减氮配施炭基土壤调理剂对甘蔗苗生长生理的影响

张赛 陈杭 胡朝华 袁照年

摘 要 通过盆栽试验，探究氮肥减量配施炭基土壤调理剂对甘蔗苗生长生理的影响。结果表明，在25%减量施氮下，配施炭基土壤调理剂处理促进甘蔗苗地上部分持续生长，蔗苗株高日均增长率明显高于正常施氮处理和不施氮对照。减氮配施炭基土壤调理剂处理下，不同时期甘蔗苗叶绿素和氮平衡指数均维持在较高水平。与正常施氮相比，减氮配施炭基土壤调理剂处理中蔗苗叶片SOD酶活性和脯氨酸含量降低，而CAT酶活性和丙二醛含量提高。研究结果表明，减氮配施炭基土壤调理剂对甘蔗苗生长、叶片光合效率和抗氧化系統均产生一定的调控效应。

关键词 减量施氮;土壤调理剂;甘蔗苗;氮平衡指数;抗氧化

中图分类号：S566.1 文献标志码：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2021.13.017

我国农田土壤酸化的现象很普遍，酸化土壤中活性铝、锰的富集容易对农作物的生长发育造成毒害效应[1-2]。甘蔗是我国南方重要的糖料作物和能源作物，然而长年甘蔗连作和不合理施肥导致蔗田土壤酸化加剧、土壤肥力严重不足[3-5]。生物炭是一种主要由农林废弃生物质经高温裂解炭化而成的富碳材料，作为土壤改良剂可用于农田土壤改良和培肥地力。近年来，生物炭及其相关技术在农业土壤研究领域受到广泛关注[6-7]。本文通过盆栽试验研究氮肥减量配施生物炭基土壤调理剂对甘蔗苗生长生理的影响，旨在为促进生物炭基土壤调理剂在甘蔗等连作农田中的应用提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1）供试甘蔗品种为南方蔗区主栽品种“新台糖22号”。

2）供试土壤为甘蔗连作年限20年以上的蔗田土壤，土壤pH值6.5，有机碳含量7.4 g·kg-1，全氮含量0.7 g·kg-1，C/N为10.7，碱解氮含量62.5 mg·kg-1，有效磷含量35.4 mg·kg-1，速效钾含量34.0 mg·kg-1。

3）试验所用生物炭基土壤调理剂从市场上购买，pH值8.43，有机碳含量88.1 g·kg-1。

1.2 试验设计与测定方法

试验设置3个处理，分为不施氮对照（CK）、正常施氮（CNF）、氮肥减量配施炭基土壤调理剂（RNBC），每个试验处理设置4个重复。CNF是模拟田间氮肥正常施用量，RNBC处理中氮肥用量比正常施用量减少25%、并配施1%炭基土壤调理剂。各处理中磷钾肥施用量相同。所有试验处理都采用统一的塑料桶，每桶放置等量的供试土壤，按一定比例将土壤、肥料和炭基调理剂充分混匀后装入桶中。

试验于2019年5月开始。每桶移栽供试甘蔗幼苗3株，定期浇水，保持桶内土壤水分含量在最大持水量约60%。试验期间，各处理随机选取3桶，定期测量甘蔗苗株高，调查蔗苗叶绿素和氮平衡指数，同时采集蔗苗叶片测定抗氧化生理相关指标。随机从每个处理中选取3片蔗苗+1叶，使用便携式氮平衡指数仪（Dualex4）测定蔗苗叶绿素和氮平衡指数。同时，选取部分蔗叶用锡箔纸包裹后放入液氮冷冻，采用试剂盒法测定叶片超氧化物歧化酶活、过氧化氢酶活、丙二醛及脯氨酸含量。

1.3 数据处理

试验数据采用Excel 2019和SPSS 25.0软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 炭基土壤调理剂对甘蔗苗生长的影响

从图1可知，正常施氮和减氮配施炭基土壤调节处理对不同时期蔗苗株高均有明显的影响，总体上呈现阶梯式持续增长的趋势，而不施氮对照呈缓慢增长趋势。蔗苗株高调查Ⅰ期（GT1），正常施氮CNF处理的株高最高，减氮配施炭基土壤调理剂RNBC处理次之，不施氮CK最低;与CK相比，CNF和RNBC处理分别增加13.9%和9.4%。株高调查Ⅱ期（GT2，Ⅰ期后11天），RNBC处理最高，CNF处理次之，CK对照最低;与CK相比，CNF和RNBC处理均显著增加（P<0.05），分别增加15.9%和20.3%;与CNF相比，RNBC处理增加5.2%。株高调查Ⅲ期（GT3，Ⅱ期后27天），CNF处理最高， RNBC处理次之，CK对照最低;与CK相比，CNF和RNBC处理分别增加34.4%、30.9%;与CNF相比，RNBC处理下降5.1%。株高调查Ⅳ期（GT4，Ⅲ期后11天），RNBC处理最高，CNF处理次之，CK对照最低;与CK相比，CNF和RNBC处理均显著增加（P<0.05），株高分别增加34.8%和35.7%;与CNF相比，RNBC处理增加1.4%。

2.2 炭基土壤调理剂对甘蔗苗叶绿素指数的影响

从图2可知，氮肥减量配施炭基土壤调理剂处理下不同时期甘蔗苗叶绿素指数均维持在较高的水平。蔗苗调查Ⅰ期（CT1），减氮配施炭基土壤调理剂RNBC处理的叶绿素指数最高，不施氮CK次之，正常施氮CNF最低;RNBC处理的叶绿素指数与CK和CNF处理相比均显著增加（P<0.05），比CK增加26.9%，比CNF增加37.5%。蔗苗调查Ⅱ期（CT2，Ⅰ期后19天），CNF处理的叶绿素指数增加至最高，RNBC处理次之，CK呈下降趋势;与CK相比，CNF和RNBC处理的叶绿素指数均显著增加，分别增加36.6%和28.4%。蔗苗调查Ⅲ期（CT3，Ⅱ期后16天），RNBC处理的叶绿素指数增加至最高，CK和RNBC处理均有所下降;RNBC比CK增加33.5%，比CNF增加25.2%。蔗苗调查Ⅳ期（CT4，Ⅲ期后21天），RNBC处理的叶绿素指数维持最高，CNF处理有所增加，CK持续下降;与CK相比，CNF和RNBC处理均显著增加（P<0.05），分别增加35.3%和41.7%;与CNF相比，RNBC增加9.9%。

2.3 炭基土壤调理剂对甘蔗苗氮素平衡指数的影响

从图3可知，减氮配施炭基土壤调理剂和正常施氮处理对不同时期甘蔗苗叶片氮平衡指数有明显的影响，总体上呈现峰波式动态趋势，而不施氮对照呈持续下降的趋势。蔗苗调查Ⅰ期（NT1），减氮配施炭基土壤调理剂RNBC处理的氮平衡指数最高，不施氮CK次之，正常施氮CNF最低。与CK和CNF处理相比，RNBC处理显著增加（P<0.05），RNBC比CNF增加51.4%。蔗苗调查Ⅱ期（NT2，Ⅰ期后19天），CNF处理的氮平衡指数增加至最高，RNBC处理次之，CK呈下降趋势;与CK相比，CNF和RNBC处理的氮平衡指数分别增加40.7%和27.9%。蔗苗调查Ⅲ期（NT3，Ⅱ期后16天），RNBC处理的氮平衡指数增加至最高，CK和CNF处理均有所下降;与CK相比，CNF和RNBC处理均显著增加（P<0.05），分别增加了35.5%和61.1%;与CNF相比，RNBC处理增加了39.8%。蔗苗调查Ⅳ期（NT4，Ⅲ期后21天），RNBC处理的氮平衡指数最高，CNF处理次之，CK对照最低;与CK相比，CNF和RNBC处理均显著增加（P<0.05），分别增加55.2%、57.6%;与CNF相比，RNBC增加5.4%。

2.4 炭基土壤调理剂对甘蔗苗叶片抗氧化系统的影响

从图4可知，减氮配施炭基土壤调理剂处理对甘蔗苗叶片超氧化物歧化酶和过氧化氢酶的活性均有明显的影响。正常施氮和减氮配施炭基土壤调理剂处理中SOD酶活均呈下调趋势，但各处理间未形成显著差异（P>0.05）。与CK相比，CNF和RNBC处理分别下降2.3%和10.7%;与CNF相比，RNBC处理下降8.7%。蔗苗叶片的过氧化氢酶活在CNF和RNBC处理中均呈上调趋势，与CK相比，CNF处理的过氧化氢酶活提高33%，RNBC处理提高40.3%;RNBC处理的CAT酶活比CNF提高1.7%。

从图5可知，RNBC处理的蔗苗叶片丙二醛含量最高，CK对照次之，CNF处理最低。与CK相比，CNF处理中丙二醛含量下降21.7%，RNBC处理增加9.2%;与CNF相比，RNBC处理增加28.8%。蔗苗叶片脯氨酸含量在CNF处理中最高，RNBC处理次之，CK对照最低。与CK相比，CNF和RNBC两个处理分别增加22.0%和3.2%。

3 结论

在本试验条件下，正常施氮和减氮配施炭基土壤调理剂处理中甘蔗苗株高均呈持续增长趋势，不施氮对照中蔗苗长势缓慢。据测算，各处理中不同时期甘蔗苗株高的日均相对增长率存在较明显的差异，减氮配施炭基土壤调理剂处理中株高日均增长率最高为1.60%，正常施氮处理为1.36%，不施氮对照为0.12%，这说明氮肥减量并配施炭基土壤调理剂有效促进蔗苗生长。在减氮配施炭基土壤调理剂处理下，不同时期蔗苗叶绿素和氮平衡指数均维持在较高水平，正常施氮处理下不同时期叶绿素和氮平衡指数也均高于不施氮对照，说明正常施氮和减氮配施炭基调理剂处理对蔗苗叶片光合效率和氮素营养具有一定的调节作用。蔗苗叶片抗氧化生理指标分析结果显示，与正常施氮相比，减氮配施炭基土壤调理剂处理中蔗苗叶片SOD酶活和脯氨酸含量降低，而CAT酶活性和丙二醛含量提高。以上结果说明，减氮配施炭基土壤调理剂对蔗苗生长、叶片光合效率和抗氧化系统均产生一定的影響，相关的调理作用机制有待于下一步深入研究。

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（责任编辑：敬廷桃）