烟秆生物炭对直播稻生长的影响

刘 丹, 娄惠婕, 冯章丽, 付辉灿, 陈 艳,吴亚男, 邓力喜, 颜 雄, 隋常玲

(1.遵义师范学院生物与农业科技学院, 贵州 遵义 563006;2.湄潭县科技发展服务中心, 贵州 湄潭 564110; 3.遵义师范学院资源与环境学院, 贵州 遵义 563006)

直播稻具有省时、省工、机械化操作方便等优点[1-2]。近年来,随着我国经济的快速发展,城市建设加剧,城市规模扩大,农村人口大量转移,导致农村劳动力缺乏,开展农业轻简化栽培势在必行。特别是稻田除草技术的不断完善和优良抗性新品种的选育,为水稻直播种植提供了良好的技术基础和效益动力,促使直播稻面积呈发展扩大趋势。

我国直播稻栽培已有数千年的历史[3]。20世纪五六十年代,许多国营农场在水稻生产上采用直播种稻,但由于当时草害重,产量低,而后又改为大田移栽。为了充分发挥直播稻的生产潜力,研究者针对直播稻生产过程中存在的问题开展了相关研究。金千瑜等[4]对我国南方直播稻生产中遇到的若干问题及其技术对策进行了研究,认为目前限制南方地区直播稻发展的主要因素在品种、全苗保苗、抗倒伏、防除杂草以及农艺农机配套等技术环节上。刘利成等[5]分析了我国直播稻生产概况与品种选育策略,指出了直播稻在抗倒伏、出苗率、耐冷性、防治杂草以及生育期等方面存在的问题,并提出了培育“生育期适中、抗倒伏、耐低温、耐低氧萌发”的适合直播的水稻新品种选育策略。由此可见,品种和技术是限制直播稻发展的关键。

目前,生物炭作为我国最具潜力新兴产业,受到研究者的广泛关注。研究表明[6-7],适量的生物炭不仅能提高水稻的产量,而且能显著提高茎秆抗折力。同时,生物炭对农田杂草发生和土壤农药残留也存在影响[8-9]。明确生物炭对直播稻的产量、抗性以及稻田杂草发生的影响,对于提升直播稻栽培技术水平意义重大。然而至今为止,有关生物炭在直播稻上的研究鲜见报道。因此,本实验采取盆栽直播的方式,研究了不同烟杆生物炭施入量和不同播种密度对直播稻生长的影响,以期为水稻直播轻简化栽培技术发展寻求新的思路和提供基础数据支撑。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验以全国优质稻品种食味品质鉴评优质籼稻金奖品种农香42为材料,选用的烟秆生物炭(pH为9.18,C含量为48.30%,N含量为1.5%,全磷含量为2.38 g/kg,全钾含量为24.37 g/kg),由贵州金叶丰农艺科技有限公司生产提供。

1.2 试验设计

试验于2021年在遵义师范学院新蒲校区进行,采用盆栽方式,塑料盆规格为直径22 cm、深28.5 cm,每盆装风干土6 kg。

烟秆生物炭设置4个浓度梯度,分别为C 0(0 t/hm2)、C 5(5 t/hm2)、C 10(10 t/hm2)、C 20(20 t/hm2)。播种密度设置3个密度梯度,分别为M 1(5穴/盆)、M 2(10穴/盆)、M 3(20穴/盆)。在播种前,将烟秆生物炭施入盆中,使其与土壤充分混匀,播种时挑选籽粒饱满的种子,按照不同密度均匀的播于盆中,每个处理3次重复。其他栽培管理同当地一般生产田。

1.3 试验测定内容与方法

播种后,于分蘖期(6月5日)开始进行分蘖动态测定,每隔7 d调查一次,至分蘖盛期为止。

在第一次调查分蘖时,对调查的水稻植株进行挂牌标记,下一次调查在标记的植株上进行。每盆调查2穴,每个处理调查3盆。于水稻分蘖期和齐穗期利用SPAD-502 plus叶绿素仪测定叶片叶绿素含量,每个处理测定2盆,每盆选取水稻2穴,测定其倒一叶的上部、中部和下部三处,并计算平均值作为SPAD测定值。于成熟期进行考种,在每个处理中选取长势一致的5个稻穗,室温放置至恒重后,进行穗部农艺性状调查。调查的指标包括穗长、穗粒数、实粒数、一次枝梗数、二次枝梗数、结实率以及千粒重等7个性状。调查方法参照韩龙植等编著的《水稻种质资源描述规范和数据标准》[10]进行。

1.4 数据处理

采用Excel软件进行数据处理。

2 结果与分析

2.1 烟秆生物炭对直播稻分蘖动态的影响

由表1可知,施入烟秆生物炭对直播稻农香42的分蘖存在影响,其中C 20浓度的烟秆生物炭抑制农香42的生长(图1)。同一烟秆生物炭浓度下,随着播种密度的增加,农香42分蘖数呈减少趋势,且C 5分蘖数减少的幅度大于C 10。在相同播种密度下,除高播种密度M 3外,其他两个密度(M 1、M 2)时农香42最大分蘖数均表现为C 5>C 0>C 10。进一步分析发现,施入烟秆生物炭影响直播稻农香42生育进程。在M 1时,烟秆生物炭导致直播稻分蘖盛期延迟,在C 5时分蘖盛期为7月3日,而C 10时分蘖盛期为7月10日;在M 2密度时,直播稻在C 5和C 0的分蘖盛期时间相同,为7月3日,但C 10的分蘖盛期却延迟到7月10日。在M 3时,直播稻在C 5、C 10和C 0的分蘖盛期时间相同,均为6月26日。

注:A、B、C、D依次代表烟秆生物炭浓度为C 0、C 5、C 10、C 20。

表1 烟秆生物炭对直播稻分蘖动态的影响

2.2 烟秆生物炭对直播稻叶片叶绿素含量的影响

对直播稻农香42分蘖期和齐穗期叶片叶绿素含量进行测定。由表2可知,在分蘖期,烟秆生物炭处理后农香42叶片叶绿色SPAD降低,同一烟秆生物炭浓度下,不同播种密度的农香42叶片SPAD值变化趋势一致,表现为M 1播种密度时叶片SPAD最大,M 3播种密度时叶片SPAD最小。在齐穗期,高浓度烟秆生物炭(C10)处理能够增加叶片SPAD值,且不同浓度烟秆生物炭表现存在差异,其中C 5表现为M 1播种密度时的叶片SPAD值最大,而C 10表现为M 3播种密度时的叶片SPAD值最大。

表2 烟秆生物炭对不同时期直播稻叶片SPAD的影响

2.3 烟秆生物炭对直播稻穗部性状的影响

由表3可知,施入烟秆生物炭对农香42成熟期主要农艺性状存在影响。除结实率和千粒重2个性状外,同一烟秆生物炭浓度下的穗长、一次枝梗数、二次枝梗数、穗粒数以及实粒数等5个性状均表现为M 1>M 2>M 3。进一步分析发现,同一播种密度下不同烟秆生物炭浓度对农香42农艺性状的影响也存在差异,其中C 10 M 1处理时穗长、二次枝梗数和实粒数最大,C 5 M 3、C 5 M 1处理时,结实率和千粒重最大。

表3 烟秆生物炭对直播稻重要农艺性状的影响

3 结论与讨论

近年来,随着社会经济发展和农业产业要素的变革,水稻轻简化栽培已成为水稻产业可持续发展的重要方式。水稻直播是开展轻简化栽培的重要途径,为了充分发挥直播稻栽培技术优势,前人已对直播稻在氮素吸收利用[11]、免耕、秸秆还田[12]以及土壤调理剂配施[13]等方面开展了相关研究。

生物炭作为一种理想的土壤调理剂,目前有关其在直播稻中的研究还很少见。张明达等[14]分析了生物炭对直播稻根系的调控机理,发现适量的生物炭能够提供直播稻根系需要的大部分元素,促进其根系数量、长度以及对元素的吸收能力,进而提高水稻产量。李夏雯[13]研究表明,水稻旱直播在稻壳生物炭和稻壳生物炭+硅调理剂+腐植酸配合施用处理的综合作用较好,在节水30%灌溉下效果佳。本研究结果表明,5 t/hm2烟秆生物炭有利于直播稻生长,20 t/hm2烟秆生物炭抑制直播稻的生长。

郭琴波等[15]研究表明,施入不同浓度生物炭对水稻理论产量、千粒质量、有效穗数和结实率影响显著,但是对穗粒数影响不显著。本研究结果表明,施入烟秆生物炭能够增加直播稻农香42的穗长、二次枝梗数、实粒数、结实率和千粒重,但一次枝梗数和穗粒数却小于不施加烟秆生物炭,研究结果与前人相符。此外,本研究还发现,施入烟秆生物炭影响直播稻生育进程,低播种密度时农香42的分蘖盛期延缓,分析原因可能与生物炭的理化性质和作用效果有关,有待于后续研究验证。