酒糟炭基肥对红缨子高粱生长、产量及土壤养分的影响研究

许华杰，陈芹卉，吴永琴，郭继元

（茅台学院，贵州 仁怀 564500）

红缨子高粱富含淀粉和单宁[1-3]，以其作为酱香型白酒的主要生产原料，不仅出酒率高，且酒体丰满醇厚，酱香突出。近年来，随着酱香型白酒市场的持续壮大，红缨子高粱的种植面积随之增加。因此，对红缨子高粱种植施肥的研究，对促进红缨子高粱高产和稳定酱香型白酒生产具有重要意义。

同时，随着酱香型白酒产量的稳步提升，产生了大量的酒糟废弃物。目前，酒糟废弃物的综合利用有多种多样的途径，包括酒糟能源化、酒糟肥料化、酒糟饲料化、酒糟材料化等。对于酒糟肥料化方面，传统方式是将酒糟堆积发酵后补充一定比例N、P、K后生产有机肥，但其肥效一般。

生物炭（Biochar）是指在完全或部分缺氧的条件下，由农作物秸秆、木质材料、禽畜粪便等有机材料经热解（一般温度低于700 ℃）炭化所产生的一类高度芳香化的难溶性固态物质[4]。生物炭含碳量极高，施入土壤后可增加土壤中的有机质含量[5-6]；另一方面，因其具有发达的孔隙结构[7-8]和较高的阳离子交换量[9-10]，可以吸附和负载肥料养分，延缓肥料在土壤中的释放与淋失[11-12]。因此将生物炭混入肥料制成生物炭基肥，作为土壤改良剂的应用备受关注，近年来取得了积极效应[13-17]。张萌等[18]的研究表明，施用生物炭基肥可显著提高朝天椒产量，生物炭基肥施用量为2 167.5 kg/hm2时朝天椒生物效应和经济效益最好；王月等[19]的研究表明，施用炭基缓释花生专用肥促进了花生开花下针期和结荚期叶片叶绿素的含量、净光合速率，增加了单株荚果质量和百果质量，显著提高了花生的产量。目前，尽管研究生物炭基肥对农作物种植方面的报道不少，但有关施加生物炭基肥对红缨子高粱种植方面的研究鲜见报道。

因此，本试验以红缨子高粱为研究对象，通过盆栽试验，研究不同配比酒糟炭基肥对红缨子高粱生长、产量及土壤养分的影响。旨在探索酒糟炭的最佳施加比例，为促进高粱产量的高产提供理论依据；同时，为酒糟废弃物肥料化方向开创一种高效的利用途径。这具有相当显著的经济、环境和社会效益。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

酒糟和酒糟有机肥：茅台生态循环经济产业园；红缨子高粱：仁怀市红缨子高粱种植投资有限公司。

土壤：采自仁怀市红缨子高粱基地的红壤，其有机质1.72%、碱解氮128.11 mg/kg、有效磷18.56 mg/kg、速效钾201.42 mg/kg、pH为7.12。

浓盐酸、浓硫酸、NaF、Na2SO4、NaOH、CH3COONa、乙二胺四乙酸（ethylenediaminetetraacetic acid，EDTA-2Na）、酒石酸钾钠、酒石酸钠、阿拉伯胶粉、纳氏试剂、钼酸铵、SnCl2、四苯硼钠、磷酸二氢钾、硫酸铵、硝酸钾、硫酸钾（均为分析纯）：国药集团化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

UV-8000ST紫外分光光度计：上海元析仪器有限公司；SG-GL1200K高温管式炉：上海光学精密机械研究所；FW-500A粉碎机：常州高德仪器制造有限公司。

1.3 方法

1.3.1 酒糟炭及酒糟炭基肥的制备

将酒糟烘干后放入高温管式炉，在缺氧、充入一定量氮气的条件下进行炭化，升温速率为1.5 ℃/min，升温至600 ℃，恒温30 min，待冷却后取出进行研磨，过100～200目筛，制得酒糟炭，其含碳量为53.3%，含氮量为6.58%。将酒糟炭和酒糟有机肥按照一定比例混合得到酒糟炭基肥。其中，酒糟有机肥的有机质≥45%，总养分（N+P2O5+K2O）≥5%，水分≤30%。

1.3.2 盆栽试验设计

盆栽试验所用盆规格为Φ300 mm×310 mm。试验设计8个方案，每个处理有3盆重复，每盆种植3株。按照250 g/m2的肥料和盆中表层20 cm的土壤进行充分混合后一次性施入，各方案中酒糟炭、酒糟有机肥以及土壤含量如表1所示。

表1 不同比例酒糟炭基肥处理方案Table 1 Fertilization treatment scheme of different ratios of distiller's grain biochar-based fertilizer

1.3.3 红缨子高粱生长情况、产量测定及土壤养分分析

分别在生长的幼苗期、壮苗期、抽穗期观测植株的株高、株径。收获后，红缨子高粱植株用105 ℃烘箱杀青30 min后，80 ℃烘干至质量恒定，测定地上干物质质量。

高粱籽粒自然风干去壳后通过称重法测定红缨子高粱籽粒产量。

红缨子高粱收获后，取20 cm以内的根际土，风干后装入布袋待测。采用联合浸提剂（NaF+Na2SO4+CH3COONa+EDTA-2Na）进行消煮后，通过分光光度计测定土壤中铵态氮、有效磷和速效钾[20]。

2 结果与分析

2.1 不同配比酒糟炭基肥对红缨子高粱生长的影响

2.1.1 不同配比酒糟炭基肥对红缨子高粱株高的影响

由图1可知，在幼苗期F2、F6、F7、F8组的红缨子高粱株高显著高于F1、F4、F5组（P＜0.05），高于F3组但差异不显著（P＞0.05），说明施用含超过30%酒糟炭的炭基肥对红缨子高粱初期株高有利，其中以含30%酒糟炭的炭基肥（F6组）最佳；在壮苗期F6组的红缨子高粱株高显著高于F1、F2、F3、F4、F5、F8组（P＜0.05），高于F7组但差异不显著（P＞0.05），说明施用含30%酒糟炭的炭基肥对红缨子高粱期壮苗期株高有利；在抽穗期F6组的红缨子高粱株高显著高于F1、F2、F3、F4、F5组（P＜0.05），高于F7、F8组但差异不显著（P＞0.05），说明施用含30%酒糟炭的炭基肥对红缨子高粱抽穗期株高有利。

图1 不同配比酒糟炭基肥对红缨子高粱株高的影响Fig. 1 Effect of different ratios of distiller's grain biochar-based fertilizer on the height of Hongyingzi sorghum

因此，施用含30%～40%酒糟炭的炭基肥对红缨子高粱株高有一定的促进作用，其中以含30%酒糟炭的炭基肥最佳。

2.1.2 不同配比酒糟炭基肥对红缨子高粱株径的影响

由图2可知，在幼苗期F8组的红缨子高粱株径显著高于F1、F3、F4组（P＜0.05），高于F2、F5、F6、F7组但差异不显著（P＞0.05），说明施用含20%以上酒糟炭的炭基肥对红缨子高粱幼苗期株径有利，以含50%酒糟炭的炭基肥最佳；在壮苗期于F4、F5、F6、F7组的株径显著高于F1组（P＜0.05），高于F2、F3、F8组但差异不显著（P＞0.05），说明施用含10%～40%酒糟炭的炭基肥对红缨子高粱壮苗期株径有利，以含20%酒糟炭的炭基肥最佳；在抽穗期F4、F5、F6组的红缨子高粱株径显著高于F1、F8组（P＜0.05），高于F2、F3、F7组但差异不显著（P＞0.05），说明施用含10%～30%酒糟炭的炭基肥对红缨子高粱抽穗期株径有利，以含20%酒糟炭的炭基肥最佳。

图2 不同配比酒糟炭基肥对红缨子高粱株径的影响Fig. 2 Effect of different ratios of distiller's grain biochar-based fertilizer on the diameter of Hongyingzi sorghum

因此，施用含20%～40%酒糟炭的炭基肥对红缨子高粱株径有一定的促进作用，其中以含20%酒糟炭的炭基肥最佳，但与含30%、40%酒糟炭的炭基肥差异不显著（P＞0.05）。

2.1.3 不同配比酒糟炭基肥对红缨子高粱生物量的影响

由图3可知，F6组的红缨子高粱生物量显著高于F1、F2、F3、F8组（P＜0.05），高于F4、F5、F7组但差异不显著（P＞0.05），说明施用含10%～40%酒糟炭的炭基肥对红缨子高粱生物量有利，以含30%酒糟炭的炭基肥最佳。由于生物量与植株株高和株径呈正相关关系，因此酒糟炭基肥对生物量的影响效果与其对株高、株径的影响效果基本一致。

图3 不同配比酒糟炭基肥对红缨子高粱生物量的影响Fig. 3 Effect of different ratios of distiller's grain biochar-based fertilizer on the biomass of Hongyingzi sorghum

综上所述，酒糟炭对红缨子高粱生长有一定的促进作用，其中以含30%酒糟炭的炭基肥最佳。

2.2 不同配比酒糟炭基肥对红缨子高粱产量的影响

由图4可知，F6组的红缨子高粱产量显著高于F1、F2、F7、F8组（P＜0.05），高于F3、F4、F5组但差异不显著（P＞0.05），说明施用含10%～30%酒糟炭的炭基肥可提高红缨子高粱产量，以含30%酒糟炭的炭基肥最佳（平均每株产量13.6 g），比空白组（平均每株产量6.52 g）提高了109%，比单施酒糟炭（平均每株产量6.92 g）提高了96.5%，比单施有机肥（平均每株产量9.37 g）提高了45.1%。

图4 不同配比酒糟炭基肥对红缨子高粱产量的影响Fig. 4 Effect of different ratios of distiller's grain biochar-based fertilizer on the yield of Hongyingzi sorghum

综上所述，酒糟炭对红缨子高粱产量有一定的促进作用，其中以含30%酒糟炭的炭基肥最佳。

2.3 不同配比酒糟炭基肥对土壤养分的影响

2.3.1 对土壤铵态氮的影响

由图5可知，红缨子高粱收获后F2、F4、F5、F6、F7、F8组的土壤铵态氮含量显著高于F1、F3组（P＜0.05），这是由于酒糟炭具有发达的孔隙结构而负载肥料养分的原因导致。空白组的土壤中铵态氮含量高于单施有机肥，这可能是单施有机肥的高粱长势较好而对氮素的吸收高于空白组导致。

图5 不同配比酒糟炭基肥对土壤铵态氮的影响Fig. 5 Effect of different ratios of distiller's grain biochar-based fertilizer on ammonium nitrogen in soil

在不同酒糟炭基肥配施处理中，铵态氮含量不与酒糟炭的添加比例呈正相关关系，而生长及产量最佳的F6组（含30%酒糟炭）的土壤中铵态氮含量最低，可能是受酒糟炭负载养分能力和高粱生长的综合影响导致。

2.3.2 对土壤有效磷的影响

由图6可知，红缨子高粱收获后F7、F8组土壤的有效磷含量显著高于F1、F3组（P＜0.05），高于F2、F4、F5、F6组但差异不显著（P＞0.05），这是由于酒糟炭提高了土壤中磷的吸附导致。空白组的土壤中有效磷含量高于单施有机肥，这可能是单施有机肥的高粱对有效磷的吸收高于空白组导致。

图6 不同配比酒糟炭基肥对土壤有效磷的影响Fig. 6 Effect of different ratios of distiller's grain biochar-based fertilizer on available phosphorus in soil

在不同酒糟炭配施处理中，受酒糟炭负载养分能力和高粱生长的综合影响，长势及产量最佳的F6组（添加30%酒糟炭）的土壤中有效磷含量最低。

2.3.3 对土壤速效钾的影响

由图7可知，红缨子高粱收获后F4、F5、F7、F8组土壤的速效钾显著高于F1、F2、F3组（P＜0.05），高于F6组但差异不显著（P＞0.05），这是由于酒糟炭具有负载养分的原因导致。单施有机肥的土壤中速效钾含量高于空白组，这可能是有机肥带入钾元素及高粱对其吸收情况导致。

图7 不同配比酒糟炭基肥对土壤速效钾的影响Fig. 7 Effect of different ratios of distiller's grain biochar-based fertilizer on available potassium in soil

在不同酒糟炭配施处理中，长势及产量最佳的F6组（添加30%酒糟炭）的土壤中速效钾含量最低，这是受到酒糟炭负载养分能力和高粱生长的综合影响导致。

3 讨论

3.1 不同配比酒糟炭基肥对红缨子高粱生长及产量的影响

本研究结果表明，酒糟炭对红缨子高粱株高、株径、生物量及产量均有一定的促进作用；在不同酒糟炭配施处理中，以30%的酒糟炭基肥对植株株高、生物量及产量的影响最为显著，以20%的酒糟炭基肥对株径的影响最佳。康日峰等[21]研究表明，小麦生育期内，施用生物炭占辅料75%及以上的处理较对照处理均显著提高小麦地上部干质量、地下部干质量、总干质量。王智慧等[22]的研究中，肥炭比为8∶2或7∶3对玉米植株生长较突出，为较优炭基肥比例。由于生物炭的氮元素及矿物质含量较低[23]而对作物生长所需养分的贡献不高[24]，因此，对红缨子高粱生长及产量起促进作用的原因可能是生物炭可延缓肥料在土壤中的释放与淋失[11-12]；生物炭的有机质也增加了土壤肥力，从而促进高粱的生长。关于生物炭基肥中生物炭的最佳施加比例，需要根据不同具体情况而定，同一种作物对不同来源的生物炭基肥有不同的添加比例，同一来源的生物炭基肥对不同作物也有不同添加比例。因此，本研究的最佳添加比例与前人研究的其他作物的结论不尽相同，并且还有待反复的大田试验来论证。

3.2 不同配比酒糟炭基肥对土壤养分的影响

本研究发现添加酒糟炭的处理的土壤中铵态氮、有效磷和速效钾均高于空白和单施有机肥。秦亚旭[25]研究表明，施用炭基肥处理的土壤氮素和钾素养分都有一定程度的增加。李昌娟等[26]研究表明，生物炭基肥可显著提高酸化茶园土壤pH以及铵态氮、硝态氮、速效磷、速效钾、交换性钙和交换性镁含量。进一步证实生物炭可延缓肥料在土壤中的释放与淋失，这主要是由于生物炭具有发达的孔隙结构[7-8]，可以吸附和负载肥料养分；也有研究认为是因为生物炭具有较高的阳离子交换量[9-10]来吸附养分。在不同酒糟炭配施处理中，长势及产量最佳的施肥处理（添加30%酒糟炭）的土壤中铵态氮、有效磷和速效钾含量最低。这可能是受酒糟炭负载养分能力和高粱生长的综合影响导致，具体影响机制有待反复试验来探明。

4 结论

酒糟炭对红缨子高粱的生长有一定的促进作用，在不同酒糟炭配施处理中，以30%的酒糟炭基肥对红缨子高粱生长最有利；可显著提高红缨子高粱产量（平均每株产量13.6 g），比空白组（平均每株产量6.52 g）提高了109%，比单施酒糟炭（平均每株产量6.92 g）提高了96.5%，比单施有机肥（平均每株产量9.37 g）提高了45.1%；酒糟炭可有效降低土壤中铵态氮、有效磷和速效钾的淋失，在不同酒糟炭配施处理中，受酒糟炭负载养分能力和高粱生长的综合影响，施用含30%酒糟炭的炭基肥的红缨子高粱收获后的土壤中铵态氮、有效磷和速效钾含量最低。