生物炭施用对早稻产量形成的影响

范龙 单双吕 张恒栋 陈佳娜 赵春容 曹放波 王玉梅 黄敏 邹应斌

（湖南农业大学南方粮油作物协同创新中心，长沙410128；第一作者：1806889961@qq.com；*通讯作者：ybzou123@126.com）

生物炭施用对早稻产量形成的影响

范龙 单双吕 张恒栋 陈佳娜 赵春容 曹放波 王玉梅 黄敏 邹应斌*

（湖南农业大学南方粮油作物协同创新中心，长沙410128；第一作者：1806889961@qq.com；*通讯作者：ybzou123@126.com）

为探明生物炭施用对早稻产量形成的影响，以中早39为材料，于2015年和2016年早季在湖南省浏阳市永安镇开展大田试验，在不同施氮水平下（N0，0 kg N/hm2；N1，90 kg/hm2；N2，150 kg N/hm2）对施炭（C1，20 t/hm2）和不施炭（C0，0 t/hm2）处理早稻的产量、产量构成、干物质生产和收获指数进行了比较。结果表明，除2015年N1水平外，C1处理的产量均低于C0处理，其中，2016年C1处理的平均产量比C0处理低12.85%；2015年和2016年C1处理的千粒重分别比C0处理低2.46%～4.12%和2.55%～3.76%；齐穗后C1处理干物质生产量高于C0处理，但其收获指数低于C0处理，2015年和2016年C1处理与C0处理的收获指数最大相差5.33个和4.00个百分点。由此可见，施用生物炭显著降低了早稻千粒重和收获指数，进而导致早稻减产。

生物炭；早稻；产量；粒重；收获指数

我国生物质能资源丰富，其中每年水稻秸秆生物量就有1.8亿t左右，约占农业秸秆资源总量的27%[1]。然而，如此丰富的生物质能资源却没能得到合理的开发与利用，大部分被就地焚烧或丢弃，不仅造成资源浪费，而且增加温室气体排放及污染生态环境。

近年来，生物炭的研究为农业秸秆资源的利用提供了新途径。生物炭是指将农业废弃物，如作物秸秆、木屑等放在低氧或无氧的高温下热解而成[2-3]。大部分研究结果表明，生物炭具有改善土壤结构和理化性状[4-6]，提高作物对养分的吸收利用[7-8]，促进作物生长[6-9]等正向效应；但也有研究显示，在不施氮的条件下生物炭施用对作物生长具有负面效应。如，Wang等[10]研究得出，在无氮肥条件下生物炭对水稻生物量和籽粒产量无明显影响甚至有减产可能；Asai[11]研究结果表明，在无氮或低氮的土壤添加生物炭会导致水稻叶片SPAD值降低及产量减少。本文采用大田试验，研究了不同施氮水平下生物炭施用对早稻产量形成的影响，以期为生物炭在水稻生产上的应用提供理论依据和技术参考。

1 材料与方法

1.1 试验地点与材料

试验于2015-2016年在湖南省浏阳市平头村永安农技站试验田进行。供试水稻品种为中早39。水稻田土壤为潮泥土，供试土壤0～20 cm土层基本性质为：pH值6.3，有机质43.85 g/kg，全氮1.75 g/kg，碱解氮211.01 mg/kg，全磷0.52 g/kg，全钾10.15 g/kg，速效钾81.08 mg/kg，有效磷7.11 mg/kg。

供试生物炭是稻壳生物炭，基本性状为：pH值10.4，含碳量512 g/kg，含氮量7.8 g/kg。

1.2 试验设计

试验采用裂区设计，氮肥为主区因素，生物炭作副区因素。氮肥（纯N）设3个水平：N0，不施氮肥；N1，90 kg/hm2；N2，150 kg/hm2。施炭量设2个水平：C0，不施炭；C1，20 t/hm2。每个处理设3次重复，每副区面积为20 m2（5 m×4 m）。

氮肥采用尿素，按照基肥占50%、分蘖肥占30%、穗肥占20%的比例施用；磷肥采用重过磷酸钙，全部作基肥，用量75 kg/hm2（P2O5用量）；钾肥采用氯化钾，按基肥占50%、穗肥占50%的比例施用，用量为105 kg/ hm2（K2O用量）。为防止各处理窜肥窜水，施肥前田间各小区作田埂，并用黑色塑料薄膜包裹覆盖。其他管理措施与当地常规管理同。

1.3 测定项目

1.3.1 干物质量

于齐穗期，在各处理小区选取10丛有代表性完整水稻植株，剪去根系，将茎、叶、穗分离，并放入烘箱内于105℃杀青30 min，70℃烘干至恒质量，称量即为齐穗期干物质量。成熟期干物质量即为水稻生物量。花后干物质生产量=成熟期生物量－齐穗期干物质量。

表1 生物炭施用对早稻产量的影响 （t/hm2）

表2 生物炭施用对早稻产量构成因素的影响

1.3.2 产量及产量构成因素

于成熟期，在每试验小区收割面积为5 m2的水稻脱粒，称取200 g稻谷于烘箱70℃烘干至恒质量，计算籽粒含水量，将稻谷换算成含水量为14%的实收产量。

于成熟期，在试验小区内按对角线方向，选取有代表性植株10丛，采用手工脱粒，将籽粒与秸秆分离。秸秆放入烘箱105℃杀青30 min，70℃烘干至恒质量，称重。籽粒采用水选方法分离出实粒和秕粒并计数，进一步考种，分别测定穗数、穗粒数、结实率、千粒重等指标。通过计算水稻籽粒产量与生物产量，算出收获指数。

1.4 数据处理与分析

采用Microsoft Excel 2003整理数据，Statistix 8.0统计软件进行数据分析，多重比较采用LSD法。

2 结果与分析

2.1 生物炭施用对早稻产量的影响

由表1可知，2015年、2016年施用生物炭的早稻均出现减产现象，2015年在N2条件下，早稻减产0.37 t/hm2；2016年早稻平均减产12.85%，减产最多是在N0水平下，减产量为1.36 t/hm2，且2016年C1处理与C0处理间产量差异达显著水平。

表3 生物炭施用对早稻干物质生产及收获指数的影响

2.2 生物炭施用对早稻产量构成因素的影响

从表2可知，施用生物炭后，2015年在N2水平下，有效穗数表现为C1＞C0，C1比C0增加了26.08%；而2016年均是C0＞C1，减少幅度为3.33%～12.08%。2015年在N2水平下，穗粒数表现为C1＜C0；2016年均是C1＞C0，且在N2水平下，C1处理穗粒数增幅达最大，增加了13.20%。单位面积总颖花量在2年试验中，C0与C1处理无显著差异，2015年表现为C0＞C1（C1比C0减少0.06%），2016年则是C1＞C0（C1比C0增加2.09%）。结实率2015年表现为C1＞C0（C1比C0提高4.05%），2016年则为C1＜C0。生物炭施用导致了早稻籽粒粒重的减轻，其中，2015年减轻2.46%～4.12%，2016年减轻2.55%～3.76%，且均在N0水平下减幅最大，生物炭对千粒重的影响达到极显著水平。

2.3 生物炭施用对干物质生产及收获指数的影响

由表3可知，与C0处理相比，C1处理在2年的试验中齐穗后干物质生产量、成熟期干物质量均显著增加，而齐穗期干物质量则无明显差异。2015年C1处理成熟期干物质量增长明显，与C0处理的差异达到极显著水平，干物质量平均增多10.92%。C1处理齐穗后干物质生产量呈增加趋势，与C0处理差异未达到显著水平。收获指数是作物经济产物转化、形成能力强弱的重要指标，2015年、2016年C1处理的收获指数均低于C0，两者间差值最大为5.33个百分点（2015年）和4.00个百分点（2016年），生物炭施用显著降低了早稻收获指数。

3 结论与讨论

目前，有关生物炭影响作物产量形成的研究，国内外专家学者持有不同观点。张爱平等[7]研究表明，常规施氮量（300 kg/hm2）下，稻田施以9 000 kg/hm2生物炭可以增产44.89%，而不施氮情况下生物炭对产量影响不显著；刘汝亮等[8]的研究得出，加施生物炭1 350 kg/ hm2，与只施氮肥相比，水稻增产764 kg/hm2；张伟明等[9]研究表明，生物炭能提高水稻产量，以每kg干土加入20 g生物炭处理产量最大，比对照增产33.21%；而陈盈等[10]盆栽试验得出，生物炭会抑制水稻有效分蘖发生，与对照相比，施生物炭16 t/hm2的处理穗数显著减少，产量也最低；曲晶晶等[13]在湖南长沙和江西进贤地区的研究结果表明，在不施氮肥条件下，生物炭对早稻、晚稻产量均无显著影响；张斌等[14]在四川的试验得出，20 t/hm2和40 t/hm2用量的生物炭对水稻产量无影响。本试验结果表明，施生物炭的处理产量均低于未施生物炭处理（2015年N1水平除外），早稻减产，2016年减产显著，减产达12.85%。通过分析产量构成因素发现，施生物炭的处理早稻籽粒重极显著降低，收获指数减少，进而减产。本试验结果发现，齐穗后干物质生产量均是C1＞C0，可能跟生物炭对土壤N等营养元素有吸附、缓释作用有关，水稻生育后期生物炭持续供应N素等元素促进其营养生长，但N素过多易使水稻贪青迟熟且会导致籽粒灌浆结实受到阻碍。同一品种粒重差异由灌浆速度决定，且平均灌浆速度是关键因素[15]。王成瑷等[16]研究认为，N素过量会降低籽粒灌浆速度，减慢籽粒充实进程。花后生物炭可持续为植株供应N素，易造成植株N素过剩，营养生长旺盛，源/库减小，加深营养器官与籽粒部分对同化物竞争[17]，且水稻体内N素过多会影响籽粒灌浆途径中部分关键酶活性[18]，进而影响籽粒的淀粉形成。这些均可能是导致早稻粒重减轻的原因。大部分施炭增产的研究结果表明，生物炭主要是增加每丛穗数、穗粒数[7-8]，并延长灌浆结实时间，提高水稻结实率[9]，最终提高水稻产量。本试验结论不同于张爱平等得出的施炭增产观点，可能跟炭质种类、土壤类型、作物品种和气候条件等因素有关。生物炭是性质稳定、很难降解的物质，施入稻田能长期稳定存在，可能对水稻存在年际效应，对此仍需要进行长期定位试验来进一步验证。

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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

国家自然科学基金地方科学基金项目（31460332）