化和秧苗的生長狀況，處理HC的基質容重最小，最大持水量最大，基質中速效氮和速效鉀養(yǎng)分含量高。該處理下水稻秧苗的充實度最大，能達到壯秧的效果，即基質HC為最優(yōu)基質。

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Effects of Biochar with Organic Material on Rice Seedling Substrates

WANG Xiao-yan , FANG Yu-feng, PANG Li-dan,DAI Jian-jun*et al (College of Resources and Environmental Sciences, Northeast Agricultural University, Harbin, Heilongjiang 150030)

Abstract[Objective] The research aimed to study physical and chemical properties of biochar with organic material and its effects on seedling growth. [Method] Taking "Long Rice 11" as tested varieties, with biochar and organic materials such as corn straw and rice husks, we added organic manure, peat, zeolites, fine sand,topsoil soil and so on according to a certain volume ratio. And we conducted a rice seedling test on the new matrix. [Result] Biochar with organic material of corn stalks and rice husk could increase the maximum water holding capacity of the matrix, reduce density matrix, and improve the matrix pH buffering. The effect of nitrogen and potassium content of the matrix was large, and the numbers of seedling root and plumpness were increased. [Conclusion] Biochar with organic material of corn stalks and rice husk substrate is the best.

Key wordsBiological carbon; Rice seedlings substrate; Physical and chemical properties；Seedling growth

收稿日期2015-11-16

作者簡介王曉燕(1989- )，女，甘肅定西人，碩士研究生，研究方向：土壤與植物營養(yǎng)。*通訊作者，副教授，博士，從事土壤質量和作物營養(yǎng)學方面的研究。

基金項目黑龍江省應用技術研究與開發(fā)計劃(GC13B105)。

中圖分類號S 14

文獻標識碼A

文章編號0517-6611(2015)36-188-04