生物炭對蘿卜幼苗生長及生理生化特性的影響

田 麗，蘇改艷

(榆林學(xué)院，陜西 榆林 719000 )

目前生物炭在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，主要有兩種形式：一是將生物炭作為改良劑直接施用[1]，可以改變土壤理化性質(zhì)[2]；二是將生物炭作為肥料的載體[1]，有研究表明，一定濃度的生物炭可以減少肥料的使用[3]，這既可以節(jié)約資源，降低成本，又可以保護環(huán)境[2]。生物炭對作物的生長和產(chǎn)量的影響由生物炭原材料和其用量的不同而不同，一般情況下，低濃度的生物炭對于提高植物生長狀況和增加作物產(chǎn)量具有正面效應(yīng)，而高濃度則可能會導(dǎo)致減產(chǎn)[4]。適宜濃度的生物炭施用至關(guān)重要，不但可以作為土壤改良劑，也可以提高作物產(chǎn)量，保水節(jié)肥[5～6]，而且對緩解氣候問題有一定的作用。試驗通過盆栽法種植蘿卜，種植的土壤分為兩類：施加了有機肥的土壤和純土壤，往這兩種土壤中添加不同濃度的生物炭[7]，進而比較不同濃度下蘿卜幼苗的生長指標(biāo)和生理生化指標(biāo)，尋求出蘿卜幼苗生長的最適生物炭濃度，且能對比純土和施肥土壤與生物炭結(jié)合的效果比較，對陜北蘿卜的生產(chǎn)以及生物炭的開發(fā)利用具有一定的指導(dǎo)意義，同時也可以改善陜北地區(qū)土壤結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)，進而提高土壤保水保肥能力。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗選用北京滿膛紅品種，購買于榆陽區(qū)大街“種子門市”，生物炭粉的原材料為小麥秸稈，產(chǎn)自河南譽中奧農(nóng)業(yè)科技有限公司。有機肥為發(fā)酵的干雞糞肥。試驗用土源于榆林學(xué)院草坪土壤，屬風(fēng)沙土，裝進高為35 cm、上口徑為40 cm、下口徑為30 cm的花盆內(nèi)，每盆裝土10 kg。選擇露白長度相近的種子，將其種植在花盆內(nèi)，種植深度為距地面2 cm,每盆種植50粒，出芽后進行挑選，每盆保留30株植株，待其長到兩葉一心時期進行測定。

1.2 試驗設(shè)計

試驗為兩因素多水平試驗，其中兩因素包括:施加生物炭的土壤類型、生物炭添加量；具體設(shè)計如表1所示。試驗設(shè)置兩大組，第一大組是純土，第二大組是施入有機肥的土(肥∶土=1∶5)，另外給第一大組加入與有機肥同等質(zhì)量的純土，使試驗中的每個花盆中的內(nèi)容物凈重12 kg。同時給每大組分別加入0 g·kg-1、10 g·kg-1、20 g·kg-1、40 g·kg-1的純生物炭粉[6]，為了使試驗結(jié)果更加準(zhǔn)確，我們對每個處理進行了3次重復(fù)，每個處理種植3盆，并給所有大盆適時等量澆水即無水分脅迫處理。待所有蘿卜的新生葉片都達兩片展開時，即兩葉一心期開始測量相應(yīng)的生理生化指標(biāo)。

表1 實驗設(shè)計各因素水平對照

1.3 幼苗生長指標(biāo)和生理生化指標(biāo)的測定

(1)植株的生長高度使用毫米刻度尺進行測量，植株的鮮重和生物量使用電子天平進行稱量。

(2)葉綠素含量的測定：分光光度計測定，丙酮提取法[8]。

(3)根系活力的測定：TTC法[9]測定，使用甲醇提取。

(4)硝態(tài)氮含量的測定：分光光度在410 nm下測定。

(5)可溶性總糖含量的測定：蒽酮比色法[8]測定。

(6)可溶性蛋白質(zhì)含量的測定：Bradford法[10]進行測定。

(7)脯氨酸含量的測定：磺基水楊酸[10]提取植物樣品。

1.4 數(shù)據(jù)處理方法

各指標(biāo)相關(guān)的圖表生成采用Microsoft Excel 2010軟件完成。相關(guān)性分析用SPSS23.0 for windows軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 生物炭對蘿卜幼苗生長指標(biāo)鮮重的影響

由圖1發(fā)現(xiàn)，蘿卜幼苗的鮮重會隨著生物炭濃度的升高呈現(xiàn)出先增加后減小的趨勢，但JM和SM處理下的鮮重依然高于不添加生物炭的對照組。且JN和SN處理下蘿卜幼苗的鮮重與其他處理間相比呈現(xiàn)顯著性差異水平(P<0.05)，即該濃度下可顯著增加蘿卜鮮重。

2.2 生物炭對蘿卜幼苗生長指標(biāo)株高的影響

圖1 生物炭對蘿卜幼苗鮮重的影響

圖2 生物炭對蘿卜幼苗株高的影響

由圖2發(fā)現(xiàn)，蘿卜幼苗的株高會隨著生物炭濃度的升高呈現(xiàn)出先增加后減小的趨勢。且在JN的處理下可顯著促進蘿卜株高增加。在SU和SN的處理下均可對蘿卜幼苗的株高與有顯著影響 (P<0.05)，即這兩種濃度下可顯著促進蘿卜株高增加，其中10 g·kg-1、20 g·kg-1的濃度較對照組分別增加28.89%、33.61%。

2.3 生物炭對蘿卜幼苗生理生化指標(biāo)葉綠素含量的影響

試驗結(jié)果表明，SN和SM處理下比JN 和JM的處理下葉綠素含量較高。由表2可發(fā)現(xiàn)，生物炭濃度在40 g·kg-1時可顯著增加蘿卜幼苗中葉綠素的含量，其中純土、施加了有機肥的土壤組分別增加64.26%、158.74%。

表2 不同處理下蘿卜幼苗葉綠素含量指標(biāo)統(tǒng)計

2.4 生物炭對蘿卜幼苗生理生化指標(biāo)根系活力的影響

試驗結(jié)果表明，在施加了有機肥的土壤中添加不同濃度的生物炭對蘿卜幼苗期的根系活力的影響呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢，由圖3可發(fā)現(xiàn)，SU處理下植株幼苗根系活力高于對照組，即該濃度下可顯著增加幼苗根系活力，增加了29.03%。對于純土而言，添加生物炭對蘿卜幼苗的根系活力與其他處理間相比不呈現(xiàn)顯著性差異水平(P>0.05)，即該實驗組的處理不顯著增加幼苗的根系活力。

2.5 生物炭對蘿卜幼苗生理生化指標(biāo)硝態(tài)氮含量的影響

試驗結(jié)果表明，添加不同濃度的生物炭對蘿卜幼苗期的硝態(tài)氮含量的影響呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢。由圖4可發(fā)現(xiàn)，生物炭添加在施加了有機肥的土壤中比直接添加在純土中植株所含的硝態(tài)氮含量高。也可發(fā)現(xiàn)，JU和SU處理下蘿卜幼苗的硝態(tài)氮含量與其他處理間相比呈現(xiàn)顯著性差異水平(P<0.05)，即該濃度下可顯著增加蘿卜幼苗中硝態(tài)氮含量，其中純土、施加了有機肥的土壤組分別增加88.26%、46.30%。

圖4 生物炭對蘿卜幼苗硝態(tài)氮含量的影響

2.6 生物炭對蘿卜幼苗生理生化指標(biāo)可溶性總糖含量的影響

試驗結(jié)果表明，添加不同濃度的生物炭對蘿卜幼苗期的可溶性總糖含量的影響呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢。由圖5可發(fā)現(xiàn)，生物炭添加在施加了有機肥的土壤中比直接添加在純土中植株所含的可溶性總糖含量高，在JM和SM處理下可溶性總糖含量低于對照組，而其他處理組均高于對照組。也可發(fā)現(xiàn)，在JN和SN處理下幼苗的可溶性總糖含量與其他處理間相比呈現(xiàn)顯著性差異水平(P<0.05)，即該濃度下可顯著增加蘿卜幼苗中可溶性總糖含量，其中純土、施加了有機肥的土壤組分別增加37.09%、30.15%。

圖5 生物炭對蘿卜幼苗可溶性總糖含量的影響

2.7 生物炭對蘿卜幼苗生理生化指標(biāo)可溶性蛋白質(zhì)含量的影響

試驗結(jié)果表明，添加不同濃度的生物炭對蘿卜幼苗期的可溶性蛋白質(zhì)含量的影響呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢。由圖6可發(fā)現(xiàn)，生物炭添加在施加了有機肥的土壤中比直接添加在純土中植株所含的可溶性總糖含量高，對于兩種土壤而言，雖然添加生物炭的濃度不同，但是各處理組的可溶性蛋白質(zhì)含量均高于對照組。也可發(fā)現(xiàn)，在JN和SN處理下幼苗的可溶性蛋白質(zhì)含量與其他處理間相比呈現(xiàn)顯著性差異水平(P<0.05)，即該濃度下可顯著增加蘿卜幼苗中可溶性蛋白質(zhì)含量，其中純土、施加了有機肥的土壤組分別增加154.07%、150.83%。

圖6 生物炭對蘿卜幼苗可溶性蛋白質(zhì)含量的影響

2.8 生物炭對蘿卜幼苗生理生化指標(biāo)脯氨酸含量的影響

試驗結(jié)果表明，添加不同濃度的生物炭對蘿卜幼苗期的脯氨酸含量的影響呈現(xiàn)出先下降后上升的趨勢。由圖7可發(fā)現(xiàn)，在兩個空白對照組中，施加了有機肥的土壤中含有的脯氨酸含量低于純土，說明施加了有機肥的土壤更適合蘿卜生長。對于兩種土壤而言，在三個不同的處理中，生物炭添加濃度為10 g·kg-1、20 g·kg-1時，植株體內(nèi)的脯氨酸含量很低，說明該植株生長環(huán)境更加適宜，其中JU和SU處理下的效果最好，而JM和SM的處理下脯氨酸含量比對照組高，表明添加該濃度生物炭對于蘿卜幼苗的生長環(huán)境不適宜。

圖7 生物炭對蘿卜幼苗脯氨酸含量的影響

3 結(jié)論與討論

通過向純土和施加了有機肥的土壤中添加不同濃度的生物炭的盆栽試驗后，對種植的蘿卜幼苗在兩葉一心時期的生長、生理指標(biāo)等各項指標(biāo)數(shù)據(jù)分析后就本實驗所得結(jié)果討論如下：

(1)當(dāng)生物炭濃度為20 g·kg-1時，添加在兩種土壤中后，對植株的所測生長指標(biāo)即鮮重和株高都存在顯著性增高(P<0.05)，與空白組比較可得：純土和施加了有機肥的土壤分別就鮮重增加了22.40%、22.20%，就株高分別增加了34.12%、12.47%，可得出添加20 g·kg-1生物炭時對為最適宜濃度。

(2)添加不同濃度的生物炭對蘿卜幼苗期的葉綠素含量呈現(xiàn)上升趨勢，與空白對照CK1和CK2相比，純土、施加了有機肥的土壤組分別增加64.26%、158.74%。生物炭不同濃度處理可通過提高葉綠素b含量提高葉綠素總含量進而提高生物量累積。生物量不僅能反映植物對有機物質(zhì)的累積，還可影響到作物的產(chǎn)量其大小也反映著作物光合作用的強弱[6]。

(3)在純土中添加生物炭對蘿卜幼苗根系活力的增加不顯著。在施加了有機肥的土壤中添加生物炭濃度在10 g·kg-1時蘿卜幼苗的根系活力增加了29.03%，而別的處理致使根系活力下降。之所以會以上情況可能是因為在蘿卜種植之前給兩種土壤澆了過多的水，導(dǎo)致土壤板結(jié)，根不易伸長，進而根發(fā)育不良。

(4)添加10 g·kg-1生物炭可顯著增加蘿卜幼苗中硝態(tài)氮含量，其中純土、施加了有機肥的土壤組分別增加88.26%、46.30%。但與對照組相比較：在純土中添加生物炭的各處理組的硝態(tài)氮含量均高于對照組，而在SN和SM處理下硝態(tài)氮含量低于對照組。這可能與炭對土壤中養(yǎng)分的吸附進而降低了土壤中有效養(yǎng)分的含量相關(guān)[4]。

(5)添加20 g·kg-1生物炭可顯著增加蘿卜幼苗中可溶性總糖和可溶性蛋白質(zhì)的含量，其中可溶性總糖的含量在純土、施加了有機肥的土壤組分別增加37.09%、30.15%，可溶性蛋白質(zhì)的含量在純土、施加了有機肥的土壤組分別增加154.07%、150.83%。生物炭添加在施加了有機肥的土壤中比直接添加在純土中植株所含的可溶性總糖和可溶性蛋白質(zhì)含量高，但在純土中添加生物炭的增長幅度更大。這可能與生物炭可提高土壤有機碳、有機質(zhì)的含量，可提高土壤養(yǎng)分的吸收量。

(6)生物炭添加濃度為10 g·kg-1、20 g·kg-1時，植株體內(nèi)的脯氨酸含量很低，說明該植株生長環(huán)境更加適宜，其中以JU和SU處理下的效果最好，而JM和SM的處理下脯氨酸含量比對照組高，表明添加該濃度生物炭對于蘿卜幼苗的生長環(huán)境不適宜。與兩個空白對照組比較，施加了有機肥的土壤中含有的脯氨酸含量低于純土，可能因為有機肥有助于植株自身的生長發(fā)育，蘿卜幼苗長勢較好，植株堅挺，植株對生長環(huán)境適應(yīng)能力更強，而且生物炭也可以改良酸性土壤。

從試驗結(jié)論總體來看，生物炭添加在施加了有機肥的土壤中效果比直接添加在純土中好，不過與對照組比較可以看出生物炭添加在純土中的增長幅度更高。添加的生物炭濃度在10～20 g·kg-1時效果比較好，高濃度在一定程度上會抑制植株的生長發(fā)育。