生物炭對(duì)M9T337 蘋(píng)果幼苗生長(zhǎng)和磷素吸收及損失的影響*

主春福，劉晶晶，劉春鈴，張學(xué)林，王 菲，彭 靜，葛順?lè)?/p>

（1 沂水縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，山東276400）（2 山東農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝科學(xué)與工程學(xué)院，作物生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室）

磷是蘋(píng)果生長(zhǎng)發(fā)育所必需的營(yíng)養(yǎng)元素。目前，蘋(píng)果生產(chǎn)中過(guò)量施磷的現(xiàn)象普遍存在，尤其是山東省蘋(píng)果主產(chǎn)區(qū)，磷肥投入量已高達(dá)676.17 kg/hm2[1]。磷施入后極易被土壤固定，從而導(dǎo)致有效性降低，當(dāng)季利用率僅有5%～25%[2-4]。土壤中未被利用的磷會(huì)隨灌溉和降雨產(chǎn)生的徑流流失，造成水體富營(yíng)養(yǎng)化[5]。因此，提高磷肥利用率，減少磷素?fù)p失，是蘋(píng)果產(chǎn)業(yè)綠色高質(zhì)量發(fā)展的必然要求。

近年來(lái)，越來(lái)越多的研究者發(fā)現(xiàn)生物炭在提高土壤質(zhì)量和固碳減排方面有著巨大的應(yīng)用前景，這引起了全球農(nóng)學(xué)家、環(huán)境學(xué)家和土壤學(xué)家越來(lái)越多的關(guān)注[6-7]。生物炭除了能夠改良土壤、促進(jìn)作物生長(zhǎng)和提高產(chǎn)量外[8]，在減少養(yǎng)分損失方面也具有積極效應(yīng)。李卓瑞等[9]和李江舟等[10]運(yùn)用室內(nèi)模擬土柱淋溶試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，生物炭顯著降低了菜地土壤和植煙土壤淋溶液中磷的含量，有效降低了土壤磷的淋失風(fēng)險(xiǎn)。潘復(fù)燕等[11]在冬小麥上的研究發(fā)現(xiàn)，施用生物炭顯著降低了徑流和滲漏液中全磷濃度，磷流失量減少了26%～46%。劉玉學(xué)等[12]研究表明，生物炭可以有效增加植株體內(nèi)有效磷的綜合供給，原因在于生物炭能夠調(diào)節(jié)土壤pH 值，使磷與金屬絡(luò)合物之間產(chǎn)生相互吸附，減少土壤對(duì)磷的固定，增強(qiáng)土壤中磷的轉(zhuǎn)化率，提高土壤磷的有效性。生物炭對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育和磷吸收利用的研究多集中在大田作物，在蘋(píng)果上的研究相對(duì)缺乏。因此，本文研究了不同用量生物炭對(duì)M9T337 蘋(píng)果砧木幼苗生長(zhǎng)、根際酸性磷酸酶活性和有效磷含量、磷吸收、土壤磷殘留和磷損失的影響，以期為蘋(píng)果園磷肥管理提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)在山東農(nóng)業(yè)大學(xué)試驗(yàn)站（泰安）進(jìn)行。盆栽試驗(yàn)的土壤來(lái)自于山東省棲霞市觀里鎮(zhèn)蘋(píng)果園，有機(jī)質(zhì)含量1.05%，堿解氮含量86.37 mg/kg，速效磷含量38.97 mg/kg，速效鉀含量156.38 mg/kg，pH值6.24。生物炭為稻殼在350 ℃高溫下熱解而來(lái)。

1.2 試驗(yàn)處理

試驗(yàn)設(shè)4 個(gè)處理：①T1，盆土生物炭添加量為15 g/kg；②T2，盆土生物炭添加量為30 g/kg；③T3，盆土生物炭添加量為60 g/kg；④CK（對(duì)照），盆土不添加生物炭。盆直徑30 cm，高45 cm，每盆裝土15 kg，施入尿素7.92 g、過(guò)磷酸鈣28.13 g、硫酸鉀9.0 g，肥料、生物炭與土混勻后裝盆。3 月29 日栽植蘋(píng)果苗，每盆1 株，1 盆為1 次重復(fù)，9 次重復(fù)。

1.3 測(cè)定指標(biāo)及其方法

9 月3 日取樣，每個(gè)處理各選取5 株長(zhǎng)勢(shì)較一致的M9T337 幼苗測(cè)定相關(guān)指標(biāo)。

（1）植株生物量。將植株沖洗干凈后，解析為根、莖和葉3 部分，在105 ℃下殺青30 min，然后在75 ℃下烘干至恒重后，用百分之一天平進(jìn)行稱重。

（2）根系形態(tài)指標(biāo)和根系活力。各處理選取3株幼苗根系，沖洗干凈后，用透射掃描儀（ESPON Perfection V750）進(jìn)行根系掃描，應(yīng)用WinRHIZO根系分析軟件分析根系形態(tài)指標(biāo)，包括根系總長(zhǎng)度、根尖數(shù)量和總表面積；根系活力采用氯化三苯基四氮唑（TTC）還原法測(cè)定[13]，以單位鮮樣質(zhì)量根系還原的TTC 量表示。

（3）根際土壤酸性磷酸酶活性和速效磷含量。小心從盆中取出蘋(píng)果苗，輕輕搖動(dòng)根系，清除黏附在根系上的較大土壤顆粒，然后用細(xì)毛刷輕刷吸附在根系表面的土壤即為根際土，根際土壤酸性磷酸酶活性采用磷酸苯二鈉比色法測(cè)定[13]，以1g 土壤樣品24 h 釋放酚的mg 數(shù)表示；土壤速效磷含量采用0.5 mol/L NaCO3浸提，鉬銻抗比色法測(cè)定[13]。

（4）植株磷含量、磷累積量和磷肥利用率。植株磷含量采用H2SO4-H2O2消煮-鉬銻抗比色法測(cè)定[13]；植株磷累積量等于各器官干物質(zhì)量與磷含量之積的總和。

磷肥利用率（%）＝［（施磷植株吸磷量－不施磷植株吸磷量）／施磷量］×100

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

用Microsoft Excel 2010和SPSS 21.0等軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，利用LSD 法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 生物炭添加量對(duì)M9T337 幼苗生物量的影響

由圖1 可見(jiàn)，生物炭添加量顯著影響了M9T337幼苗各器官的生物量。隨著生物炭用量的增加，M9T337 幼苗根、莖、葉和整株生物量呈先升高后降低的趨勢(shì)，均以添加量為30 g/kg 處理（T2）達(dá)到最大，較CK 分別提高了59.02%、21.55%、45.37%、33.12%?？梢?jiàn)，土壤中添加適量生物炭可以促進(jìn)M9T337 幼苗的生長(zhǎng)，尤其是根系。

圖1 不同生物炭添加量M9T337 幼苗根莖葉的生物量

2.2 生物炭添加量對(duì)M9T337 幼苗磷累積量的影響

從圖2 可以看出，隨著生物炭用量的逐漸增加，M9T337 幼苗的磷累積量呈先升高后降低的趨勢(shì)，添加量為30 g/kg 處理（T2）達(dá)到最高（59.55 mg/株），較CK（47.79 mg/株）提高了24.61%。

圖2 不同生物炭添加量M9T337 幼苗磷累積量

2.3 生物炭添加量對(duì)M9T337 幼苗根系形態(tài)和活力的影響

從表1 可以看出，生物炭添加量顯著影響了M9T337 幼苗根系的生長(zhǎng)發(fā)育。隨著生物炭用量的增加，植株根系長(zhǎng)度、根尖數(shù)、總表面積均先升高后降低，添加量為30 g/kg 處理（T2）最大，分別較CK 提高了67.69%、73.07%、50.43%。生物炭也顯著影響了根系活力，根系活力最高的是添加量為30 g/kg 處理（T2），為82.17 μg·h-1·g-1，較CK 提高了72.19%；其次是添加量為60 g/kg 處理（T3），添加量為15 g/kg 處理（T1）居第3。

表1 不同生物炭添加量M9T337 幼苗根系形態(tài)和活力

2.4 生物炭添加量對(duì)M9T337 幼苗根際土壤酸性磷酸酶活性及速效磷含量的影響

從圖3 可以看出，施用生物炭顯著提高了幼苗根際土壤酸性磷酸酶活性和速效磷含量。添加量為30 g/kg 處理（T2）根際土壤酸性磷酸酶活性最高，是CK 的1.34 倍，其次是添加量為60 g/kg 處理（T3）和添加量為15 g/kg 處理（T1），二者間差異不顯著。根際土壤速效磷含量的變化趨勢(shì)與酸性磷酸酶活性相同，根際土壤速效磷含量最高的是添加量為30 g/kg 處理（T2），是CK 的1.38 倍。

圖3 不同生物炭添加量M9T337 幼苗根際土壤酸性磷酸酶活性和速效磷含量

2.5 不同生物炭添加量對(duì)M9T337 幼苗磷肥利用率、殘留率和損失率的影響

從圖4 可以看出，磷肥利用率和殘留率均以30 g/kg 處理（T2）最高，為13.63%和54.36%，分別比CK 提高了24.61%和38.39%；其次是60 g/kg 處理（T3）；15 g/kg 處理（T1）居第3。磷肥損失率趨勢(shì)則相反，以30 g/kg處理（T2）最低，僅為32.01%，比CK 降低了35.70%。

圖4 不同生物炭添加量M9T337 幼苗磷肥利用率、殘留率和損失率

3 討論與結(jié)論

根系是植物生長(zhǎng)發(fā)育的基礎(chǔ)，理想的根系形態(tài)和根系活力對(duì)養(yǎng)分吸收具有重要意義，對(duì)植物的生長(zhǎng)發(fā)育起著重要作用。Van Zwieten 等[8]和Olmo 等[14]研究均表明，合理施用生物炭通過(guò)改善土壤物理結(jié)構(gòu)顯著促進(jìn)了根系生長(zhǎng)發(fā)育。本研究結(jié)果也表明，生物炭促進(jìn)了根系生長(zhǎng)，顯著提高了幼苗各項(xiàng)根系形態(tài)指標(biāo)和根系活力。高量生物炭處理（T3）下幼苗生物量與磷肥利用率與T2 處理相比均降低，說(shuō)明生物炭的添加對(duì)幼苗生長(zhǎng)和磷素吸收利用存在明顯的劑量效應(yīng)，超過(guò)一定用量后效果不再明顯，可能的原因在于生物炭用量過(guò)高后，對(duì)氮磷等養(yǎng)分的吸附能力太強(qiáng)，影響了養(yǎng)分的有效性[15]。

酸性磷酸酶是促進(jìn)土壤內(nèi)部磷素快速轉(zhuǎn)化的一種酶，是影響土壤中磷素轉(zhuǎn)化及生物利用有效性的重要因素[16]。George 等[17]和戰(zhàn)厚強(qiáng)等[18]的研究均表明，酸性磷酸酶活性與土壤速效磷含量之間呈極顯著正相關(guān)。本研究表明，生物炭顯著提高了根際土壤酸性磷酸酶活性和速效磷含量，與前人研究結(jié)果一致[8,14]。研究發(fā)現(xiàn)，生物炭能夠起到磷肥緩釋的效果[19]，滿足了植株生長(zhǎng)后期對(duì)磷的需求，本試驗(yàn)中添加生物炭處理M9T337 幼苗磷素積累量和生長(zhǎng)量的顯著提高也驗(yàn)證了此結(jié)論。與對(duì)照相比，添加生物炭處理有效提高了磷肥殘留率，減少了磷肥損失率。原因在于生物炭對(duì)磷的吸附固定，降低了土壤液相中速效磷含量，進(jìn)而減少了磷淋失風(fēng)險(xiǎn)[9,12]。而且，生物炭還可以影響土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和微生物活性[20]，未被根系吸收的磷可轉(zhuǎn)化為微生物磷，從而有效減少無(wú)機(jī)磷的淋失[11]。綜上，生物炭在提高蘋(píng)果磷肥利用效率、減少磷損失方面具有顯著效果，在蘋(píng)果園土壤改良和養(yǎng)分管理上具有廣闊的應(yīng)用前景。