不同质地潮土施用小麦和玉米秸秆生物质炭对玉米养分吸收和根际土壤胞外酶活性的影响

高 雅，饶 伟，介红彬，张文静，牛亚茹，袁依林，徐国莲，张雯雯，张登晓*，王代长

（1 河南农业大学资源与环境学院，河南郑州 450002；2 河南省地质环境规划设计院有限公司，河南郑州 450000）

玉米是我国重要的粮食作物，据统计，我国玉米种植面积在2020年达4128万hm2，产量达2.61亿t[1]。黄淮海地区为我国主要粮食生产区，2020年仅河南省玉米产量达到2342万t，占我国玉米总产量的9.0%[1]。因此，保障黄淮海地区农业可持续生产对我国的粮食安全具有重要意义。然而目前农业生产中化学肥料的过量施用，特别是氮磷肥料的不合理施用威胁农业的可持续发展[2]。一方面，化肥的过量施用造成肥料利用率降低[3]；另一方面，大量养分元素进入环境中带来一系列的生态环境问题，例如氮磷养分进入水体中造成水体富营养化[4]，地下水的硝酸盐污染[5]，土壤酸化[6-7]、产生大量温室气体等[8]。长期过量施用化肥会导致土壤肥力的降低。与传统有机肥施用相比，长期大量施用化肥能够降低土壤中与养分循环相关的酶活性，导致土壤自身对养分的调控和缓冲能力下降，降低土壤肥力[9]。同时有研究指出，单施化肥与有机肥或秸秆还田相比，不利于土壤大团聚体的形成[10-11]，导致土壤结构的退化以及保水保肥能力的降低。因此，促进土壤活性，增强土壤养分调控能力，提高土壤肥力和作物产量，成为农业可持续发展中亟需解决的关键问题。

目前研究认为，生物质炭施用于农田土壤中具有提高土壤肥力，包括促进土壤团聚体结构的形成，提高土壤保肥和保水性能，提高肥料利用率等作用[12]。Liu等[13]和Jeffery等[14]通过整合分析发现，与不施生物质炭相比，生物质炭平均提高作物产量达11%，但是在不同的土壤条件下生物质炭对作物生产力的效应表现出很大的差异。例如在肥力相对较低的盐碱土或者较干旱地区的土壤中施用生物质炭对产量具有更好的效应[15-16]，而在肥力相对较高的土壤中影响较小[17]。生物质炭对作物生产力的提高可能与其对土壤结构和水分养分的调控有关。生物质炭在农田土壤中施用能够提高大团聚体的比例，改善土壤结构[18]。土壤结构的改善一方面有利于作物根系的生长。另一方面也有利于改善土壤通气性和保水性能。特别是在旱地土壤中，生物质炭对土壤水分的保持对农作物生产具有重要意义[19]。另外，生物质炭施用于土壤中能够调节土壤氮磷等养分的转化。研究指出，生物质炭对土壤的改善为土壤微生物提供了良好的栖息条件，改善土壤微生物群落结构和增加其活性也会促进土壤养分的运转，特别是与碳氮磷循环相关胞外酶活性的增加[20-21]，对提高土壤养分供应和养分保持具有重要作用。然而生物质炭对作物产量以及对土壤肥力的调控，在不同土壤和生物质炭条件下均表现出较大差异，尤其是土壤质地、pH及生物质炭原料、生产温度等的差异。因此，针对不同土壤条件探究适合的生物质炭利用方式，对促进生物质炭在农业生产中的应用具有重要意义。

本研究选用黄淮海地区广泛存在的潮土类型为研究对象，采用盆栽试验，通过在两种不同质地的潮土上施用不同类型的生物质炭，研究生物质炭对苗期玉米生长及抗性的影响，及其与土壤条件和生物质炭条件之间的关系，并通过对根际土壤理化性状和胞外酶活性的分析，探索不同来源生物质炭对根际养分的调控机制。

1 材料与方法

1.1 试验材料

本研究选用土壤类型为潮土，分别采自河南省鹤壁市浚县小滩村 (N35°48′0″，E114°34′9″)和河南省商丘市夏邑县杨洼村 (N34°15′56″，E116°13′23″)。所采集土壤均为耕层土(0—20 cm)，土壤质地分别为粘质潮土(砂粒38.1%、粉粒30.6%、粘粒31.3%)和壤质潮土(砂粒 64.1%，粉粒 20.2%，粘粒15.7%)。土壤采集地点农业种植模式均为冬小麦-夏玉米轮作。土壤采回后，挑出肉眼可见的植物碎屑、小石块和蚯蚓等大中型土壤动物等，过2 mm筛，备用。土壤基本理化性质按照鲁如坤[22]方法测定，测定结果见表1。

表1 土壤基础理化性质Table 1 Basic soil physicochemical properties

试验用生物质炭分别为小麦秸秆炭(WBC)和玉米秸秆炭(MBC)，由河南省三利新能源有限公司提供。炭化温度为350℃～550℃，滞留时间为1 h。2种生物质炭分别经粉碎并过1 mm筛，备用。生物质炭全碳和全氮含量采用C、N元素分析仪测定[AOAC 990/03，艾力蒙塔贸易(上海)有限公司]，其他性质的测定按照鲁如坤[22]方法进行。其中，玉米秸秆炭pH为9.65、全碳507.4 g/kg、全氮2.10 g/kg、全磷8.37 g/kg、全钾9.33 g/kg；小麦秸秆炭pH为9.51、全碳476.6 g/kg、全氮4.34 g/kg、全磷2.47 g/kg、全钾10.00 g/kg。

1.2 试验设计

本试验通过盆栽方法，采用两因素(土壤类型和生物质炭类型)试验设计。生物质炭(WBC和MBC)分别以1%的施入量分别与两种土壤(壤质潮土和粘质潮土)混匀，其中壤质潮土中小麦秸秆炭和玉米秸秆炭处理分别用L-WBC、L-MBC表示；粘质潮土中小麦秸秆炭和玉米秸秆炭处理分别用C-WBC、CMBC表示，并分别设置不施炭作为对照(L-CK和CCK)，共6个处理，每个处理设置3个重复。盆栽试验每盆装土2 kg (干重计)，施肥量设置为N 150 mg/kg和P2O533 mg/kg，分别以尿素和过磷酸钙作为基肥一次性施入。将土壤与生物质炭、肥料充分混匀，每盆土壤容重均控制在1.1 g/cm3。沿盆壁缓慢注入去离子水，充分润湿土壤并达到田间持水量水平。静置一周后进行玉米播种。本研究所选玉米品种为郑单958。玉米种子经双氧水消毒后，每盆播种10粒种子。出苗一周后间苗，保留长势均匀一致的玉米植株，每盆保留3株。

本试验在河南农业大学第三生活区温室大棚内进行，于2019年5月18日播种，每天早晚根据每盆重量调节土壤含水量，使之保持在田间持水量的65%左右。每天随机调换盆栽摆放位置，保证每盆植株生长条件一致。日常记录玉米生长状况。出苗40天后，采集土壤和玉米植株样品用于理化性质及生理生化指标测定。

1.3 样品采集

根际土壤样品的采集采用抖根法。每盆土壤样品采集后，挑去其中的根系和植株残体并过1 mm筛，采用四分法分成两部分，一部分存放于4℃冰箱，进行土壤酶活性、铵态氮和硝态氮含量的测定。另一部分自然风干，用于其他土壤理化性质的测定。

苗期植株样品采集时，将地上部和地下部剪开，用蒸馏水冲洗根系和叶面的土壤颗粒等杂质。剪下每株玉米的最新完全展开叶，用锡纸包裹后置于液氮中冷冻，取出后置于－80℃保存，用于植株抗性酶活性的测定。其余地上部和根系样品分别置于烘箱，105℃杀青0.5 h后，75℃烘干至恒重，然后称重，分别得到地上部和地下部干重。烘干样品粉碎后，用于养分含量的测定。

1.4 分析项目和测定方法

生物量的测定：烘干法。

根系构型：采用根系扫描仪(Perfectioon v700 Photo，Epson)测定。

叶绿素含量：采用SPAD仪测定。

超氧化物歧化酶(SOD)活性和丙二醛(MDA)含量：叶片组织上清液的制备按照李合生[23]的方法，采用试剂盒法测定，根据试剂盒使用说明书(上海晶抗生物工程有限公司)进行操作。

植株养分含量：参照鲁如坤[22]的方法，采用H2SO4-H2O2消煮，其中，植株氮含量采用半微量开氏法测定，植株磷含量采用钼锑抗比色法测定，植株钾含量采用火焰光度法测定。

土壤理化性质的测定：参照鲁如坤[22]的方法，其中，土壤pH采用水土比为2.5∶1；土壤有机质含量采用重铬酸钾外加热容量法测定；土壤全氮采用半微量开氏法测定；土壤NH4+-N采用2 mol/L KCl溶液浸提—靛酚蓝比色法测定；土壤NO3--N采用2 mol/L KCl溶液浸提—双波长比色法测定；土壤速效磷采用0.5 mol/L NaHCO3溶液浸提—钼锑抗比色法测定；速效钾采用1 mol/L NH4Ac浸提—火焰光度法测定。

土壤酶活性测定：β-葡萄糖苷酶(β-glucosidase activity)、木糖苷酶 (β-1,4-xylosidase activity)、β-纤维二糖水解酶(β-cellobiohydrolase activity)、乙酰氨基葡萄糖苷酶 (β-1,4-N-acetylglucosaminidase activity)、亮氨酸氨基肽酶(leucine amino peptidase activity)和磷酸单酯酶(phosphomionoesterase activity)活性采用抗体夹心法测定，根据试剂盒使用说明书(上海晶抗生物工程有限公司)进行操作。

1.5 数据统计分析

归一化酶活性的计算采用多属性决策法，对本研究中测定的6种土壤酶活性按照以下公式分别进行归一化处理，然后将每个处理归一化的6种酶活性值相加求算术平均数，得到每个处理的归一化酶活性值。

式中，X代表不同酶活性值，i代表酶种类，Xi′代表归一化酶活性值。

使用Microsoft Excel 2019 软件进行数据的整理和图表制作。用SPSS 23.0进行数据的统计分析。方差分析(ANOVA)采用单因素方差分析，采用LSD法进行差异显著性检验，P<0.05为显著。本研究中所有的试验数据均以平均值±标准差的形式呈现。

2 结果与分析

2.1 生物质炭对苗期玉米生物量的影响

生物质炭对苗期玉米生物量的影响在不同质地潮土中的表现不同(表2)，且在不同类型生物质炭之间差异显著。在粘质潮土中，与对照相比，施用WBC和MBC均对苗期玉米地上部和地下部生物量没有显著影响。在壤质潮土中，WBC处理下地上部生物量比对照显著增加了43.7%，而MBC处理没有表现出显著影响，且WBC处理显著高于MBC处理。同时，在壤质潮土中，苗期玉米根系生物量WBC处理比MBC处理显著增加了45.1%。因此，在壤质潮土中生物质炭能够促进苗期玉米生物量的增加，且WBC效果优于MBC，而在粘质潮土中没有显著影响。

表2 不同处理玉米地上部和地下部生物量Table 2 Shoot and root biomass of maize under different treatments

2.2 生物质炭对苗期玉米根系构型的影响

从玉米根系构型(表3)上看，在壤质潮土中，WBC处理改善了苗期玉米根系构型，其中，总根长与对照相比显著增加了34.3%，根表面积增加了34.3%，根体积增加了34.8%，而根平均直径和根尖数与对照相比没有显著性差异。MBC处理在壤质潮土中与对照之间各指标均没有显著差异。在粘质潮土中生物质炭对玉米根系构型的影响较小，只有MBC处理比对照显著增加了根体积和根尖数，WBC和对照之间没有显著差异。从两种炭处理来看，在壤质潮土中WBC处理比MBC显著提高了总根长、根表面积、根体积和根尖数，而在粘质潮土中两种炭处理之间没有显著性差异。因此，在粘质潮土中两种生物质炭对玉米根系构型没有显著影响，而在壤质潮土中施用WBC能够改善苗期玉米根系构型。

表3 不同处理玉米根系构型Table 3 Root architecture of maize under different treatments

2.3 生物质炭对苗期玉米地上部养分含量的影响

表4显示了不同生物质炭处理对苗期玉米地上部养分含量的影响。对于壤质潮土来说，与对照相比，生物质炭的施用对玉米地上部全氮含量没有显著影响，而显著影响全磷和全钾含量，其中，WBC处理使玉米全磷含量显著增加23.5%，WBC和MBC处理显著增加全钾含量，增加幅度分别为28.7%～21.44%，且与MBC处理相比，WBC处理下玉米全磷含量显著增加了40.0%，全钾含量显著增加了6.0%；对于粘质潮土来说，与CK相比，2种生物质炭的施用对玉米全氮和全磷含量均没有表现出显著影响，但MBC处理显著增加了玉米全钾的含量，增加幅度为10.8%，且MBC处理显著高于WBC。表明生物质炭在壤质潮土中能够有效促进作物对磷、钾养分的吸收。

表4 不同处理玉米苗期地上部养分含量Table 4 Shoot nutrient content of maize seedling under different treatments

2.4 生物质炭对苗期玉米叶片超氧化物歧化酶(SOD)活性和丙二醛(MDA)含量的影响

潮土中施用生物质炭能够影响玉米苗期叶片SOD活性和MDA含量(图1)。在壤质潮土中，与CK相比，生物质炭的施用显著降低了玉米叶片中MDA含量，其中WBC和MBC处理分别降低53.8%和46.6%，且MBC和WBC处理之间没有显著性差异。在粘质潮土中，MBC和WBC处理的MDA含量降低幅度分别为55.3%和32.7%，同样，两种生物质炭处理之间没有显著差异。壤质潮土中施用生物质炭对SOD活性没有显著影响，而在粘质潮土中MBC处理比CK显著提高SOD活性达66.4%。

图1 不同处理玉米地上部MDA含量和SOD活性的影响Fig. 1 MDA contents and SOD activity in maize shoot under different treatments

2.5 生物质炭对根际土壤理化性质的影响

生物质炭在壤质潮土和粘质潮土中均能改善土壤理化性质(表5)。其中，pH在2种土壤中各处理间没有显著差异。与对照相比，2种生物质炭均显著增加了壤质潮土中土壤有机碳(SOC)含量，而在粘质潮土中只有玉米秸秆炭处理下SOC含量显著增加。全氮含量在壤质潮土中各处理间没有显著差异，而粘质潮土中MBC比对照增加了0.26 g/kg。铵态氮含量在两种潮土中均较低，且与对照相比，生物质炭处理均没有显著性差异，而在粘质潮土中，WBC比MBC处理下铵态氮含量提高1.53 mg/kg。生物质炭处理下2种土壤中硝态氮含量均比对照表现出降低趋势，其中壤质潮土中降低幅度为34.7%～45.9%，粘质潮土比对照降低44.0%～53.3%，且两种生物质炭之间没有显著差异。速效磷含量在生物质炭处理下表现出增加趋势，在壤质潮土中MBC处理比对照显著增加25.4%，WBC处理没有显著性差异。在粘质潮土中，2种炭处理下速效磷含量比对照显著增加15.03%。而速效钾的含量只有壤质潮土中MBC比对照表现出显著增加趋势，与WBC相比，MBC处理下速效钾含量显著增加35.1%，WBC与CK差异并不显著，在粘质潮土中各处理间没有显著差异。另外，生物质炭在粘质潮土中显著增加了土壤CEC，且MBC处理比WBC显著增加了7.5%，而在壤质潮土中各处理间没有显著差异。

表5 不同处理玉米根际土壤理化性质Table 5 The physical and chemical properties of maize rhizosphere soil under different treatments

2.6 生物质炭施用对根际土壤胞外酶活性的影响

2.6.1 碳循环相关酶活性 图2表明，在粘质潮土中，与不施炭相比，MBC显著增加了β-葡萄糖苷酶、木糖苷酶和β-纤维二糖水解酶活性，增加幅度分别为12.3%、21.5%和22.1%；WBC对木糖苷酶和β-纤维二糖水解酶活性表现出显著增加效应，增加幅度分别为22.2%和17.2%，而对β-葡萄糖苷酶没有显著影响。在壤质潮土中，β-葡萄糖苷酶活性在不同处理间没有显著性差异，而WBC处理比对照显著增加了木糖苷酶的活性，而且WBC和MBC均显著提高了β-纤维二糖水解酶活性，提高幅度分别为17.7%和17.5%。然而在不同质地潮土中，对3种酶活性的影响在两种生物质炭之间均没有显著性差异。研究结果表明，生物质炭施用于潮土中能够促进根际土壤碳循环相关酶活性的提高，促进碳周转，且在粘质潮土中促进的效应高于壤质潮土，而两种类型炭处理之间没有显著差异。

图2 不同处理玉米根际土壤β-葡萄糖苷酶、木糖苷酶和纤维二糖水解酶活性Fig. 2 The activities of β-glucosidase, xylosidase and β-cellobiosehydrolase in maize rhizosphere soil under different treatments

2.6.2 氮循环相关酶活性 生物质炭对潮土中氮循环相关酶活性的影响在壤质潮土中明显大于粘质潮土(图3)。其中，与不施炭相比，WBC施用于壤质潮土中显著增加了亮氨酸氨基肽酶和乙酰-氨基葡萄糖苷酶活性，增加幅度分别为20.3%和12.6%，MBC没有表现出显著差异，且WBC处理下亮氨酸氨基肽酶活性显著高于MBC处理。在粘质潮土中，2种生物质炭施用对亮氨酸氨基肽酶活性均没有显著影响，而WBC显著提高了乙酰-氨基葡萄糖苷酶活性达15.1%，MBC没有显著影响。因此，总体上来看，在壤质和粘质潮土中添加WBC能够促进根际土壤氮素周转，而MBC没有显著影响。

图3 不同处理玉米根际土壤亮氨酸氨基肽酶和乙酰-氨基葡萄糖苷酶活性Fig. 3 The activities of leucine aminopeptidase and acety-lglucosaminidase in maize rhizosphere soil under different treatments

2.6.3 磷酸单酯酶活性 生物质炭在潮土中施用具有促进磷素转化的作用(图4)。在粘质潮土中，WBC和MBC处理均显著增加磷酸单酯酶活性，分别比对照增加了15.6%和24.4%，而2种生物质炭处理之间没有显著性差异。在壤质潮土中，小麦秸秆炭处理比不施炭显著提高磷酸单酯酶活性14.4%，而MBC处理未表现出显著性差异。因此，生物质炭在两种质地潮土中施用对根际土壤磷素的周转具有促进作用，在粘质潮土中2种炭处理均具有促进效应，而壤质潮土中小麦秸秆炭促进效果较好。

图4 不同处理玉米根际土壤磷酸单酯酶活性Fig. 4 The phosphomonesterase activity in maize rhizosphere soil under different treatments

2.6.4 归一化酶活性 生物质炭施入能够显著增加根际土壤归一化酶活性，促进土壤养分周转(图5)。在粘质潮土中，MBC和WBC处理下归一化酶活性均比对照显著提高了14.1%，且2种生物质炭之间没有显著性差异。而在壤质潮土中，MBC和WBC处理下归一化酶活性分别比对照显著提高了7.0%和13.7%，且WBC处理显著高于MBC处理。

图5 不同处理玉米根际土壤归一化酶活性Fig. 5 The normalized enzyme activity in maize rhizosphere soil under different treatments

3 讨论

生物质炭施用对作物生长的影响目前已有大量文献报道[24-26]。很多文献指出，生物质炭能够增加玉米对养分的吸收，促进玉米的生长[19,27-28]。Liu等[13]通过整合分析发现，生物质炭施用于土壤后作物产量比对照平均增加11%，同时该研究指出，生物质炭对作物生长的影响在不同土壤和生物质炭条件下具有很大的变异性，与土壤质地、pH、有机质含量、生物质炭类型及用量等因素相关。本研究结果也发现，生物质炭在潮土中施用具有增加苗期玉米生长的效应，然而在不同土壤条件和生物质炭类型之间表现出差异。其中，在壤质潮土中施用小麦秸秆炭显著增加玉米生物量，而玉米秸秆炭处理差异不显著，且在粘质潮土中两种炭对玉米生长均没有显著影响。这与Chen等[12]的观点一致，即生物质炭施用于农田土壤中，对作物生长的影响与生物质炭的性质(原料和裂解温度等)和土壤条件(土壤有机碳含量、pH和质地等)等因素有关。Major等[27]发现生物质炭在粘质土壤中第一年对玉米产量没有显著影响，而在第二年之后大幅度提高玉米产量，然而Niu等[29]研究发现生物质炭施用于砂壤土中对玉米生长没有显著性影响。本研究发现生物质炭在壤质潮土中对苗期玉米生物量具有增加的效应，而在粘质潮土中没有显著影响。生物质炭对作物生长的影响在不同土壤条件下的差异一方面可能与土壤肥力的高低相关。在不同土壤肥力之间，El-Naggar等[30]研究发现生物质炭对作物产量的促进效应具有普遍性，然而在肥力偏低或退化土壤中的效果优于肥力较高或者健康的土壤。Liu等[13]和Jeffery等[14]的研究也证实，生物质炭在偏砂及有机质含量较低的土壤对作物生长具有更好的促进效果。而在本研究中，粘质潮土的养分含量均较壤质潮土高。另一方面，生物质炭的用量、原料等因素的不同也会在不同土壤条件下对作物生长产生不同的效应。当然，该效应与生物质炭的性质密切相关。本研究结果表明，在壤质潮土中，小麦秸秆炭显著影响苗期玉米地上部和地下部生物量，而玉米秸秆炭影响很小。由于不同原料或不同生产条件下得到的生物质炭性质具有很大的不同，包括生物质炭自身的养分含量、含氧官能团数量和吸附性能等[31]，所以对土壤的调控和对作物生长的影响也具有很大的差异。因此，在不同的土壤条件下，应该探索适宜的生物质炭农田应用方式。

本研究结果表明，两种土壤中生物质炭施用在促进苗期玉米生长的同时能够提高作物抗性，包括能够降低叶片MDA含量，并提高超氧化物歧化酶(SOD)活性。该结果与Farhangi-Abriz等[32]和Liu等[33]研究结果一致，即生物质炭在豆科和玉米等作物生产中能够提高作物的抗胁迫性能。生物质炭通过改善土壤养分供给、微生物活性和土壤物理条件等，为作物生长提供良好的生存条件，提高作物对养分的吸收，提高光合效率[34]。因此，能够保障作物的健康生长，从而提高其生理抗性。这可能是生物质炭施用于农田土壤中能够促进作物生长的原因之一。

生物质炭对作物生长的促进作用也与土壤肥力的提高有关。其中包括改善土壤结构、提高土壤养分有效性、改善微生物群落结构并提高微生物活性等。Blanco-Canqui[35]研究发现生物质炭施用于土壤中能够降低土壤紧实度，并提高土壤保水性。然而本研究是在水分充足的盆栽试验中进行的，并且土壤容重保持一致。因此，土壤含水量和容重不是影响作物生长的因子。而生物质炭对土壤养分有效性的影响可能是主要因素。因为本研究结果表明，生物质炭对土壤速效磷和速效钾均具有增加效应，而且生物质炭处理下植株磷钾养分含量也比对照显著提高。土壤磷钾等养分有效性的提高保障了作物生长过程中对养分的需求，从而促进作物生长。生物质炭对土壤磷钾养分的提高一方面与其自身含有大量养分有关，特别是在生物质炭施入土壤后的短期之内，部分养分能够直接释放到土壤溶液中被作物吸收利用[36-39]。另一方面，生物质炭施用于土壤中能够增加土壤微生物量和微生物活性[40]，特别是与土壤养分循环相关的微生物和酶活性的提高，能够促进养分的周转，持续保障土壤养分供给。本研究结果也发现，生物质炭处理下，土壤中与碳氮磷循环相关的酶活性均表现出增加效应。这与Zhang等[20]和Pokharel等[21]的研究结果一致。生物质炭中含有的易分解态有机质以及溶解态养分能够供给微生物的代谢利用，提高土壤微生物的活性[41-42]，促进土壤中有机物质的分解和养分的释放。同时，本研究发现，生物质炭处理与对照相比显著降低了土壤中硝态氮含量。这与Nguyen等[43]的研究结果一致。硝态氮含量的降低表明生物质炭能够降低土壤中氮素的淋失，特别是在土壤肥力较高的土壤中能够在保障作物生长的条件下提高氮素利用效率。总之，生物质炭施用于潮土能够提高土壤微生物和酶活性，保障土壤养分供给。

生物质炭施用于土壤中可能通过对作物根系构型的改善而促进作物生长。本研究结果发现，在粘质潮土中生物质炭对玉米根系构型影响较小，而在壤质潮土中通过施用小麦秸秆炭能够改善苗期玉米根系构型，特别是总根长、根体积和根表面积显著高于对照。Xiang等[44]通过整合分析研究也发现，生物质炭处理比对照显著提高作物根系生物量，并且改善根系构型，特别是总根长、根表面积和根尖数大幅度提高。Liu等[45]也发现，在玉米生产中施用生物质炭能够改善玉米根系构型，促进根系生长。生物质炭自身含有的多种养分元素，以及其中的有机活性成分对作物根系生长具有促进作用[46]。另外，生物质炭施用于土壤能够影响作物根系和土壤之间的交互作用。首先，研究发现生物质炭处理能够增加根系分泌物如氨基酸、植物生长素和脱落酸等的释放[47]。这些促生物质一方面能够进一步促进根系的生长，另一方面有机酸类物质进入土壤中，通过改变根际土壤pH和影响根际微生物群落结构和活性而改变土壤养分有效性[48]，从而促进作物对养分的吸收和作物生长。其次，生物质炭与肥料配施能够增加土壤氧化还原电位和土壤与根细胞膜之间的电位差，这可能是生物质炭促进作物根系吸收养分的原因之一[49]。同时，生物质炭对作物根系的影响也存在很大的变异性，在不同土壤条件、生物质炭类型等因素之间具有很大差别。因此，生物质炭对作物生长的影响应该通过研究生物质炭-根际-根系之间的交互作用，从根际土壤微生物活性和养分调控过程等角度进一步探索其影响机制，同时，基于田间试验，进行作物全生育期的生长监测，探索生物质炭对农田作物生长的长期效应及其作用机制。

4 结论

生物质炭施入不同质地潮土中对玉米苗期生长以及根际土壤养分的影响不同。在壤质潮土中小麦秸秆炭对玉米的生长，包括生物量和根系构型等，均具有显著促进作用，且小麦秸秆炭比玉米秸秆炭具有更好的促进效应。在粘质潮土中，生物质炭对玉米生长没有显著性影响。生物质炭在潮土中能够降低苗期玉米叶片MDA含量并提高超氧化物歧化酶(SOD)活性，提高苗期玉米的抗性。两种生物质炭施用于壤质潮土中均对作物地上部钾磷养分积累有促进作用，而在粘质潮土中没有显著影响。在两种潮土中施用生物质炭均能改善根际土壤理化性质，并提高根际土壤中与碳氮磷循环相关的胞外酶活性，促进土壤养分循环。因此，在潮土中施用生物质炭能够提高作物生产力和抗性，提高土壤肥力并调控土壤养分循环，但该效应与土壤条件和生物质炭类型相关。