王桂君，燕金銳，高增平，律其鑫，崔亞男，盧文曉

(長(zhǎng)春師范大學(xué)，吉林長(zhǎng)春130032)

土地沙化制約了土地生產(chǎn)力的提高及經(jīng)濟(jì)與生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。沙化土壤由于保水保肥能力低，限制農(nóng)作物產(chǎn)量及農(nóng)業(yè)發(fā)展。南美洲的亞馬遜黑土對(duì)土壤性質(zhì)的調(diào)節(jié)作用已經(jīng)得到大量的證實(shí)和廣泛的認(rèn)同，其中改良劑的施加會(huì)通過(guò)影響土壤的理化性質(zhì)，促進(jìn)植物生長(zhǎng)。生物炭是生物有機(jī)材料在缺氧環(huán)境中經(jīng)過(guò)熱裂解產(chǎn)生的固體，具有復(fù)雜的孔隙結(jié)構(gòu)和極強(qiáng)的吸附性能[1]。許多研究顯示生物炭對(duì)作物生長(zhǎng)[2]、生物量的積累有顯著作用[3-5]。由于生態(tài)條件、氣候條件以及土壤類型等的差異，生物炭單獨(dú)施加產(chǎn)生的效應(yīng)有正面的也有負(fù)面的報(bào)道，目前沒(méi)有一個(gè)明確的、統(tǒng)一的施加標(biāo)準(zhǔn)。生物炭本身養(yǎng)分含量很低，供作物直接吸收的養(yǎng)分含量很少，因此通常作為土壤改良劑施加。本文擬從生物炭與化肥和有機(jī)肥的施加對(duì)沙化土壤的影響入手，通過(guò)設(shè)置控制實(shí)驗(yàn)，比較不同改良劑的單獨(dú)和聯(lián)合施加對(duì)谷子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的影響，分析不同類型的改良劑施加對(duì)沙化土壤和作物幼苗生長(zhǎng)的作用，為土壤改良劑的合理使用提供研究基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

供試土壤取自吉林省西部大安地區(qū)沙化土壤(風(fēng)沙土)；供試種子為谷子(從當(dāng)?shù)胤N子公司購(gòu)得)；生物炭購(gòu)于遼寧金和福農(nóng)業(yè)開(kāi)發(fā)有限公司，為玉米秸稈炭，主要元素含量：總碳65.78%，總氮0.92%，總磷0.98%，總鉀1.23%，表面積1.332 m2·g-1，pH 8.82；有機(jī)肥為牲畜糞便，堆肥后備用；化肥為沃福特復(fù)合肥，N-P2O5-K2O為12-18-15。

1.2 實(shí)驗(yàn)方案

設(shè)置對(duì)照(CK),生物炭(BO)，有機(jī)肥(CO)，化肥(MO)，生物炭+有機(jī)肥(BC)和生物炭+化肥(BM)6個(gè)不同處理，6次重復(fù)?；适┘恿肯喈?dāng)于N:111.5 kg·ha-1,P:71.36 kg·ha-1,K:111.5 kg·ha-1，生物炭施加量相當(dāng)于10 t·ha-1；有機(jī)肥施加量相當(dāng)于20 t·ha-1；生物炭施加量相當(dāng)于10 t·ha-1?；氏扔谜麴s水按比例配置成溶液，參照施加量均勻噴灑到各盆中，補(bǔ)足剩余的水，保證各處理所澆的總水量一致，生物炭和有機(jī)肥的施加采用人工與土壤混合均勻。挑選籽粒飽滿的谷子種子，用75%的酒精表面消毒，洗凈后催芽，待出芽后播種，每盆(直徑15cm花盆)均勻播種20粒種子，種子播種深度一致。待出苗后統(tǒng)計(jì)出苗率，后選擇3株長(zhǎng)勢(shì)較好的幼苗保留，期間控制澆水量。五周后收獲，測(cè)其株高、鮮重、干重及葉片葉綠素相對(duì)含量等指標(biāo)。各處理改良劑的具體施加量見(jiàn)表1。

植物幼苗株高，根長(zhǎng)和莖粗用電子式數(shù)顯卡尺測(cè)定；鮮重用稱量法測(cè)定，新鮮植株在105℃殺青30 min，75℃烘干24 h測(cè)定干生物量和組織含水量。葉片葉綠素相對(duì)含量用SPAD-502葉綠素儀測(cè)定。采用SPSS16.0和EXCEL軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 改良劑施加對(duì)谷子出苗及幼苗生長(zhǎng)的影響

2.1.1 不同處理谷子出苗情況

由圖1可以看出，無(wú)論施加化肥還是有機(jī)肥，對(duì)谷子的出苗均沒(méi)有產(chǎn)生顯著的促進(jìn)作用，相反，單獨(dú)施加化肥和有機(jī)肥，或者與生物炭聯(lián)合施加后，谷子出苗較晚，后幾天逐漸增快，到第7天，谷子的出苗率在各處理間沒(méi)有顯著差異(P>0.05)。

圖1 不同處理谷子的出苗情況

2.1.2 不同處理谷子幼苗生長(zhǎng)指標(biāo)

從圖2可以看出，各改良劑施加對(duì)谷子生物量的積累均有顯著促進(jìn)作用(P<0.05)。其中以施加化肥和化肥與生物炭聯(lián)合施加的效果最顯著。其次為生物炭與有機(jī)肥聯(lián)合施加和有機(jī)肥單獨(dú)施加的處理，而單施生物炭對(duì)谷子幼苗生物量積累的作用相對(duì)較小。無(wú)論化肥，有機(jī)肥還是生物炭的施加均增加了谷子植株的組織含水量(圖3)，其中以施加化肥的效果最顯著(P<0.05)。由此可見(jiàn)，改良劑的施加為谷子幼苗生長(zhǎng)提供了養(yǎng)分，促進(jìn)了生物量的積累，同時(shí)化肥的施加有效增加了谷子幼苗的組織蓄水能力。

圖2 不同處理谷子幼苗干重

圖3 不同處理谷子幼苗植株組織含水量

改良劑的施加均顯著促進(jìn)了植株的增高(P<0.05)，單施化肥谷子幼苗株高高于單施有機(jī)肥和生物炭的處理；而且，生物炭與肥料聯(lián)合施加促進(jìn)效果最顯著，其中，生物炭與有機(jī)肥聯(lián)合施加的效果顯著優(yōu)于二者單獨(dú)施加(P<0.05)(圖4)。從不同處理谷子葉片葉綠素相對(duì)含量看(圖5)，單施化肥的處理谷子葉片葉綠素相對(duì)含量高于單施有機(jī)肥和單施生物炭的處理，生物炭與肥料聯(lián)合施加的兩個(gè)處理谷子葉片葉綠素含量均顯著高于對(duì)照和單施生物炭的處理(P<0.05)，其中以生物炭和有機(jī)肥聯(lián)合施加后增幅更顯著。

圖4 各處理谷子幼苗株高

圖5 不同處理谷子葉片葉綠素相對(duì)含量

3 討論與結(jié)論

生物炭能夠促進(jìn)植物苗期的生長(zhǎng)，增加總?cè)~面積、葉片和主根的生物量，增加地上部的呼吸作用。而且，不同實(shí)驗(yàn)條件結(jié)果差異也很大，總體上看，室內(nèi)盆栽實(shí)驗(yàn)的效果優(yōu)于大田實(shí)驗(yàn)；酸性土壤的效果優(yōu)于中性土壤；對(duì)沙質(zhì)土壤的效果優(yōu)于壤土和粘土。本實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，生物炭的施加對(duì)谷子幼苗生物量的積累有一定促進(jìn)作用,但其單獨(dú)施加的效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如與有機(jī)肥或化肥聯(lián)合施加的效果。原因可能是生物炭中的有機(jī)碳性質(zhì)穩(wěn)定，有一部分在短期內(nèi)不易直接被植物吸收。此外，由于吉林西部地區(qū)土壤偏堿性，而生物炭本身多呈堿性，過(guò)多地施加生物炭會(huì)使土壤的pH過(guò)高，反而抑制植物生長(zhǎng)。目前有一些學(xué)者仿效亞馬遜“黑土”方法，向土壤中同時(shí)施入生物炭和有機(jī)肥兩種改良劑，發(fā)現(xiàn)二者的協(xié)同更能增強(qiáng)有機(jī)肥的效用，增加可溶性有機(jī)碳的含量[6]，同時(shí)施加生物炭后，可以減少有機(jī)肥中的氮和其他養(yǎng)分元素的淋失，增加有機(jī)肥的CEC、表面積和納米孔隙度[7]。由此可見(jiàn)，生物炭與有機(jī)肥改良劑之間可能存在協(xié)同作用，其作用機(jī)理有待進(jìn)一步研究。

從本實(shí)驗(yàn)的結(jié)果看，化肥，有機(jī)肥以及生物炭的施加均在一定程度上促進(jìn)了谷子生物量的積累，株高的伸長(zhǎng)以及組織含水量的增加。其中以化肥的效果最顯著，而有機(jī)肥及其與生物炭聯(lián)合施加的效果顯著強(qiáng)于二者的單獨(dú)施加，表明生物炭和有機(jī)肥聯(lián)合施加可在一定程度上替代化肥，減少農(nóng)業(yè)上化肥的施用量。