玉米秸秆生物炭对盆栽花生生长的影响

吴洪燕 吴钦泉 刘同信 陈士更* 孙冰洁 高 斌 马学文，4

1 农业部腐植酸类肥料重点实验室 泰安 271000

2 山东农大肥业科技有限公司 泰安 271000

3 潍坊市坊子区计量测试所 潍坊 261000

4 山东农业大学资源与环境学院 泰安 271000

制备生物炭的主要原料是农作物秸秆，其数量多，来源广。据统计[1]，我国秸秆的总产量每年可达7亿多吨。用废弃的秸秆制备生物炭施用于农田中，不仅可以减少化肥的使用量，还能够改良土壤，培肥地力，提高作物产量[2～10]。目前，生物炭的制备方法较多，研究相对深入，市场应用潜力大，前景广阔[11]。水渣常用作土壤调理剂的添加成分之一，其中含有硅等无机养分。研究表明，含硅土壤调理剂有一定的增产作用[12]，还能改善土壤理化性状，提升土壤肥力[13]。还有研究证明，施用过氧化钙能够显著提高晚稻的产量[14]。因此，利用生物炭与水渣或过氧化钙复配，尝试开发一款土壤调理剂新产品。本研究利用玉米秸秆制备生物炭，在施用腐植酸肥料的基础上，单独或与过氧化钙、水渣配合施用，通过花生盆栽试验，检验生物炭与腐植酸肥料的耦合效应，以期为研发相关的新技术和新产品提供理论依据和新思路。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 原材料

供试花生品种为“花育20号”。

供试土壤为棕壤，采自“农大肥业”厂区试验田；土壤基本化学性质：有机质含量10.2 g/kg，碱解氮含量77.9 mg/kg，有效磷含量24.6 mg/kg，速效钾含量103.7 mg/kg。

1.1.2 生物炭制备

利用水热法，将一定量玉米秸秆碎屑置于GSH-5L高温蒸压釜中，设置蒸压温度为190～200 ℃，蒸汽压力为1 MPa，时间为3 h。待反应完成之后，将样品取出烘干，粉碎至3 mm以下。

1.2 盆栽试验

试验设置5个处理，分别为单施生物炭（编号为BC），生物炭与水渣按3∶1复配（编号为BC-G），生物炭与过氧化钙按3∶1复配（编号为BC-O），生物炭与水渣、过氧化钙按7∶2∶1复配（编号为BC-G-O）。各处理均施用腐植酸复合肥。各处理的施肥与养分含量明细见表1，每个处理设3次重复。

选用直径为20 cm的塑料盆，装土3.75 kg，按表1施入对应物料和肥料；试验地点为“农大肥业”温室大棚。在盆中浇透水后，播种花生4粒。待生长至8～10 cm时，开始间苗，选留长势一致的幼苗，每盆留2株。此后进行相同的浇水、除草等管理，直至花生收获。

表1 各处理施肥与养分含量明细Tab.1 The fertilization and nutrient content of each treatment

1.3 测定项目及方法

使用SPAD-502 Plus测试仪测定花生叶片叶绿素相对含量（SPAD值），各处理每个重复测定20次，取平均值。

盆栽花生饱果期测定株高；收获期采收花生，晾干后称重，计算产量。

1.4 数据处理与分析

试验数据采用Excel 2016处理作图，采用单因子方差方法分析各处理之间的显著性差异。

而为了更好地分析科学公信力指标体系的信度和效度，检验科学公信力生成逻辑中的三个维度——工具性信任、伦理性信任、符号性信任——三者之间的关系，及其在公信力生成逻辑中的地位作用，笔者又利用结构方程模型法对科学公信力指标进行了深入的验证性因子分析，模型基本参数估计结果如表5所示。

2 结果分析

2.1 各处理对盆栽花生植株长势的影响

花生苗期与收获期分别记录花生植株的长势，并进行对比分析（见图1、图2）。由图1可知，苗期CK植株长势相对旺盛，BC、BC-O、BCG-O 3个处理植株长势基本相当，BC-G植株长势相对最弱。由图2可知，花生成熟期，除BC-G之外，其他各处理花生植株长势与CK基本相当，而BC-G处理花生植株长势明显优于CK及其他处理。说明，在腐植酸复合肥施用量一定的条件下，增施生物炭对花生植株长势无明显影响；而水渣中可能存在某种成分，对花生苗期生长无明显作用，但后期能显著促进花生植株的营养生长。

图1 各处理盆栽花生苗期生长情况Fig.1 Growth situation of potted peanut at seedling stage of each treatment

图2 各处理盆栽花生收获期生长情况Fig.2 Growth situation of potted peanut at harvest stage of each treatment

利用SPAD-502Plus于盆栽花生盛花期测定叶片SPAD值，对比分析各处理，结果见图3。

根据图3可知，与CK相比，各处理盆栽花生SPAD值均有升高，其中BC处理盆栽花生叶片SPAD值升高最为显著，可达11.1%；其次为BC-O、BC-G-O，2个处理均与CK差异显著，但2个处理之间无显著差异；BC-G处理与BC处理差异显著，但与CK、BC-O、BC-G-O均无显著差异。这说明，在腐植酸复合肥施用量一定的条件下，单独基施生物炭对提高盆栽花生叶片SPAD值具有显著的作用；而生物炭与水渣、过氧化钙中的1种或2种复配后基施，也对盆栽花生叶片SPAD值提高有一定的作用，但效果不如单独基施生物炭；且各复配处理中，生物炭与水渣复配基施对盆栽花生叶片SPAD值的提升效果最差。

图3 各处理对盆栽花生叶片SPAD值的影响Fig.3 Effects of each treatment on SPAD value of potted peanut leaves

由图4可知，与CK相比，BC-G处理对花生株高具有显著的促进作用；BC、BC-G-O两个处理与CK基本相当，无明显差异；BC-O处理对花生株高具有一定的抑制作用，且相对较为显著。

图4 各处理对盆栽花生株高的影响Fig.4 Effects of each treatment on plant height of potted peanut

综上，在腐植酸复合肥施用量一定的条件下，单独基施生物炭对花生株高基本无明显作用，而生物炭复配水渣后基施能显著促进花生株高的生长，生物炭与过氧化钙两者复配或生物炭与水渣、过氧化钙三者复配后基施均对花生株高有一定的抑制作用。说明生物炭对花生株高基本无影响，水渣能显著促进花生株高的生长，而过氧化钙对花生株高的生长有一定的抑制作用，且其抑制作用可能大于水渣对花生株高的促进作用。

2.2 各处理对盆栽花生产量的影响

由图5可知，与CK相比，BC处理对花生产量提高有明显的促进作用，增产幅度达22.3%；而BC-G、BC-O两个处理对花生产量有明显的抑制作用，分别使花生减产11.7%、14.3%；BC-G-O处理花生产量与对照无明显差异。这说明，在腐植酸复合肥施用量一定的条件下，单独基施生物炭能明显提高花生产量；但生物炭与水渣或过氧化钙复配后基施，明显降低花生的产量。

图5 各处理对盆栽花生产量的影响Fig.5 Effects of each treatment on yield of potted peanut

究其原因，结合各处理养分组成及花生株高测量数据进行分析，生物炭中含有大量有机碳，在腐植酸复合肥提供无机养分的同时，大量有机碳的分解为花生的生长及产量的提高提供了丰富的营养物质；而生物炭与水渣复配后，水渣中的某些成分可能会刺激花生株高的生长，使得花生营养生长过于旺盛，进而抑制了生殖生长，最终导致花生产量降低；生物炭与过氧化钙复配后基施，也降低了花生的产量，推测可能是过氧化钙中存在某种不利因素，影响了花生的产量。但三者复配使得花生产量与对照相当，比两两复配显著提高，同时又明显低于单独增施生物炭处理，这可能是因为水渣、过氧化钙添加比例均有所减少，进而对花生产量的影响降低，亦或是二者共用时会削弱抑制花生增产的不利因素。

3 结论与讨论

（1）腐植酸复合肥施用量一定的条件下，增施生物炭能显著提高花生叶片SPAD值达11.1%，同时可明显提高花生产量22.3%，但对花生株高无明显作用。

（2）生物炭与水渣或过氧化钙复配后基施，能促进花生株高的生长或叶片SPAD值的提高，但对花生产量有一定的抑制作用。因此，本试验条件下，在花生的栽培中，生物炭与水渣或过氧化钙复配无实际意义。

（3）而本研究中未设置水渣、过氧化钙单独施用的处理，其中存在的不利因素尚不明确，后期将继续补充开展此类试验，以探索其中原因。另外要完善对作物生长、生理指标测定，补充对土壤指标的监测，以全面评价生物炭与水渣或过氧化钙复配对农业和作物的影响。