生物質(zhì)炭配施復(fù)合酵素對(duì)玉米生長(zhǎng)、產(chǎn)量及品質(zhì)的影響

錢(qián)秋華　張夢(mèng)昀

摘要：以新粘二號(hào)玉米為試驗(yàn)材料，通過(guò)大田試驗(yàn)研究生物質(zhì)炭和復(fù)合酵素對(duì)玉米生長(zhǎng)、產(chǎn)量以及品質(zhì)的影響。結(jié)果表明，施用生物質(zhì)炭和復(fù)合酵素均明顯提高了玉米植株株高、莖粗、生物量和玉米產(chǎn)量，并改善了玉米果實(shí)品質(zhì)，與CK（常規(guī)土壤栽培）相比，生物質(zhì)炭處理后玉米植株株高、莖粗、地上生物量、地下生物量有明顯提高效果，分別提高10.37%～11.02%、0.01～0.03 cm、10.14%～32.30%、18.41%～51.66%，施加復(fù)合酵素對(duì)玉米果實(shí)發(fā)育和品質(zhì)有較好的提高效果;而生物質(zhì)炭和復(fù)合酵素配施既有利于玉米生長(zhǎng)發(fā)育，又能增加玉米產(chǎn)量并改善玉米果實(shí)品質(zhì)，且處理效果均優(yōu)于生物質(zhì)炭和復(fù)合酵素單獨(dú)處理。

關(guān)鍵詞：生物質(zhì)炭;復(fù)合酵素;玉米;生長(zhǎng)發(fā)育;產(chǎn)量;品質(zhì)

中圖分類(lèi)號(hào)：S513.06文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)：1002-1302（2019）09-0152-04

玉米是我國(guó)的主要糧食作物之一，內(nèi)蒙古自治區(qū)屬半干旱中溫帶大陸性季風(fēng)氣候，是我國(guó)玉米主產(chǎn)區(qū)[1-3]。內(nèi)蒙古自治區(qū)是我國(guó)13個(gè)糧食主產(chǎn)區(qū)之一[4]，每年玉米種植面積達(dá)700萬(wàn)hm2以上，對(duì)區(qū)域糧食安全和經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要意義[5]。但內(nèi)蒙古西部土壤質(zhì)地以細(xì)沙和粉沙為主，區(qū)內(nèi)沙化現(xiàn)象比較嚴(yán)重，且土壤養(yǎng)分含量相對(duì)較低，肥力差，不利于農(nóng)作物的生長(zhǎng)[6-8]。在國(guó)內(nèi)外玉米市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈的今天，消費(fèi)者對(duì)玉米品質(zhì)的要求逐漸提高。為提高玉米產(chǎn)量，農(nóng)民多通過(guò)施加大量化學(xué)肥料實(shí)現(xiàn)，雖然在一定程度上提高了玉米產(chǎn)量，但同時(shí)也造成了玉米質(zhì)量下降、環(huán)境污染等問(wèn)題[9]。為此，亟需一種新型肥料，需養(yǎng)分全面，肥效均衡持久，且可以緩解農(nóng)藥、化肥、激素性肥料對(duì)生態(tài)環(huán)境造成的危害，改善土壤結(jié)構(gòu)，提高肥料利用率，改善糧食品質(zhì)。

生物質(zhì)炭是指生物質(zhì)在完全或部分缺氧以及相對(duì)較低的溫度（<700 ℃）條件下，經(jīng)熱解炭化形成的一種含碳量極其豐富、性質(zhì)穩(wěn)定的產(chǎn)物，本質(zhì)上是屬于黑炭的一種[10]。生物質(zhì)炭穩(wěn)定性好、具有良好的表面性狀且自身含有大量農(nóng)作物生長(zhǎng)所必需的礦質(zhì)元素，使其在全球碳的生物地球化學(xué)循環(huán)、土壤改良及土壤污染物質(zhì)的生態(tài)修復(fù)等方面具有良好的應(yīng)用前景[11]。大量理論研究與實(shí)踐應(yīng)用表明，生物質(zhì)炭有利于提高土壤肥力，促進(jìn)農(nóng)作物生長(zhǎng)，增加作物產(chǎn)量。顧美英等研究發(fā)現(xiàn)，施用生物質(zhì)炭能夠提高新疆灰漠土和風(fēng)沙土連作棉田根際土壤養(yǎng)分和微生物多樣性，且風(fēng)沙土的改良效果好于灰漠土[12]。李明等研究了不同秸稈生物質(zhì)炭對(duì)紅壤性水稻土養(yǎng)分及微生物群落結(jié)構(gòu)的影響，結(jié)果表明水稻和玉米秸稈炭可以提高土壤養(yǎng)分含量和微生物量水平，改變了土壤微生物群落結(jié)構(gòu)[13]。而日本引進(jìn)的復(fù)合酵素含有多種有益植物生長(zhǎng)的微生物，其中主要成分光合細(xì)菌能夠利用光能將一些含有色素類(lèi)以及維生素B群、多種氨基酸等轉(zhuǎn)化為光合菌細(xì)胞，其細(xì)胞內(nèi)含有未知的生長(zhǎng)刺激物和抗病毒物質(zhì)，對(duì)農(nóng)作物的發(fā)育和免疫力產(chǎn)生了一定地促進(jìn)作用[14-16]。前人大部分研究都是分別單獨(dú)利用復(fù)合酵素和生物質(zhì)炭作為土壤改良劑，采用復(fù)合酵素和生物質(zhì)炭配施應(yīng)用于玉米種植方面的研究還鮮有報(bào)道。

本研究以玉米為供試作物進(jìn)行大田試驗(yàn)研究，以探明生物質(zhì)炭、日本引進(jìn)的復(fù)合酵素對(duì)玉米生長(zhǎng)發(fā)育及產(chǎn)量品質(zhì)的影響，旨在為生物質(zhì)炭配施日本酵素在玉米生產(chǎn)實(shí)際應(yīng)用中提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試玉米：新粘二號(hào)，與當(dāng)?shù)剞r(nóng)田使用種子相同。生物質(zhì)炭：在內(nèi)蒙古西北部農(nóng)區(qū)收集玉米秸稈，將其洗凈，自然風(fēng)干，粉碎過(guò)2 mm篩后置于白玉坩堝中，于500 ℃下經(jīng)管式電爐（GWL-1700GA）熱解3 h，加熱前通入氮?dú)怛?qū)趕盡爐內(nèi)空氣，形成氮?dú)猸h(huán)境。冷卻后，過(guò)20目篩儲(chǔ)存于干燥器中備用。復(fù)合酵素：為淡黃色細(xì)小顆粒狀，購(gòu)自日本大道產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2017年5—10月在內(nèi)蒙古西部薩拉齊農(nóng)田進(jìn)行。試驗(yàn)共設(shè)置4個(gè)處理：常規(guī)土壤種植（CK，土壤基本理化性質(zhì)見(jiàn)表1）、施加生物質(zhì)炭（BC，將生物質(zhì)炭按4 t/hm2比例施加到表層土壤中，翻均勻）、施加復(fù)合酵素（EC，將復(fù)合酵素按 4 t/hm2 比例施加到表層土壤中，翻均勻）、生物質(zhì)炭和復(fù)合酵素配施（MC，將生物質(zhì)炭、復(fù)合酵素按質(zhì)量比1 ∶1混勻，將混合物按4 t/hm2比例施加到表層土壤中，翻均勻），分別于2017年7月25日、9月1日各加施1次。試驗(yàn)采用完全隨機(jī)設(shè)計(jì)，小區(qū)面積為20 m2，3次重復(fù)，共12個(gè)小區(qū)。2017年5月1日播種，6月7日按行距35 cm、株距30 cm選擇長(zhǎng)勢(shì)一致的玉米苗進(jìn)行間定植，其后5～7 d內(nèi)控制灌水，以后視植株大小和天氣情況灌溉。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目

在玉米整個(gè)生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中，選主要生育期（苗期、拔節(jié)期、抽雄期、吐絲期、收獲期）測(cè)定土壤總氮含量、有效磷含量、速效鉀含量、有機(jī)碳含量、陽(yáng)離子交換量（CEC）、pH值，土壤基本理化性質(zhì)測(cè)定參考土壤農(nóng)化分析[17]：總氮含量的測(cè)定采用凱式定氮法;有效磷含量的測(cè)定采用0.5 mol/L碳酸氫鈉浸提-鉬睇抗比色法;速效鉀含量的測(cè)定采用1 mol/L醋酸銨浸提-火焰光度計(jì)法;有機(jī)碳含量的測(cè)定采用重鉻酸鉀氧化-外加熱法;陽(yáng)離子交換總量的測(cè)定采用乙酸鈉-火焰光度法;pH值的測(cè)定采用電位法（水土質(zhì)量比為1 ∶2.5）。在玉米各主要生育期采集各小區(qū)代表性植株5株，將根、莖、葉、苞等器官分開(kāi)處理，測(cè)定其生物量及生長(zhǎng)指標(biāo)。玉米收獲時(shí)各小區(qū)分別收獲內(nèi)側(cè)4行用于測(cè)產(chǎn)量，并從收獲果穗中隨機(jī)選取10穗有代表性的玉米測(cè)穗長(zhǎng)、穗粗、禿尖長(zhǎng)、百粒質(zhì)量、籽粒粗脂肪含量（籽粒自然風(fēng)干，采用索氏提取器法）、籽粒粗蛋白含量（籽粒自然風(fēng)干，采用半微量凱氏定氮法）等指標(biāo)[18]。

1.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析

試驗(yàn)結(jié)果以測(cè)定的平均值表示，試驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析采用Excel 2003和SPSS 18.0軟件進(jìn)行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對(duì)土壤基本理化性質(zhì)的影響

氮、磷、鉀和有機(jī)碳是玉米生長(zhǎng)所必需的養(yǎng)分，土壤中養(yǎng)分含量大小直接影響著玉米的生長(zhǎng)發(fā)育[19]。由于供試土壤為鹽堿土，含鹽量大、堿化度高，土壤的物理性狀差，pH值高，鹽分聚集地表，黏土緊實(shí)，通氣透水性差，有機(jī)質(zhì)分解快從而造成土壤貧瘠，影響作物生長(zhǎng)[20-21]。因此，提高土壤中養(yǎng)分含量對(duì)玉米生長(zhǎng)具有積極意義。表2為添加生物質(zhì)炭、復(fù)合酵素及其混合物后供試土壤中各養(yǎng)分含量的變化情況。添加生物質(zhì)炭顯著提高了供試土壤中各養(yǎng)分含量，隨著玉米的生長(zhǎng)發(fā)育，土壤中總氮、有效磷、速效鉀含量呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)。生物質(zhì)炭加入土壤后，由于生物質(zhì)炭能夠產(chǎn)生正、負(fù)電荷，能夠有效吸附鹽土中的養(yǎng)分，降低鹽土的淋溶損失，同時(shí)生物炭本身含有植物生長(zhǎng)所需的養(yǎng)分，尤其使土壤中有機(jī)碳含量大幅度提高，改善了土壤的養(yǎng)分環(huán)境，大幅度提高了土壤中的養(yǎng)分含量[22]，但玉米生長(zhǎng)進(jìn)入吐絲期后土壤中總氮、有效磷、速效鉀含量卻呈下降趨勢(shì)，原因是玉米生長(zhǎng)對(duì)土壤中氮、磷、鉀元素需求量大，玉米生長(zhǎng)吸收土壤中養(yǎng)分，降低了土壤中的氮、磷、鉀含量，但土壤中總氮、有效磷、速效鉀含量仍高于原土壤（CK），添加生物質(zhì)炭后土壤中總氮、有效磷、速效鉀含量分別提高9.38%～21.67%、31.53%～119.51%、54.34%～82.49%。土壤有機(jī)碳含量一直呈上升趨勢(shì)，且有機(jī)碳含量提高幅度較大，這和生物質(zhì)炭本身含碳量很高有關(guān)。生物質(zhì)炭和復(fù)合酵素混合物處理效果整體優(yōu)于復(fù)合酵素單獨(dú)處理，但略低于生物質(zhì)炭處理。施用生物炭和復(fù)合酵素混合物后土壤中全氮、有效磷、速效鉀含量變化趨勢(shì)與生物炭單獨(dú)處理大致相同。陽(yáng)離子交換總量是土壤凈負(fù)電荷的總量，它直接表征了土壤的肥力和緩沖能力。施加生物質(zhì)炭、復(fù)合酵素及其混合物處理后土壤中陽(yáng)離子交換總量的處理效果為MC>EC>BC>CK，分別提高了MC（1.63～1.80倍）>EC（1.58～1.78倍）>BC（1.44～1.71倍）>CK。加入生物質(zhì)炭后，土壤pH值呈現(xiàn)短暫升高后下降，且隨著玉米的生長(zhǎng)發(fā)育，pH值降低幅度越大。

2.2 不同處理對(duì)玉米生長(zhǎng)的影響

如圖1所示，施加生物質(zhì)炭、復(fù)合酵素及其混合物處理后，與CK相比，在玉米的苗期、拔節(jié)期各處理的玉米植株株高、莖粗、地上生物量、地下生物量生長(zhǎng)指標(biāo)無(wú)明顯差異;在抽雄期、吐絲期和收獲期不同處理間的各生長(zhǎng)指標(biāo)差異明顯。在玉米抽雄期，BC處理的株高、莖粗、地上生物量、地下生物量分別比CK高11.02%、0.03 cm、10.14%、51.66%，EC處理的株高、莖粗、地上生物量、地下生物量分別比CK高9.53%、0.01 cm、3.78%、10.82%，MC處理的株高、莖粗、地上生物量、地下生物量分別比CK高11.98%、0.04 cm、12.03%、57.07%;在吐絲期，BC處理的株高、莖粗、地上生物量、地下生物量分別比CK高10.37%、0.02 cm、32.30%、18.41%，EC處理的株高、莖粗、地上生物量、地下生物量分別比CK高9.88%、0.01 cm、25.89%、16.58%，MC處理的株高、莖粗、地上生物量、地下生物量分別比CK高 12.62%、0.05 cm、37.39%、57.65%;在收獲期，BC處理的株高、莖粗、地上生物量、地下生物量分別比CK高10.73%、0.01 cm、25.6%、44.59%，EC處理的株高、莖粗、地上生物量、地下生物量分別比CK高9.98%、0.01 cm、19.18%、16.58%，MC處理的株高、莖粗、地上生物量、地下生物量分別比CK高12.22%、0.03 cm、27.77%、57.65%。說(shuō)明施加生物質(zhì)炭、復(fù)合酵素及其混合物能明顯促進(jìn)玉米的生長(zhǎng)，而這種效果主要表現(xiàn)在玉米生長(zhǎng)的中后期，且不同處理對(duì)玉米生長(zhǎng)影響效果為MC>BC>EC>CK，生物質(zhì)炭單獨(dú)處理效果比復(fù)合酵素單獨(dú)處理效果好，是因?yàn)樯镔|(zhì)炭本身含有大量氮、磷、鉀等營(yíng)養(yǎng)元素，通過(guò)提高土壤養(yǎng)分含量，增加肥力促進(jìn)玉米的生長(zhǎng)。

2.3 不同處理對(duì)玉米產(chǎn)量的影響

由表3可以看出，不同處理玉米的小區(qū)產(chǎn)量、平均單果質(zhì)量、單株產(chǎn)量和發(fā)芽率與CK相比均有所提高，以生物質(zhì)炭配施復(fù)合酵素處理效果最佳，其次為復(fù)合酵素單獨(dú)處理，說(shuō)明生物質(zhì)炭和復(fù)合酵素的施加對(duì)增加果實(shí)質(zhì)量有一定的促進(jìn)作用。生物質(zhì)炭和復(fù)合酵素混合處理對(duì)玉米生長(zhǎng)發(fā)育有明顯的促進(jìn)作用，平均單果質(zhì)量高 18.38%。施加生物質(zhì)炭、復(fù)合酵素及其混合物處理提高了玉米種子發(fā)芽率，玉米種子發(fā)芽率分別提高30%、40%、50%，從而大大提高了玉米小區(qū)產(chǎn)量，生物質(zhì)炭單獨(dú)處理小區(qū)產(chǎn)量提高88.38%，復(fù)合酵素單獨(dú)處

理小區(qū)產(chǎn)量提高123.87%，生物質(zhì)炭配施復(fù)合酵素處理小區(qū)產(chǎn)量提高166.11%。復(fù)合酵素單獨(dú)處理較生物質(zhì)炭單獨(dú)處理效果好，說(shuō)明復(fù)合酵素中的酵素菌對(duì)促進(jìn)番茄生長(zhǎng)發(fā)育有良好的作用。

2.4 不同處理對(duì)玉米品質(zhì)的影響

脂肪和蛋白質(zhì)是作物品質(zhì)常有的2個(gè)指標(biāo)，粗脂肪對(duì)玉米品質(zhì)有重要影響，在一定程度上提高玉米籽粒脂肪含量，能顯著改善玉米品質(zhì)[23]。由表4可以看出，生物質(zhì)炭單獨(dú)處理、復(fù)合酵素單獨(dú)處理及其混合物配施均能提高玉米果實(shí)的籽粒粗脂肪含量、籽粒粗蛋白含量、穗粗、百粒質(zhì)量，縮短玉米禿尖長(zhǎng)。生物質(zhì)炭和復(fù)合酵素配施處理效果最佳，其次為復(fù)合酵素單獨(dú)處理，與CK相比，MC、EC、BC分別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，百粒質(zhì)量12.76%、12.06%、11.60%，禿尖長(zhǎng)減短1.0、0.8、0.7 cm。本研究結(jié)果表明，單獨(dú)施加復(fù)合酵素處理與單獨(dú)施加生物質(zhì)炭相比，對(duì)玉米果實(shí)發(fā)育和品質(zhì)有更好的提高效果，是因?yàn)槿毡疽M(jìn)的復(fù)合酵素含有多種有益植物生長(zhǎng)的微生物，其中主要成分光合細(xì)菌能夠利用光能將一些含有色素類(lèi)以及維生素B群、多種氨基酸等轉(zhuǎn)化為光合菌細(xì)胞，其細(xì)胞內(nèi)含有未知的生長(zhǎng)刺激物和抗病毒物質(zhì)，對(duì)種子的發(fā)育和免疫力產(chǎn)生了一定的促進(jìn)作用，且能促進(jìn)植株生長(zhǎng)發(fā)育[24-26]。

3 結(jié)論與討論

施用生物質(zhì)炭對(duì)促進(jìn)玉米植株生長(zhǎng)有較好的促進(jìn)作用，生物質(zhì)炭處理后植株株高、莖粗、地上生物量、地下生物量有明顯的提高效果。本研究結(jié)果表明，施加復(fù)合酵素對(duì)玉米果實(shí)發(fā)育和品質(zhì)有較好的提高效果，與單獨(dú)施加生物質(zhì)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、百粒質(zhì)量，縮短玉米禿尖長(zhǎng);生物質(zhì)炭和復(fù)合酵素配施可明顯促進(jìn)玉米植株生長(zhǎng)，顯著提高玉米產(chǎn)量，改善玉米果實(shí)品質(zhì)。

本研究通過(guò)農(nóng)田試驗(yàn)，比較分析了生物質(zhì)炭、復(fù)合酵素及其混合物對(duì)玉米生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量品質(zhì)的影響，得出以下結(jié)論：（1）施用生物質(zhì)炭對(duì)促進(jìn)玉米植株生長(zhǎng)有較好的促進(jìn)作用，生物質(zhì)炭處理植株株高、莖粗、地上生物量、地下生物量有明顯提高效果，分別提高10.37%～11.02%、0.01～0.03 cm、10.14%～32.30%、18.41%～51.66%。（2）施加復(fù)合酵素對(duì)玉米果實(shí)發(fā)育和品質(zhì)有較好的提高效果，與單獨(dú)施加生物質(zhì)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、百粒質(zhì)量，縮短玉米禿尖長(zhǎng)。（3）生物質(zhì)炭和復(fù)合酵素配施可明顯促進(jìn)玉米植株生長(zhǎng)，顯著提高玉米產(chǎn)量，改善玉米果實(shí)品質(zhì)。與CK相比，分別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、百粒質(zhì)量12.76%，禿尖長(zhǎng)減短了1.0 cm。

生物質(zhì)炭配施復(fù)合酵素具有較好的經(jīng)濟(jì)效益，若大量應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，可降低化肥使用量，減少因生產(chǎn)化肥而消耗的大量能源，還可避免因大量施用化肥造成的環(huán)境污染。綜上所述，使用生物質(zhì)炭和復(fù)合酵素配施既可實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)廢棄物的循環(huán)利用，又可凈化人類(lèi)生態(tài)環(huán)境，提高資源有效利用率。

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