生物炭添加對(duì)苦咸水灌溉下玉米生長及產(chǎn)量的影響

崔佳音，李秀芳，吳世清，邵光成，劉少航

（1.河海大學(xué)農(nóng)業(yè)科學(xué)與工程學(xué)院，南京210098；2.濱州市引黃灌溉服務(wù)中心，山東濱州256600；3.水利部海河水利委員會(huì)，天津300181；4.駱馬湖水利管理局新沂河道管理局，江蘇徐州221000）

0 引言

目前，制約我國農(nóng)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵因素是水資源短缺[1]，非充分灌溉在一定程度上可以減少灌溉用水量，但在水資源總量減少的趨勢(shì)下，利用苦咸水灌溉也是緩解灌溉用水壓力的有效方式。而苦咸水灌溉有利有弊，在為植物生長提供所需水分的同時(shí)，還會(huì)引起土壤鹽分的累積，限制植物生長過程、降低植物產(chǎn)量和品質(zhì)，從而影響經(jīng)濟(jì)效益[2]。因此，研究如何制定有效方法來改善苦咸水灌溉帶來的危害對(duì)缺水地區(qū)作物高質(zhì)量高效率生產(chǎn)具有重要意義。

生物炭是生物質(zhì)不完全燃燒裂解的產(chǎn)物，疏松多孔，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，被廣泛用于土壤改良。施用生物炭可提高土壤田間持水率和速效磷含量[3]，減小土壤容重，增大土壤孔隙度，提高作物水分肥料利用效率[4]。已有研究表明，生物炭還田還可提高土壤有機(jī)碳、總氮、總磷含量，保留土壤酶活性，促進(jìn)作物根系發(fā)育從而增加作物產(chǎn)量[5-7]。雷蕾[8]等研究發(fā)現(xiàn)生物炭添加可以縮短水稻節(jié)間長度,增大莖稈壁厚和節(jié)間外徑,降低水稻的倒伏指數(shù),顯著提升水稻抗倒伏能力。趙紅玉等[9]以冬小麥為研究對(duì)象，在避雨條件下進(jìn)行了不同咸水和生物炭組合方式的田間試驗(yàn)，研究發(fā)現(xiàn)冬小麥產(chǎn)量在單一微咸水灌溉下下降了12.04%，而施加生物炭后作物籽粒質(zhì)量和收獲指數(shù)顯著提高。高言[10]等通過室內(nèi)土柱模擬試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)生物炭減緩了土壤水分入滲，抑制了土壤蒸發(fā)，且添加量在3%～5%時(shí)效果最佳。

Siddique 等人[11]開展為期2 a 的大田試驗(yàn)，研究結(jié)果表明，生物炭可使土壤鹽漬度顯著下降，提高玉米的葉面積指數(shù)和產(chǎn)量。Elshaikh 等[12]發(fā)現(xiàn)生物炭可緩解鹽分脅迫，提高土壤生產(chǎn)力?，F(xiàn)有研究主要集中在如何利用生物炭調(diào)控溫室氣體排放、增加作物產(chǎn)量和改善土壤環(huán)境等方面[13-15]。然而，苦咸水灌溉后生物炭施加如何影響玉米生長，能否緩解苦咸水灌溉造成的鹽分脅迫？相關(guān)研究尚比較缺乏。本研究旨在通過桶栽試驗(yàn)，系統(tǒng)分析生物炭添加對(duì)苦咸水灌溉下作物產(chǎn)量及水分利用效率的影響，摸清生物炭如何緩解咸水灌溉帶來的危害，為制定節(jié)水、高產(chǎn)和環(huán)境友好型的苦咸水灌溉制度提供一定理論支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況及材料

試驗(yàn)區(qū)位于河海大學(xué)節(jié)水園區(qū)內(nèi)（31°57′N，118°50′E），試驗(yàn)所用玉米品種為“登海605”。整個(gè)生育期劃分為苗期、拔節(jié)期、抽雄期和灌漿成熟期。試驗(yàn)所用生物炭灰分含量為5%，比表面積為600 m2/g，pH 為7。試驗(yàn)用土質(zhì)地為黏壤土，取自試驗(yàn)區(qū)20 cm 之內(nèi)的土壤表層。用于灌溉的苦咸水礦化度為8.40～9.60 g/L，K+含量為5.44 mg/L，Ca2+含量為285.80 mg/L，Na+含量為26.10 mg/L，Mg2+含量為395.80 mg/L，EC值為12.30 mS/cm，pH 值為8.10；用于灌溉的淡水K+含量為2.40 mg/L，Ca2+含量為39.30 mg/L，Na+含量為12.19 mg/L，Mg2+含量為7.84 mg/L，EC值為0.34 mS/cm，pH值為7.26。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2020年7月開始，2020年10月結(jié)束，玉米播種日期為2020年7月6日，在避雨條件下進(jìn)行桶栽試驗(yàn)，同時(shí)施加適量復(fù)合肥（750 kg/hm2）作為基肥。玉米苗期易受鹽分脅迫影響，為防止影響出苗率，咸水灌溉處理于拔節(jié)期初開始，苗期各處理用淡水進(jìn)行灌溉，且灌水量相同。2020年10月25日完成玉米收割，整個(gè)生育周期共計(jì)110 d。

試驗(yàn)共12 個(gè)處理，每個(gè)處理進(jìn)行3 次重復(fù),具體試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)如表1所示。試驗(yàn)過程中，向原樣苦咸水添加淡水至試驗(yàn)設(shè)定灌溉咸水礦化度再進(jìn)行灌溉。拔節(jié)期后分別于8月11日、8月18日、8月25日、9月2日、9月8日、9月14日灌溉等量不同礦化度的苦咸水，各日期灌水量分別為3、8、6、6.5、6、4 kg，12個(gè)處理均在灌漿成熟后期灌溉2 kg的淡水，作為補(bǔ)水處理。

表1 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)Tab.1 Design of test scheme

將自然風(fēng)干的土樣過2 mm 篩后，在桶內(nèi)以10 cm 為單位分層壓實(shí)填入，試驗(yàn)用桶尺寸如圖1所示。根據(jù)試驗(yàn)處理要求，將0%、2%、5%含量的生物炭摻于30 cm 的土層內(nèi)（生物炭含量按照占30 cm土層內(nèi)的土壤質(zhì)量計(jì)算）。

圖1 試驗(yàn)裝置（單位：cm）Fig.1 Test device drawing

1.3 觀測(cè)內(nèi)容與測(cè)定方法

用直徑為2 cm 的取土器分別于4 個(gè)生育期結(jié)束后對(duì)每桶進(jìn)行取土，風(fēng)干后測(cè)定土壤電導(dǎo)率(EC)值。先采用浸提法提取水溶性鹽，土壤EC用電導(dǎo)率儀（型號(hào)為DDS-307）進(jìn)行測(cè)定，同一水樣重復(fù)測(cè)定3次。

玉米生長指標(biāo)從壯苗期開始觀測(cè)，每隔10 d 觀測(cè)一次。使用皮尺量取各玉米植株的株高，用卷尺觀測(cè)各玉米植株健康葉片的長度和寬度，并計(jì)算得出其葉面積（0.75×葉長×葉寬），使用手持式葉綠素儀(SPAD-502)測(cè)定玉米葉片葉綠素含量。株高、葉面積和葉綠素含量同一植株均測(cè)量3 次取其平均值。

玉米收獲后，剪下各植株土層以上部分，分揀莖、葉、穗，對(duì)玉米進(jìn)行脫粒；挖出根部，并盡量確保每個(gè)重復(fù)根系的完好度。清水洗凈各植株及根系，對(duì)根系進(jìn)行分析掃描，數(shù)字化處理得到的根系圖片，測(cè)量計(jì)算出總根長TRL、根表面積RSA和根體積RV等根系形態(tài)指標(biāo)；所有生物量均在烘箱中烘干至恒重，稱取單株籽粒重、根干重及地上部干物質(zhì)重。

作物蒸散量根據(jù)各生育期及整個(gè)生育期桶內(nèi)水分平衡進(jìn)行估算。本試驗(yàn)為避雨桶栽試驗(yàn)，整個(gè)過程中無降水、徑流和滲漏，實(shí)際耗水量約等于灌水量。因此土壤水分平衡方程可簡化為：

式中：I為時(shí)段內(nèi)的總灌溉量，L；V為土壤體積，L；θi為初始土壤含水率，%；θf為最終土壤含水率，%。

則單株玉米的水分利用效率（WUE）計(jì)算公式為：

式中：W為地上部干重，g；ET為整個(gè)生育期內(nèi)作物蒸散量，L。

1.4 數(shù)據(jù)處理

本試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)借助Excle 2016 進(jìn)行處理，采用SPSS 22.0軟件對(duì)各處理結(jié)果進(jìn)行顯著性分析，采用Origin 2017軟件進(jìn)行制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 苦咸水灌溉下生物炭施加對(duì)土壤電導(dǎo)率的影響

不同處理全生育期土壤電導(dǎo)率測(cè)定結(jié)果如圖2所示。玉米苗期的電導(dǎo)率與土壤深度成正比，這是由于用于試驗(yàn)的土壤為前一年咸水灌溉所用土壤，相當(dāng)于提前淋洗了試驗(yàn)土壤；拔節(jié)期和抽雄期咸水灌溉向土壤中引入大量鹽分，各土層EC值逐漸升高。灌漿成熟期后不灌溉咸水，不引入外來鹽分，土壤鹽分受淋洗作用影響向下層土壤運(yùn)移，因此抽雄期土壤鹽分累積最大，玉米受鹽分脅迫最嚴(yán)重，此時(shí)土壤EC值的響應(yīng)規(guī)律最能夠體現(xiàn)出生物炭施用對(duì)土壤總鹽含量和玉米生長的影響。灌漿成熟期，淡水灌溉下，施加生物炭的處理土壤電導(dǎo)率均低于未施加生物炭的處理，2%生物炭為降低土壤EC值的最佳配比。4 g/L 苦咸水灌溉下，土壤電導(dǎo)率隨生物炭施加量的增加先升高后降低，表現(xiàn)為B2S4>B5S4>B0S4，5 g/L 和6 g/L 苦咸水灌溉下，土壤電導(dǎo)率隨生物炭施加量的增加而降低?？傮w來說，不施加生物炭的處理含鹽量高于施加生物炭的處理，但灌溉較高（6 g/L）礦化度苦咸水時(shí)，由于抽雄期土壤鹽分累積過多，生物炭的吸附性能飽和，不能夠起到有效的緩解作用。

圖2 不同生物炭施用量及灌溉水礦化度處理下土壤電導(dǎo)率變化情況Fig.2 Changes of soil electrical conductivity under different biochar application rates and salinity of irrigation water

2.2 苦咸水灌溉下生物炭施加對(duì)玉米形態(tài)指標(biāo)的影響

2.2.1 對(duì)株高的影響

不同處理下玉米株高情況見圖3。生物炭施用量相同時(shí)，株高隨灌溉水礦化度增加而降低。灌溉淡水或6 g/L 苦咸水，株高隨生物炭施加量的增加先增大后減小，2%的生物炭施用量下玉米植株最高，其次是5%生物炭處理；灌溉水礦化度為5 g/L 時(shí)，株高隨生物炭施加量的增加而增大，表現(xiàn)為B5S5＞B2S5＞B0S5，而灌溉水礦化度4 g/L 時(shí)，這種響應(yīng)規(guī)律則完全相反，其變化趨勢(shì)為B0S4＞B2S4＞B5S4，這可能是因?yàn)樵摽嘞趟喔忍幚硐蔓}分脅迫較小，有一定的促進(jìn)作用，生物炭的改良作用沒有得到發(fā)揮，反而由于其極強(qiáng)的吸附性能，吸收了土壤中的養(yǎng)分和水分，從而帶來了負(fù)面影響，不過此時(shí)各生物炭處理之間沒有出現(xiàn)顯著差異。

圖3 不同生物炭施用量及灌溉水礦化度處理下玉米株高隨時(shí)間的動(dòng)態(tài)變化Fig.3 Dynamic changes of maize plant height with time under different biochar application rates and salinity of irrigation water

2.2.2 對(duì)葉面積的影響

不同處理下玉米葉面積情況見圖4。生物炭施用量相同，灌溉水礦化度不同時(shí)：無生物炭添加時(shí)，葉面積由大到小依次為B0S4>B0S6>B0S0>B0S5，處理間差異不顯著；施用2%生物炭時(shí)，葉面積變化趨勢(shì)為B2S5>B2S6>B2S4>B2S0，其中5 g/L 和6 g/L 苦咸水灌溉處理葉面積較4 g/L 苦咸水和淡水灌溉處理增長顯著，而4 g/L 苦咸水與淡水灌溉下玉米葉面積差異不明顯；生物炭施用量為5%時(shí)，葉面積響應(yīng)規(guī)律呈現(xiàn)為B5S4>B5S5>B5S0>B5S6，4 g/L 苦咸水灌溉下葉面積明顯大于淡水灌溉，而其余苦咸水灌溉處理無顯著差異?？傮w來看，苦咸水灌溉可以有效增大玉米葉片面積，但其促進(jìn)作用與灌溉水礦化度不存在明顯的線性關(guān)系。灌溉水礦化度相同，生物炭施用量不同時(shí)：淡水灌溉時(shí)，玉米葉面積隨生物炭施用量的增加而先減小后增大，表現(xiàn)為B0S0>B5S0>B2S0；4 g/L 和6 g/L苦咸水灌溉處理下，葉面積均隨生物炭施加量的增多而減小，不同的是4 g/L 苦咸水灌溉下3 個(gè)處理沒有顯著差異，而6 g/L苦咸水灌溉下0%和2%生物炭處理間差異不顯著，但均顯著大于5%生物炭處理；5 g/L苦咸水灌溉處理下，玉米葉面積隨生物炭施加量的增多先增大后減小，表現(xiàn)為B2S5>B0S5>B5S5。綜上可知，除了在5 g/L 苦咸水灌溉處理下2%生物炭施用量表現(xiàn)出積極作用外，其余生物炭處理玉米葉片面積均小于同一礦化度苦咸水灌溉組中的無添加生物炭的處理，這說明在土壤中施用生物炭不具有增大玉米葉面積的效果。

圖4 不同生物炭施用量及灌溉水礦化度處理下玉米葉面積隨時(shí)間的動(dòng)態(tài)變化Fig.4 Dynamic changes of maize leaf area with time under different biochar application rates and salinity of irrigation water

2.2.3 對(duì)根系的影響

不同處理下玉米根系形態(tài)變化見表2。不同生物炭施加量和灌溉水礦化度作為單一因子對(duì)玉米總根長的影響均顯著，兩者的交互作用也影響顯著。灌溉水礦化度過高會(huì)抑制玉米根系發(fā)育，當(dāng)生物炭施用量相同時(shí)，礦化度為6 g/L 的苦咸水灌溉下玉米總根長均小于淡水灌溉處理，而適當(dāng)?shù)V化度（4 g/L、5 g/L）苦咸水在0%和5%生物炭處理下可以促進(jìn)玉米根系生長，總根長均大于淡水灌溉。當(dāng)灌溉水礦化度相同時(shí)，玉米總根長隨生物炭施加量的增加先減小后增大，但不同礦化度灌溉水處理下生物炭施用效果不一。淡水灌溉時(shí)，2%生物炭處理玉米總根長增幅最大，而灌溉水礦化度為5 g/L 時(shí)，5%生物炭施用量的效果最好。根表面積對(duì)生物炭和苦咸水灌溉的響應(yīng)規(guī)律與總根長相同。

表2 不同生物炭施用量及灌溉水礦化度處理下玉米根系形態(tài)的變化Tab.2 Changes of maize root morphology under different biochar application rates and irrigation water salinity

生物炭施用量為0%時(shí)，玉米根體積隨灌溉水礦化度的升高而減??；生物炭施用量為2%時(shí)，苦咸水灌溉會(huì)減小玉米體積；施用5%生物炭時(shí)，5 g/L礦化度的苦咸水灌溉處理的玉米根體積顯著大于淡水灌溉處理。灌溉水礦化度相同，生物炭施用量不同時(shí)：淡水灌溉時(shí)，玉米體積隨生物炭施用量的增加先增大后減小，生物炭施用效果不明顯，各處理差異不顯著；苦咸水灌溉時(shí)，玉米根體積隨生物炭施用量的增加先減小后增大，僅在5 g/L 和6 g/L 礦化度的苦咸水灌溉下施用5%生物炭對(duì)玉米根體積有積極作用，其中B5S5 處理顯著大于空白對(duì)照處理B0S0。綜上，利用低礦化度苦咸水進(jìn)行灌溉或者在高礦化度苦咸水灌溉的地區(qū)施用較多量的生物炭均不會(huì)傷害作物根系，反而可以促進(jìn)根系生長發(fā)育。方差分析結(jié)果表明生物炭和苦咸水灌溉及其交互作用對(duì)玉米總根長、根表面積和根體積均有顯著影響。

2.3 苦咸水灌溉下生物炭施加對(duì)玉米生理指標(biāo)的影響

不同處理下玉米各生育階段葉片SPAD 值見表3。壯苗期變化范圍為35.10～38.30，拔節(jié)抽雄期為34.10～39.50，灌漿成熟期為29.50～38.80。當(dāng)灌溉水礦化度相同，生物炭施用量不同時(shí)：淡水和較低礦化度（4 g/L、5 g/L）苦咸水灌溉下，隨著玉米生育進(jìn)程的發(fā)展，葉片SPAD 值均先升高后下降（前期玉米進(jìn)行營養(yǎng)生長，葉片增大，葉綠素含量升高；后期轉(zhuǎn)為生殖生長，葉綠素含量下降，峰值出現(xiàn)在拔節(jié)期附近）；壯苗期開始進(jìn)行苦咸水灌溉處理后，礦化度為6 g/L 的苦咸水灌溉下玉米葉片SPAD 在隨后的生育階段內(nèi)逐漸降低。拔節(jié)抽雄期和灌漿成熟期，進(jìn)行苦咸水灌溉處理的玉米葉片SPAD 值總體上隨灌溉水礦化度的增大而減小，且當(dāng)生物炭施用量相同時(shí)，最高礦化度苦咸水灌溉下SPAD 值顯著低于淡水灌溉處理，這點(diǎn)與RAO G G 等人[16]的研究結(jié)論相符合。灌溉水礦化度相同，生物炭施用量不同時(shí)，由于苗期未灌溉苦咸水，故對(duì)不同生物炭施用量處理組的均值進(jìn)行比較，葉片SPAD 值僅隨生物炭施加量的增大而略有上升，方差分析結(jié)果也顯示此時(shí)生物炭的影響不顯著。壯苗期后，相同礦化度苦咸水灌溉下，葉片SPAD 值對(duì)生物炭的響應(yīng)規(guī)律也大致符合這一趨勢(shì)。因此生物炭的添加會(huì)抵消苦咸水灌溉的部分負(fù)面作用。結(jié)合上文對(duì)于葉片面積的分析，苦咸水灌溉會(huì)在一定程度上增大葉片面積，因此在生物炭與苦咸水灌溉的耦合作用下，玉米葉片這一重要營養(yǎng)器官能夠更好地發(fā)揮其生理作用，但由表3可知，生物炭和苦咸水灌溉的交互作用對(duì)玉米SPAD值的影響并不顯著。

表3 不同生物炭施用量和灌溉水礦化度處理玉米各生育階段葉片SPAD值的變化Tab.3 Changes of leaf SPAD value at different growth stages of maize treated with different biochar application rates and salinity of irrigation water

2.4 苦咸水灌溉下生物炭施加對(duì)玉米產(chǎn)量及水分利用效率的影響

2.4.1 對(duì)產(chǎn)量的影響

由表4可知，玉米產(chǎn)量和水分利用效率對(duì)生物炭的響應(yīng)規(guī)律大致相同。生物炭施加量相同時(shí)，單株籽粒重隨苦咸水礦化度的升高而降低。對(duì)比灌溉水礦化度相同的各組，淡水灌溉處理下，生物炭有效提高了玉米單株籽粒重，且施用量越大增產(chǎn)效果越好；4 g/L 礦化度苦咸水灌溉處理下，玉米單株籽粒重隨生物炭施加量的增加先降低后升高；而5 g/L、6 g/L苦咸水處理下，單株籽粒重隨生物炭施加量的增加先升高后降低，在施加2%生物炭時(shí)取得最高產(chǎn)量。

當(dāng)生物炭施加量相同時(shí)，地上部干重隨灌溉水礦化度的增大而逐漸降低。其中地上部干重為玉米莖、葉和穗的干重總和。對(duì)比灌溉水礦化度相同的各組，淡水灌溉下，玉米地上部干重隨生物炭施用量的增加而增大，而苦咸水灌溉下總體趨勢(shì)表現(xiàn)為2%生物炭處理玉米地上部干重值最大。對(duì)于總生物量（地上部干重和根干重的總和）而言，當(dāng)生物炭施加量相同時(shí)，玉米總生物量總體變化趨勢(shì)表現(xiàn)為隨灌溉水礦化度的升高而降低，最高和最低礦化度處理間差異顯著。對(duì)比灌溉水礦化度相同的各組，除4 g/L 礦化度苦咸水灌溉外，其余礦化度灌溉水處理下添加生物炭均能促進(jìn)玉米干物質(zhì)的積累，高礦化度苦咸水灌溉處理（5 g/L、6 g/L）下施加2%生物炭時(shí)玉米總生物量最大，淡水灌溉處理下5%生物炭收益最高。B5S0 處理玉米總生物量最大，較空白對(duì)照處理B0S0 增加19.91%；B0S6 處理最小，較空白對(duì)照處理B0S0 減少35.54%。

2.4.2 對(duì)水分利用效率的影響

水分利用效率是衡量作物生長適宜程度及措施節(jié)水效率的重要指標(biāo)，不同生物炭施用量和灌溉水礦化度組合下玉米水分利用效率的變化見表4?？偟膩碚f，生物炭施用量相同時(shí)，玉米的WUE隨灌溉水礦化度的升高而降低，且灌溉水礦化度為6 g/L 時(shí)顯著低于淡水灌溉處理。灌溉水礦化度相同時(shí)，不同生物炭施用量下玉米水分利用效率間差異均不顯著。灌溉水礦化度為4 g/L 時(shí)，水分利用效率由大到小依次為B0S4、B5S4、B2S4；礦化度為5 g/L 時(shí)，WUE由大到小依次為B2S5、B5S5、B0S5；礦化度為6g/L 時(shí)，水分利用效率由大到小依次為B2S6、B5S6、B0S6。淡水灌溉時(shí)，生物炭施用量的增加提升了WUE，且生物炭施用量增至5%時(shí)，這種提升效果最為顯著。對(duì)玉米WUE進(jìn)行雙因素分析的結(jié)果表明生物炭對(duì)單株WUE的影響不顯著，其與苦咸水灌溉的交互作用也不顯著，但灌溉水礦化度對(duì)水分利用效率的影響顯著。試驗(yàn)結(jié)果顯示，與空白對(duì)照B0S0 處理相比，苦咸水灌溉處理下WUE均有所降低，下降幅度為1.60%～33.90%。

表4 不同生物炭施用量和灌溉水礦化度處理下玉米產(chǎn)量及水分利用效率Tab.4 Maize yield and water use efficiency under different biochar application rates and irrigation water salinity

3 討論

苦咸水灌溉會(huì)使土壤鹽分累積，導(dǎo)致作物減產(chǎn)。因此，對(duì)苦咸水灌溉地區(qū)土壤進(jìn)行改良，改善其鹽分累積的現(xiàn)象，有助于緩解作物鹽分脅迫而造成的減產(chǎn)。生物炭疏松多孔，可以吸附土壤中的鹽分，施加后可有效降低土壤電導(dǎo)率。本研究的結(jié)果也證明，施加了生物炭的土壤鹽分含量總體上低于未施加生物炭的處理，但當(dāng)灌溉水礦化度較高（6 g/L）時(shí)，由于抽雄期土壤鹽分累積過多，生物炭的吸附性能飽和，不能夠起到有效的緩解作用。因此生物炭作為一種優(yōu)良的土壤改良劑，具有緩解苦咸水灌溉下作物鹽分脅迫的潛力。岳燕等[17]的研究表明，土壤含鹽量在2%生物炭施用下明顯降低，降低率可達(dá)34.25%。劉易等[18]研究發(fā)現(xiàn)，較少的添加生物炭能夠降低土壤可溶性鹽含量，但添加量過多反而會(huì)使土壤鹽分升高。李際會(huì)[19]等同時(shí)將秸稈和生物炭加入到大棚土壤中，研究其對(duì)土壤可溶性鹽含量的影響，結(jié)果表明，適量添加生物炭(0.50%和1%)或秸稈(1.40%和2.90%)可以減小土壤可溶性鹽含量，但生物炭添加量增大至5%時(shí)反而增大其含量，主要由于生物炭的可溶性鹽含量低于土壤中可溶性鹽含量，加入生物炭后對(duì)土壤中可溶性鹽含量產(chǎn)生稀釋作用[20]，另外生物炭可以吸附土壤中的鹽分[21]，從而降低了土壤可溶性鹽含量，而生物炭添加量的增大亦會(huì)使隨之加入的可溶性鹽含量逐漸增大，足以抵消稀釋和吸附作用。

土壤中鹽分過高會(huì)影響作物生長狀態(tài)，降低植株株高和葉面積。本研究中，苦咸水灌溉對(duì)玉米株高的負(fù)面影響顯著，使株高降低2.66%～10.26%，較高礦化度苦咸水（5 g/L）灌溉下，在土壤中添加生物炭可以緩解鹽分脅迫，施用量越大，玉米株高增幅越大。對(duì)于葉面積來說，適宜礦化度的苦咸水灌溉可以一定程度上增大玉米葉面積，而同一礦化度若咸水灌溉下，生物炭的施用不會(huì)增大玉米葉面積；生物炭施用量與葉面積的減幅呈線性關(guān)系。但生物炭在和苦咸水灌溉耦合作用下可能促進(jìn)玉米葉片生長：2%生物炭施用量和礦化度為5 g/L 的苦咸水灌溉處理下，玉米葉片面積較空白對(duì)照處理B0S0顯著增大，這與已有研究結(jié)果相同。張勇[22]等對(duì)4個(gè)生育期內(nèi)的玉米進(jìn)行不同礦化度微咸水灌溉(1.75、3、4、5 g/L)，結(jié)果表明：同一生育期內(nèi),株高隨灌溉水礦化度的升高而降低，葉面積最大值隨灌溉水礦化度的升高而減小。朱成立[23]等的研究表明，生物炭能緩解微咸水灌溉條件下土壤鹽分表聚現(xiàn)象,緩解鹽分脅迫對(duì)玉米的危害,生物炭施用能夠增加玉米各生長階段的株高，在高礦化度微咸水處理下效果尤為顯著。

鹽分脅迫會(huì)使根系生長發(fā)育受到抑制。低礦化度苦咸水灌溉下玉米根系總根長、根表面積均顯著增加，而礦化度進(jìn)一步升高后，根系生長受到抑制，但施加5%生物炭后，鹽分脅迫可得到一定程度的緩解，總根長、根表面積和根體積均大于對(duì)照處理B0S0。董秀秀[24]等以新疆棉花根系為研究對(duì)象，采用模塊根分級(jí)的方法研究不同根序根系的形態(tài)和生理特征以及它們對(duì)添加生物炭（BC）的響應(yīng)，結(jié)果表明生物炭添加優(yōu)化了根系形態(tài)、提高了生理活性。梁曉艷[25]等發(fā)現(xiàn)添加生物炭可顯著促進(jìn)藜麥根系的形態(tài)發(fā)育，增加根系長度、根表面積、根體積及根尖數(shù)。勾芒芒[26]等的研究也有類似的結(jié)論。

王利軍[27]等的研究表明，鹽分脅迫可對(duì)葉綠素產(chǎn)生影響，因此測(cè)定葉片SPAD 值對(duì)探究苦咸水灌溉下生物炭施加對(duì)玉米生理生長的響應(yīng)規(guī)律具有重要意義。本研究中，苦咸水灌溉會(huì)降低玉米SPAD 值，而在壯苗期后，相同礦化度苦咸水灌溉下，葉片SPAD 值隨生物炭施加量的增大而略有上升，因此生物炭的添加會(huì)抵消苦咸水灌溉的部分負(fù)面作用。迮裕雯[28]等認(rèn)為生物炭可使鹽分脅迫對(duì)玉米光合作用的危害有所緩解，朱成立[23]等研究發(fā)現(xiàn)微咸水灌溉導(dǎo)致玉米光合參數(shù)與葉綠素含量下降,且在鹽分抗性相對(duì)薄弱的營養(yǎng)階段,抑制作用較生殖階段更為明顯；生物炭作用下使得玉米各生長階段光合參數(shù)和葉綠素含量大幅提高，5 g/L 微咸水處理下效果尤為明顯，光合參數(shù)上升10.00%～15.40%,葉綠素含量上升21.90%～37.50%。

鹽分累積通過傷害作物根系加速葉片的衰老，對(duì)光合作用、干物質(zhì)分配等生理過程造成不利影響，最終導(dǎo)致作物減產(chǎn)。焦艷平[29]等在河北低平原地區(qū)開展大田灌溉試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)2 g/L 礦化度噴灌的夏玉米產(chǎn)量略低于淡水噴灌,對(duì)夏玉米的單株穗粒質(zhì)量和產(chǎn)量無顯著影響；3 g/L 礦化度會(huì)對(duì)夏玉米產(chǎn)量、百粒重和單株穗粒質(zhì)量造成顯著不利影響,大幅度減少作物產(chǎn)量。魏琛琛[30]等發(fā)現(xiàn)春玉米受微咸水灌溉影響，產(chǎn)量和水分利用效率在鹽分脅迫下顯著降低。微咸水灌溉使得玉米干物質(zhì)產(chǎn)量較地下水灌溉減小了9.93%～16.15%，產(chǎn)量較地下水灌溉減小了30.88%～37.32%。本試驗(yàn)結(jié)果也表明，高礦化度苦咸水灌溉對(duì)玉米單株籽粒重、地上部干重、總生物量及水分利用效率存在顯著影響，且與灌溉水礦化度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。而在較高礦化度（5 g/L、6 g/L）苦咸水灌溉下，施加生物炭可以降低其對(duì)玉米根系負(fù)面效應(yīng)，提高玉米對(duì)水分的吸收利用，且施用2%生物炭的處理玉米單株籽粒重和總生物量均達(dá)到最大值。因此，在較高礦化度苦咸水灌溉的地區(qū)施加適量生物炭對(duì)玉米產(chǎn)量及水分利用效率的提高有積極影響。

綜上所述，適當(dāng)施用生物炭可以緩解咸水灌溉對(duì)作物生長的不利影響，從降低土壤含鹽量、促進(jìn)植株生長以及提高作物產(chǎn)量角度出發(fā)，2%生物炭施加量效果要優(yōu)于5%生物炭施加量；從改善作物根系狀況出發(fā)，5%生物炭施加效果更佳；綜合考慮下，施加2%、5%生物炭在5 g/L 咸水灌溉下能有效改善作物生長環(huán)境，可為咸水資源的開發(fā)利用及合理的咸水灌溉制度提供參考，但仍需進(jìn)一步研究不同礦化度咸水灌溉下適宜的生物炭改良劑產(chǎn)品和最佳施用配比。

4 結(jié)論

（1）咸水灌溉會(huì)使土壤含鹽量升高，引起鹽分累積，且累積量與灌溉水礦化度成正比，生物炭的施加能有效緩解鹽分累積。施加生物炭能有效吸附土壤鹽分，降低土壤EC值，但當(dāng)灌溉水礦化度較高（6 g/L）時(shí)，由于抽雄期土壤鹽分累積過多，生物炭的吸附性能飽和，不能夠起到有效的緩解作用。

（2）咸水灌溉抑制玉米生長，生物炭有利于植株正常生長。適宜礦化度的苦咸水灌溉對(duì)玉米葉面積、總根長、根表面積、根體積具有促進(jìn)作用，其中4 g/L 礦化度苦咸水灌溉刺激根系生長，具體表現(xiàn)為總根長、根表面積、根體積顯著增加，礦化度進(jìn)一步升高后，根系生長受到抑制。施加生物炭可以優(yōu)化鹽分脅迫對(duì)玉米生長造成的不利環(huán)境，改善作物根系狀況，5%生物炭施用量的效果較好。

（3）咸水灌溉對(duì)玉米單株籽粒重、地上部干重、總生物量及水分利用效率存在顯著影響。籽粒重、地上部干重、總生物量及水分利用效率與灌溉水礦化度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，在較高礦化度（5 g/L、6 g/L）苦咸水灌溉下，施加生物炭可以降低其對(duì)玉米根系負(fù)面效應(yīng)，提高玉米對(duì)水分的吸收利用，以上各項(xiàng)指標(biāo)施用2%生物炭的處理增幅最大。