陳傳信,張永強(qiáng),聶石輝,孔德鵬,賽力汗·賽,徐其江,雷鈞杰

(1.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院糧食作物研究所, 烏魯木齊 830091; 2. 農(nóng)業(yè)部荒漠綠洲作物生理生態(tài)與耕作重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,烏魯木齊 830091; 3.新疆維吾爾自治區(qū)農(nóng)業(yè)技術(shù)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(chǎn)量和種植面積分別達(dá)到了13 018.52×104t、2 450.8×104hm2,小麥穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)對(duì)我國的糧食安全問題至關(guān)重要[1]。化肥在小麥生產(chǎn)中具有重要作用,對(duì)產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率達(dá)50%～60%[2-6]。過量施肥會(huì)影響小麥生產(chǎn)[7-9]及耕地質(zhì)量[10-11]。生物質(zhì)炭是指將生物質(zhì)原料(農(nóng)作物秸桿、木材、畜禽糞便等)在限氧或缺氧條件下,經(jīng)高溫?zé)崃呀馑a(chǎn)生的一類具有高度芳香化、含碳豐富、孔隙度高、穩(wěn)定的固態(tài)物質(zhì)[12]。生物質(zhì)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(zhì)炭為土壤改良及促進(jìn)作物生長提供了新的思路?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】生物質(zhì)炭對(duì)作物生長及產(chǎn)量的影響受土壤類型、肥力狀況及生物質(zhì)炭用量的影響[13-14]。肖婧等[15]通過研究發(fā)現(xiàn)生物質(zhì)炭能夠提高作物產(chǎn)量,增產(chǎn)可達(dá)29.2%。Martinsen等[16]發(fā)現(xiàn)玉米芯和花生殼為原料的生物質(zhì)炭對(duì)玉米產(chǎn)量沒有顯著性影響。李帥霖等[17]通過盆栽試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),小麥千粒重、穗粒數(shù)和株高隨著生物質(zhì)炭施用量的增加先升高后降低,當(dāng)生物質(zhì)炭施用量為盆內(nèi)干土重2%時(shí),其增產(chǎn)效果最為明顯,施用量超過4%會(huì)導(dǎo)致小麥減產(chǎn)。【本研究切入點(diǎn)】目前,生物質(zhì)炭對(duì)作物生長影響的研究雖有報(bào)道,而關(guān)于新疆綠洲小麥生產(chǎn)中生物質(zhì)炭的應(yīng)用研究較少。【擬解決的關(guān)鍵問題】設(shè)置3個(gè)生物質(zhì)炭施用水平,研究開展生物質(zhì)炭對(duì)于滴灌冬小麥生長發(fā)育及產(chǎn)量影響的研究,以期為新疆綠洲農(nóng)作區(qū)小麥生產(chǎn)中生物質(zhì)炭的應(yīng)用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗(yàn)于2021年9月～2022年7月在新疆農(nóng)科院瑪納斯試驗(yàn)站進(jìn)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(yán)寒,夏季炎熱,干燥少雨,日照充足,蒸發(fā)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?cè)照諘r(shí)數(shù)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(jī)質(zhì)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(hào)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(zhì)炭在翻地前全部基施,氮肥基追比例為2∶3。供試生物質(zhì)炭肥為市場(chǎng)上銷售的水稻秸稈生物質(zhì)炭肥。其他田間管理措施與當(dāng)?shù)厣a(chǎn)一致。

1.2 方 法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在大田滴灌條件下,采用單因素隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計(jì),共設(shè)置3個(gè)生物質(zhì)炭的施用水平,分別為0 t/hm2(CK)、20 t/hm2(T1)、40 t/hm2(T2),小區(qū)面積為54 m2(5.4 m×10 m),每處理重復(fù)3次。

1.2.2 測(cè)定指標(biāo)

1.2.2.1 干物質(zhì)

在開花期、成熟期每小區(qū)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(jié)期、孕穗期、開花期、成熟期每小區(qū)隨機(jī)取20個(gè)單莖,用直尺測(cè)定單莖全部葉片的長寬,長寬系數(shù)法計(jì)算葉面積。

單莖小麥總?cè)~面積=葉長×葉寬×0.83。

1.2.2.3 葉綠素相對(duì)含量(SPAD值)

葉綠素相對(duì)含量(SPAD值)采用日本生產(chǎn)的SPAD-502葉綠素測(cè)定儀測(cè)定,每小區(qū)各選取20株,每葉從基部到尖端測(cè)3點(diǎn)取平均值。于拔節(jié)期(倒二葉)和抽穗期、開花期、灌漿期(旗葉)測(cè)定葉片SPAD值。

1.2.2.4 測(cè)產(chǎn)及考種

成熟期從各小區(qū)選取2.4 m2(1.2 m×2 m)樣區(qū),單獨(dú)人工收割,脫粒后風(fēng)干計(jì)產(chǎn),折算籽粒含水量為13%。每小區(qū)取1 m雙行樣段,用于調(diào)查穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2007對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)錄入整理和圖表制作,SPSS 22.0統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯著性比較分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 生物質(zhì)炭施用量對(duì)冬小麥葉面積指數(shù)(LAI)的影響

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

注:字母表示同一時(shí)期不同處理間差異性(P<0.05),下同

2.2 生物質(zhì)炭施用量對(duì)冬小麥葉片SPAD值變化的影響

研究表明,隨著生育時(shí)期的推進(jìn),各處理的葉綠素SPAD值均表現(xiàn)出先增加后降低的趨勢(shì),且在開花期達(dá)到最大值;不同生育時(shí)期冬小麥葉綠素SPAD值均表現(xiàn)為T2>T1>CK,施用生物質(zhì)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(jié)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(zhì)炭施用量下冬小麥葉片SPAD值變化

2.3 生物質(zhì)炭施用量對(duì)冬小麥干物質(zhì)積累影響

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

圖3 不同生物質(zhì)炭施用量下冬小麥干物質(zhì)積累變化

2.4 生物質(zhì)炭施用量對(duì)冬小麥產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素影響

研究表明,施用生物質(zhì)炭可以促進(jìn)冬小麥產(chǎn)量的形成。生物質(zhì)炭不同施用量對(duì)冬小麥產(chǎn)量影響顯著,T1、T2比CK分別增加6.96%、12.58%,其中T2處理產(chǎn)量表現(xiàn)最好,為8 244.40 kg/hm2。不同處理冬小麥穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重產(chǎn)生差異,施用生物質(zhì)炭提高了產(chǎn)量構(gòu)成三要素。T2處理的穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重表現(xiàn)較好,T2處理的穗數(shù)、穗粒數(shù)、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(shù)、穗粒數(shù)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(zhì)炭施用量下冬小麥產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素變化

3 討 論

3.1施用生物質(zhì)炭不同程度促進(jìn)作物葉片SPAD值的提高,干物質(zhì)積累量的增加[18],施用生物質(zhì)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(shù),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(yàn)研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)生物質(zhì)炭施用量為30和60 t/hm2時(shí),黑麥草的生物量明顯比對(duì)照增加20%、52%,但在100 t/hm2時(shí),抑制了黑麥草的生物量形成。研究發(fā)現(xiàn),生物質(zhì)炭的施用提高冬小麥葉綠素SPAD值、葉面積指數(shù),積累了較多的干物質(zhì),為獲取較多經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量的提供了基礎(chǔ)。施用生物質(zhì)炭在一定程度上影響到作物的生長發(fā)育,不同作物類型、土壤類型對(duì)生物質(zhì)炭的效應(yīng)不同,適量施用生物質(zhì)炭可以促進(jìn)作物的生長發(fā)育和干物質(zhì)積累。

3.2施用生物質(zhì)炭可以顯著提升作物的產(chǎn)量[21]。研究中發(fā)現(xiàn),生物質(zhì)炭不同施用量均對(duì)冬小麥產(chǎn)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(zhì)炭施用量產(chǎn)量表現(xiàn)最好,為8 244.40 kg/hm2。與李中陽等[19]研究結(jié)果相似,生物質(zhì)炭有利于增加冬小麥產(chǎn)量?？赡苁且?yàn)樯镔|(zhì)炭能夠延緩肥料養(yǎng)分在土壤中的釋放,提高養(yǎng)分利用率,從而使作物增產(chǎn)[22-23]。研究表明大量施用生物質(zhì)炭會(huì)導(dǎo)致土壤氮素供給能力而影響小麥產(chǎn)量。可能是因?yàn)樽魑锷L和產(chǎn)量對(duì)生物質(zhì)炭施用的響應(yīng)效果與土壤性質(zhì)、生物質(zhì)炭原料、施用量有關(guān)[24]。今后生物質(zhì)炭應(yīng)用研究中需考慮土壤性質(zhì)、生物質(zhì)炭類型。

4 結(jié) 論

施用生物質(zhì)炭可以提高冬小麥葉面積指數(shù),T2處理和T1處理葉面積指數(shù)顯著高于CK。施用生物質(zhì)炭促進(jìn)冬小麥植株的生長發(fā)育,有利于群體干物質(zhì)生產(chǎn)。在T2處理40 t/hm2生物質(zhì)炭施用量下冬小麥生長發(fā)育較好,產(chǎn)量明顯增加。