生物炭对土壤化学性质及水稻苗期生长的影响

尹小红 陈佳娜 雷涛 陶醉 肖正午 陈鸽 黄敏

（湖南农业大学 农学院/作物与环境研究中心，长沙410128；*通讯作者）

水稻是中国最主要的粮食作物之一，全国约有65%的人口以稻米为主食。在过去的半个世纪，中国水稻产量增加了3倍多，为保障国家粮食安全作出了重要贡献[1]。但随着人口的增长和经济的发展，中国对稻米的需求仍不断上升。至2030年，中国水稻需在现有基础上增产20%才能满足国内需求，任务艰巨[2]。耕地土壤质量是限制中国水稻增产的一个关键因素，主要表现为中低产田比例高和土壤退化严重[3]。因此，改善土壤肥力对提高我国水稻生产能力具有重要意义。

生物炭是以生物质为原料，在缺氧或无氧条件下经高温裂解后形成的富碳固态物质[4]，具有比表面积大、多微孔、吸附力强等特点。因其特殊的结构及理化特性被广泛应用到农业领域。近年来，秸秆炭化还田已成为一种重要的秸秆还田方式[5]，被广大科研工作者探索和研究，并证实了把生物炭施入土壤后，可提高酸化土壤的pH值[6-7]，改善土壤微生态环境[8]，减少温室气体排放[9]，提高土壤有效含水量和降水的渗入量[10]，提高水稻秧苗素质[11-12]及促进水稻对土壤养分的吸收[13-14]。此外，研究还表明，施用生物炭可提高水稻氮肥利用率[15-16]及水稻产量[17-18]。以上研究所用生物炭均是以稻壳、花生壳或是小麦秸秆为原料制成，而以油菜秸秆为原料制成生物炭在水稻栽培中应用的研究鲜见报道。本研究中，以油菜秸秆为原料制成生物炭，采用盆栽法开展试验，探索其对水稻生长的影响，以期为土壤培肥以及水稻增产栽培提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试水稻品种为隆两优华占。供试土壤基本理化性状：pH值5.99，有机质含量22.67 g/kg，全氮含量1.316 g/kg，水解氮含量114 mg/kg。供试生物炭为自制生物炭，原料为油菜秸秆，热裂解化温度为250℃～300℃。采用全自动气体吸附分析仪Quantachrome autosorb iQ测定，生物炭的比表面积为3.018 m2/g、孔体积为0.004 m3/g、孔径为2.139 nm。基本理化性状：pH值10.78，全氮含量10.7 g/kg，C/N比41.09。

1.2 试验设计

试验于2020年6—10月在湖南农业大学水稻研究所进行。采用盆栽法，盆直径22 cm、深26 cm，每盆装土5 kg。添加生物炭后，使土壤与生物炭充分混匀。试验设2个处理：C0，不添加生物炭（对照）；C1，添加生物炭200 g/盆。每个处理10盆，共20盆。各处理每盆施肥量纯N 0.35 g、P2O50.10 g、K2O 0.10 g。育秧方式为水育秧，6月6日移栽，每盆基本苗1株。各处理水稻生长期间保持3 cm高的水层。

1.3 测定指标及方法

添加生物炭后与土壤充分拌匀，取土壤样测定理化性状，测定方法参照第三版《土壤农化分析》中的方法进行。

于水稻分蘖期（6月23日）数分蘖数，测定叶绿素含量、叶面积、根系活力、干物质量及根长等根系特征。其中，叶绿素用比色法测定；叶面积采用LI-3000C便携式叶面积仪测定；根系活力采用а-萘胺法测定；干物质量采用105℃杀青后75℃条件下烘干至恒质量测定；根长等根系形态特征采用EPSON根系扫描仪测定。

1.4 数据处理

用Excel 2010软件处理数据，用DPS进行差异显著性分析，多重比较用新复极差法。

2 结果与分析

2.1 生物炭对土壤理化性状的影响

由表1可知，添加生物炭后，土壤pH、有机质含量极显著高于对照；两处理之间的全氮含量、碱解氮含量差异不显著。

表1 添加生物炭后土壤化学性状

2.2 生物炭对水稻叶绿素含量的影响

由表2可知，添加生物炭后，水稻叶片的叶绿素a和叶绿素b含量极显著高于对照；两处理间叶绿素a与叶绿素b的比值差异不显著。

表2 添加生物炭后水稻叶绿素含量

2.3 生物炭对水稻分蘖数、叶面积及干物质量的影响

由表3可知，与对照相比，添加生物炭后，每盆分蘖数、叶面积以及水稻根、茎、叶各部分的干物质量均极显著提高。

表3 添加生物炭后水稻分蘖数、叶面积和干物质量

2.4 生物炭对水稻根系的影响

由表4可知，添加生物炭后，每盆水稻总根长、总根表面积极显著高于对照；平均根直径、总根体积、根系活力显著高于对照。

表4 添加生物炭后水稻根系形态和根系活力

3 结论与讨论

本研究中，添加生物炭后，水稻生长表现为根系发达、分蘖数多、叶面积大，各部分的干物质质量明显增加。其原因可能是添加生物炭后，土壤有机质含量显著增加，提高了土壤肥力；另外，生物炭具有丰富孔隙结构，表面积较大，具有较好的亲水性，可以降低土壤紧实度，改善了水稻根系的生长环境，使得水稻根系总根长、总根表面积、平均根直径、总根体积等根系形态指标显著增加，根系活力显著提高。而根系是水稻吸收水分和营养物质的重要器官，根系发达可促进水稻氮素吸收，进而促进水稻地上部分的生长。地上部分生长旺盛又为根系生长提供足够的营养物质，形成良性循环。

水稻适宜生长的土壤pH值为5～6。本研究中，添加生物炭后，土壤pH值极显著升高，达到了7.16，但并没有影响水稻的正常生长，可能是因为生物炭对其他土壤性状的改良在水稻生长方面产生的正效应大于pH升高对水稻生长的负效应，确切原因需要进一步研究。