摘要：為探究活化的高硅型鐵尾砂與鎂改性生物炭配施材料對(duì)水稻幼苗生長(zhǎng)及鹽堿土壤理化性質(zhì)的影響以及改善鹽堿地水稻生產(chǎn)力的可行性，本研究應(yīng)用電子掃描顯微鏡對(duì)生物炭材料進(jìn)行形貌結(jié)構(gòu)觀(guān)察，應(yīng)用傅里葉變換紅外光譜儀對(duì)生物炭材料進(jìn)行官能團(tuán)表征；開(kāi)展盆栽實(shí)驗(yàn)，探究活化鐵尾砂與生物炭材料配施對(duì)水稻幼苗的形態(tài)學(xué)和生理學(xué)的影響及對(duì)鹽堿土的改善效果。結(jié)果表明，相比于其他生物炭材料，活化鐵尾砂一鎂改性生物炭材料孔隙較大，表面更加粗糙，對(duì)于養(yǎng)分的吸附能力強(qiáng)，表面的官能團(tuán)豐富。盆栽實(shí)驗(yàn)中活化鐵尾砂一鎂改性生物炭配施組中水稻幼苗株高、根長(zhǎng)、根冠比和干質(zhì)量分別較對(duì)照組提高12.61％、191.49％、42.93％和100.00％；葉片的丙二醛和活性氧含量分別降低65.76％和46.46％；過(guò)氧化氫酶、超氧化物歧化酶、葉綠素和可溶性蛋白值分別升高117.35％、44.75％、55.00％和19.31％。施用活化鐵尾砂一鎂改性生物炭材料后，鹽堿土的電導(dǎo)率降低，pH、總碳、總氮，土壤有效硅、總磷和總鉀含量升高。研究證明活化鐵尾砂一鎂改性生物炭材料性能優(yōu)越，并且活化鐵尾砂與鎂改性生物炭配施改善了鹽堿土壤理化性質(zhì)和養(yǎng)分含量，使水稻幼苗活性氧含量降低及抗氧化酶活性提升，減緩鹽堿土對(duì)水稻幼苗生長(zhǎng)的脅迫，促進(jìn)鹽堿土壤中水稻幼苗生理過(guò)程，增加干物質(zhì)積累，可以促進(jìn)鹽堿地水稻幼苗生長(zhǎng)。

關(guān)鍵詞：活化鐵尾砂-鎂改性生物炭材料；水稻；酶活性；蘇打鹽堿土

中圖分類(lèi)號(hào)：S511；S156.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1672-2043（2024）01-0068-11 d01：10.11654/jaes.2023-0675

土壤鹽堿化是我國(guó)面臨的重要生態(tài)環(huán)境問(wèn)題之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)鹽堿土壤面積不斷擴(kuò)大，已占全國(guó)可利用土地總面積的4.88％。鹽堿土高鹽基離子含量及pH壓力會(huì)造成土壤肥力下降，抑制作物組織和器官的生長(zhǎng)與分化，造成作物生長(zhǎng)發(fā)育遲緩，致使單株平均根數(shù)減少、幼苗主根變短以及根總面積減小，影響幼苗株高以及干物質(zhì)積累。水稻是世界三大糧食作物之一，而鹽堿地水稻生產(chǎn)受限。改善鹽堿地水稻生產(chǎn)環(huán)境，研發(fā)適用于鹽堿地水稻生長(zhǎng)的肥料有助于解決鹽堿地水稻低產(chǎn)問(wèn)題。

水稻是典型的需硅作物，硅元素對(duì)水稻的光合作用、抗倒伏能力、體內(nèi)礦物質(zhì)含量以及抗病能力等都有很好的促進(jìn)作用。袁源遠(yuǎn)等研究發(fā)現(xiàn)硅元素能夠使水稻幼苗的莖稈變粗，葉寬增加，有利于水稻幼苗壯苗。尾砂是鋼鐵企業(yè)產(chǎn)生的固體廢棄物，大量鐵尾砂的堆放導(dǎo)致了嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，它的資源化利用也一直是一個(gè)難點(diǎn)問(wèn)題。鐵尾砂中含有大量硅，富含硅酸鹽和鐵鹽等化合物，將其改性并活化其中的硅元素，然后應(yīng)用于農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中有望促進(jìn)水稻生產(chǎn)，對(duì)降低礦業(yè)鐵尾砂堆放占地面積，實(shí)現(xiàn)其資源化應(yīng)用具有重要意義。另一方面，生物炭特性?xún)?yōu)良，具有豐富的孔隙結(jié)構(gòu)，可以改善鹽堿土壤結(jié)構(gòu)，提升土壤通透性，是一種高效的土壤改良劑。黃晶等研究發(fā)現(xiàn)添加生物炭能有效抑制水稻幼苗膜脂過(guò)氧化作用，提高抗氧化能力，減輕鹽脅迫對(duì)水稻幼苗的傷害，在生理層面提高水稻幼苗的耐鹽性。相較于傳統(tǒng)生物炭材料，改性生物炭的微孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)一步提升，具有更大的比表面積和更強(qiáng)的陽(yáng)離子交換能力，吸附能力顯著提高，其中通過(guò)堿金屬鎂改性后的生物炭對(duì)氮磷具有突出的吸附能力而備受青睞。吳行等研究證實(shí)將鎂改性生物炭施入土壤后可以改善土壤理化性質(zhì)和土壤養(yǎng)分含量，使土壤有效磷含量顯著增加?？傮w上，鐵尾砂和生物炭可以從不同方面促進(jìn)水稻生長(zhǎng)，將二者改性、配施有望改善鹽堿土中水稻的生長(zhǎng)狀況，但是二者的配施效果及配施材料對(duì)水稻生長(zhǎng)及土壤性質(zhì)的影響目前尚不清楚。

本研究以水稻幼苗為研究對(duì)象，將活化鐵尾砂與改性生物炭材料配施于鹽堿土壤中，分析不同材料對(duì)水稻幼苗形態(tài)學(xué)、生理學(xué)以及鹽堿土壤性質(zhì)的影響，以期闡明活化鐵尾砂-改性生物炭配施對(duì)水稻酶活及土壤性質(zhì)的影響，實(shí)現(xiàn)鐵尾砂的資源化利用，為促進(jìn)鹽堿土壤中水稻生長(zhǎng)提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1實(shí)驗(yàn)材料

1.1.1實(shí)驗(yàn)基本材料

實(shí)驗(yàn)所需的氮、磷、鉀肥分別來(lái)自于尿素、磷酸二銨及硫酸鉀；鐵尾砂取自遼寧省某鋼廠(chǎng)；硅肥由湖北美力農(nóng)業(yè)科技有限公司生產(chǎn)；供試水稻品種為“稻花香2號(hào)”；盆栽土壤取自吉林省白城市鎮(zhèn)賚縣（45°37′46.05°N，122°50′43.09″E），土壤類(lèi)型為蘇打鹽堿土，質(zhì)地為砂壤土，其土壤理化性質(zhì)為：pH 8.74、電導(dǎo)率1.68 S·m-1、總碳1.23％、全氮0.10％、全磷153.50 mg·kg-1、全鉀174.46 mg·kg-1，有效硅87.88 mg·kg-1。

1.1.2實(shí)驗(yàn)材料制備

氮磷鉀肥施用量參考市面售賣(mài)復(fù)合肥（遼寧宇恒肥業(yè)科技有限公司）：所用氮肥、磷肥和鉀肥分別為尿素、磷酸二氫鉀、碳酸鉀，肥料總施用量為220 kg，hm-2（以N計(jì)），48 kg·hm-2（以P計(jì)），91 kg·hm-2（以K計(jì)）。為對(duì)比不同處理組對(duì)水稻幼苗生長(zhǎng)影響，保證最終不同處理組施用的氮磷鉀元素含量一致。

（1）活化鐵尾砂材料：將鐵尾砂與氫氧化鈉按10：3（m：m）混合，于800℃煅燒爐（上海昕?jī)xSX2-12-12A）中煅燒30 min后過(guò)100目篩，得到活化鐵尾砂，其性質(zhì)為：鈣含量2.60％，鐵含量6.13％，有效硅含量29.01％，錳含量1.70％，鋅含量70.22 mg·kg-1，參考市面上硅肥（湖北美力農(nóng)業(yè)科技有限公司）施用量，結(jié)合復(fù)合肥用量，按份取1.90 g活化鐵尾砂、1.40 g尿素、0.77 g磷酸二銨，0.77 g硫酸鉀混合得活化鐵尾砂材料（Fe-F）。

（2）鎂改性生物炭材料：以廢棄菌棒為原料于550℃厭氧條件下燒制4h制得生物炭（BC），取100 g生物炭浸漬于2 500 mL氯化鎂溶液（1 mol·L-1）24 h獲得鎂改性生物炭（MBC），然后將100 g鎂改性生物炭與2.0 g尿素、1.1 g磷酸二銨和1.10 g硫酸鉀溶液混合，用0.05 mol·L-1硫酸溶液調(diào)節(jié)pH到8.0±0.5，浸漬24 h，在搖床上以200 r·min-1的轉(zhuǎn)速振蕩24 h后，于105℃烘箱中烘干6-8 h制成鎂改性生物炭材料（BCF）。

（3）活化鐵尾砂-鎂改性生物炭材料：將活化鐵尾砂與鎂改性生物炭材料按質(zhì)量比19：700混合制得鐵尾砂基鎂改性生物炭材料（Fe-BCF）。

（4）硅-鎂改性生物炭材料：稱(chēng)取硅肥0.1 g與7.0 g鎂改性生物炭材料混合獲得硅一鎂改性生物炭材料（Si-BCF）。 1.2實(shí)驗(yàn)育苗

首先將水稻種子用10％ H2O2溶液浸種消毒3h后，用去離子水沖洗3次，黑暗處用水浸泡3d催芽，然后置于26℃培養(yǎng)箱內(nèi)發(fā)芽，保持28℃光照14 h，25℃黑暗10 h，光子通量密度150 umol·m-2·s-1，待秧苗至三葉-心移栽，移栽時(shí)保持盆栽中2 cm的水層。

1.3實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

設(shè)置盆栽實(shí)驗(yàn)（直徑10 cm，深15 cm），鹽堿土壤自然風(fēng)干破碎后過(guò)2 mm篩，每盆裝土700 g。共設(shè)置5個(gè)處理組，對(duì)照組（CK）、Fe-F組、BCF組、Fe-BCF組以及Si-BCF組，將各處理組施用材料與土壤混勻后裝盆，穩(wěn)定一周后移栽水稻苗，在整個(gè)實(shí)驗(yàn)期間始終保持盆栽水層2-3 cm，每個(gè)處理設(shè)置5個(gè)重復(fù)，分別于水稻移栽15 d和30 d后取樣，處理組材料施用量依據(jù)同實(shí)驗(yàn)材料制備，具體各處理組施用材料方案見(jiàn)表1。

1.4測(cè)定方法

1.4.1生物炭材料的表征

利用掃描電鏡對(duì)生物炭材料進(jìn)行表面形貌特征分析。用鑷子將少量的干燥后的生物炭材料置于雙面膠上，使樣品觀(guān)察面朝上，均勻粘貼在掃描電鏡銅板上，將其放入掃描電鏡中，在10 000倍下觀(guān)察各生物炭材料的表面微觀(guān)結(jié)構(gòu)。

采用傅里葉變換紅外光譜儀測(cè)定生物炭材料紅外光譜特征。將實(shí)驗(yàn)各生物炭材料研磨成粉末狀，采用壓片法制備成樣品，掃描范圍為500-4 000 cm-1，掃描次數(shù)為32，分辨率為4 cm-1。

1.4.2水稻幼苗形態(tài)學(xué)指標(biāo)測(cè)定

用直尺直接測(cè)量水稻幼苗株高和根長(zhǎng)并記錄數(shù)據(jù)，隨后將水稻幼苗的地上部分和地下部分做好標(biāo)記，在烘箱中105℃殺青30 min，75℃烘干6-8 h至質(zhì)量恒定，用電子天平測(cè)定地上部分和地下部分的干質(zhì)量，計(jì)算根冠比和水稻幼苗干質(zhì)量。

1.4.3水稻幼苗生理學(xué)指標(biāo)測(cè)定

采集新鮮水稻葉片，清水清洗后使用濾紙擦干表面水分，進(jìn)行研磨，制備水稻葉片組織勻漿。分別用分光光度法測(cè)定葉片葉綠素含量（leaf chlorophyllcontent，LCC）；用考馬斯亮藍(lán)C-250法測(cè)可溶性蛋白含量（soluble protein content，SPC）；用羥胺法測(cè)定超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）；用硫代巴比妥酸法測(cè)定丙二醛（malondialdehyde，MDA）；用鉬酸銨法測(cè)定過(guò)氧化氫酶（catalase，CAT）；參照試劑盒（寶如億生物技術(shù)有限公司，www.brybio.com），采用雙抗體夾心法測(cè)定活性氧（reactive oxygen species，ROS）；SPC單位用每克鮮質(zhì)量中含有的可溶性蛋白表示，SOD活性的單位用每克組織濕質(zhì)量在1 mL反應(yīng)液中SOD抑制率達(dá)50％時(shí)所對(duì)應(yīng)的SOD量為一個(gè)SOD活力單位，MDA的單位用每克組織蛋白中含有的MDA表示，CAT活性的單位用每毫克組織蛋白每秒鐘分解1 umol的H2O2為一個(gè)活力單位表示。

1.4.4水稻土壤指標(biāo)測(cè)定

取0-10 cm層土壤風(fēng)干、粉碎、研磨，過(guò)2 mm篩備用。用酸度計(jì)（上海雷磁PHS-3C）和電導(dǎo)率儀（上海雷磁DDS-307A）測(cè)定土壤的pH值和電導(dǎo)率值（electrical conductivity，EC），用土壤元素分析儀測(cè)定土壤的總碳（TC）和總氮（TN）含量，用電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測(cè)定土壤的總磷（TP）和總鉀（TK）含量，采用硅鉬藍(lán)比色法測(cè)定土壤有效硅含量。

1.5數(shù)據(jù)分析

用Excel、Origin 2021和GraphPad Prism 9.0進(jìn)行數(shù)據(jù)整理、計(jì)算和作圖。利用SPSS 25.0軟件，運(yùn)用Pearson法進(jìn)行相關(guān)性分析，采用單因素方差分析和最小顯著差異法進(jìn)行顯著性分析。

2結(jié)果與分析

2.1形貌表征

2.1.1掃描電鏡特征

如圖1所示，BC、MBC和Fe-BCF的電鏡圖顯示三種材料都有明顯的疏松多孔隙結(jié)構(gòu)，BC的孔隙較小，表面較為光滑；MBC的孔隙較大，表面粗糙、破碎且有卷曲狀的結(jié)構(gòu)，孔隙內(nèi)部能夠觀(guān)察到白色顆粒狀的鎂離子吸附物；Fe-BCF的孔隙大且多，呈現(xiàn)粗糙的層級(jí)狀結(jié)構(gòu)，內(nèi)有密集的吸附物質(zhì)。

2.1.2紅外光譜表征

如圖2所示，實(shí)驗(yàn)材料均在1 390 cm-1附近出現(xiàn)峰值，此峰屬于C=C的伸縮振動(dòng)，證明樣品中存在芳香骨架，在3 420 cm-1和876 cm-1附近時(shí)，存在較強(qiáng)的特征峰，其中3 420 cm-1處所對(duì)應(yīng)的峰為O-H鍵的伸縮振動(dòng)，在876 cm-1處所對(duì)應(yīng)的C-H鍵的伸縮振動(dòng)。MBC、BCF和Fe-BCF在594 cm-1處出現(xiàn)的峰歸屬于Mg-0鍵和O-Mg-0鍵的伸縮振動(dòng)，在1 610cm-1出現(xiàn)的峰歸屬于C=O的伸縮振動(dòng)；BC、BCF和Fe-BCF在1 070 cm-1附近出現(xiàn)的峰歸屬于C-N鍵和NH4伸縮振動(dòng)，在1 610 cm-1附近出現(xiàn)的峰歸屬于C-0鍵的伸縮振動(dòng)；BC、MBC、BCF和Fe-BCF在2 930 cm-1附近出現(xiàn)的峰歸屬于C-H鍵的伸縮振動(dòng)，在669 cm-1和710 cm-1附近出現(xiàn)的峰歸屬于C-C鍵的伸縮振動(dòng)。

2.2水稻幼苗期形態(tài)學(xué)特性

如圖3所示，15 d時(shí)Fe-BCF處理組單株幼苗株高、根長(zhǎng)、根冠比和干質(zhì)量分別為22.83 cm、4.40 cm、0.67 g·g-1和1.19 g，相較于CK提高了20.16％、103.70％、48.81％和147.92％ （Plt;0.05）; 30 d時(shí)Fe-BCF處理組單株幼苗株高、根長(zhǎng)、根冠比和每株干質(zhì)量分別為47.67 cm、12.33 cm、1.10 g·g-1和1.32 g，相較于CK分別提高了12.61％、191.49％、42.93％和100.00％（Plt;0.05）。Si-BCF處理組根冠比比CK提高了42.93％（Plt;0.05），比BCF處理組降低了35.26％（Plt;0.05）（圖3c）。

2.3水稻幼苗期生理學(xué)特性

2.3.1葉片酶活性

如圖4所示，15 d時(shí)Fe-BCF處理組水稻葉片中MDA和ROS含量相較于CK分別降低65.76％和46.46％（Plt;0.05）（圖4a、圖4b）；CAT和SOD活性比CK分別提高117.35％和44.75％（Plt;0.05）（圖4c、圖4d）；Si-BCF處理組的CAT活性比Fe-BCF處理組高26.68％（Plt;0.05）。30 d時(shí)Fe-BCF處理組水稻幼苗葉片MDA和ROS含量分別為1.47 nmoL·mg-1和297.56 pg·mL-1，較CK分別顯著降低21.39％和16.39％（Plt;0.05）（圖4a、圖4b），CAT和SOD活性則高于CK，分別為221.92 U·g-1和1 655.13 U·g-1。各處理的水稻葉片ROS值隨著時(shí)間推移而降低（圖4b），而CAT和SOD活性值均隨時(shí)間推移而升高（圖4c，圖4d）。CK和Fe-F處理組MDA含量隨時(shí)間推移而降低，Si-BCF、BCF和Fe-BCF處理組水稻葉片MDA含量呈現(xiàn)相反趨勢(shì)（圖4a）。

2.3.2葉片葉綠素和可溶性蛋白含量

如圖5所示，15 d時(shí)Fe-BCF處理組LCC和SPC分別為2.48 mg·g-1和245.33 mg·g-1，較CK分別提高了55.00％和19.26％（Plt;0.05）；BCF和Si-BCF處理組LCC比Fe-BCF處理組分別提高了36.74％和24.58％（Plt;0.05）（圖5a）。30 d時(shí)Fe-BCF處理組LCC和SPC分別為2.24 mg·g-1和173.09 mg·g-1，較CK分別顯著提高了45.45％和9.06％（Plt;0.05），而B(niǎo)CF處理組LCC顯著高于Fe-BCF處理組（Plt;0.05）（圖5a）。對(duì)15 d和30 d的LCC和SPC進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)e-F和BCF處理組LCC隨時(shí)間推移逐漸升高，而CK、Fe-BCF和Si-BCF處理組的LCC呈下降趨勢(shì)。此外，各處理中30 d的SPC含量均低于15 d天時(shí)的結(jié)果。

2.4對(duì)鹽堿土壤的影響

從表2可以看出，15 d時(shí)，F(xiàn)e-BCF處理組pH為7.35，顯著高于CK（Plt;0.05）；Fe-BCF處理組EC為0.74 S·m-1，較CK降低了58.43％；Fe-BCF處理組TC和TN較CK分別高出了1.06個(gè)和0.02個(gè)百分點(diǎn)；Fe-BCF和Si-BCF處理組土壤有效硅較CK顯著高出了69.63％和62.63％ （Plt;0.05）；Fe-BCF處理組TP和TK含量較CK顯著提高194.07％和98.54％（Plt;0.05）。30 d時(shí)，F(xiàn)e-BCF處理組pH為7.55，顯著高于CK（Plt;0.05）；Fe-BCF處理組EC較CK顯著降低（Plt;0.05）；Fe-BCF處理組TC和TN含量較CK顯著高出了1.14個(gè)和0.03個(gè)百分點(diǎn)（Plt;0.05）；Fe-BCF和Si-BCF處理組土壤有效硅較CK分別顯著提高82.53％和69.28％（Plt;0.05）；Fe-BCF處理組TP和TK含量較CK分別顯著提高163.12％和95.23％（Plt;0.05）。相同處理?xiàng)l件下，F(xiàn)e-BCF處理組pH和EC隨時(shí)間推移無(wú)明顯變化（Pgt;0.05），TC和TN分別高出了0.15個(gè)和0.02個(gè)百分點(diǎn)；Fe-BCF和Si- BCF處理組土壤有效硅分別降低了4.18％和7.32％。

2.5相關(guān)性分析

圖6為土壤理化性質(zhì)與水稻幼苗形態(tài)、生理指標(biāo)的相關(guān)性分析的結(jié)果，可以看出EC與ROS呈極顯著正相關(guān)（Plt;0.01），而與TC呈極顯著負(fù)相關(guān)（Plt;0.01），與TK和干質(zhì)量呈顯著負(fù)相關(guān)（Plt;0.05）；水稻幼苗單株干質(zhì)量與株高、TN和TC呈極顯著正相關(guān)（Plt;0.01），與根長(zhǎng)、SOD和pH呈顯著正相關(guān)（Plt;0.05）而與EC呈顯著負(fù)相關(guān)（Plt;0.05）；ROS與EC呈顯著正相關(guān)（Plt;0.05），而與TC、TN、TP、TK、土壤有效硅呈負(fù)相關(guān)；SOD與MDA、TC、TP、LCC和pH呈極顯著正相關(guān)（Plt;0.01），與單株干質(zhì)量和根冠比呈顯著正相關(guān)（Plt;0.05）；水稻幼苗葉片LCC與SOD、MDA、pH和SPC呈極顯著正相關(guān)（Plt;0.01），與CAT和根冠比顯著正相關(guān)（Plt;0.05），有效硅與EC和ROS呈負(fù)相關(guān)，與根長(zhǎng)呈極顯著正相關(guān)（Plt;0.01），與株高和TP呈顯著正相關(guān)（Plt;0.05）。

3討論

3.1活化鐵尾砂和鎂改性生物炭配施對(duì)水稻幼苗期形態(tài)學(xué)的影響

水稻耐鹽性指標(biāo)一般包括地上部分和地下部分的干鮮質(zhì)量和葉片的葉綠素含量等與生長(zhǎng)相關(guān)以及與生理代謝相關(guān)指標(biāo)。本研究結(jié)果表明活化鐵尾砂和鎂改性生物炭配施提高了水稻幼苗干物質(zhì)的合成和積累，使水稻幼苗的株高、根長(zhǎng)、根冠比和單株干質(zhì)量相比對(duì)照增加。尤其Fe-BCF處理組對(duì)水稻促生效果優(yōu)于其他處理組，使水稻幼苗生長(zhǎng)茁壯。其原因?yàn)樯锾拷?jīng)過(guò)改性后孔隙增大，結(jié)構(gòu)粗糙，表面官能團(tuán)發(fā)生變化，尤其含氧官能團(tuán)降低，生物炭的吸附能力和離子交換能力增強(qiáng)，使活化鐵尾砂-鎂改性生物炭復(fù)合材料含有更加豐富的碳、氮和硅等植物所需的營(yíng)養(yǎng)元素，提高了土壤TC、土壤有效硅和TN含量，而TC、TN和有效硅是提升水稻幼苗干物質(zhì)積累及根長(zhǎng)的關(guān)鍵因素，所以使水稻幼苗的根長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)突出，碳氮代謝旺盛，有利于水稻幼苗生長(zhǎng)。硅是水稻必需元素，對(duì)于水稻的生長(zhǎng)發(fā)育極其重要，能增加水稻植株的機(jī)械強(qiáng)度和韌性，從而提高水稻的抗逆性。本研究中活化后的鐵尾砂中硅元素進(jìn)入土壤，增加了土壤的有效硅含量?；罨F尾砂與鎂改性生物炭材料配施條件下，硅炭復(fù)合增加了土壤中有效硅含量和水稻植株對(duì)硅的吸收和利用，使水稻幼苗保持良好的根系生長(zhǎng)環(huán)境，提高了水稻根系活力，增加了水稻幼苗對(duì)鹽堿土壤中養(yǎng)分的吸收利用，進(jìn)一步促進(jìn)了水稻幼苗于質(zhì)量積累，從而使水稻幼苗的植株更加茁壯，有利于水稻在鹽堿地的生長(zhǎng)發(fā)育。綜上，活化鐵尾砂一鎂改性生物炭配施對(duì)于鹽堿土壤水稻幼苗的形態(tài)學(xué)構(gòu)建有較好的促進(jìn)作用。

3.2活化鐵尾砂和鎂改性生物炭配施對(duì)水稻幼苗期生理學(xué)的影響

植物內(nèi)部的代謝物質(zhì)對(duì)于脅迫條件下植物的生長(zhǎng)有重要指示作用，其中ROS、MDA、CAT和SOD含量的變化可以直接反映植物的抗性生理指標(biāo)。ROS的不斷積累，會(huì)損傷細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能，誘發(fā)膜脂過(guò)氧化。MDA是膜脂過(guò)氧化重要的產(chǎn)物之一，其MDA含量的變化表明了膜脂過(guò)氧化程度，間接反映作物膜系統(tǒng)受損程度。鹽堿土可使作物的葉片面積、葉綠素含量和氣孔導(dǎo)度的數(shù)量減小，擾亂作物中的電勢(shì)平衡和營(yíng)養(yǎng)平衡，導(dǎo)致作物的光合作用受阻，滲透缺水，細(xì)胞離子失衡，產(chǎn)生大量活性氧（ROS），加劇了膜脂過(guò)氧化，造成作物代謝紊亂。本研究中FeBCF組提高了水稻幼苗對(duì)鹽脅迫的抵抗力，與CK相比，水稻幼苗葉片的MDA和ROS的含量顯著降低，減緩了ROS對(duì)水稻幼苗細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能的損傷，降低了膜脂過(guò)氧化。CAT與SOD是植物抗氧化酶系統(tǒng)中的關(guān)鍵酶，可以通過(guò)催化植物體組織與器官內(nèi)超氧陽(yáng)離子所含自由基發(fā)生相應(yīng)的歧化反應(yīng)，消除自由基對(duì)植物細(xì)胞的氧化傷害。施加Fe-BCF后，水稻葉片中CAT和SOD酶活性顯著增加，水稻幼苗的生理代謝加強(qiáng)，使水稻幼苗的抗氧化能力增強(qiáng)，減緩了鹽堿土壤對(duì)水稻幼苗的生長(zhǎng)脅迫。水稻施硅也可以促進(jìn)脂膜脫氧化作用，延緩功能葉片衰老。本實(shí)驗(yàn)Fe-BCF處理組中葉綠素和可溶性蛋白的含量與CK相比顯著提高，其原因是Fe-BCF活化后的鐵尾砂中硅元素和鎂改性生物炭表面有機(jī)小分子參與了酶代謝和蛋白合成，影響了水稻幼苗的生理過(guò)程，促進(jìn)了水稻幼苗的生長(zhǎng)發(fā)育。另外，鎂改性生物炭孔隙粗大，官能團(tuán)豐富，可以吸附鹽離子，直接減緩鹽堿脅迫，而其富含的營(yíng)養(yǎng)元素可以被水稻幼苗利用，調(diào)節(jié)水稻幼苗的生理代謝活動(dòng)，使水稻幼苗抗氧化能力增加，抵抗鹽堿土壤中高鹽堿的生理危害，提高水稻幼苗的葉綠素和蛋白的合成等生理過(guò)程，有利于水稻幼苗生長(zhǎng)。

3.3活化鐵尾砂和鎂改性生物炭配施對(duì)鹽堿土的影響

鹽堿土受鹽分的影響通常缺乏氮、磷和鉀，高的鹽分也會(huì)對(duì)微量營(yíng)養(yǎng)元素的可用性產(chǎn)生不利影響。生物炭作為農(nóng)業(yè)實(shí)踐中很有前途的土壤改良劑，能夠減少土壤養(yǎng)分的損失，同時(shí)含有大量營(yíng)養(yǎng)元素，改善土壤環(huán)境。本研究表明，施人活化鐵尾砂和鎂改性生物炭配施材料導(dǎo)致鹽堿土壤的TC、TN、TP、TK和有效硅含量顯著提高。其主要原因?yàn)榕涫┎牧现泻胸S富的營(yíng)養(yǎng)元素和礦質(zhì)成分，施入后使鹽堿土壤養(yǎng)分含量增加，同時(shí)改性后生物炭的孔隙結(jié)構(gòu)和表面官能團(tuán)更豐富，吸附能力增強(qiáng)，鹽堿土壤中的營(yíng)養(yǎng)元素被吸附緩慢釋放，有效降低土壤中養(yǎng)分元素的淋溶損失。王寧等研究表明生物炭能夠改變微生物生存環(huán)境、土壤磷酸酶活性等來(lái)影響土壤磷鉀轉(zhuǎn)化。配施材料改善了鹽堿土壤中養(yǎng)分環(huán)境，使參與總磷和總鉀反應(yīng)的酶活性發(fā)生變化，改變了土壤總磷和總鉀的轉(zhuǎn)化，從而影響土壤總磷和總鉀的含量。與CK相比，F(xiàn)e-BCF處理組鹽堿土壤pH提高，EC降低，TC與pH顯著正相關(guān)，與EC顯著負(fù)相關(guān)，說(shuō)明配施材料本身的堿性屬性提高了鹽堿土壤pH，而其吸附性可以吸附鹽堿土壤中的Na+，降低了土壤電導(dǎo)率。綜上，鹽堿土壤中添加活化鐵尾砂和鎂改性生物炭配施材料使鹽堿土壤的性質(zhì)和養(yǎng)分含量發(fā)生變化，能改善土壤環(huán)境。

3.4土壤理化性質(zhì)與形態(tài)生理指標(biāo)相關(guān)性

活化鐵尾砂和鎂改性生物炭配施材料可以直接提供營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，同時(shí)自身獨(dú)特的性質(zhì)能夠誘導(dǎo)土壤性質(zhì)的改善，硅炭復(fù)合有利于水稻前期營(yíng)養(yǎng)元素的吸收利用和生理代謝。通過(guò)相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，EC與ROS和CAT呈正相關(guān)，與其他的形態(tài)指標(biāo)、生理指標(biāo)和土壤指標(biāo)呈負(fù)相關(guān)。SOD與水稻幼苗葉綠素含量、干質(zhì)量和根冠比顯著正相關(guān)，ROS與水稻幼苗葉綠素含量、可溶性蛋白含量、株高、根長(zhǎng)、干質(zhì)量和根冠比呈負(fù)相關(guān)。TC和TN與水稻幼苗生物量呈顯著正相關(guān)，與水稻葉片的MDA和ROS呈顯著負(fù)相關(guān)，與SOD呈顯著正相關(guān)，表明配施材料施入鹽堿土壤后吸附鹽堿土壤中的Na+等陽(yáng)離子和釋放了碳氮等營(yíng)養(yǎng)元素，改善了土壤環(huán)境，對(duì)水稻幼苗脅迫減弱，同時(shí)水稻幼苗吸收土壤中營(yíng)養(yǎng)元素和礦質(zhì)成分，自身的抗氧化酶活性增強(qiáng)，提高水稻幼苗抗氧化能力，進(jìn)一步促進(jìn)水稻幼苗抵抗鹽堿土壤生理危害，使水稻幼苗抗逆性增加，促進(jìn)葉綠素和蛋白質(zhì)等合成，增強(qiáng)水稻幼苗光合作用等生理過(guò)程，使水稻幼苗干物質(zhì)積累，形成良好的正向作用，有利于水稻幼苗生長(zhǎng)。

3.5展望

盡管本研究探究了活化鐵尾砂和鎂改性生物炭配施對(duì)水稻幼苗酶活及土壤理化性質(zhì)的影響，初步證明了活化鐵尾砂與鎂改性生物炭配施可以促進(jìn)鹽堿地水稻生產(chǎn)，但其對(duì)水稻分蘗期，抽穗期和成熟期的水稻生理生化指標(biāo)及土壤的影響還需要通過(guò)長(zhǎng)期、系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證；由于年際間效應(yīng)和環(huán)境變化等綜合因素影響，活化鐵尾砂和鎂改性生物炭配施對(duì)水稻品質(zhì)及土壤根際生態(tài)的作用機(jī)制還應(yīng)通過(guò)田間試驗(yàn)進(jìn)行系統(tǒng)的研究和分析。

4結(jié)論

（1）活化鐵尾砂-鎂改性生物炭材料性能優(yōu)越，相較于其他生物炭材料孔隙大，表面更加粗糙，對(duì)于養(yǎng)分的吸附能力強(qiáng)，表面的官能團(tuán)豐富。

（2）水稻盆栽中添加1％的活化鐵尾砂-鎂改性生物炭材料后改變了鹽堿土壤性質(zhì)和養(yǎng)分含量，影響水稻幼苗養(yǎng)分吸收利用，進(jìn)而調(diào)節(jié)水稻幼苗的酶活性，增加了水稻自身的抗逆性和耐鹽性，促進(jìn)水稻幼苗株高和根長(zhǎng)生長(zhǎng)及干物質(zhì)積累，使鹽堿土中水稻幼苗生長(zhǎng)更加茁壯。

（3）水稻盆栽中添加1％活化鐵尾砂-鎂改性生物炭材料到鹽堿土中改善了鹽堿土壤環(huán)境，使鹽堿土對(duì)水稻幼苗的生長(zhǎng)脅迫減弱，有利于鹽堿土中水稻幼苗生長(zhǎng)。