白雪 李小英 李俊龍

關(guān)鍵詞：生物炭;菌肥;基質(zhì)性質(zhì);元寶楓;生理生長特性

生物炭（biochar）通常指農(nóng)林廢棄物等生物質(zhì)在缺氧條件下不完全燃燒產(chǎn)生的富碳產(chǎn)物，炭化后具有多微孔結(jié)構(gòu)和較大的比表面積，施入土壤后能夠降低土壤容重，改善土壤結(jié)構(gòu)性，增加土壤中的有效養(yǎng)分，提升肥料利用率[1-2]。相關(guān)研究表明，單施生物炭能夠促進(jìn)作物生長或增產(chǎn)，而生物質(zhì)炭與有機(jī)肥料配施能夠更有效地提高土壤肥力，且不同配施方式生物質(zhì)炭對土壤改良作用不盡相同，對作物的生長發(fā)育影響也不同[3-4]。菌肥是一類含有活性物質(zhì)且可以獲得特定肥料效應(yīng)的生物制品，菌肥中含有大量有效活菌，可以優(yōu)化土壤微生物種群結(jié)構(gòu)，提高土壤微生物量碳、氮含量，增強(qiáng)土壤酶活性，促進(jìn)植物對養(yǎng)分的吸收[5-8]。Rong等研究認(rèn)為，生物炭的多孔結(jié)構(gòu)有益于土壤微生物存活，將生物炭與肥料配施，可以起到緩釋土壤養(yǎng)分的作用，而菌肥的作用機(jī)制是依靠大量的有益微生物來改善土壤的微生物群落結(jié)構(gòu)，從而提高土壤養(yǎng)分利用效率[9]。表明生物炭和菌肥可以形成互補(bǔ)機(jī)制，作為菌肥的增效載體共同促進(jìn)植株的生長發(fā)育。目前，大多數(shù)研究者利用生物炭的堿性來改良酸化土壤或中性土壤，將生物炭運(yùn)用到育苗基質(zhì)改良中的研究還鮮有報道。

元寶楓（Acer truncatum Bunge）是槭樹科（Aceraceae）槭樹屬植物，其根系較深，具有耐旱、抗寒、抗風(fēng)害等特點(diǎn)，是兼有觀賞價值和經(jīng)濟(jì)價值的優(yōu)良樹種;其種仁含油率極高，且油中富含神經(jīng)酸;其葉及種皮中也含有大量有益的生物活性物質(zhì)，如黃酮、綠原酸、多糖、維生素、氨基酸、超氧化物岐化酶（SOD）等;其木材是制作家具的優(yōu)質(zhì)材料，種仁油渣可綜合利用，樹皮及果葉都可提取栲膠[10-11]。現(xiàn)階段，元寶楓籽油、楓葉生物活性物質(zhì)作為保健食品和醫(yī)藥方面的新型優(yōu)質(zhì)原料，經(jīng)常面臨原料緊缺的狀況，因此，須要加快培育優(yōu)質(zhì)元寶楓苗木，而元寶楓幼苗的培育須要重視苗木培育基質(zhì)，普通的苗木基質(zhì)已經(jīng)不能滿足培育優(yōu)質(zhì)壯苗的需要。本研究利用生物炭的性能結(jié)合菌肥試驗，研究不同用量菌肥與生物炭結(jié)合對基質(zhì)pH值、基質(zhì)養(yǎng)分含量、基質(zhì)酶活性及元寶楓幼苗生長的影響，以期獲取改良基質(zhì)，為培育優(yōu)質(zhì)元寶楓苗木提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗地點(diǎn)為云南磷化集團(tuán)有限公司，位于云南省昆明市晉寧區(qū)（地理位置為24°68′N，102°58′E），屬亞熱帶高原季風(fēng)氣候，年均降水量為904.4 mm，年均氣溫為15 ℃。

1.2 試驗材料

供試土壤取自云南省昆明市晉寧區(qū)云南磷化集團(tuán)有限公司大田，土壤類型為紅壤，土樣取回后自然晾干，粉碎，過2 mm篩后備用，并進(jìn)行背景值分析，供試土壤基本性狀見表1;試驗選用長勢一致的一年生元寶楓幼苗;試驗用花盆直徑為25 cm，高 30 cm，每個盆中均裝入相同配比基質(zhì)（珍珠巖、泥炭土、紅壤體積比為7.5 ∶ 0.5 ∶ 2.0）。基質(zhì)材料為春城牌膨脹珍珠巖，丹麥品氏泥炭土;生物炭為永安優(yōu)選炭業(yè)有限公司生產(chǎn)的椰殼炭（氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)<0.5%，碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)=63.37%，氫質(zhì)量分?jǐn)?shù)=35%），菌肥為山東綠隴生物科技有限公司生產(chǎn)的菌肥（有效活菌數(shù)含量≥200億CFU/g）。

1.3 試驗設(shè)計

每個花盆中均加入等量（1.3 kg）基質(zhì)，按照不同處理，將生物炭、菌肥與基質(zhì)混勻待用。其中生物炭（A）設(shè)置0、20 g/盆，菌肥（B）設(shè)置4個梯度，分別為0、10、20、30 g/盆，共3種處理（無添加CK、單施生物炭、生物炭與菌肥配施），即5種處理組合，分別為CK、AB0、AB1、AB2、AB3，生物炭與菌肥施用量見表2，每個處理組合重復(fù)10次。

1.4 測定內(nèi)容與方法

1.4.1 基質(zhì)性質(zhì)測定 于苗木移栽90 d后對上述基質(zhì)的性質(zhì)進(jìn)行測定[12]。有機(jī)質(zhì)含量采用重鉻酸鉀-硫酸外加熱法測定;土壤全氮含量采用凱氏定氮法測定;土壤全磷含量、全鉀含量采用硫酸-高氯酸消煮法測定;土壤速效磷含量采用鹽酸-氟化銨浸提法測定;土壤速效鉀含量采用乙酸銨浸提-火焰光度計法測定;pH值用pH計測定;蔗糖酶活性采用3，5-二硝基水楊酸法測定;過氧化氫酶活性采用高錳酸鉀滴定法測定;脲酶活性采用鉬藍(lán)比色法測定。不同指標(biāo)均重復(fù)測定3次。

1.4.2 生理指標(biāo)測定 于2019年7月8日進(jìn)行植物生理指標(biāo)測定，每個處理抽取3株，選取植株自上而下的第3、第4張葉片進(jìn)行凈光合速率（Pn）、胞間CO2濃度（Ci）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、蒸騰速率（T）、葉綠素含量、葉片水分利用效率（WUE）的測定，其中凈光合速率、胞間CO2濃度、氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率、葉片水分利用效率等用Li-6400XT便攜式光合作用測量系統(tǒng)進(jìn)行測定，葉綠素含量用無水乙醇法測定[13]。

1.4.3 生長指標(biāo)測定 元寶楓幼苗于2018年12月18日移栽，平均株高為30.46 cm，平均莖粗為 4.43 mm，從幼苗移栽日至2019年2月底期間幼苗均處于生長休眠期，2019年3月上旬才陸續(xù)發(fā)芽、發(fā)葉，2019年3月8日每個處理選取3株長勢均勻的幼苗測定株高、莖粗，試驗期間不進(jìn)行任何施肥處理，僅定期澆水。

生長指標(biāo)與生理指標(biāo)同期測定，株高測從基質(zhì)表面到頂芽底部的高度，用直尺（精度1 mm）測定;莖粗用游標(biāo)卡尺（精度0.1 mm）測定;單株葉面積用Li-300A便攜式葉面積測量儀測定;根系體積用排液法測定;于2019年7月8日從每個處理中選取3株長勢一致的幼苗，對株高、莖粗進(jìn)行復(fù)測，與2019年3月8日測定的幼苗株高、莖粗?jǐn)?shù)值比較以獲得株高增長量和莖粗增長量等數(shù)據(jù)。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

試驗數(shù)據(jù)用WPS 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和圖表繪制，采用SPSS 22（IBM SPSS Statistic）軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理育苗基質(zhì)理化性質(zhì)比較

從表3可以看出，物理性質(zhì)方面，不同處理基質(zhì)容重、總孔隙度與CK差異顯著。單施生物炭、生物炭與菌肥混施均可降低基質(zhì)容重、提高基質(zhì)總孔隙度，且AB3處理的效果最好，顯著降低了基質(zhì)容重，提高了基質(zhì)總孔隙度;與CK比較，單施生物炭容重降低29.6%，總孔隙度提高26.7%;生物炭與菌肥混施更好地降低了土壤容重，提高了土壤總孔隙度，與CK比較，其中AB3處理容重降低40.0%，總孔隙度提高34.5%?；瘜W(xué)性質(zhì)方面，不同處理與CK比較各項指標(biāo)均差異明顯。有機(jī)碳含量、全氮含量、堿解氮含量、全磷含量、速效磷含量、全鉀含量、速效鉀含量均隨著菌肥施用量增加而呈增加的趨勢，其他處理各項化學(xué)性質(zhì)指標(biāo)均高于對照（除AB0處理基質(zhì)速效磷含量外），其中菌肥高施用量處理（AB3）有機(jī)碳含量提高 38.5%，全氮含量提高89.1%，堿解氮含量提高 53.6%，全磷含量提高168%，速效磷含量提高 21.1%，AB0處理全鉀含量最高，比對照提高 18.9%，AB2處理速效鉀含量最高，相較于對照提高66.1%。

2.2 不同處理基質(zhì)酶活性比較

從表4可以看出，不同處理基質(zhì)的過氧化氫酶活性、脲酶活性、蔗糖酶活性變化情況。與CK比較，單施生物炭處理過氧化氫酶活性、脲酶活性分別降低15.79%、10.41%，而蔗糖酶活性提高1175%;生物炭與菌肥混施中高用量、中用量菌肥處理（AB2、AB3）的基質(zhì)酶活性均顯著提高，過氧化氫酶活性分別提高42.11%、17.54%，脲酶活性分別提高136.20%、105.43%，蔗糖酶活性分別提高10470%、167.40%，低菌肥施用量與生物炭配施處理（AB1）僅僅提高了基質(zhì)的脲酶活性;與單施生物炭相比較，生物炭與菌肥配施處理均提高了基質(zhì)中酶活性。

2.3 不同處理對元寶楓幼苗生理特性的影響

從表5可以看出，與CK比較，單施生物炭處理幼苗的葉綠素含量、Pn、Ci、Tr、WUE、Gs均降低;生物炭與菌肥配施處理幼苗的葉綠素含量、Pn、Gs、Ci、Tr均有所提高，但WUE降低，其中AB1處理葉綠素含量最高，提高 7.2%，AB2處理對Pn、Tr影響顯著，分別提高37.3%、38.0%，AB3處理對Gs、Ci影響顯著，分別提高187.5%、11.0%。與CK的各項生理指標(biāo)比較，生物炭與菌肥配施處理對各項生理指標(biāo)的影響明顯。

2.4 不同處理對元寶楓幼苗生長特性的影響

從表6可以看出，不同處理對元寶楓幼苗的株高增長量、莖粗增長量、單株葉鮮質(zhì)量、單株葉面積、根系體積的影響。與CK相比，單施生物炭抑制了幼苗地上部分生長，株高增長量、莖粗增長量、單株葉鮮質(zhì)量、單株葉面積均降低，分別降低5317%、27.50%、36.53%、48.74%，但根系體積提高;生物炭與菌肥混施處理幼苗株高增長量、莖粗增長量、單株葉鮮質(zhì)量、單株葉面積、根系體積均提高，表明生物炭與菌肥混施能夠有效促進(jìn)元寶楓幼苗的生長，其中AB2處理可以顯著提高幼苗株高增長量、莖粗增長量、單株葉鮮質(zhì)量、單株葉面積，各項指標(biāo)比CK分別提高92.0%、97.5%、28.4%、475%，AB3處理根系體積顯著增加，比CK增加57.57%。

2.5 基質(zhì)理化性質(zhì)與幼苗生長指標(biāo)相關(guān)性分析

基質(zhì)理化性質(zhì)與元寶楓幼苗各項生長指標(biāo)之間的相關(guān)性分析結(jié)果見表7，總體上，基質(zhì)容重與元寶楓幼苗各項生長指標(biāo)（水分利用效率除外）呈負(fù)相關(guān)，基質(zhì)總孔隙度與元寶楓幼苗生長各項指標(biāo)（水分利用效率除外）呈正相關(guān);pH值、有機(jī)碳含量、全氮含量、速效磷含量、速效鉀含量、酶活性與元寶楓幼苗生長各項指標(biāo)（水分利用效率除外）呈正相關(guān)，其中基質(zhì)pH值與幼苗Gs、Ci、莖粗增長量、株高增長量、根系體積呈顯著正相關(guān)（P<0.05）;基質(zhì)全氮含量與Ci呈顯著正相關(guān)（P<0.05），與Gs、根系體積呈極顯著正相關(guān)（P<0.01），相關(guān)系數(shù)分別為0.902、0.993;基質(zhì)速效磷含量與幼苗Pn、Tr、單株葉面積、單株葉鮮質(zhì)量呈顯著正相關(guān)（P<005），與葉綠素含量、莖粗增長量、株高增長量呈極顯著正相關(guān)（P<0.01），相關(guān)系數(shù)分別為0.920、0.891、0.967;基質(zhì)全磷含量與WUE呈顯著正相關(guān)（P<0.05），與幼苗其他各項指標(biāo)均無顯著相關(guān)性;基質(zhì)速效鉀含量與Pn、Ci、根系體積呈顯著正相關(guān)（P<0.05）;基質(zhì)過氧化氫酶活性與單株葉面積、單株葉鮮質(zhì)量呈顯著正相關(guān)（P<0.05）;基質(zhì)脲酶活性與Pn、Ci、Tr呈顯著正相關(guān)（P<0.05），與單株葉面積、單株葉鮮質(zhì)量呈極顯著正相關(guān)（P<0.01），相關(guān)性系數(shù)分別為0.860、0.867;蔗糖酶活性與Gs、單株葉鮮質(zhì)量、根系體積呈顯著正相關(guān)（P<0.05），與Ci呈極顯著正相關(guān)（P<0.01）。

3 討論與結(jié)論

3.1 添加生物炭與菌肥對基質(zhì)理化性質(zhì)的影響

生物炭、菌肥加入基質(zhì)后各項性質(zhì)會因土壤類型、水熱條件不同而產(chǎn)生差異，育苗基質(zhì)的性質(zhì)直接影響幼苗的栽培效果， 目前還未見作物栽培基質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)化性狀參數(shù)[14]。相關(guān)研究表明，理想栽培基質(zhì)容重為0.1～0.8 g/cm3，總孔隙度為54%～96%，pH值以弱酸性或中性為宜[15]。本試驗中，總體上基質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)與幼苗的各項性質(zhì)呈正相關(guān)，除CK外其他4種處理的容重及總孔隙度均在此范圍內(nèi)，pH值均為弱酸性，單施生物炭或生物炭與菌肥配施處理均能顯著降低基質(zhì)容重、增加基質(zhì)孔隙度、降低基質(zhì)酸性，對基質(zhì)結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)起到了改良作用，與CK相比，AB0處理基質(zhì)容重下降4522%，AB3處理基質(zhì)總孔隙度提升34.48%;與CK比較，AB0處理基質(zhì)的全氮含量、堿解氮含量、全鉀含量、速效鉀含量、全磷含量均提升，但速效磷含量降低30.60%，生物炭與菌肥配施處理基質(zhì)的養(yǎng)分含量隨著菌肥施用量增加而增加，且AB3處理效果較好，說明生物炭、菌肥均能夠有效提升基質(zhì)肥力，且生物炭與菌肥配施能夠減少基質(zhì)中速效養(yǎng)分的流失。相關(guān)研究表明，植煙地施加生物炭與菌肥比單施菌肥能夠更好地降低土壤容重，增加土壤孔隙度，并能顯著提高土壤速效鉀及有機(jī)碳含量，在總體上提升土壤肥力[16-17]。本研究結(jié)果與之相似，說明基質(zhì)的理化性質(zhì)能夠直接影響幼苗的生長發(fā)育[18]。生物炭和菌肥配施使得生物炭的特性與菌肥形成了互補(bǔ)機(jī)制，更好地激發(fā)了二者之間對于基質(zhì)養(yǎng)分的效用，起到了改良基質(zhì)的作用。

3.2 添加生物炭與菌肥對基質(zhì)酶活性的影響

土壤酶是土壤的組成部分，能夠反映土壤生物活性的高低，表征土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化的快慢，可以作為土壤肥力的指標(biāo)，脲酶活性可以表征基質(zhì)中氮的轉(zhuǎn)化，蔗糖酶活性可表征基質(zhì)中有機(jī)質(zhì)含量、微生物數(shù)量及活動能力，過氧化氫酶活性可表征基質(zhì)對土壤毒害作用的抵御能力[19-20]。相關(guān)研究中施用生物炭對土壤酶活性的影響結(jié)果不一，有提高[21]，有降低[22]，這可能與土壤、生物炭自身性質(zhì)不同有關(guān);本試驗中，各處理間的過氧化氫酶活性、脲酶活性大小關(guān)系分別表現(xiàn)為AB2>AB3>CK>AB1>AB0、AB2>AB3>AB1>CK>AB0，蔗糖酶活性大小關(guān)系表現(xiàn)為AB3>AB2>AB0>CK>AB1，生物炭與菌肥配施處理基質(zhì)酶活性顯著提高，且酶活性與幼苗生理生長指標(biāo)均呈正相關(guān)，說明基質(zhì)中添加生物炭和菌肥可以有效改變基質(zhì)微生物環(huán)境，酶活性增強(qiáng)使得基質(zhì)中微生物活性增強(qiáng)，促進(jìn)基質(zhì)養(yǎng)分轉(zhuǎn)化，最終促進(jìn)了幼苗的生長發(fā)育。相關(guān)研究表明，施加菌肥能有效提高土壤酶活性，能夠促進(jìn)平邑甜茶幼苗的生長，且生物炭與菌肥配施較單施菌肥土壤酶活性增幅更大，能夠更好地提升平邑甜茶幼苗的生物量積累，促進(jìn)幼苗根系發(fā)育[23-24]。本研究中生物炭添加菌肥處理可以促進(jìn)元寶楓幼苗生長發(fā)育的研究結(jié)果與之相似。

3.3 添加生物炭與菌肥對幼苗生長、生理特性的影響

生物質(zhì)炭化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定不易分解，但不能作為養(yǎng)分的直接來源，但生物質(zhì)炭可以作為肥料的載體，吸附緩釋養(yǎng)分，提高肥料利用率，進(jìn)而改善幼苗生長、生理特性[25]。光合作用是植物生長代謝最基本的物質(zhì)和能量來源，凈光合速率的大小可以表征植株生長發(fā)育過程中生長代謝的水平，而葉綠素含量的高低很大程度上反映了植物的生長狀況和光合能力，氣孔導(dǎo)度、葉片水分利用效率是表征植物的耐受性[26]，測定元寶楓幼苗的生長生理指標(biāo)，可以綜合反映不同處理基質(zhì)對幼苗生長的影響。本試驗中，單施生物炭處理在幼苗生長特性指標(biāo)方面總體表現(xiàn)出抑制，黃曉麗等研究表明，生物炭能促進(jìn)美國紅楓幼苗生長[27]，這可能是由不同樹種自身生長發(fā)育特點(diǎn)、以及試驗區(qū)域的差異引起的。孫琪然等研究表明，生物炭與菌肥配施比單施生物炭、單施菌肥，能夠更好地提升平邑甜茶幼苗的生物量積累，促進(jìn)幼苗根系發(fā)育[28]。與CK比較，單施生物炭處理幼苗的各項生長生理指標(biāo)均降低，生物炭與菌肥配施處理（AB1、AB2、AB3）總體表現(xiàn)顯著促進(jìn)幼苗生長發(fā)育，其中株高增長量、莖粗增長量大小關(guān)系表現(xiàn)為AB2>AB3>AB1，單株葉面積、單株葉鮮質(zhì)量大小關(guān)系表現(xiàn)為處理AB2>AB1>AB3，根系體積大小關(guān)系為處理AB3>AB2>AB1，總體上高菌肥施用量對幼苗地上部分表現(xiàn)出生長抑制，對地下部分表現(xiàn)出生長促進(jìn)。生物炭與菌肥配施的葉綠素含量、Pn、Gs、Ci、Tr均有所提高，其中AB1處理葉綠素含量最高，比CK提高7.2%，AB2的Pn、Tr較高，分別比CK提高37.3%、38.0%，AB3的Gs、Ci最高，分別比CK提高187.5%、11.0%。表明基質(zhì)的養(yǎng)分轉(zhuǎn)化吸收過程復(fù)雜，不僅與基質(zhì)養(yǎng)分含量和不同養(yǎng)分之間的相互作用密切相關(guān)，還與幼苗的生理生長特性有關(guān)。

單施生物炭、生物炭和菌肥配施均可降低基質(zhì)容重，增加基質(zhì)總孔隙度，改善基質(zhì)酸堿性，提高基質(zhì)養(yǎng)分含量，總體上基質(zhì)養(yǎng)分含量隨菌肥施用量增加而增加，其中AB3處理對基質(zhì)有效養(yǎng)分提升效果最優(yōu)，堿解氮含量、速效磷含量、速效鉀含量，與CK比較分別提高53.57%、21.07%、64.59%?？傮w上，基質(zhì)容重與元寶楓幼苗各項指標(biāo)呈負(fù)相關(guān)，基質(zhì)總孔隙度與元寶楓幼苗各項指標(biāo)呈正相關(guān);pH值、有機(jī)碳含量、全氮含量、堿解氮含量、速效磷含量、速效鉀含量、酶活性與元寶楓幼苗大多數(shù)指標(biāo)呈正相關(guān)，表明基質(zhì)理化性質(zhì)直接影響了幼苗的生長發(fā)育，適宜的基質(zhì)能夠促進(jìn)幼苗的生長。綜合考慮經(jīng)濟(jì)效益，AB2處理基質(zhì)可用于改良基質(zhì)及培育元寶楓優(yōu)質(zhì)壯苗，并可作為優(yōu)良基質(zhì)在生產(chǎn)上推廣應(yīng)用。

從本試驗結(jié)果可知，生物炭與菌肥合理配施是提升基質(zhì)肥力、培育壯苗的關(guān)鍵。但本研究只是針對現(xiàn)有基質(zhì)結(jié)合生物炭及菌肥的性能對元寶楓幼苗基質(zhì)的改良，試驗設(shè)置還比較單一，如要獲得其他苗木的改良培育基質(zhì)可在本研究的基礎(chǔ)上改變生物炭及菌肥施用梯度設(shè)置，將可獲得更多可用的苗木基質(zhì)改良配方。

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