生物炭提高油菜產(chǎn)量的策略：促進(jìn)油菜根系生長

摘要：為了研究紫色土壤中補(bǔ)充生物炭對(duì)油菜生長的影響，我們?cè)O(shè)計(jì)了1個(gè)對(duì)照盆栽實(shí)驗(yàn)，其中包含3個(gè)不同的生物炭水平，分別為CK（無生物炭）、T1（低生物炭）和T2（高生物炭）。每個(gè)處理設(shè)置3次重復(fù)。研究結(jié)果表明，油菜的株高和莖徑參數(shù)分別增加了6.15%-9.80%和16.37%～20.11%。此外，施用生物炭還顯著促進(jìn)了油菜根系的生長，油菜根系總長度增加了約59.20%～67.57%，根系表面積相應(yīng)增加了49.95%～62.83%。綜合以上結(jié)果，生物炭能促進(jìn)油菜根系生長發(fā)育，從而增加其產(chǎn)量潛力。

關(guān)鍵詞：生物炭；油菜；根系生長；產(chǎn)量

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，施肥是最重要的農(nóng)藝干預(yù)措施，具有提高作物產(chǎn)量的直接潛力。然而，農(nóng)業(yè)用地開發(fā)和利用強(qiáng)度的不斷提高導(dǎo)致化肥使用量大幅增加。雖然化肥使用量的增加使作物產(chǎn)量顯著提高，但同時(shí)也引發(fā)了一些備受關(guān)注的問題。這些問題包括對(duì)化肥的大量資金投入、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與投資的比率明顯下降、土壤板結(jié)和土壤酸化。這不僅造成了化肥的大量浪費(fèi)，還造成了嚴(yán)重的污染和生態(tài)危害。

生物炭是一種黑色固體物質(zhì)，是有機(jī)生物質(zhì)在缺氧條件下熱解的產(chǎn)物。Liu等（2019年）在我國四川省廣漢市進(jìn)行的一項(xiàng)研究中發(fā)現(xiàn)，生物炭能夠顯著降低水稻土的容重[1]。然而，生物炭對(duì)土壤飽和水傳導(dǎo)性的調(diào)節(jié)作用隨著施用年限的延長而減弱。

有研究表明，生物炭的使用導(dǎo)致了旱地紅壤的全氮含量增加。施用生物炭之前，土壤全氮含量在0.83～1.07 g/kg。施用生物炭一年后，高比例施用生物炭（30～40 t/hm2）使土壤全氮含量分別大幅增加了41.9%和 40.8%。此外，生物炭還是一種顯著的磷源，Chintala 等（2014年）的研究表明，生物炭富含磷，尤其是在玉米秸稈炭的情況下[2]。

總之，國內(nèi)外學(xué)者在利用生物炭改良土壤方面開展了大量研究。然而，我們必須認(rèn)識(shí)到，生物炭的應(yīng)用效果經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生不同的研究成果，這主要?dú)w因于土壤類型的固有差異。值得注意的是，關(guān)于生物炭在紫色土中的應(yīng)用效果的研究相對(duì)匱乏，這表明目前在這一特定領(lǐng)域存在知識(shí)空白。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)及試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)在我國西南大學(xué)農(nóng)學(xué)與生物技術(shù)學(xué)院的可控溫室設(shè)施內(nèi)進(jìn)行。研究時(shí)間為2021年9月—2022年5月。溫室內(nèi)不使用輔助人工照明，光照強(qiáng)度和光周期等環(huán)境條件與外部環(huán)境條件同步。進(jìn)行了盆栽對(duì)照實(shí)驗(yàn)，包括3個(gè)不同的處理，每個(gè)處理重復(fù)3次。第1種處理涉及不同的生物炭施用量，具體如下：CK（不施用生物炭，施用量為0 t/hm2）、T1（低施用量生物炭，施用量為35 t/hm2）和T2（高施用量生物炭，施用量為50 t/hm2）。每盆土壤、生物炭和肥料的總重量統(tǒng)一為5 000 g。按照當(dāng)?shù)氐姆N植習(xí)慣種植。

1.2 植株和產(chǎn)量分析

系統(tǒng)收集油菜植株在4個(gè)不同生長階段的相關(guān)數(shù)據(jù)，即幼苗期、現(xiàn)蕾期、開花期和成熟期。油菜植株在2022年5月底收獲。將植物從各自的花盆中取出后，將它們仔細(xì)地分成莖和莢。在75℃的烘箱中干燥48 h后，測定植物樣本的干物質(zhì)含量。

為了分析根系參數(shù)，在開花期采集了植物根系，

并進(jìn)行了細(xì)致的除土處理。使用根掃描儀（Epson Perfection

V700）在裝有少量水的透明塑料托盤中評(píng)估根的特征，包括根的總長度、根的表面積、根的體積和根的平均直徑。數(shù)據(jù)分析采用 WinRhizo Pro 3.10，2007。

1.3 統(tǒng)計(jì)分析

數(shù)據(jù)分析采用了因子方差分析（ANOVA）技術(shù)。隨后，只對(duì)方差分析結(jié)果中具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的結(jié)果進(jìn)行事后分析，采用最小顯著性差異（LSD）檢驗(yàn)，顯著性水平設(shè)定為0.05。這些統(tǒng)計(jì)程序是利用SPSS軟件17.0版

進(jìn)行的。使用 Microsoft Excel 生成了數(shù)據(jù)圖表。

2 結(jié)果

2.1 生物炭對(duì)油菜生長、產(chǎn)量和產(chǎn)量成分的影響

研究結(jié)果表明，施用生物炭也導(dǎo)致了葉片和莖干重的增加，如表1所示。在萌芽期，施用生物炭會(huì)顯著增加葉片干重，與CK相比，T1和T2的葉片干重分別增加了116%和75%。莖干重的增加主要集中在萌芽期和開花期。但值得注意的是，在成熟期，T1和T2的莖干重比CK分別減少了17.51%和10.4%（表2）。如表2所示，施用生物炭大大提高了油菜籽的產(chǎn)量成分。值得注意的是，與CK相比，T1和T2的豆莢數(shù)分別增加了31.70%和28.90%。此外，與CK相比，T1和T2的有效莢數(shù)分別大幅增加了33.73%和18.16%。此外，與CK相比，T1和T2的豆莢干重分別增加了16.38%和18.90%。

2.2 生物炭對(duì)油菜根系生長的影響

如圖1所示，施用生物炭對(duì)油菜根系生長有顯著影響。施用生物炭后，油菜根系在整個(gè)生長階段的總長度明顯增加，在萌芽階段的影響尤為明顯。在萌芽期，相對(duì)于對(duì)照組（CK），處理組T1和T2的根系總長度分別大幅增加了143.09%和190.44%。此外，在開花期，與對(duì)照組（CK）相比，處理組T1和T2的總根長分別增加了67.57%和59.20%。與根的總長度類似，施用生物炭也對(duì)油菜根的表面積產(chǎn)生了明顯的影響。在無性生長階段，生物炭的影響微乎其微，但在其他生長階段，生物炭的施用顯著增加了根表面積。同樣，在開花期，與CK相比，T1和T2的根表面積分別增加了62.83%和49.95%。值得注意的是，生物炭的引入導(dǎo)致油菜的平均根徑略有減少。在植物生長期，與CK相比，T1和T2的平均根徑分別增加了17.28%和11.11%。油菜根系體積的變化規(guī)律與根系表面積相似。雖然生物炭在幼苗期的影響極小，但在其他生長階段，生物炭的應(yīng)用卻能顯著增加根

系體積。

3 討論

3.1 施用生物炭對(duì)生長、產(chǎn)量和產(chǎn)量成分的影響

本研究結(jié)果表明，施用生物炭，尤其是施用量較低時(shí)，對(duì)油菜的株高、莖直徑和干物質(zhì)重量有很大的積極影響。這一結(jié)果與早先在水稻和燕麥方面的研究結(jié)果一致，都證明了生物炭對(duì)植物生長的有益影響[3]。造成這種影響的一個(gè)合理解釋是，生物炭能夠增強(qiáng)土壤的物理化學(xué)性質(zhì)，從而改善土壤的滲透性和肥力[4]。這些改善為油菜根系創(chuàng)造了有利環(huán)境，最終促進(jìn)了植物地上部分的生長和發(fā)育。有理由認(rèn)為，在施用生物炭后觀察到的作物產(chǎn)量增加可能與作物光合能力增強(qiáng)和根系發(fā)育更健壯有關(guān)。

3.2 施用生物炭對(duì)根系生長的影響

在根系研究領(lǐng)域，在高地水稻種植中施用生物炭可以提高土壤的滲透性，從而刺激根系生長。研究表明，在無性生長階段，將生物炭加入土壤后，作物根系的生長和發(fā)育更為出色。與不添加生物炭的處理相比，添加生物炭有助于加快根系生長。我們的研究同樣發(fā)現(xiàn)，在油菜籽生長的各個(gè)階段，施用生物炭都能顯著促進(jìn)根系生長，其中低比例生物炭在這方面更為有效。這一結(jié)果可能是由于過量施用生物炭造成的不利影響，生物炭會(huì)阻礙油菜根系與土壤建立充分接觸的能力。施用生物炭能促進(jìn)油菜干物質(zhì)重量和根系生長，最終轉(zhuǎn)化為產(chǎn)量的增加。與不施用生物炭相比，施用低比例生物炭可增加總莢數(shù)、有效莢數(shù)、千粒重和總產(chǎn)量。Agegnehu等（2016年）在大麥中也發(fā)現(xiàn)了類似的趨勢，施用生物炭與堆肥結(jié)合可促進(jìn)秸稈生長，提高作物產(chǎn)量[5]。此外，Qian等（2014年）闡明了結(jié)合有機(jī)物施用生物炭是提高水稻產(chǎn)量和開發(fā)土壤中炭基肥料載體的一種新方法[6]。

4 結(jié)論

研究結(jié)果表明，生物炭的摻入顯示出了促進(jìn)油菜籽植株生長發(fā)育的潛力，最終提高了油菜籽的產(chǎn)量。但需要注意的是，過度使用生物炭可能會(huì)降低油菜根生長的能力，從而降低油菜植株的光合能力，最終導(dǎo)致總產(chǎn)量下降。

參考文獻(xiàn)

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