烟秆生物炭对贵州坝区杂交稻生长的影响_刘丹.pdf

111 贵州水稻栽培历史悠久，但受气候、品种、栽培技术等因素影响，目前全省水稻单产统计数据仅为收稿日期：2021-06-12项目基金：遵义师范学院博士基金（遵师BS201945 号）；遵义市科技局、遵义师范学院联合科技研发项目（遵市科合HZ字202011 号）；遵义市科技局、遵义师范学院联合科技研发项目（遵市科合 HZ 字202018 号）；国家重点研发计划（2018YFD0200308）；遵义师范学院“2021 年学术新苗培养及创新探索项目”培育项目（遵师 XM20211 号-8），赤水河流域动物资源保护与应用研究特色重点实验室 2021 年度开放课题（黔教合 KY 字2013111-09 号）作者简介：刘丹，男，湖北蕲春人，遵义师范学院生物与农业科技学院副教授，博士，主要从事水稻高产栽培技术研究。*通讯作者：隋常玲，女，山东乳山人，遵义师范学院生物与农业科技学院教授，博士，主要从事新型生态肥料研制与推广应用和作物高效栽培技术研究。烟秆生物炭对贵州坝区杂交稻生长的影响刘丹1,冯章丽1,娄慧婕1,隋常玲1*,邓力喜1,闫志强2,吴亚男1,胡海军3,冯博3，邹登相4,陈善兴4（1.遵义师范学院生物与农业科技学院，贵州 遵义 563006；2.贵州省农业科学院 水稻研究所，贵州 贵阳 550066；3.遵义师范学院资源与环境学院，贵州 遵义 563006；4.贵州卓豪农业科技股份有限公司，贵州 遵义 563000）摘要：为了探明烟秆生物炭对贵州坝区杂交稻生长的影响，采用大田试验，对杂交稻晶两优 534 在不同烟秆生物炭浓度下的分蘖、干物重、叶片叶绿素含量以及成熟期主要农艺性状进行分析。结果表明，施入烟秆生物炭对杂交稻晶两优 534 生长存在影响。分蘖期和抽穗期 C3 浓度的分蘖数高于对照 C0，且差异达到显著水平；齐穗期杂交稻叶片叶绿素含量变化表现为 C0 C3 C2 C1，但各处理间差异未达到显著水平；施入适量的烟秆生物炭能够增加杂交稻齐穗期的干物重，且 C1 浓度与对照C0 的叶片干重差异达到了极显著水平，茎鞘干重差异也达到了显著水平。成熟期考种数据表明，施入适量的烟秆生物炭能够增加成熟期晶两优 534 株高、一次枝梗数和千粒重，但有效穗数、穗长、二次枝梗数、穗粒数、实粒数以及结实率 6 个性状在各处理间差异未到达显著水平。研究结果将为烟秆生物炭在贵州坝区杂交稻生产中的利用提供指导。关键词：烟秆生物炭；贵州；杂交稻；生长中图分类号：S511；S156文献标识码：A文章编号：1009-3583（2023）-0111-04Effect of Biochar from Tobacco Stalk on Growth of HybridRice in Dam Area of Guizhou ProvinceLIU Dan1,FENG Zhang-li1,LOU Hui-jie1,SUI Chang-ling1*,DENG Li-xi1,YAN Zhi-qiang2,WU Ya-nan1,HU Hai-jun3,FENG Bo3,ZOU Deng-xiang4,CHEN Shan-xing4(1.School of Biology and Agricultural Science and Technology,Zunyi Normal University,Zunyi 563006,China;2.Rice Research In-stitute,Guizhou Academy of Agricultural Sciences,Guiyang 550066,China;3.School of Resources and Environment,Zunyi NormalUniversity,Zunyi 563006,China;4.Guizhou Zhuohao Agricultural Science and Technology Co.,Ltd,Zunyi 563000,China)In order to explore the effect of tobacco stalk biochar on the growth of hybrid rice in dam area of Guizhou Province,field ex-periments were conducted to analyze the tillering,dry matter weight,leaf chlorophyll content and main agronomic traits in mature stageof hybrid rice“Jing Liang-you”534 under different tobacco stalk biochar concentrations.The results showed that the application of bio-char from tobacco stalk had an effect on the growth of hybrid rice“Jing Liang-you”534.The difference in tiller number between C0and C3 at tillering stage and heading stage were significant.The variation of chlorophyll content in different treatment show that ten-dency as C0 C3 C2 C1 at full heading stage of hybrid rice,but the difference among treatments was not significant,and an ap-propriate amount of tobacco stalk biochar could significantly increase its dry matter accumulation.Furthermore,agronomic traits inves-tigation data show the application of appropriate amount of tobacco stalk biocharcould increase the plant height,primary branch numberand 1000-grain weight of“Jing Liang-you”534 atmaturity,but there were no significantdifferences in effective panicle number,paniclelength,secondary branch number,grain number per panicle,seed number,seed setting rate and yield per mu among the treatments.Theresults will provide guidance for the utilization of tobacco stalk biochar in Guizhou hybrid rice production.biochar of tobacco stalk;Guizhou;hybrid rice;growth第 25 卷第 1 期2023 年 2 月遵义师范学院学报Journal of Zunyi Normal UniversityVol.25,No.1Feb.2023 112 第 25 卷第 1 期遵义师范学院学报2023 年 2 月430kg/667m2左右，提升贵州水稻生产潜力迫在眉睫。尽管贵州水稻种植品种呈杂交稻和常规稻并存的状态，但杂交稻在丰产性和抗病性等方面较常规品种更具潜在优势1。2021 年 9 月，专家组在贵州兴义袁隆平院士商讨建立的水稻超高产试验示范基地对甬优 1540、晶两优 534、蓉 18 优 2348 等优质高产品种进行现场测产，最高亩产达 1123.87 公斤，创高产新纪录2。因此，杂交稻的研究及推广将成为贵州地区未来粮食增产的一个重要突破口。烟草是贵州传统优势农业产业。作为我国第二大烤烟产区，贵州近年来随着烟草种植面积的扩大，烤烟秸秆量也呈增加趋势。相关数据表明，2003 2012 年烤烟秸秆产生量在 26 万 35 万 t3。大量烟秆的产生对烟草行业的可持续发展提出了新的挑战。如何合理利用烟草秸秆，充分发挥烟草秸秆的价值，是当前亟待解决的生产实际问题。生物炭产业的兴起为解决该问题提出了新的思路。生物炭是由动植物残体或农林废弃物等生物质在高温低氧环境下形成的具有较大的孔隙度和比表面积的富碳产物4，作为优质的土壤改良剂已被广泛应用于土壤和农业生产领域5-8。利用烟草秸秆生产的烟秆生物质炭在提升酸性土壤pH，促进土壤有机质及全氮的积累等方面具有重要应用价值。贾孟9等对不同烟秆生物质炭施用量对高海拔烟区烤烟生长及病害发生的影响进行了分析，结果表明施用烟秆生物质炭可促进高海拔烟区烤烟烟株生长和土传病害的防控。汪瑞10等对烟秆炭对白及连作地的改良效果进行了研究，结果表明施加烟秆炭对白及连作土壤具有较好的改良效果，对白及生长有较好的促进作用。然而，至今为止，尚未见到烟秆生物炭在杂交稻上的应用研究。基于此，本研究以贵州毕节生产的烟秆生物炭为原料，对杂交稻晶两优 534 在贵州坝区生长情况进行调查，研究结果旨在为烟秆生物炭在贵州杂交稻生产中的应用提供理论参考。1 材料与方法1.1 试验材料试验选用的水稻品种是近年来大面积推广应用的杂交稻品种晶两优 534。选用的烟秆生物炭由贵州金叶丰农艺科技有限公司生产提供，其主要性状为：pH为 9.18，C含量 48.30%，N含量为 1.5%，全磷含量 2.38g/kg，全钾含量 24.37g/kg。1.2 试验设计设置 4 个烟秆生物炭施入浓度梯度分别为 C0（0t/hm2），C1（5t/hm2），C2（10t/hm2），C3（20t/hm2），在秧苗移栽前整田时，均匀撒于稻田。稻田施肥氮、磷、钾用量分别为：尿素225kg/hm2，磷酸二铵150kg/hm2，硫酸钾肥料 200kg/hm2；施入方式分为基肥（氮肥 40%，磷肥 100%，钾肥 50%）、返青肥（氮肥 20%）和穗肥（氮肥40%，钾肥50%），其他田间栽培管理同当地一般生产田。试验于 2020 年正季种植，在贵州卓豪农业科技股份有限公司沐恩寺基地开展。稻田土质为灰壤，土壤肥料中等。土壤理化性质为：pH值为 8.11，土壤有机质含量 28.12g/kg，碱解氮162.43mg/kg，速效磷 10.3mg/kg，速效钾 112mg/kg。采用秧盘育苗移栽的种植方式，2020 年 4 月 20日播种，6 月 10 日移栽，10 月 25 日收获。采用机插秧，插秧规格为 30 cm20cm，每穴 3 5 苗。试验选用四块连片的田块进行，田块面积分别为 133.4m2、400.2 m2、200.1m2、133.4m2。1.3 试验测定内容与方法大田移栽后，固定 10 穴，于分蘖期、抽穗期调查分蘖数。于齐穗期在各处理的小区内连续选择 4 穴，利用 SPAD-502 plus 叶绿素仪测定水稻倒一叶上部的SPAD值，3 次重复，取平均值作为SPAD测定值。于齐穗期在各处理小区内，连续选择 3 穴带回实验室。按照叶、茎鞘和穗三部分进行剥离分开，装入信封，置于烘箱，先 105杀青 30min，再 80烘干至恒重称重。于成熟期在田间连续选择 5 穴测量株高，计算平均值。在小区里取中间行连续 3 株，剪下所有穗，选取有代表性的 5 个穗，风干至恒重后，进行穗部性状调查。性状调查参照 水稻种质资源描述规范和数据标准11的方法。调查指标包括有效穗数、穗长、一次枝梗数、二次枝梗数、穗粒数、实粒数、结实率以及千粒重等 8 个穗部性状。1.4 数据处理采用 Excel 进行数据处理，并利用 SPSS20.0 进行方差分析。2 结果与分析2.1 烟秆生物炭对杂交稻分蘖数的影响由表 1 可知，施入烟秆生物炭能够增加杂交稻晶两优 534 在分蘖期和抽穗期的分蘖数，但不同浓度的烟秆生物炭对杂交稻晶两优 534 的分蘖影响存在差异。在两个调查时期不同浓度烟秆生物炭处理下，晶两优 534 分蘖数变化均表现为：C3C1C2 113 C0。C3 处理下分蘖数最多，分别为 5.90 和 16.30，C0 处理下分蘖数最少，分别为 4.20 和 11.90。进一步方差分析表明，分蘖期和抽穗期 C0 处理与 C3 处理的分蘖数差异均达到显著水平。表 1烟秆生物炭对杂交稻不同时期分蘖数(个/穴)的影响不同时期分蘖数生物炭浓度C0C1C2C3分蘖期4.20aA5.30abA4.40aA5.90bA抽穗期11.90aA15.20abA14.90abA16.30bA注：同行不同大小写字母分别表示在 0.01、0.05 水平差异显著，下同2.2 烟秆生物炭对杂交稻叶片叶绿素含量的影响对不同浓度烟秆生物炭处理后的杂交稻晶两优534 齐穗期叶片叶绿素含量进行测定。由图 1 可知，齐穗期杂交稻晶两优 534 叶片的叶绿素含量变化趋势表现为：C0 C3 C2 C1，其中 C0 测定的SPAD 值最高为 37.12，C1 测定的 SPAD 值最低为34.92。进一步方差分析表明，各生物炭浓度处理间差异未达到显著水平。图 1 烟秆生物炭对杂交稻齐穗期叶绿素含量的影响2.3 烟秆生物炭对杂交稻干物重的影响对不同浓度烟秆生物炭处理后的杂交稻晶两优534 齐穗期干物重进行测定。由表 2 可知，烟秆生物炭对晶两优 534 齐穗期干物重存在影响。施入生物炭能够增加杂交稻的干物重，其中叶干重和茎鞘干重的变化趋势均为：C1 C2 C3 C0，穗干重变化趋势为：C2 C1 C0 C3。方差分析表明，生物炭浓度 C1 与对照 C0 对叶片干重的影响差异表 2烟秆生物炭对杂交稻齐穗期干物重的影响（g）不同部位干物重生物炭浓度C0C1C2C3叶8.97aA18.13cB14.51bcAB 12.70abAB茎鞘26.33aA44.40bA37.13abA33.03abA穗11.93aA16.73aA16.87aA11.50aA达到了极显著差异，对茎鞘干重影响差异达到了显著差异。2.4烟秆生物炭对杂交稻成熟期重要农艺性状的影响由表3知，施入烟秆生物炭对杂交稻晶两优534成熟期主要农艺性状存在影响，其中对株高的影响表现为：C3 C2 C1 C0，且 C0 与 C3 处理下差异达到极显著水平；对一次枝梗数的影响表现为：C2 C3 C0 C1，且 C2 与 C3 处理下差异达到极显著水平；对千粒重的影响表现为：C2 C3 C1 C0，且施入生物炭处理（C1、C2、C3）与对照（C0）之间差异也达到了极显著水平。此外，在有效穗数、穗长、二次枝梗数、穗粒数、实粒数以及结实率6 个性状指标中，尽管不同生物炭浓度处理下存在差异，但各处理间差异未达到显著水平。根据产量构成因素计算水稻理论产量发现，生物炭处理能够增加水稻理论产量，但与对照间差异未达到显著水平。表 3 烟秆生物炭对杂交稻重要农艺性状的影响测定指标生物炭浓度C0C1C2C3株高（cm）95.91aA99.16bAB99.55bAB101.88bB有效穗数12.60aA14.73aA13.93aA12.73aA穗长（cm）24.46aA24.72aA24.92aA24.67aA一次枝梗数13.67abAB 13.20aA14.47bB14.00abAB二次枝梗数39.80aA47.73bA49.73bA48.00bA穗粒数222.00aA 224.53aA 247.93aA245.80aA实粒数159.33aA 150.67aA 158.60aA161.53aA结实率（%）71.77aA67.10aA63.97aA65.72aA千粒重（g）22.10aA23.46bB24.19bB23.58bB理论产量（kg/亩）478.19aA 586.99aA 591.96aA538.59aA3 结果与讨论生物炭对土壤改良作用和对农作物生长的影响已成为研究的热点。目前，尽管大多数研究表明生物炭对作物生长的影响有正向效应，但由于制炭材质来源、施炭量、土壤类型以及环境因子等的差异，使得生物炭对作物产量等的提升作用局限于一定的范围内，过高或过低的生物炭量，可能导致作物减产8,12,13。烟草秸秆在贵州农作物秸秆中占有极大比例，明确烟秆生物炭对杂交稻生长的作用效果和应用价值，对于贵州烟草产业发展及烟秆生物炭的综合利用具有重要指导意义。刘丹等烟秆生物炭对贵州坝区杂交稻生长的影响 114 第 25 卷第 1 期遵义师范学院学报2023 年 2 月相关研究结果表明，施入一定量的生物炭有利于寒地早粳稻分蘖的形成14。本研究结果表明，不同烟秆生物炭浓度对杂交稻晶两优 534 不同时期的分蘖数存在影响，在分蘖期和抽穗期，施入烟秆生物炭的处理（C1、C2、C3）分蘖数多于对照（C0），且 C0与C3 的分蘖数差异均达到显著水平，这与前人研究结果略有不同，分析原因可能与施入生物炭的原料来源、制炭工艺以及土壤环境差异有关。叶绿素含量与光合作用强弱紧密相关。前人研究发现施加生物炭对水稻反应叶绿素含量SPAD值有积极影响14,15。本研究结果表明，施入烟秆生物炭对齐穗期晶两优 534 叶片叶绿素含量存在影响，但各处理间差异未达到显著水平，有待于进一步验证。关于生物炭对水稻株高和主要农艺性状的影响，前人也有相关研究。杨德毅16等研究表明，施用生物炭能增加水稻株高和有效穗数，但不同用量不同原材料生物炭对水稻生长性状的影响略有不同。郭琴波17等研究发现，不同施用量生物炭对水稻理论产量、千粒质量、有效穗数和结实率影响显著，但是对穗粒数影响不显著。本研究结果表明，施入适量的烟秆生物炭能够增加成熟期晶两优 534 株高、一次枝梗数和千粒重，且差异达到显著水平，但有效穗数、穗长、二次枝梗数、穗粒数、实粒数以及结实率6 个性状在各浓度间差异未到达显著水平。此外，施入生物炭对水稻产量也有影响。李姝航18研究表明，不同材质生物炭对水稻产量的影响没有明显差异，施加生物炭能够提高水稻的穗粒数、着粒密度和结实率，从而使得其产量要高于对照。殷大伟19等研究表明，生物炭能够增加水稻产量，其中水稻秸秆生物炭增加实测产量 7.00%，玉米秸秆生物炭增加实测产量 5.00%，但差异也未达到显著水平。本研究结果也表明，施入烟秆生物炭能增加水稻的理论产量，但与对照之间差异也未达到显著水平，这与前人结果相符。生物炭是一项利国利民利生态的朝阳产业，尽管目前贵州已经开展了相关的研究工作，但有关烟秆生物炭在贵州坝区农业生产上的利用工作还相对滞后，特别是在贵州广泛分布的红色或黄色的酸性土壤，如何利用烟秆生物炭缓解土壤连作障碍和进行土壤改良也将是今后开展工作的重点。参考文献1顾晓振,米铁柱,刘佳音,等.中国杂交粳稻育种研究进展J.杂交水稻,2021,36(4):1-5.2亩产1123.87公斤！袁隆平倡导的贵州水稻基地刷新纪录N.科技日报,2021-09-22(3).3张雅蓉,李渝,蒋太明,等.贵州主要农作物秸秆资源分布及综合利用现状J.贵州农业科学,2015,43(8):262-267.4Braida W J,Pignatello J J,Lu Y F,et al.Sorption hystersis ofbenzene in charcoalparticlesJ.Environ SciTechnol,2003,37(2):409-417.5Thomas S C,Gale N.Biochar and forest restoration:a review-and meta-analysis of tree growth responsesJ.New Forests,2015(46):931-946.6卜晓莉,薛建辉.生物炭对土壤生境及植物生长影响的研究进展J.生态环境学报,2014(3):535-540.7尹小红,陈佳娜,雷涛,等.生物炭对土壤化学性质及水稻苗期生长的影响J.中国稻米,2021,27(5):90-92.8张伟明,孟军,王嘉宇,等.生物炭对水稻根系形态与生理特性及产量的影响J.作物学报,2013,39(8):1445-1451.9贾孟,王铎,李杰,等.不同烟秆生物质炭施用量对烤烟生长及病害发生的影响J.江西农业学报.2021,33(4):27-32.10汪瑞,李泽成,王豪吉,等.烟秆炭对白及连作地的改良效果研究J.云南师范大学学报(自然科学版),2020,40(1):68-73.11韩龙植,魏兴华.水稻种质资源描述规范和数据标准M.北京:中国农业出版社,2006.12Glaser B,Haumaier L,Guggenberger G,et al.The Terra Pretaphenomenon:a modelfor sustainable agriculture in the hu-mid tropicsJ.Naturwissenschaften,2001,88(1):37-41.13SteinerC,Teixeira W G,Lehmann J,etal.Long term effectsofmanure,charcoaland mineral fertilization on crop productionandfertilityonahighly weathered CentralAmazonianuplandsoilJ.Plant Soil,2007(291):275-290.14刘丹,王嘉宇,冯章丽,等.生物炭对寒地早粳稻生长的影响J.中国种业,2020(11):89-92.15IZHARALI.生物炭配施氮肥对水稻产量和品质的影响及其机制D.南宁:广西大学,2020.16杨德毅,吾建祥,潘明正,等.施用不同生物炭对水稻生长及产量的影响J.农业与技术,2019,39(2):88-90.17郭琴波,王小利,段建军,等.施用生物炭对黄壤稻田水稻品质及氮肥利用效率的影响J.作物研究.2021,35(4):287-292.18李姝航.不同材质生物炭对水稻产量和品质的影响D.沈阳:沈阳农业大学,2017.19殷大伟,宋章玉,孟令义,等.生物炭对白浆土养分含量及水稻产量的影响J.黑龙江八一农垦大学学报,2019,31(3):15-21.（责任编辑：罗东升）