生物炭对垦粳5号产量及品质的影响

牛同旭 郑桂萍* 姜玉伟 赵婷婷 张丽微仲维君李猛陈立强周健解保胜

（1黑龙江八一农垦大学农学院，黑龙江大庆163319；2黑龙江省农垦科学院水稻研究所，黑龙江佳木斯154007；第一作者∶1147603226＠qq．com；*通讯作者∶byndzgp＠163．com）

水稻是黑龙江省的主要粮食作物[1]。我国可用耕地面积有限且耕地质量不高，优质耕地面积只占全国耕地面积的三分之一[2-4]。盐害是农业生产上最主要的非生物逆境之一[5]，黑龙江省约有盐碱地96.7万hm2，且多为苏打盐碱土，主要分布在松嫩平原。松嫩平原西部是世界三大盐碱地之一，面积为257.3万hm2[6]。秸秆经无氧高温热解可以得到生物炭，具有高度的生物化学抗分解性，与秸秆直接还田相比能够大幅度提升土壤碳库的稳定性[7]，生物炭常被称为是各种自然资源存在的基础。利用具体的碳化技术，在缺氧条件下，生物质生产的富碳产品并不完全被烧成灰烬[8]。生物质在碳化后，孔隙度和比表面积增大，具有很强的吸附能力，可作为农业、工业等方面的原料。围绕生物炭对作物产量的影响国内外学者开展了大量研究。绝大多数研究表明，生物炭能改善土壤理化性质，提高肥料利用率，增加作物产量，促进农业的可持续发展[9-16]。然而，有研究发现，生物炭的增产效果仅在一定的施用量范围之内起作用，过高或过低均会导致作物产量降低[17-18]。但有关盐碱地施用生物炭对水稻产量及品质影响的研究较少。为此，本试验研究了生物炭对盐碱地水稻产量和品质的影响，以期为盐碱地水稻栽培提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2016年在黑龙江八一农垦大学盆栽场中进行。供试品种为垦粳5号，主茎12片叶。试验用盆规格∶上口直径 29.0 cm，下口直径 18.5 cm，高 28.0 cm。供试土壤为苏达盐碱土，各养分含量见表1。

表1 供试土壤养分含量状况

1.2 试验设计

试验为单因素完全随机设计，以常规施用化肥为对照（CK），以常规施化肥基础上配施不同用量生物炭为处理，分别施生物炭3 000 kg/hm2（处理1）、7 500 kg/hm2（处理2）、12 000 kg/hm2（处理3）、16 500 kg/hm2（处理4）。每盆施用量及施用时期见表2。

于4月9日浸种，4月16日催芽，4月18日播种，秧田管理按常规生产进行。盆栽，每个处理14盆。每个盆底中央均用2 mm的电钻均匀一致打孔一个，并用滤纸覆盖。每盆装过筛混匀土13 kg。泡田并模拟水耙地搅浆，连同生物炭和基肥一同施入，沉降2 d后于5月21日插秧。插秧方法∶4丛/盆，4苗/丛。生育期间人工除草，成熟期收获。

表2 生物炭及化肥施用时期及施用量

表3 不同处理对垦粳5号产量及产量构成的影响

表4 不同处理对垦粳5号碾磨品质的影响 （%）

表5 不同处理对垦粳5号外观品质的影响 （%）

1.3 测定项目及方法

1.3.1 产量

于成熟期，连续调查14盆每丛穗数，每处理按照平均穗数取样7丛，进行理论测产。并考查穗长、每丛穗数、每穗粒数、结实率和千粒重，计算出理论产量。

1.3.2 碾磨品质

称取部分样品，质量记为W0，用FC-2K型实验砻谷机（YAMAMOTO，离心式）加工成糙米，质量记为W1，并按公式计算糙米率（糙米率=W1/W0×100%）；用日本公司生产的VP-32型实验碾米机加工精米，用浙江台州生产的CPC96-3型稻米精白机加工精米。从W1中称取一定量的糙米W2（21 g，3次重复）精碾，除去糠粉并称质量记为W3，再拣出整精米粒，称质量记为W4，并按下列公式计算其精米率和整精米率∶精米率（%）=W3/W2×（W1/W0）×100；整精米率（%）=W4/[W0×（W2/W1）]×100。

1.3.3 外观品质

用日本静冈机械株式会社生产的ES-1000便携式品质分析仪测定精米的垩白粒率、垩白度。

1.3.4 营养品质

用瑞典FOSS福斯公司的FOSS1242近红外分析仪测定籽粒糙米中蛋白质含量及直链淀粉含量。

1.3.5 食味品质

用日本佐竹公司（SATAKE）生产的米饭食味计（STA1A）测定。

1.4 数据处理

用Excel 2003软件和DPS V9.01数据处理系统进行数据整理和统计分析。

2 结果与分析

2.1 对垦粳5号产量及产量构成的影响

从表3可见，有效穗数处理2极显著高于CK。每穗粒数、结实率、千粒重与CK差异均不显著，但结实率各处理均高于对照。理论产量处理2极显著高于CK。

2.2 对垦粳5号稻米品质的影响

2.2.1 对碾磨品质的影响

从表4可见，糙米率、精米率和整精米率各施生物炭处理均高于CK。糙米率以处理4最高，显著高于CK；精米率以处理3最高，极显著高于CK；整精米率以处理1和处理3较高，极显著高于CK。

2.2.2 对外观品质的影响

从表5可见，垩白度和垩白粒率除处理2外施生物炭处理均低于CK，处理1、处理4的垩白度显著低于CK，处理3垩白度极显著低于CK；处理1垩白粒率显著低于CK，处理3垩白粒率极显著低于CK，处理4与CK差异不显著。

2.2.3 对营养品质的影响

从图1可见，处理2的稻米蛋白质含量最低，极显著低于CK和其他处理；处理1低于CK，但差异不显著。从图2可见，直链淀粉含量表现为CK＜处理2＜处理3＜处理 4＜处理1，处理 1、处理 2、处理 3和处理 4分别比 CK 高 2.51%、0.18%、0.72%、1.97%，但差异均不显著。

图1 不同处理对垦粳5号蛋白质含量的影响

图2 不同处理对垦粳5号直链淀粉含量的影响

图3 不同处理对垦粳5号食味评分的影响

表6 不同处理产量及产量构成与食味评分的相关性

2.2.4 对食味评分的影响

从图3可见，不同处理垦粳5号的食味评分表现为处理2＞处理3＞CK＞处理1＞处理4，平均值分别为87.6 分、87.2 分、86.7 分、86.6 分和 86.5 分。处理 2 食味评分显著高于CK和处理1，极显著高于处理4，但与处理3差异不显著。

2.3 不同处理产量及产量构成与水稻食味评分的相关性

从表6可见，有效穗数、结实率与产量呈显著正相关，千粒重与结实率、产量呈极显著负相关。理论产量与食味评分值的相关性达到了显著水平，有效穗数与食味评分值的相关性达到了极显著水平。表明基施生物炭主要通过促进有效分蘖而增加有效穗数和提高结实率，从而提高产量和食味评分值。

3 结论与讨论

本试验结果表明，7 500 kg/hm2是生物炭的适宜施用量，水稻产量达 13.90 g/丛，较对照增产 24.89%，差异极显著；其次是3 000 kg/hm2和12 000 kg/hm2。有效穗数、结实率与产量达显著正相关。可见，基施生物炭主要通过促进有效分蘖而增加有效穗数和提高结实率来提高产量。生物炭处理均提高了稻米的碾磨品质，糙米率、精米率和整精米率的提高幅度分别为1.26%、1.70%和 7.09%，在生物炭用量为 7 500 kg/hm2时，食味评分显著高于对照。

国内外研究认为，施用生物炭对不同作物生长发育与产量有着积极作用，已被越来越多的研究证实。张伟明等[17]研究表明，施用生物炭增加了水稻每丛穗数、每穗粒数和结实率。陈琳等[19]研究发现，施用生物炭基复混肥可不同程度提高水稻每穗总粒数、单穗质量、水稻经济产量，并减少氮肥施用量，提高水稻氮素利用效率。本试验结果表明，与常规施肥相比，施用生物炭的处理产量显著提高。从产量构成来看，施用生物炭提高了水稻的有效穗数、穗粒数和结实率。

关于生物炭对作物品质影响的研究已有很多，但对于生物炭对稻米品质影响的研究甚少。陈敏等[20]研究认为，生物炭可以提高优质烟叶的品质；张伟明等[21]研究认为，玉米芯生物炭对提高大豆品质具有良好的作用。本研究认为，在一定施用量下生物炭可以提高稻米的食味评分值，过低或过高均会使稻米品质下降。但本研究时间只有1年，时间太短，因此，有必要针对生物炭对稻米品质的影响做进一步研究。