劉歡 冷杰雯 潘玉瑾

摘要? [目的］確定栽培基質(zhì)中生物炭的投放量，使用生物炭來(lái)代替稀缺資源草炭的使用。[方法］通過(guò)將玉米秸稈炭（生物炭）、泥炭、有機(jī)肥、活性菌按照4種不同比例（CK，8∶1.5∶0.5）（處理①，7∶1∶1.5∶0.5）（處理②，6∶2∶1.5∶0.5）（處理③，5∶3∶1.5∶0.5）混合成復(fù)配基質(zhì)，用以栽培油菜。測(cè)定油菜苗期性狀、含水率、葉綠素含量、粗蛋白、還原糖和氮磷鉀含量等指標(biāo)。[結(jié)果］就油菜生長(zhǎng)而言，處理①（10％生物炭添加量）的油菜長(zhǎng)勢(shì)最佳，株高、莖粗、葉片大小生長(zhǎng)較整齊；添加生物炭的基質(zhì)會(huì)增加油菜葉綠素的積累，處理①（10％的生物炭添加量）的葉綠素含量最高（1.37 g/kg），顯著高于CK組；4個(gè)處理的粗蛋白含量均較高，其中處理①、②的粗蛋白含量高于CK組，處理③（30％生物炭添加量）的粗蛋白含量略低于對(duì)照組；各個(gè)處理油菜的還原糖含量隨生物炭施用量的增加而顯著降低，其中CK組的還原糖含量最低，處理①還原糖含量最高，比CK組高68％；各處理的油菜體內(nèi)磷含量較低，氮、鉀含量相對(duì)較高，油菜體內(nèi)氮磷鉀含量相差不明顯。[結(jié)論］泥炭：生物炭∶有機(jī)肥∶活性菌=7∶1∶1.5∶0.5的基質(zhì)配方農(nóng)用效果最好。在基質(zhì)中施用10％的生物炭最為理想，可以在生產(chǎn)生活中少量替代泥炭的使用。

關(guān)鍵詞? 生物炭;基質(zhì);泥炭;油菜

中圖分類號(hào)? S634.3? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼? A

文章編號(hào)? 0517-6611（2024）04-0149-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.04.033

開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

The Effect of Corn Straw Carbonization Products on the Growth of Rapeseed Seedlings

LIU? Huan，LENG Jie.wen，PAN Yu.jin

（School of Chemistry and Environmental Engineering，Yingkou Institute of Technology，Yingkou，Liaoning? 115000）

Abstract? ［Objective］To determine the amount of biochar in the cultivation substrate and use biochar to replace the use of a scarce resource.grass carbon.［Method］The composite matrix was formed by mixing corn straw charcoal （biochar），peat，organic fertilizer and active bacteria in four different ratios （CK，8∶1.5∶0.5） （treatment①，7∶1∶1.5∶0.5） （treatment ②，6∶2∶1∶5∶0.5） （treatment ③，5∶3∶1.5∶0.5）.The seedling traits，water content，chlorophyll content，crude protein，reducing sugar and nitrogen，phosphorus and potassium content were determined.［Result］In terms of rapeseed growth，treatment ① （10% biochar supplemental） had the best growth，plant height，diameter and leaf size grew more neatly;the content of chlorophyll in treatment ① （10% biochar content） was the highest （1.37 g/kg），which was significantly higher than that in CK group;the crude protein content of the four treatments was relatively high，the crude protein content of treatment ① and ② was higher than that of CK group，and the crude protein content of treatment ③ （30% biochar addition） was slightly lower than that of control group;the reducing sugar content of each treatment decreased significantly with the increase of biochar application amount，and the reducing sugar content of control group was the lowest，and that of treatment ① was the highest，which was 68% higher than that of control group;the content of P in all treatments was lower，the content of N and K was relatively higher，and the content of nitrogen，phosphorus and potassium in rape was not significantly different.［Conclusion］The matrix formula of 70% peat + 10% biochar + 15% organic fertilizer + 5% active bacteria has the best agricultural effect.Application of 10% biochar in the substrate is ideal，and a small amount of peat can be replaced in production and life.

Key words? Biochar;Matrix;Peat;Rapeseed

基金項(xiàng)目? 營(yíng)口理工學(xué)院校級(jí)科研項(xiàng)目（YBL202119）。

作者簡(jiǎn)介? 劉歡（1991—），女，遼寧大石橋人，講師，碩士，從事農(nóng)業(yè)廢棄物資源利用化研究。

收稿日期? 2023-02-24；修回日期? 2023-03-31

生物炭是生物質(zhì)在高溫條件下，經(jīng)過(guò)炭化裂解形成的一種豐富碳含量的炭［1］。生物炭生產(chǎn)工藝比較簡(jiǎn)單，炭比表面積大，孔隙率高，且來(lái)源廣泛，如作物秸稈、堅(jiān)果果殼、腐壞的蔬菜瓜果都可以是生物炭的原料［2］。將廢棄的生物質(zhì)制成生物炭，不僅能減少對(duì)環(huán)境的影響，實(shí)現(xiàn)“以廢制廢”。另一方面將其作為栽培基質(zhì)，生物炭豐富的多孔結(jié)構(gòu)和比表面積，可以為土壤微生物提供生存空間，其含有豐富的鉀、鈣、鎂等營(yíng)養(yǎng)元素可用來(lái)改良土壤，促進(jìn)作物生長(zhǎng)以及增加作物產(chǎn)量［3］。

基質(zhì)原料多種多樣，但用量最大、效果最好的原料為泥炭［3］，泥炭以其所具有的較高的有機(jī)質(zhì)、腐殖酸含量、長(zhǎng)纖維素、豐富多孔的結(jié)構(gòu)等特性一直以來(lái)都是基質(zhì)栽培的優(yōu)良材質(zhì)［4］。近年來(lái)，人們對(duì)泥炭資源不加節(jié)制的開(kāi)發(fā)和利用，使泥炭資源儲(chǔ)存量逐漸減少，質(zhì)量也降低。此外，泥炭濕地是CO2的聚集系統(tǒng)，森林對(duì)碳的獲取和固定率均小于泥炭濕地的作用，泥炭濕地可以大大緩解全球氣候變暖。而泥炭的過(guò)度開(kāi)采，對(duì)泥炭濕地也是一種巨大的損壞［5］。

鑒于此，筆者以東北地區(qū)豐富的玉米秸稈為原料制備生物炭，并將與泥炭混合制成復(fù)配基質(zhì)，進(jìn)行油菜栽培試驗(yàn)，旨在緩解農(nóng)業(yè)上對(duì)泥炭資源的使用壓力，并對(duì)生物炭在農(nóng)用方向的發(fā)展提供理論支持。

1? 材料與方法

1.1? 試驗(yàn)材料

栽培基質(zhì)選用炭化溫度450 ℃，炭化時(shí)間2 h的玉米秸稈炭?；A(chǔ)基質(zhì)原料為泥炭（東北草炭土）、生物菌（供應(yīng)商山東齊化化工有限公司）、有機(jī)肥（“迎禾”牌生物肥）；供試蔬菜為蘇州青油菜；供試場(chǎng)地在中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)生態(tài)研究所一蔬菜大棚內(nèi)。

1.2? 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

共設(shè)4個(gè)處理，分別為CK、處理①、處理②、處理③。

將生物炭與泥炭按照以下4種比例混合均勻。CK，泥炭8∶有機(jī)肥1.5∶活性菌0.5；處理①，泥炭7∶生物炭1∶有機(jī)肥1.5∶活性菌0.5；處理②，泥炭6∶生物炭2∶有機(jī)肥1.5∶活性菌0.5；處理③，泥炭5∶生物炭3∶有機(jī)肥1.5∶活性菌0.5。

于2022年3月15日進(jìn)行油菜播種，4種基質(zhì)配方用大型蔬菜栽培盆盛放，每個(gè)處理2盆，每盆種植30株，每組共60株油菜。在大棚內(nèi)、自然光照下培養(yǎng)，第15天觀察各處理油菜出苗狀況。在油菜苗期，只澆灌清水，不進(jìn)行其他營(yíng)養(yǎng)液或者肥料的補(bǔ)充（圖1）。

培養(yǎng)65 d后于2022年5月20日將油菜全部收獲。從每個(gè)處理中隨機(jī)抽取10顆新鮮油菜，測(cè)定其株高、葉片長(zhǎng)、鮮重、干重、含水率、葉綠素、還原糖、粗蛋白含量以及油菜體內(nèi)氮磷鉀元素的含量。

1.3? 測(cè)定指標(biāo)與方法

1.3.1? 油菜樣品采集及生物量的測(cè)定。

培養(yǎng)65 d 后，各處理隨機(jī)抽樣10株，用直尺測(cè)量株高、葉片長(zhǎng)和根長(zhǎng)。稱量收獲油菜的鮮重。株高用直尺測(cè)量，從露出土壤根部至頂端的距離，葉長(zhǎng)用直尺測(cè)量植株頂部倒數(shù)第3片展開(kāi)葉葉尖至葉基距離；稱重法測(cè)定每盆地上可食用部分鮮重作為產(chǎn)量。將油菜鮮樣置于105 ℃下殺青15 min，于80 ℃下烘干至恒重，測(cè)定植物的干重并計(jì)算含水率。

1.3.2? 油菜生長(zhǎng)指標(biāo)及生理指標(biāo)的測(cè)定?？扇苄钥偺呛坎捎幂焱壬y(cè)定；油菜可溶性蛋白含量采用福林（Folin）-酚試劑法測(cè)定；油菜體內(nèi)葉綠素含量采用丙酮乙醇混合液法測(cè)定；全氮、全磷、全鉀含量采用H2SO4和H2O2濕法消煮，用微量開(kāi)氏法測(cè)定氮，釩鉬黃比色法測(cè)定磷，火焰光度法測(cè)定鉀。

1.4? 數(shù)據(jù)處理與分析? 使用Excel 2010進(jìn)行作圖和數(shù)據(jù)處理。

2? 結(jié)果與分析

2.1? 生物炭的添加量對(duì)油菜形態(tài)的影響

由圖2可知，CK組的油菜長(zhǎng)勢(shì)最差，株小葉片窄，產(chǎn)量最少，葉片出現(xiàn)明顯病蟲(chóng)害。處理①（10％生物炭添加量）的油菜長(zhǎng)勢(shì)最佳，油菜整體生長(zhǎng)較整齊，株高、莖粗、葉片大小生長(zhǎng)較均勻；其次是處理②（20％生物炭添加量）和處理③（30％生物炭添加量）的油菜整體生長(zhǎng)不均勻，尤其處理③（30％生物炭添加量）油菜竄苗現(xiàn)象明顯，葉片大小不一。

由圖3可知，隨著生物炭添加量的增加，植株的株高隨之減小，其中處理①的植株最高，達(dá)28.08 cm，明顯長(zhǎng)于不添加生物炭對(duì)照組。而處理②、③的株高低于對(duì)照組，說(shuō)明添加過(guò)多的生物炭會(huì)抑制植物株高生長(zhǎng)；生物炭添加量的增加也會(huì)降低油菜葉片長(zhǎng)度，處理①的油菜葉片長(zhǎng)度最大，各處理油菜葉片長(zhǎng)差異不顯著（P＞0.05）；添加生物炭的處理油菜根長(zhǎng)明顯長(zhǎng)于未添加生物炭的基質(zhì)，增幅為1.1％～11.5％。油菜根長(zhǎng)隨著生物炭的添加呈上升趨勢(shì)，處理①、②、③與對(duì)照組差異顯著。

2.2? 生物炭的添加量對(duì)油菜生理指標(biāo)的影響

由圖4可知，生物炭添加對(duì)油菜葉綠素含量有一定的影響。對(duì)比未添加生物炭的處理，添加生物炭的基質(zhì)會(huì)增加油菜葉綠素的積累，但葉綠素含量隨著生物炭添加量的增加而降低，處理①（10％的生物炭添加量）葉綠素含量最高（1.37 g/kg），顯著高于CK組，其次是處理②的葉綠素含量1.19 g/kg和處理③的葉綠素含量1.14 g/kg。處理②和處理③的油菜葉綠素含量差異不顯著，說(shuō)明生物炭添加比例越大，對(duì)油菜本身葉綠素影響較為平緩。

由圖5、6可知，不同處理油菜的粗蛋白含量和還原糖含量隨著生物炭添加量的增加而呈降低趨勢(shì)。其中油菜的粗蛋白含量最高是處理①（10％生物炭添加量）為45.61％，其次是處理②（20％添加量）36.8％，略低于CK組。處理③（30％添加量）的粗蛋白含量低于CK，只有32.23％。添加生物炭的處理油菜還原糖含量顯著高于未添加生物炭的處理，并呈逐漸降低的趨勢(shì)。處理①還原糖含量最高為5.20％，其次是處理②和處理③ ，分別為4.31％和2.32％。

2.3? 生物炭的添加量對(duì)油菜干鮮重和礦質(zhì)元素的影響

油菜干重主要取決于物質(zhì)的積累，各處理之間油菜干物質(zhì)差異不顯著，與各處理的鮮重成正比例關(guān)系，添加生物炭的處理干重和鮮重均高于對(duì)照組，說(shuō)明添加生物炭可以促進(jìn)油菜干物質(zhì)的積累，提高蔬菜含水率。

隨著基質(zhì)中生物炭含量增加，油菜體內(nèi)P、K的含量逐漸積累，而氮含量表現(xiàn)出降低趨勢(shì)。各處理油菜體內(nèi)P含量較低，N、K含量相對(duì)較高，其中處理①的鉀含量低于對(duì)照組。不同處理油菜體內(nèi)氮磷鉀含量差異不顯著（P＞0.05），含量相對(duì)較少。說(shuō)明探究生物炭對(duì)油菜生長(zhǎng)的影響還要從復(fù)配基質(zhì)的理化性質(zhì)、油菜形態(tài)、生理指標(biāo)等考慮（表1）。

3? 討論

3.1? 不同處理油菜形態(tài)的比較

植株株高、葉片長(zhǎng)、主根長(zhǎng)和干鮮重是評(píng)價(jià)植物生長(zhǎng)發(fā)育的標(biāo)準(zhǔn)之一［6］，不僅能反映植株在不同栽培環(huán)境下的生長(zhǎng)適應(yīng)性，而且還被看作植物生物量的統(tǒng)計(jì)依據(jù)。生物炭添加比例的增加，油菜主根長(zhǎng)度隨之增加，說(shuō)明生物炭有助于油菜主根的下扎，促進(jìn)側(cè)根在水平方向的生長(zhǎng)［11］。海飛等［7］在對(duì)生態(tài)炭肥對(duì)番茄和黃瓜苗期生長(zhǎng)發(fā)育的影響表明，生物炭肥能明顯促進(jìn)番茄和黃瓜的根系生長(zhǎng)發(fā)育。生物炭肥處理及生物炭肥與化肥配施處理的根長(zhǎng)、根冠比和根系活力明顯大于常規(guī)化肥處理和對(duì)照。該試驗(yàn)中，油菜的株高和葉片長(zhǎng)隨著生物炭添加比例的增加，呈降低趨勢(shì)，說(shuō)明過(guò)量的生物炭也會(huì)抑制油菜的生長(zhǎng)，這與Nguyen［8］研究表明玉米株高、莖粗和形態(tài)指標(biāo)與生物質(zhì)炭用量呈負(fù)線性相關(guān)關(guān)系。此外，添加適量的玉米秸稈炭的基質(zhì)可以保證合適的保水通氣能力，促進(jìn)油菜的干物質(zhì)積累，未加生物炭處理的油菜干重明顯低于其他處理。

3.2? 不同處理油菜生理指標(biāo)的比較

植物光合作用中，光和色素是重要的物質(zhì)基礎(chǔ)，葉綠素含量和植物光合速率相關(guān)，所以色素含量也是評(píng)價(jià)植物生長(zhǎng)狀況的重要指標(biāo)［9］。添加生物炭的基質(zhì)可以明顯提高油菜體內(nèi)葉綠素含量，生物炭添加越多，油菜體內(nèi)葉綠素含量越低，說(shuō)明葉綠素含量與生物炭的添加量呈負(fù)相關(guān)。油菜中還原糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)是衡量油菜品質(zhì)和生長(zhǎng)發(fā)育的重要指標(biāo)［10］。各個(gè)處理油菜的還原糖含量隨生物炭施用量的增加而顯著降低，其中對(duì)照組的還原糖含量最低，處理①還原糖含量最高，比對(duì)照高68％。蛋白質(zhì)是生命的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是反映植物葉片功能及衰老的可靠性指標(biāo)之一［11］。4個(gè)處理的粗蛋白含量都較高，其中處理①、②的粗蛋白含量高于CK組，處理③（30％生物炭添加量）的

粗蛋白含量略低于對(duì)照組。說(shuō)明基質(zhì)中生物炭的添加量過(guò)

高可能對(duì)植物體內(nèi)粗蛋白的積累起反作用。該試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)施用不同比例生物炭的混合基質(zhì)對(duì)油菜體內(nèi)氮磷鉀等礦質(zhì)元素均有促進(jìn)作用，但效果并不明顯，說(shuō)明探究生物炭對(duì)油菜生長(zhǎng)的影響還要從復(fù)配基質(zhì)的理化性質(zhì)、油菜形態(tài)、生理指標(biāo)等考慮。

4? 結(jié)論

該研究中，施入10％生物炭的復(fù)配基質(zhì)，油菜的株高、葉片長(zhǎng)、干鮮重等性狀呈顯著增加趨勢(shì)，同時(shí)對(duì)油菜營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的提高也有促進(jìn)作用。在復(fù)配基質(zhì)中加入10％生物炭處理的油菜粗蛋白、還原糖、葉綠素含量最高。施用20％、30％生物炭油菜的各個(gè)指標(biāo)相對(duì)較差，2種比例的生物炭施用量的處理部分指標(biāo)相差不多，30％添加量處理的個(gè)別指標(biāo)還低于未添加生物炭的對(duì)照組。

研究表明，在某種特定條件下，少量添加生物炭可以提高作物品質(zhì)和產(chǎn)量，而高比例的添加生物炭會(huì)使作物的生產(chǎn)力減少。高比例施加生物炭對(duì)作物的生長(zhǎng)起反作用，可能是由于秸稈炭具有較高的碳氮比，施入土壤中使土壤的碳氮比增加，從而使植物對(duì)氮吸收受到控制［12］。此外，生物炭極大豐富了基質(zhì)中鉀元素的含量，而土壤中速效鉀的成分主要對(duì)植物后期結(jié)果起作用。該試驗(yàn)主要研究的是油菜苗期生長(zhǎng)，對(duì)鉀元素的需求不高，所以10％生物炭添加量足夠支持油菜苗期的生長(zhǎng)。

綜合考慮作用效果、成本投入，在基質(zhì)中施用10％的生物炭最為理想，在生產(chǎn)生活中可以少量替代稀缺資源草炭的使用。綜上可知，泥炭70%＋生物炭10%＋有機(jī)肥15%＋活性菌5%的基質(zhì)配方農(nóng)用效果最好。

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