生物质炭配施复合酵素对玉米生长、产量及品质的影响

钱秋华　张梦昀

摘要：以新粘二号玉米为试验材料，通过大田试验研究生物质炭和复合酵素对玉米生长、产量以及品质的影响。结果表明，施用生物质炭和复合酵素均明显提高了玉米植株株高、茎粗、生物量和玉米产量，并改善了玉米果实品质，与CK（常规土壤栽培）相比，生物质炭处理后玉米植株株高、茎粗、地上生物量、地下生物量有明显提高效果，分别提高10.37%～11.02%、0.01～0.03 cm、10.14%～32.30%、18.41%～51.66%，施加复合酵素对玉米果实发育和品质有较好的提高效果;而生物质炭和复合酵素配施既有利于玉米生长发育，又能增加玉米产量并改善玉米果实品质，且处理效果均优于生物质炭和复合酵素单独处理。

关键词：生物质炭;复合酵素;玉米;生长发育;产量;品质

中图分类号：S513.06文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2019）09-0152-04

玉米是我国的主要粮食作物之一，内蒙古自治区属半干旱中温带大陆性季风气候，是我国玉米主产区[1-3]。内蒙古自治区是我国13个粮食主产区之一[4]，每年玉米种植面积达700万hm2以上，对区域粮食安全和经济发展具有重要意义[5]。但内蒙古西部土壤质地以细沙和粉沙为主，区内沙化现象比较严重，且土壤养分含量相对较低，肥力差，不利于农作物的生长[6-8]。在国内外玉米市场竞争日趋激烈的今天，消费者对玉米品质的要求逐渐提高。为提高玉米产量，农民多通过施加大量化学肥料实现，虽然在一定程度上提高了玉米产量，但同时也造成了玉米质量下降、环境污染等问题[9]。为此，亟需一种新型肥料，需养分全面，肥效均衡持久，且可以缓解农药、化肥、激素性肥料对生态环境造成的危害，改善土壤结构，提高肥料利用率，改善粮食品质。

生物质炭是指生物质在完全或部分缺氧以及相对较低的温度（<700 ℃）条件下，经热解炭化形成的一种含碳量极其丰富、性质稳定的产物，本质上是属于黑炭的一种[10]。生物质炭稳定性好、具有良好的表面性状且自身含有大量农作物生长所必需的矿质元素，使其在全球碳的生物地球化学循环、土壤改良及土壤污染物质的生态修复等方面具有良好的应用前景[11]。大量理论研究与实践应用表明，生物质炭有利于提高土壤肥力，促进农作物生长，增加作物产量。顾美英等研究发现，施用生物质炭能够提高新疆灰漠土和风沙土连作棉田根际土壤养分和微生物多样性，且风沙土的改良效果好于灰漠土[12]。李明等研究了不同秸秆生物质炭对红壤性水稻土养分及微生物群落结构的影响，结果表明水稻和玉米秸秆炭可以提高土壤养分含量和微生物量水平，改变了土壤微生物群落结构[13]。而日本引进的复合酵素含有多种有益植物生长的微生物，其中主要成分光合细菌能够利用光能将一些含有色素类以及维生素B群、多种氨基酸等转化为光合菌细胞，其细胞内含有未知的生长刺激物和抗病毒物质，对农作物的发育和免疫力产生了一定地促进作用[14-16]。前人大部分研究都是分别单独利用复合酵素和生物质炭作为土壤改良剂，采用复合酵素和生物质炭配施应用于玉米种植方面的研究还鲜有报道。

本研究以玉米为供试作物进行大田试验研究，以探明生物质炭、日本引进的复合酵素对玉米生长发育及产量品质的影响，旨在为生物质炭配施日本酵素在玉米生产实际应用中提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试玉米：新粘二号，与当地农田使用种子相同。生物质炭：在内蒙古西北部农区收集玉米秸秆，将其洗净，自然风干，粉碎过2 mm筛后置于白玉坩埚中，于500 ℃下经管式电炉（GWL-1700GA）热解3 h，加热前通入氮气驱赶尽炉内空气，形成氮气环境。冷却后，过20目筛储存于干燥器中备用。复合酵素：为淡黄色细小颗粒状，购自日本大道产业株式会社。

1.2 试验设计

试验于2017年5—10月在内蒙古西部萨拉齐农田进行。试验共设置4个处理：常规土壤种植（CK，土壤基本理化性质见表1）、施加生物质炭（BC，将生物质炭按4 t/hm2比例施加到表层土壤中，翻均匀）、施加复合酵素（EC，将复合酵素按 4 t/hm2 比例施加到表层土壤中，翻均匀）、生物质炭和复合酵素配施（MC，将生物质炭、复合酵素按质量比1 ∶1混匀，将混合物按4 t/hm2比例施加到表层土壤中，翻均匀），分别于2017年7月25日、9月1日各加施1次。试验采用完全随机设计，小区面积为20 m2，3次重复，共12个小区。2017年5月1日播种，6月7日按行距35 cm、株距30 cm选择长势一致的玉米苗进行间定植，其后5～7 d内控制灌水，以后视植株大小和天气情况灌溉。

1.3 测定项目

在玉米整个生长发育过程中，选主要生育期（苗期、拔節期、抽雄期、吐丝期、收获期）测定土壤总氮含量、有效磷含量、速效钾含量、有机碳含量、阳离子交换量（CEC）、pH值，土壤基本理化性质测定参考土壤农化分析[17]：总氮含量的测定采用凯式定氮法;有效磷含量的测定采用0.5 mol/L碳酸氢钠浸提-钼睇抗比色法;速效钾含量的测定采用1 mol/L醋酸铵浸提-火焰光度计法;有机碳含量的测定采用重铬酸钾氧化-外加热法;阳离子交换总量的测定采用乙酸钠-火焰光度法;pH值的测定采用电位法（水土质量比为1 ∶2.5）。在玉米各主要生育期采集各小区代表性植株5株，将根、茎、叶、苞等器官分开处理，测定其生物量及生长指标。玉米收获时各小区分别收获内侧4行用于测产量，并从收获果穗中随机选取10穗有代表性的玉米测穗长、穗粗、秃尖长、百粒质量、籽粒粗脂肪含量（籽粒自然风干，采用索氏提取器法）、籽粒粗蛋白含量（籽粒自然风干，采用半微量凯氏定氮法）等指标[18]。

1.4 数据处理与统计分析

试验结果以测定的平均值表示，试验数据的统计分析采用Excel 2003和SPSS 18.0软件进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 不同处理对土壤基本理化性质的影响

氮、磷、钾和有机碳是玉米生长所必需的养分，土壤中养分含量大小直接影响着玉米的生长发育[19]。由于供试土壤为盐碱土，含盐量大、碱化度高，土壤的物理性状差，pH值高，盐分聚集地表，黏土紧实，通气透水性差，有机质分解快从而造成土壤贫瘠，影响作物生长[20-21]。因此，提高土壤中养分含量对玉米生长具有积极意义。表2为添加生物质炭、复合酵素及其混合物后供试土壤中各养分含量的变化情况。添加生物质炭显著提高了供试土壤中各养分含量，随着玉米的生长发育，土壤中总氮、有效磷、速效钾含量呈现先上升后下降的趋势。生物质炭加入土壤后，由于生物质炭能够产生正、负电荷，能够有效吸附盐土中的养分，降低盐土的淋溶损失，同时生物炭本身含有植物生长所需的养分，尤其使土壤中有机碳含量大幅度提高，改善了土壤的养分环境，大幅度提高了土壤中的养分含量[22]，但玉米生长进入吐丝期后土壤中总氮、有效磷、速效钾含量却呈下降趋势，原因是玉米生长对土壤中氮、磷、钾元素需求量大，玉米生长吸收土壤中养分，降低了土壤中的氮、磷、钾含量，但土壤中总氮、有效磷、速效钾含量仍高于原土壤（CK），添加生物质炭后土壤中总氮、有效磷、速效钾含量分别提高9.38%～21.67%、31.53%～119.51%、54.34%～82.49%。土壤有机碳含量一直呈上升趋势，且有机碳含量提高幅度较大，这和生物质炭本身含碳量很高有关。生物质炭和复合酵素混合物处理效果整体优于复合酵素单独处理，但略低于生物质炭处理。施用生物炭和复合酵素混合物后土壤中全氮、有效磷、速效钾含量变化趋势与生物炭单独处理大致相同。阳离子交换总量是土壤净负电荷的总量，它直接表征了土壤的肥力和缓冲能力。施加生物质炭、复合酵素及其混合物处理后土壤中阳离子交换总量的处理效果为MC>EC>BC>CK，分别提高了MC（1.63～1.80倍）>EC（1.58～1.78倍）>BC（1.44～1.71倍）>CK。加入生物质炭后，土壤pH值呈现短暂升高后下降，且随着玉米的生长发育，pH值降低幅度越大。

2.2 不同处理对玉米生长的影响

如图1所示，施加生物质炭、复合酵素及其混合物处理后，与CK相比，在玉米的苗期、拔节期各处理的玉米植株株高、茎粗、地上生物量、地下生物量生长指标无明显差异;在抽雄期、吐丝期和收获期不同处理间的各生长指标差异明显。在玉米抽雄期，BC处理的株高、茎粗、地上生物量、地下生物量分别比CK高11.02%、0.03 cm、10.14%、51.66%，EC处理的株高、茎粗、地上生物量、地下生物量分别比CK高9.53%、0.01 cm、3.78%、10.82%，MC处理的株高、茎粗、地上生物量、地下生物量分别比CK高11.98%、0.04 cm、12.03%、57.07%;在吐丝期，BC处理的株高、茎粗、地上生物量、地下生物量分别比CK高10.37%、0.02 cm、32.30%、18.41%，EC处理的株高、茎粗、地上生物量、地下生物量分别比CK高9.88%、0.01 cm、25.89%、16.58%，MC处理的株高、茎粗、地上生物量、地下生物量分别比CK高 12.62%、0.05 cm、37.39%、57.65%;在收获期，BC处理的株高、茎粗、地上生物量、地下生物量分别比CK高10.73%、0.01 cm、25.6%、44.59%，EC处理的株高、茎粗、地上生物量、地下生物量分别比CK高9.98%、0.01 cm、19.18%、16.58%，MC处理的株高、茎粗、地上生物量、地下生物量分别比CK高12.22%、0.03 cm、27.77%、57.65%。说明施加生物质炭、复合酵素及其混合物能明显促进玉米的生长，而这种效果主要表现在玉米生长的中后期，且不同处理对玉米生长影响效果为MC>BC>EC>CK，生物质炭单独处理效果比复合酵素单独处理效果好，是因为生物质炭本身含有大量氮、磷、钾等营养元素，通过提高土壤养分含量，增加肥力促进玉米的生长。

2.3 不同处理对玉米产量的影响

由表3可以看出，不同处理玉米的小区产量、平均单果质量、单株产量和发芽率与CK相比均有所提高，以生物质炭配施复合酵素处理效果最佳，其次为复合酵素单独处理，说明生物质炭和复合酵素的施加对增加果实质量有一定的促进作用。生物质炭和复合酵素混合处理对玉米生长发育有明显的促进作用，平均单果质量高 18.38%。施加生物质炭、复合酵素及其混合物处理提高了玉米种子发芽率，玉米种子发芽率分别提高30%、40%、50%，从而大大提高了玉米小区产量，生物质炭单独处理小区产量提高88.38%，复合酵素单独处

理小区产量提高123.87%，生物质炭配施复合酵素处理小区产量提高166.11%。复合酵素单独处理较生物质炭单独处理效果好，说明复合酵素中的酵素菌对促进番茄生长发育有良好的作用。

2.4 不同处理对玉米品质的影响

脂肪和蛋白质是作物品质常有的2个指标，粗脂肪对玉米品质有重要影响，在一定程度上提高玉米籽粒脂肪含量，能显著改善玉米品质[23]。由表4可以看出，生物质炭单独处理、复合酵素单独处理及其混合物配施均能提高玉米果实的籽粒粗脂肪含量、籽粒粗蛋白含量、穗粗、百粒质量，缩短玉米秃尖长。生物质炭和复合酵素配施处理效果最佳，其次为复合酵素单独处理，与CK相比，MC、EC、BC分别提高玉米籽粒粗脂肪含量50.85%、46.52%、32.39%，玉米籽粒粗蛋白含量145.85%、126.82%、111.59%，穗粗4.84、2.93、2.39 cm，百粒质量12.76%、12.06%、11.60%，秃尖长减短1.0、0.8、0.7 cm。本研究结果表明，单独施加复合酵素处理与单独施加生物质炭相比，对玉米果实发育和品质有更好的提高效果，是因为日本引进的复合酵素含有多种有益植物生长的微生物，其中主要成分光合细菌能够利用光能将一些含有色素類以及维生素B群、多种氨基酸等转化为光合菌细胞，其细胞内含有未知的生长刺激物和抗病毒物质，对种子的发育和免疫力产生了一定的促进作用，且能促进植株生长发育[24-26]。

3 结论与讨论

施用生物质炭对促进玉米植株生长有较好的促进作用，生物质炭处理后植株株高、茎粗、地上生物量、地下生物量有明显的提高效果。本研究结果表明，施加复合酵素对玉米果实发育和品质有较好的提高效果，与单独施加生物质炭相比，能更好地提高玉米籽粒粗脂肪含量、籽粒粗蛋白含量、穗粗、百粒质量，缩短玉米秃尖长;生物质炭和复合酵素配施可明显促进玉米植株生长，显著提高玉米产量，改善玉米果实品质。

本研究通过农田试验，比较分析了生物质炭、复合酵素及其混合物对玉米生长发育和产量品质的影响，得出以下结论：（1）施用生物质炭对促进玉米植株生长有较好的促进作用，生物质炭处理植株株高、茎粗、地上生物量、地下生物量有明显提高效果，分别提高10.37%～11.02%、0.01～0.03 cm、10.14%～32.30%、18.41%～51.66%。（2）施加复合酵素对玉米果实发育和品质有较好的提高效果，与单独施加生物质炭相比，能更好地提高玉米籽粒粗脂肪含量、籽粒粗蛋白含量、穗粗、百粒质量，缩短玉米秃尖长。（3）生物质炭和复合酵素配施可明显促进玉米植株生长，显著提高玉米产量，改善玉米果实品质。与CK相比，分别提高玉米籽粒粗脂肪含量50.85%、玉米籽粒粗蛋白含量145.85%、穗粗4.84 cm、百粒质量12.76%，秃尖长减短了1.0 cm。

生物质炭配施复合酵素具有较好的经济效益，若大量应用于农业生产中，可降低化肥使用量，减少因生产化肥而消耗的大量能源，还可避免因大量施用化肥造成的环境污染。综上所述，使用生物质炭和复合酵素配施既可实现农业废弃物的循环利用，又可净化人类生态环境，提高资源有效利用率。

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