戚琳 馬存琛 謝偉芳

摘要 [目的]研究得到替代泥炭的最佳生物炭育苗基質(zhì)配比。[方法]以生物炭、泥炭、椰糠、蛭石和珍珠巖為基質(zhì)，按照生物炭和泥炭的不同配比，研究基質(zhì)理化性質(zhì)差異及其對(duì)西瓜幼苗生長(zhǎng)的影響。[結(jié)果]隨著基質(zhì)中生物炭比例的增加，基質(zhì)容重和持水孔隙降低，pH、總孔隙度增大，且其值均在育苗基質(zhì)適宜范圍之內(nèi)；各處理間西瓜幼苗出苗率無顯著差異，株高、莖粗、地上部鮮重、壯苗指數(shù)和根系活力均呈先增大后減小的趨勢(shì)，西瓜幼苗各生長(zhǎng)指標(biāo)以T2處理（生物炭∶泥炭=2∶3）為最佳，高于純泥炭基質(zhì)的CK。[結(jié)論]可用一定比例生物炭替代泥炭，在對(duì)基質(zhì)水分和養(yǎng)分條件起到一定的協(xié)調(diào)作用的同時(shí)促進(jìn)幼苗生長(zhǎng)。

關(guān)鍵詞 生物炭；泥炭；基質(zhì)；西瓜

中圖分類號(hào) S156.2；X712 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 0517-6611（2017）25-0055-04

Abstract [Objective] To find the best substitution ratio of peat in substrate formula with biochar. [Method] Biochar， peat， coconut chaff， vermiculite and perlite were used as experimental substrate materials to study the effect of different proportion of biochar and peat on physical and chemical properties of substrate and growth of watermelon seedlings. [Result] With the increasing proportion of biochar， bulk density and waterholding porosity of substrate decreased while pH and total porosity increased. The indicators all reached the requirement of ideal substrate. There was no significant difference in germination rate of different treatments， but the plant height， stem diameter， aboveground fresh weight， healthy seedling index and root activity of watermelon seedlings firstly increased， and then decreased. Index of watermelon seedling of T2 treatment （biochar∶peat= 2∶3） was better than other treatments. [Conclusion] Biochar could be recommended as a replacing material of peat which could coordinate substrate water and nutrient condition and promote seedling growth.

Key words Biochar；Peat；Substrates；Watermelon

泥炭是經(jīng)過幾千年形成的天然沼澤地產(chǎn)物，具有較大的孔隙度和比表面積，透氣透水性好、陽(yáng)離子交換能力強(qiáng)[1]，由于其具有優(yōu)良的理化性狀和使用效果，因而被廣泛應(yīng)用于育苗基質(zhì)中[2]。然而，泥炭屬于不可再生資源，其開采行為對(duì)環(huán)境破壞很大，在造成環(huán)境破壞等生態(tài)問題的同時(shí)，也面臨著資源枯竭和品質(zhì)下降的問題。因此，在保證育苗基質(zhì)的性能及育苗效果的前提下，尋求其他可再生材料作為替代基質(zhì)具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。

大量研究利用低成本廢棄資源如椰糠[3-4]、腐熟秸稈和牛糞[5]、蚯蚓堆肥[6]等作為泥炭替代物，獲得了較好的育苗效果。生物炭（Biochar）是由農(nóng)林廢棄物等生物質(zhì)在缺氧或低氧條件下高溫?zé)峤庑纬傻母挥锌紫督Y(jié)構(gòu)、含碳量高的固態(tài)顆粒物質(zhì)[7]。生物炭性質(zhì)穩(wěn)定，不易被分解和礦化[8]，具有較大的孔隙度、比表面積和陽(yáng)離子交換量[9]，與泥炭具有相近的理化性質(zhì)，是替代基質(zhì)中泥炭的理想材料。生物炭的制備使農(nóng)林廢棄物實(shí)現(xiàn)了循環(huán)利用，既減輕了對(duì)環(huán)境的污染，又可作為一種新的可再生能源[10]。而有關(guān)生物炭替代泥炭基質(zhì)的相關(guān)研究很少[1]。筆者以泥炭、椰糠、蛭石和珍珠巖為基礎(chǔ)，將生物炭以不同比例替代泥炭，研究不同替代量的生物炭基質(zhì)對(duì)西瓜幼苗農(nóng)藝性狀與生理指標(biāo)的影響，從而篩選出最佳的生物炭替代比例，為減少泥炭資源消耗、提高廢棄資源合理化利用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

供試西瓜品種為蘇蜜8號(hào)，由江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜所提供；試驗(yàn)基質(zhì)材料為生物炭、泥炭、椰糠、蛭石和珍珠巖。其中，生物炭是以水稻秸稈為原料于500 ℃馬弗爐（Carbolite CWF 12/13，GB）厭氧裂解2 h制得，泥炭、椰糠、蛭石和珍珠巖均為市場(chǎng)購(gòu)買。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2016年9—10月在江蘇城市職業(yè)學(xué)院屋頂花園進(jìn)行，共設(shè)置6個(gè)處理，分別按不同體積比例復(fù)配成育苗基質(zhì)，具體配比見表1。

試驗(yàn)采用黑色塑料50孔穴盤，西瓜種子浸種催芽后播種，每穴播種1粒，每個(gè)處理播種1盤，3次重復(fù)。播種結(jié)束后置于大棚內(nèi)，育苗周期為35 d，整個(gè)苗期只澆清水。

1.3 分析方法

不同配比基質(zhì)的容重、總孔隙度、持水孔隙、pH、EC等指標(biāo)參照《土壤農(nóng)化分析》[11]方法進(jìn)行測(cè)定。西瓜幼苗生長(zhǎng)指標(biāo)：測(cè)定每盤的出苗率；分別于播種后第20、25、30和35天用直尺測(cè)量株高、游標(biāo)卡尺測(cè)量莖粗；培養(yǎng)周期結(jié)束后，從各處理每盤隨機(jī)選取長(zhǎng)勢(shì)一致的幼苗10株，清水洗凈、吸水紙吸干表面水分后用萬分之一天平分別稱量地上部和地下部鮮重；在烘箱105 ℃下殺青30 min，然后在80 ℃下烘至恒重后稱量地上部和地下部干重；通過以上指標(biāo)計(jì)算根冠比和壯苗指數(shù)[12]，根冠比=地下部干重/地上部干重，壯苗指數(shù)=（莖粗/株高+地下部干重/地上部干重）×全株干重。葉綠素含量（SPAD）采用SPAD—502 Plus（Konica Minolta）葉綠素儀測(cè)定，選取由上數(shù)第3片展開葉測(cè)定，每片葉測(cè)定5次并取其平均值；根系活力采用氯化三苯基四氮唑（TTC）法測(cè)定[13]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2010軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和圖表繪制，SPSS19.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行單因素方差分析（One-Way ANOVA）和最小顯著極差法（LSD）進(jìn)行各處理間差異顯著性分析，顯著性水平設(shè)α=0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同育苗基質(zhì)的理化性狀

由表2可知，隨著生物炭比例的增加，基質(zhì)容重和持水孔隙降低，總孔隙度增大，說明生物炭比泥炭持水孔隙少，但通氣性好、孔隙較發(fā)達(dá)；各處理物理性狀均在育苗基質(zhì)適宜范圍之內(nèi)。T1～T5處理EC在1.04～1.95 mS/cm，符合安全EC的要求；T1～T5處理pH在6.94～7.37，均高于CK，但均在適宜pH范圍內(nèi)；T1～T5處理含氮量在7.30～9.69 g/kg，均低于CK；T1～T5處理磷含量在5.12～5.40 g/kg，T1和T2處理高于CK，T3、T4和T5處理低于CK；T1～T5處理鉀含量在15.93～19.21 g/kg，均高于CK?？梢?，由生物炭復(fù)配的育苗基質(zhì)可為西瓜幼苗提供生長(zhǎng)所需的水、肥、氣、熱條件。

2.2 生物炭基質(zhì)對(duì)西瓜幼苗出苗率的影響

處理T1～T5出苗率分別為91.33%、92.67%、93.33%、92.00%、91.33%，各處理間幼苗出苗率無顯著差異（P>0.05），與CK（92.67%）差異不顯著。其中，T3處理西瓜幼苗出苗率最高（93.33%），T1和T5處理西瓜出苗率最低，均為91.33%。

2.3 生物炭基質(zhì)對(duì)西瓜幼苗株高和莖粗的影響

由圖1可知，各時(shí)期T4和T5處理西瓜幼苗株高均低于CK，且在播種后第30和35天T5處理與CK差異達(dá)到顯著水平（P<0.05），各時(shí)期T2處理株高比CK大，但均未達(dá)到顯著水平（P>0.05）。

由圖2可知，各時(shí)期T2和T3處理西瓜幼苗莖粗均大于CK，播種后第20、25和30天，各處理間西瓜幼苗莖粗差異不顯著（P>0.05）；在播種后第35天，T3處理莖粗最大，達(dá)2.78 mm，T5處理莖粗最小，為2.67 mm，兩處理間差異顯著（P<0.05）。

2.4 生物炭基質(zhì)對(duì)西瓜幼苗生物量的影響

由表3可知，隨著基質(zhì)中生物炭含量的增加，西瓜幼苗地上部鮮重呈先增大后減小的趨勢(shì)。幼苗地上部和地下部鮮重的最大值分別出現(xiàn)在T2處理和CK，分別為5.139和0.678 g/株，最小值均出現(xiàn)在T5處理，分別為4.713和0.618 g/株，其中，T5處理的地下部鮮重顯著低于CK（P<0.05）。

2.5 生物炭基質(zhì)對(duì)西瓜幼苗根冠比和壯苗指數(shù)的影響

根冠比可反映植株生長(zhǎng)協(xié)調(diào)性，是衡量植株生長(zhǎng)發(fā)育平衡的重要指標(biāo)之一[3]，壯苗指數(shù)則反映了幼苗質(zhì)量的綜合指標(biāo)。由表4可知，隨著基質(zhì)中生物炭含量的提高，西瓜幼苗根冠比呈先降低后升高的趨勢(shì)，T5處理最大，說明生物炭基質(zhì)有利于根系生長(zhǎng)；而壯苗指數(shù)趨勢(shì)為隨著基質(zhì)中生物炭含量提高先增大后減小，最大值出現(xiàn)在T2處理，達(dá)0.404。各處理與CK相比，根冠比和壯苗指數(shù)均無顯著差異，T2處理壯苗指數(shù)顯著高于T5處理（P<0.05）。

2.6 生物炭基質(zhì)對(duì)西瓜幼苗根系活力和SPAD的影響

由圖3可知，T2處理根系活力最高且顯著高于CK、T4和T5處理（P<0.05），達(dá)127.18 μg/（g·h），表明施用一定量的生物炭能夠提高西瓜幼苗根系活力，促使根系生長(zhǎng)，但完全使用生物炭替代泥炭對(duì)根系活力具有抑制作用。

葉綠素相對(duì)含量（SPAD）可反映植物葉片光合能力及植株健康狀況[18]。由圖4可知，除T5處理外，其他各處理葉片SPAD均高于CK，但差異不顯著（P>0.05），其中，T2處理SPAD最大，說明施用含一定比例生物炭的基質(zhì)有利于西瓜葉片早期光合作用。

3 討論與結(jié)論

良好的育苗基質(zhì)應(yīng)既保證一定的水氣比例，又具備合理的理化性質(zhì)。生物炭具有低容重、多孔隙和高比表面積的特性，泥炭基質(zhì)中添加生物炭可有效降低容重、改善通氣孔隙，增強(qiáng)基質(zhì)對(duì)水分和養(yǎng)分的吸持能力[19]。然而，完全使用生物炭替代泥炭，會(huì)導(dǎo)致基質(zhì)持水孔隙降低、保水性變差，幼苗易發(fā)生缺水而影響生長(zhǎng)。陳慧玲等[20]以純草炭為對(duì)照，將檸條生物炭按不同比例與草炭復(fù)配，發(fā)現(xiàn)檸條炭的加入可增大基質(zhì)的總孔隙度和通氣孔隙，但過多的檸條炭會(huì)導(dǎo)致基質(zhì)失水過多和過快，檸條炭∶草炭=2∶4為最佳配比，此時(shí)基質(zhì)各項(xiàng)理化指標(biāo)符合理想基質(zhì)的要求，且小白菜的發(fā)芽率最高、生長(zhǎng)狀況最好。該研究中，隨著生物炭比例的增加，基質(zhì)容重和持水孔隙減小，總孔隙度和通氣孔隙增大，雖然各處理基質(zhì)的物理性狀均在理想范圍內(nèi)，但當(dāng)生物炭完全替代泥炭基質(zhì)時(shí)，西瓜幼苗生長(zhǎng)受到輕微的抑制作用。綜合幼苗各項(xiàng)指標(biāo)以T2處理（生物炭∶泥炭=2∶3）為最佳。

生物炭含有多種堿性物質(zhì)[21]，施入土壤后可以提高鹽基飽和度，改善pH[22]；與之相似的，生物炭可增加基質(zhì)有機(jī)碳含量，提高有效養(yǎng)分含量[23-24]，因其富含多種官能團(tuán)、有機(jī)碳和礦質(zhì)養(yǎng)分，進(jìn)而可促進(jìn)作物生長(zhǎng)、提高產(chǎn)量和品質(zhì)。陳慶飛等[1]基于株高、莖粗、產(chǎn)量、節(jié)間距等指標(biāo)研究不同替代量的生物炭基質(zhì)對(duì)鐵皮石斛生長(zhǎng)發(fā)育的影響，認(rèn)為可利用3%生物炭替代泥炭混合基質(zhì)生產(chǎn)種植鐵皮石斛。張丹丹等[25]利用多種材料復(fù)配栽培基質(zhì)發(fā)現(xiàn)，復(fù)配比例為蛭石∶硅藻土∶咖啡渣∶秸稈∶生物炭=1∶2∶1∶3∶2時(shí)可實(shí)現(xiàn)生菜生物量最大，同時(shí)亞硝酸鹽含量較低。該研究中，隨著生物炭比例的增加，西瓜幼苗生長(zhǎng)指標(biāo)呈先增大后減小的趨勢(shì)，這與孫正國(guó)[26]研究結(jié)果相同；其中，株高、莖粗、地上部鮮重、壯苗指數(shù)、根系活力、葉綠素含量等指標(biāo)均在T2處理（生物炭∶泥炭=2∶3）時(shí)為最佳，且根系活力顯著高于CK。這可能是由于生物炭具有發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)，過多生物炭反而對(duì)基質(zhì)養(yǎng)分起到吸附和固持作用，產(chǎn)生緩釋養(yǎng)分的效果，導(dǎo)致幼苗生長(zhǎng)所需養(yǎng)分不足。朱奕豪等[27]以草炭土為基質(zhì)，研究施用生物炭后的百合植株生理特性，發(fā)現(xiàn)隨著生物炭施用量的增加，葉片葉綠素含量呈先升高后下降的趨勢(shì)，認(rèn)為可能是過多生物炭用量導(dǎo)致基質(zhì)中用于葉綠素合成的某些關(guān)鍵元素（如N、Mg等）被固定，從而限制了葉綠素的合成。

綜上所述，生物炭以2∶3比例替代泥炭時(shí)，復(fù)配基質(zhì)的理化指標(biāo)均符合理想基質(zhì)的要求，且西瓜幼苗長(zhǎng)勢(shì)最好，甚至優(yōu)于不添加生物炭的純泥炭基質(zhì)。說明一定替代量的生物炭可以促進(jìn)西瓜幼苗生長(zhǎng)、增加幼苗植株生物量和干物質(zhì)積累，促進(jìn)根系活力和葉片葉綠素生成。生物炭對(duì)基質(zhì)的水、肥、氣、熱條件可起到一定的協(xié)調(diào)作用，在促進(jìn)農(nóng)林業(yè)廢棄物資源化利用的同時(shí)，可減少泥炭等不可再生資源的消耗，有利于濕地生態(tài)系統(tǒng)平衡。

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