土壤改良剂对谷子萌发及幼苗生长的影响

王桂君，燕金锐，高增平，律其鑫，崔亚男，卢文晓

(长春师范大学，吉林长春130032)

土地沙化制约了土地生产力的提高及经济与生态环境的可持续发展。沙化土壤由于保水保肥能力低，限制农作物产量及农业发展。南美洲的亚马逊黑土对土壤性质的调节作用已经得到大量的证实和广泛的认同，其中改良剂的施加会通过影响土壤的理化性质，促进植物生长。生物炭是生物有机材料在缺氧环境中经过热裂解产生的固体，具有复杂的孔隙结构和极强的吸附性能[1]。许多研究显示生物炭对作物生长[2]、生物量的积累有显著作用[3-5]。由于生态条件、气候条件以及土壤类型等的差异，生物炭单独施加产生的效应有正面的也有负面的报道，目前没有一个明确的、统一的施加标准。生物炭本身养分含量很低，供作物直接吸收的养分含量很少，因此通常作为土壤改良剂施加。本文拟从生物炭与化肥和有机肥的施加对沙化土壤的影响入手，通过设置控制实验，比较不同改良剂的单独和联合施加对谷子萌发和幼苗生长的影响，分析不同类型的改良剂施加对沙化土壤和作物幼苗生长的作用，为土壤改良剂的合理使用提供研究基础。

1 材料与方法

1.1 实验材料

供试土壤取自吉林省西部大安地区沙化土壤(风沙土)；供试种子为谷子(从当地种子公司购得)；生物炭购于辽宁金和福农业开发有限公司，为玉米秸秆炭，主要元素含量：总碳65.78%，总氮0.92%，总磷0.98%，总钾1.23%，表面积1.332 m2·g-1，pH 8.82；有机肥为牲畜粪便，堆肥后备用；化肥为沃福特复合肥，N-P2O5-K2O为12-18-15。

1.2 实验方案

设置对照(CK),生物炭(BO)，有机肥(CO)，化肥(MO)，生物炭+有机肥(BC)和生物炭+化肥(BM)6个不同处理，6次重复。化肥施加量相当于N:111.5 kg·ha-1,P:71.36 kg·ha-1,K:111.5 kg·ha-1，生物炭施加量相当于10 t·ha-1；有机肥施加量相当于20 t·ha-1；生物炭施加量相当于10 t·ha-1。化肥先用蒸馏水按比例配置成溶液，参照施加量均匀喷洒到各盆中，补足剩余的水，保证各处理所浇的总水量一致，生物炭和有机肥的施加采用人工与土壤混合均匀。挑选籽粒饱满的谷子种子，用75%的酒精表面消毒，洗净后催芽，待出芽后播种，每盆(直径15cm花盆)均匀播种20粒种子，种子播种深度一致。待出苗后统计出苗率，后选择3株长势较好的幼苗保留，期间控制浇水量。五周后收获，测其株高、鲜重、干重及叶片叶绿素相对含量等指标。各处理改良剂的具体施加量见表1。

植物幼苗株高，根长和茎粗用电子式数显卡尺测定；鲜重用称量法测定，新鲜植株在105℃杀青30 min，75℃烘干24 h测定干生物量和组织含水量。叶片叶绿素相对含量用SPAD-502叶绿素仪测定。采用SPSS16.0和EXCEL软件进行数据分析和作图。

2 结果与分析

2.1 改良剂施加对谷子出苗及幼苗生长的影响

2.1.1 不同处理谷子出苗情况

由图1可以看出，无论施加化肥还是有机肥，对谷子的出苗均没有产生显著的促进作用，相反，单独施加化肥和有机肥，或者与生物炭联合施加后，谷子出苗较晚，后几天逐渐增快，到第7天，谷子的出苗率在各处理间没有显著差异(P>0.05)。

图1 不同处理谷子的出苗情况

2.1.2 不同处理谷子幼苗生长指标

从图2可以看出，各改良剂施加对谷子生物量的积累均有显著促进作用(P<0.05)。其中以施加化肥和化肥与生物炭联合施加的效果最显著。其次为生物炭与有机肥联合施加和有机肥单独施加的处理，而单施生物炭对谷子幼苗生物量积累的作用相对较小。无论化肥，有机肥还是生物炭的施加均增加了谷子植株的组织含水量(图3)，其中以施加化肥的效果最显著(P<0.05)。由此可见，改良剂的施加为谷子幼苗生长提供了养分，促进了生物量的积累，同时化肥的施加有效增加了谷子幼苗的组织蓄水能力。

图2 不同处理谷子幼苗干重

图3 不同处理谷子幼苗植株组织含水量

改良剂的施加均显著促进了植株的增高(P<0.05)，单施化肥谷子幼苗株高高于单施有机肥和生物炭的处理；而且，生物炭与肥料联合施加促进效果最显著，其中，生物炭与有机肥联合施加的效果显著优于二者单独施加(P<0.05)(图4)。从不同处理谷子叶片叶绿素相对含量看(图5)，单施化肥的处理谷子叶片叶绿素相对含量高于单施有机肥和单施生物炭的处理，生物炭与肥料联合施加的两个处理谷子叶片叶绿素含量均显著高于对照和单施生物炭的处理(P<0.05)，其中以生物炭和有机肥联合施加后增幅更显著。

图4 各处理谷子幼苗株高

图5 不同处理谷子叶片叶绿素相对含量

3 讨论与结论

生物炭能够促进植物苗期的生长，增加总叶面积、叶片和主根的生物量，增加地上部的呼吸作用。而且，不同实验条件结果差异也很大，总体上看，室内盆栽实验的效果优于大田实验；酸性土壤的效果优于中性土壤；对沙质土壤的效果优于壤土和粘土。本实验发现，生物炭的施加对谷子幼苗生物量的积累有一定促进作用,但其单独施加的效果远远不如与有机肥或化肥联合施加的效果。原因可能是生物炭中的有机碳性质稳定，有一部分在短期内不易直接被植物吸收。此外，由于吉林西部地区土壤偏碱性，而生物炭本身多呈碱性，过多地施加生物炭会使土壤的pH过高，反而抑制植物生长。目前有一些学者仿效亚马逊“黑土”方法，向土壤中同时施入生物炭和有机肥两种改良剂，发现二者的协同更能增强有机肥的效用，增加可溶性有机碳的含量[6]，同时施加生物炭后，可以减少有机肥中的氮和其他养分元素的淋失，增加有机肥的CEC、表面积和纳米孔隙度[7]。由此可见，生物炭与有机肥改良剂之间可能存在协同作用，其作用机理有待进一步研究。

从本实验的结果看，化肥，有机肥以及生物炭的施加均在一定程度上促进了谷子生物量的积累，株高的伸长以及组织含水量的增加。其中以化肥的效果最显著，而有机肥及其与生物炭联合施加的效果显著强于二者的单独施加，表明生物炭和有机肥联合施加可在一定程度上替代化肥，减少农业上化肥的施用量。