范龍 單雙呂 張恒棟 陳佳娜 趙春容 曹放波 王玉梅 黃敏 鄒應(yīng)斌

（湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)南方糧油作物協(xié)同創(chuàng)新中心，長沙410128；第一作者：1806889961@qq.com；*通訊作者：ybzou123@126.com）

生物炭施用對早稻產(chǎn)量形成的影響

范龍 單雙呂 張恒棟 陳佳娜 趙春容 曹放波 王玉梅 黃敏 鄒應(yīng)斌*

（湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)南方糧油作物協(xié)同創(chuàng)新中心，長沙410128；第一作者：1806889961@qq.com；*通訊作者：ybzou123@126.com）

為探明生物炭施用對早稻產(chǎn)量形成的影響，以中早39為材料，于2015年和2016年早季在湖南省瀏陽市永安鎮(zhèn)開展大田試驗(yàn)，在不同施氮水平下（N0，0 kg N/hm2；N1，90 kg/hm2；N2，150 kg N/hm2）對施炭（C1，20 t/hm2）和不施炭（C0，0 t/hm2）處理早稻的產(chǎn)量、產(chǎn)量構(gòu)成、干物質(zhì)生產(chǎn)和收獲指數(shù)進(jìn)行了比較。結(jié)果表明，除2015年N1水平外，C1處理的產(chǎn)量均低于C0處理，其中，2016年C1處理的平均產(chǎn)量比C0處理低12.85%；2015年和2016年C1處理的千粒重分別比C0處理低2.46%～4.12%和2.55%～3.76%；齊穗后C1處理干物質(zhì)生產(chǎn)量高于C0處理，但其收獲指數(shù)低于C0處理，2015年和2016年C1處理與C0處理的收獲指數(shù)最大相差5.33個(gè)和4.00個(gè)百分點(diǎn)。由此可見，施用生物炭顯著降低了早稻千粒重和收獲指數(shù)，進(jìn)而導(dǎo)致早稻減產(chǎn)。

生物炭；早稻；產(chǎn)量；粒重；收獲指數(shù)

我國生物質(zhì)能資源豐富，其中每年水稻秸稈生物量就有1.8億t左右，約占農(nóng)業(yè)秸稈資源總量的27%[1]。然而，如此豐富的生物質(zhì)能資源卻沒能得到合理的開發(fā)與利用，大部分被就地焚燒或丟棄，不僅造成資源浪費(fèi)，而且增加溫室氣體排放及污染生態(tài)環(huán)境。

近年來，生物炭的研究為農(nóng)業(yè)秸稈資源的利用提供了新途徑。生物炭是指將農(nóng)業(yè)廢棄物，如作物秸稈、木屑等放在低氧或無氧的高溫下熱解而成[2-3]。大部分研究結(jié)果表明，生物炭具有改善土壤結(jié)構(gòu)和理化性狀[4-6]，提高作物對養(yǎng)分的吸收利用[7-8]，促進(jìn)作物生長[6-9]等正向效應(yīng)；但也有研究顯示，在不施氮的條件下生物炭施用對作物生長具有負(fù)面效應(yīng)。如，Wang等[10]研究得出，在無氮肥條件下生物炭對水稻生物量和籽粒產(chǎn)量無明顯影響甚至有減產(chǎn)可能；Asai[11]研究結(jié)果表明，在無氮或低氮的土壤添加生物炭會導(dǎo)致水稻葉片SPAD值降低及產(chǎn)量減少。本文采用大田試驗(yàn)，研究了不同施氮水平下生物炭施用對早稻產(chǎn)量形成的影響，以期為生物炭在水稻生產(chǎn)上的應(yīng)用提供理論依據(jù)和技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)與材料

試驗(yàn)于2015-2016年在湖南省瀏陽市平頭村永安農(nóng)技站試驗(yàn)田進(jìn)行。供試水稻品種為中早39。水稻田土壤為潮泥土，供試土壤0～20 cm土層基本性質(zhì)為：pH值6.3，有機(jī)質(zhì)43.85 g/kg，全氮1.75 g/kg，堿解氮211.01 mg/kg，全磷0.52 g/kg，全鉀10.15 g/kg，速效鉀81.08 mg/kg，有效磷7.11 mg/kg。

供試生物炭是稻殼生物炭，基本性狀為：pH值10.4，含碳量512 g/kg，含氮量7.8 g/kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用裂區(qū)設(shè)計(jì)，氮肥為主區(qū)因素，生物炭作副區(qū)因素。氮肥（純N）設(shè)3個(gè)水平：N0，不施氮肥；N1，90 kg/hm2；N2，150 kg/hm2。施炭量設(shè)2個(gè)水平：C0，不施炭；C1，20 t/hm2。每個(gè)處理設(shè)3次重復(fù)，每副區(qū)面積為20 m2（5 m×4 m）。

氮肥采用尿素，按照基肥占50%、分蘗肥占30%、穗肥占20%的比例施用；磷肥采用重過磷酸鈣，全部作基肥，用量75 kg/hm2（P2O5用量）；鉀肥采用氯化鉀，按基肥占50%、穗肥占50%的比例施用，用量為105 kg/ hm2（K2O用量）。為防止各處理竄肥竄水，施肥前田間各小區(qū)作田埂，并用黑色塑料薄膜包裹覆蓋。其他管理措施與當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)管理同。

1.3 測定項(xiàng)目

1.3.1 干物質(zhì)量

于齊穗期，在各處理小區(qū)選取10叢有代表性完整水稻植株，剪去根系，將莖、葉、穗分離，并放入烘箱內(nèi)于105℃殺青30 min，70℃烘干至恒質(zhì)量，稱量即為齊穗期干物質(zhì)量。成熟期干物質(zhì)量即為水稻生物量?；ê蟾晌镔|(zhì)生產(chǎn)量=成熟期生物量－齊穗期干物質(zhì)量。

表1 生物炭施用對早稻產(chǎn)量的影響 （t/hm2）

表2 生物炭施用對早稻產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

1.3.2 產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素

于成熟期，在每試驗(yàn)小區(qū)收割面積為5 m2的水稻脫粒，稱取200 g稻谷于烘箱70℃烘干至恒質(zhì)量，計(jì)算籽粒含水量，將稻谷換算成含水量為14%的實(shí)收產(chǎn)量。

于成熟期，在試驗(yàn)小區(qū)內(nèi)按對角線方向，選取有代表性植株10叢，采用手工脫粒，將籽粒與秸稈分離。秸稈放入烘箱105℃殺青30 min，70℃烘干至恒質(zhì)量，稱重。籽粒采用水選方法分離出實(shí)粒和秕粒并計(jì)數(shù)，進(jìn)一步考種，分別測定穗數(shù)、穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率、千粒重等指標(biāo)。通過計(jì)算水稻籽粒產(chǎn)量與生物產(chǎn)量，算出收獲指數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Microsoft Excel 2003整理數(shù)據(jù)，Statistix 8.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，多重比較采用LSD法。

2 結(jié)果與分析

2.1 生物炭施用對早稻產(chǎn)量的影響

由表1可知，2015年、2016年施用生物炭的早稻均出現(xiàn)減產(chǎn)現(xiàn)象，2015年在N2條件下，早稻減產(chǎn)0.37 t/hm2；2016年早稻平均減產(chǎn)12.85%，減產(chǎn)最多是在N0水平下，減產(chǎn)量為1.36 t/hm2，且2016年C1處理與C0處理間產(chǎn)量差異達(dá)顯著水平。

表3 生物炭施用對早稻干物質(zhì)生產(chǎn)及收獲指數(shù)的影響

2.2 生物炭施用對早稻產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

從表2可知，施用生物炭后，2015年在N2水平下，有效穗數(shù)表現(xiàn)為C1＞C0，C1比C0增加了26.08%；而2016年均是C0＞C1，減少幅度為3.33%～12.08%。2015年在N2水平下，穗粒數(shù)表現(xiàn)為C1＜C0；2016年均是C1＞C0，且在N2水平下，C1處理穗粒數(shù)增幅達(dá)最大，增加了13.20%。單位面積總穎花量在2年試驗(yàn)中，C0與C1處理無顯著差異，2015年表現(xiàn)為C0＞C1（C1比C0減少0.06%），2016年則是C1＞C0（C1比C0增加2.09%）。結(jié)實(shí)率2015年表現(xiàn)為C1＞C0（C1比C0提高4.05%），2016年則為C1＜C0。生物炭施用導(dǎo)致了早稻籽粒粒重的減輕，其中，2015年減輕2.46%～4.12%，2016年減輕2.55%～3.76%，且均在N0水平下減幅最大，生物炭對千粒重的影響達(dá)到極顯著水平。

2.3 生物炭施用對干物質(zhì)生產(chǎn)及收獲指數(shù)的影響

由表3可知，與C0處理相比，C1處理在2年的試驗(yàn)中齊穗后干物質(zhì)生產(chǎn)量、成熟期干物質(zhì)量均顯著增加，而齊穗期干物質(zhì)量則無明顯差異。2015年C1處理成熟期干物質(zhì)量增長明顯，與C0處理的差異達(dá)到極顯著水平，干物質(zhì)量平均增多10.92%。C1處理齊穗后干物質(zhì)生產(chǎn)量呈增加趨勢，與C0處理差異未達(dá)到顯著水平。收獲指數(shù)是作物經(jīng)濟(jì)產(chǎn)物轉(zhuǎn)化、形成能力強(qiáng)弱的重要指標(biāo)，2015年、2016年C1處理的收獲指數(shù)均低于C0，兩者間差值最大為5.33個(gè)百分點(diǎn)（2015年）和4.00個(gè)百分點(diǎn)（2016年），生物炭施用顯著降低了早稻收獲指數(shù)。

3 結(jié)論與討論

目前，有關(guān)生物炭影響作物產(chǎn)量形成的研究，國內(nèi)外專家學(xué)者持有不同觀點(diǎn)。張愛平等[7]研究表明，常規(guī)施氮量（300 kg/hm2）下，稻田施以9 000 kg/hm2生物炭可以增產(chǎn)44.89%，而不施氮情況下生物炭對產(chǎn)量影響不顯著；劉汝亮等[8]的研究得出，加施生物炭1 350 kg/ hm2，與只施氮肥相比，水稻增產(chǎn)764 kg/hm2；張偉明等[9]研究表明，生物炭能提高水稻產(chǎn)量，以每kg干土加入20 g生物炭處理產(chǎn)量最大，比對照增產(chǎn)33.21%；而陳盈等[10]盆栽試驗(yàn)得出，生物炭會抑制水稻有效分蘗發(fā)生，與對照相比，施生物炭16 t/hm2的處理穗數(shù)顯著減少，產(chǎn)量也最低；曲晶晶等[13]在湖南長沙和江西進(jìn)賢地區(qū)的研究結(jié)果表明，在不施氮肥條件下，生物炭對早稻、晚稻產(chǎn)量均無顯著影響；張斌等[14]在四川的試驗(yàn)得出，20 t/hm2和40 t/hm2用量的生物炭對水稻產(chǎn)量無影響。本試驗(yàn)結(jié)果表明，施生物炭的處理產(chǎn)量均低于未施生物炭處理（2015年N1水平除外），早稻減產(chǎn)，2016年減產(chǎn)顯著，減產(chǎn)達(dá)12.85%。通過分析產(chǎn)量構(gòu)成因素發(fā)現(xiàn)，施生物炭的處理早稻籽粒重極顯著降低，收獲指數(shù)減少，進(jìn)而減產(chǎn)。本試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，齊穗后干物質(zhì)生產(chǎn)量均是C1＞C0，可能跟生物炭對土壤N等營養(yǎng)元素有吸附、緩釋作用有關(guān)，水稻生育后期生物炭持續(xù)供應(yīng)N素等元素促進(jìn)其營養(yǎng)生長，但N素過多易使水稻貪青遲熟且會導(dǎo)致籽粒灌漿結(jié)實(shí)受到阻礙。同一品種粒重差異由灌漿速度決定，且平均灌漿速度是關(guān)鍵因素[15]。王成璦等[16]研究認(rèn)為，N素過量會降低籽粒灌漿速度，減慢籽粒充實(shí)進(jìn)程?；ê笊锾靠沙掷m(xù)為植株供應(yīng)N素，易造成植株N素過剩，營養(yǎng)生長旺盛，源/庫減小，加深營養(yǎng)器官與籽粒部分對同化物競爭[17]，且水稻體內(nèi)N素過多會影響籽粒灌漿途徑中部分關(guān)鍵酶活性[18]，進(jìn)而影響籽粒的淀粉形成。這些均可能是導(dǎo)致早稻粒重減輕的原因。大部分施炭增產(chǎn)的研究結(jié)果表明，生物炭主要是增加每叢穗數(shù)、穗粒數(shù)[7-8]，并延長灌漿結(jié)實(shí)時(shí)間，提高水稻結(jié)實(shí)率[9]，最終提高水稻產(chǎn)量。本試驗(yàn)結(jié)論不同于張愛平等得出的施炭增產(chǎn)觀點(diǎn)，可能跟炭質(zhì)種類、土壤類型、作物品種和氣候條件等因素有關(guān)。生物炭是性質(zhì)穩(wěn)定、很難降解的物質(zhì)，施入稻田能長期穩(wěn)定存在，可能對水稻存在年際效應(yīng)，對此仍需要進(jìn)行長期定位試驗(yàn)來進(jìn)一步驗(yàn)證。

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Effects of Biochar Addition on Yield Formation in Early Rice

FAN Long,SHAN Shuanglv,ZHANG Hengdong,CHEN Jiana,ZHAO Chunrong,CAO Fangbo,WANG Yumei,HUANG Min,ZOU Yinbin*
（Southern Regional Collaborative Innovation Center for Grain and Oil Crops/Hunan Agricultural University,Changsha 410128,China;1st author: 1806889961@qq.com;*Corresponding author:ybzou123@126.com）

In order to clear the effects of biochar addition on yield formation in early rice,a field experiment was conducted with

Zhongzao 39 as material in early season in 2015 and 2016.The grain yield,yield components,dry matter production and harvest index were compared between with biochar（C1,20 t/hm2）and without biochar addition（C0,0 t/hm2）under three nitrogen levels（N0,0 kg N/hm2;N1,90 kg N/hm2;N2,150 kg N/hm2）.The results showed that C1 treatment produced lower grain yield than did C0 treatment except N1 level in 2015.The average grain yield under C1 treatment was 12.85%lower than that of C0 treatment in 2016.C1 treatment had lower 1000-grain weight than C0 treatment by 2.46%～4.12%and 2.55%～3.76%in 2015 and 2016,respectively.C1 treatment had higher dry matter production after heading than C0 treatment,while harvest index was lower in C1 treatment than in C0 treatment.The maximum difference in harvest index between C1 treatment and C0 treatment was 5.33 percentage and 4.00 percentage in 2015 and 2016,respectively.These results indicated that biochar addition could decrease 1 000 grain weight and harvest index, and consequently reduce the grain yield of early rice.

biochar;early rice;grain yield;grain weight;harvest index

S511.06

A

1006-8082（2017）04-0107-05

2017－06－19

國家自然科學(xué)基金地方科學(xué)基金項(xiàng)目（31460332）