高氮土壤下腐植酸与不同量生物炭配施对甜高粱生长及氮素吸收影响研究

赵思文，王茜，裴志强，王媛媛，谭芳，谈光野，王琪，温玉鑫，卢树昌

高氮土壤下腐植酸与不同量生物炭配施对甜高粱生长及氮素吸收影响研究

赵思文，王茜，裴志强，王媛媛，谭芳，谈光野，王琪，温玉鑫，卢树昌通信作者

（天津农学院 农学与资源环境学院，天津 300384）

本试验采用生物炭和腐植酸两种调理剂配合施用，共设5个处理，除一个空白处理外，其他处理的腐植酸施用量不变，生物炭添加量分别占土重的0.25%、0.50%、0.75%、1.00%。结果表明：腐植酸施用量不变时，添加0.25%～0.75%生物炭有利于甜高粱的生长，而添加0.25%生物炭有利于甜高粱干生物量增加，促进甜高粱对于土壤中氮素的吸收，提高氮素利用率。

腐植酸；生物炭；甜高粱；氮素

腐植酸是一类成分复杂的天然有机高分子混合物，是通过微生物将动植物残体和微生物细胞等分解和转化，并经一系列地球化学过程形成和积累而成[1-3]。生物炭（biochar）是在低氧或缺氧条件下，将有机物质经过高温热解而形成的产物[4-6]。生物炭对土壤起到一定调控作用，对于提高土壤结构和性能有积极的促进作用[7-8]。氮素是促进植物生长发育的重要元素[9]，直接影响作物的产量和品质[10-11]。农户为了获得更好的效益，向土壤中施入大量氮肥，中国农作物氮肥施用量占世界氮肥总用量的32%，位列世界第一[12-13]。氮肥的过量施入造成了负面的环境问题，例如氮肥的流失造成温室气体的加剧以及土壤质量的退化[14-15]，同时也会使作物产量和品质下降。基于以上研究，本试验以腐植酸和生物炭为试验材料，甜高粱为供试作物，研究高氮土壤下腐植酸与不同量生物炭配施对甜高粱生长及氮素吸收的影响，旨在为改善设施土壤氮素环境质量提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试作物：甜高粱，品种为‘甜杂2号’。

供试调理剂：腐植酸，草本生物炭（秸秆炭）

供试土壤：来自天津市武清区大孟庄镇后幼庄村集约化设施菜田。该区棚龄大部分在10年以上，养分投入偏高，土壤氮环境风险较高。土壤基本理化性质：全氮含量2.46 g/kg，有机质含量32.91 g/kg，有效磷含量371.15 mg/kg，pH为7.07，含盐量4.53 g/kg。

1.2 试验设计

将土壤样品自然风干后过5 mm筛，每盆土重3 kg（盆规格：高15 cm，口径21 cm），分设5个处理，除空白处理外，其他处理腐植酸施用量均为0.938 g/盆，生物炭添加量如表1所示，每处理3次重复。

表1 各处理生物炭施用量

指标T1T2T3T4T5 土重比/%0.001.000.750.500.25 施用量/g·盆-10.030.022.515.07.5

甜高粱种植时间为2018年5—11月，每盆定植2株，每隔2 d灌水1次，每盆每次400～500 mL。

1.3 测定项目和方法

对甜高粱生长前、后期进行长势调查，用卷尺和游标卡尺分别测定甜高粱株高、茎粗；采用长宽系数法[16]测定叶片叶面积，用卷尺量取甜高粱叶片长度和宽度（垂直主叶脉的最大距离），用公式（1）进行计算。

叶面积＝0.75×长×宽 （1）

采用SPAD-502型叶绿素仪测定甜高粱叶片的叶绿素含量（SPAD值）；采用CI-340便携式光合仪测定光合速率。

甜高粱收获后，将甜高粱根、茎、叶和穗各部位分开，置于烘箱105 ℃杀青30 min后，在80 ℃下烘干至恒重，测定干生物量。将高粱植株各部位样品烘干后经粉碎过筛，利用浓硫酸-H2O2法消解后用凯氏定氮仪测定出各部位全氮含量[17]，采用公式（2）计算植株各部位吸氮量。

吸氮量＝干生物量×全氮含量 （2）

1.4 数据分析

试验数据采用Excel 2007方法进行数据处理，采用DPS7.05软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 腐植酸和生物炭配合施用对甜高粱长势和生物量的影响

2.1.1 腐植酸和生物炭配合施用对甜高粱长势的影响

不同处理甜高粱前期长势如表2所示。施用腐植酸和生物炭处理甜高粱株高、茎粗、叶面积较T1均无显著差异。叶绿素含量除T5显著高于T1外，其他处理较T1无显著差异；T3光合速率显著高于其他处理。说明T3和T5对甜高粱前期长势较好。

不同处理甜高粱后期长势如表3所示。各处理甜高粱株高和叶面积无显著差异。T2、T4、T5甜高粱茎粗显著高于T1，较T1分别高24.0%、17.8%、17.1%，T3与T1无显著差异。T3叶绿素含量显著高于T1，其他处理较T1无显著差异。T4光合速率显著低于T1，其他处理与T1无显著差异。说明T2、T4、T5可促进甜高粱后期茎粗生长，T3可增加甜高粱后期叶绿素含量，延长植株生长周期。

表2 不同处理下甜高粱前期长势状况

处理株高/cm茎粗/cm叶面积/cm2叶绿素含量/SPAD光合速率/µmol∙m-2·s-1 T1100.00±3.00a1.05±0.06a 267.06±6.88ab 34.35±0.20bc27.58±1.63b T2104.42±8.09a1.19±0.14a 304.38±55.34a31.88±3.28c30.05±1.70b T3100.63±8.13a1.18±0.06a 306.38±54.94a 37.85±2.15ab37.83±7.53a T4 105.00±15.00a1.22±0.37a213.56±0.00b 37.25±0.55ab29.40±4.10b T5101.25±2.75a1.24±0.16a 333.34±31.09a39.33±2.63a22.88±1.38b

注：同列数值后不同小写字母表示差异达5%显著水平。下同

表3 不同处理下甜高粱后期长势状况

处理株高/cm茎粗/cm叶面积/cm2叶绿素含量/SPAD光合速率/µmol∙m-2·s-1 T1128.75±4.75a1.29±0.08b404.16±29.16a 37.95±0.95bc32.88±5.63a T2141.50±7.50a1.60±0.07a463.41±35.53a 42.28±0.33ab 28.13±5.23ab T3141.63±6.38a1.31±0.04b439.31±30.94a44.10±1.00a 25.15±10.80ab T4 134.00±16.00a1.52±0.01a472.31±82.32a36.55±5.15c18.00±3.00b T5124.88±0.88a1.51±0.07a409.69±31.69a 38.80±2.30bc 27.50±9.85ab

2.1.2 腐植酸和生物炭配合施用对甜高粱生物量的影响

由图1可知，从各处理总干生物量来看，T5＞T3＞T2＞T1＞T4，说明T2、T3、T5可以提高甜高粱的总干生物量，其中T5的总干生物量比T1高13.4%。在甜高粱干生物量中，各处理均为茎部干生物量占比最大，T4、T5的根干生物量大于T1，有利于甜高粱根的生长。

图1 不同处理下甜高粱植株干生物量

2.2 腐植酸和生物炭配合施用对甜高粱氮素吸收的影响

由图2可得，各处理甜高粱根部吸氮量较T1均无显著差异；各处理甜高粱茎部吸氮量除T5显著低于T1外，其他处理较T1差异均不显著，其中T3效果相对较好；各处理甜高粱叶吸氮量显著高于T1，其中效果最显著的是T5；而对于甜高粱穗吸氮量，各处理较T1均无显著差异。

图2 不同处理下甜高粱各部位吸氮量

由图3可得，T1中甜高粱根和茎的吸氮量占植株总吸氮量的比例与其他处理相比较高，而叶的吸氮量与其他处理相比较低，T5处理甜高粱叶吸氮量占植株总吸氮量的比例最高。说明腐植酸和生物炭配施可促使氮素向地上部转移，减少了氮在根和土壤中的积累。

图3 不同处理下甜高粱各部位吸氮量占植株总吸氮量百分比

3 讨论与结论

生物炭因其具有多孔结构和比表面积大等特征，可改善土壤的物理性状，从而改善作物的生长环境，促进作物生长[18]。腐植酸中含有大量可提高土壤肥力和增加土壤养分有效性的元素，能够促进作物生长，提高作物产量[19]。本研究发现，腐植酸和生物炭配合施用可以提高甜高粱的茎粗、叶绿素含量和光合速率。而在南江宽等[20]的研究中发现，施用适量秸秆生物炭能够减轻作物所受的干旱胁迫，促进甜高粱生长，但过量施用会抑制甜高粱生长。本试验通过对生物炭施用量的设计与研究，得出添加0.25%～0.75%生物炭利于甜高粱生长；周劲松等[21]通过温室培养研究发现，添加生物炭能够提高水稻苗期的株高和生物量。本研究中发现，腐植酸和生物炭的配合施用能提高甜高粱的干生物量，以添加0.25%生物炭效果最好。

作物光合产物的基础是氮素吸收。有研究表明[22]，腐植酸可以通过对硝酸盐的吸收、同化和转移的影响来促进植物对氮的吸收，同时还能与土壤和肥料中的养分发生作用使其形态转化，提高养分中氮素的利用效率。程效义等[23]研究表明，施用生物炭能够促进玉米对氮素的吸收，提高玉米产量。本试验表明，同时施用腐植酸和生物炭能够促进植物对氮素的吸收，提高土壤中氮素的利用率，与上述研究结果相同。对各部位吸氮量占植株总吸氮量比例分析发现，腐植酸和生物炭配施还能促使氮素向地上部转移，减少了氮在根和土壤中的积累，试验发现以添加0.25%生物炭效果最好。

本研究表明，腐植酸和生物炭的配合施用可以促进甜高粱的生长和氮素的吸收，在腐植酸施用量不变的情况下，添加0.25%生物炭效果最好。

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Effects of humic acid and different amounts of biochar on the growth and nitrogen uptake of sweet sorghum in high nitrogen soil

ZHAO Si-wen, WANG Xi, PEI Zhi-qiang, WANG Yuan-yuan, TAN Fang, TAN Guang-ye, WANG Qi, WEN Yu-xin, LU Shu-changCorresponding Author

（College of Aronomy and Resources Enviroment, Tianjin Agricultural University, Tianjin 300384, China）

This test used biochar and humic acid two conditioning agents in combination.There were five treatments in this experiment. Except for one blank treatment, the other applied humic acid application amount was unchanged, and the amounts of biochar added were 0.25%、0.50%、0.75% and 1.00% of soil weight respectively. The results showed that 0.25%～0.75% biochar was beneficial to the growth of sweet sorghum. 0.25% biochar was beneficial to the increase of the biomass of sweet sorghum. It could promote the absorption of nitrogen in the soil and improve the nitrogen utilization rate by sweet sorghum.

humic acid; biochar; sweet sorghum; nitrogen

1008-5394（2019）04-0005-04

10.19640/j.cnki.jtau.2019.04.002

S514；S156.2

A

2019-03-25

天津市大学生创新训练计划项目（201810061064）；国家重点研发计划项目（2016YFD0801006）

赵思文（1997-），女，本科在读，从事农田土壤与作物生长环境关系方面研究。E-mail: 1250604110@qq.com。

卢树昌（1970-），男， 教授，博士，从事农田土壤质量与植物营养的教学与科研工作。E-mail：lsc9707@163.com。

责任编辑：宗淑萍