生物炭对萝卜幼苗生长及生理生化特性的影响

田 丽，苏改艳

(榆林学院，陕西 榆林 719000 )

目前生物炭在农业领域的应用，主要有两种形式：一是将生物炭作为改良剂直接施用[1]，可以改变土壤理化性质[2]；二是将生物炭作为肥料的载体[1]，有研究表明，一定浓度的生物炭可以减少肥料的使用[3]，这既可以节约资源，降低成本，又可以保护环境[2]。生物炭对作物的生长和产量的影响由生物炭原材料和其用量的不同而不同，一般情况下，低浓度的生物炭对于提高植物生长状况和增加作物产量具有正面效应，而高浓度则可能会导致减产[4]。适宜浓度的生物炭施用至关重要，不但可以作为土壤改良剂，也可以提高作物产量，保水节肥[5～6]，而且对缓解气候问题有一定的作用。试验通过盆栽法种植萝卜，种植的土壤分为两类：施加了有机肥的土壤和纯土壤，往这两种土壤中添加不同浓度的生物炭[7]，进而比较不同浓度下萝卜幼苗的生长指标和生理生化指标，寻求出萝卜幼苗生长的最适生物炭浓度，且能对比纯土和施肥土壤与生物炭结合的效果比较，对陕北萝卜的生产以及生物炭的开发利用具有一定的指导意义，同时也可以改善陕北地区土壤结构和理化性质，进而提高土壤保水保肥能力。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验选用北京满膛红品种，购买于榆阳区大街“种子门市”，生物炭粉的原材料为小麦秸秆，产自河南誉中奥农业科技有限公司。有机肥为发酵的干鸡粪肥。试验用土源于榆林学院草坪土壤，属风沙土，装进高为35 cm、上口径为40 cm、下口径为30 cm的花盆内，每盆装土10 kg。选择露白长度相近的种子，将其种植在花盆内，种植深度为距地面2 cm,每盆种植50粒，出芽后进行挑选，每盆保留30株植株，待其长到两叶一心时期进行测定。

1.2 试验设计

试验为两因素多水平试验，其中两因素包括:施加生物炭的土壤类型、生物炭添加量；具体设计如表1所示。试验设置两大组，第一大组是纯土，第二大组是施入有机肥的土(肥∶土=1∶5)，另外给第一大组加入与有机肥同等质量的纯土，使试验中的每个花盆中的内容物净重12 kg。同时给每大组分别加入0 g·kg-1、10 g·kg-1、20 g·kg-1、40 g·kg-1的纯生物炭粉[6]，为了使试验结果更加准确，我们对每个处理进行了3次重复，每个处理种植3盆，并给所有大盆适时等量浇水即无水分胁迫处理。待所有萝卜的新生叶片都达两片展开时，即两叶一心期开始测量相应的生理生化指标。

表1 实验设计各因素水平对照

1.3 幼苗生长指标和生理生化指标的测定

(1)植株的生长高度使用毫米刻度尺进行测量，植株的鲜重和生物量使用电子天平进行称量。

(2)叶绿素含量的测定：分光光度计测定，丙酮提取法[8]。

(3)根系活力的测定：TTC法[9]测定，使用甲醇提取。

(4)硝态氮含量的测定：分光光度在410 nm下测定。

(5)可溶性总糖含量的测定：蒽酮比色法[8]测定。

(6)可溶性蛋白质含量的测定：Bradford法[10]进行测定。

(7)脯氨酸含量的测定：磺基水杨酸[10]提取植物样品。

1.4 数据处理方法

各指标相关的图表生成采用Microsoft Excel 2010软件完成。相关性分析用SPSS23.0 for windows软件。

2 结果与分析

2.1 生物炭对萝卜幼苗生长指标鲜重的影响

由图1发现，萝卜幼苗的鲜重会随着生物炭浓度的升高呈现出先增加后减小的趋势，但JM和SM处理下的鲜重依然高于不添加生物炭的对照组。且JN和SN处理下萝卜幼苗的鲜重与其他处理间相比呈现显著性差异水平(P<0.05)，即该浓度下可显著增加萝卜鲜重。

2.2 生物炭对萝卜幼苗生长指标株高的影响

图1 生物炭对萝卜幼苗鲜重的影响

图2 生物炭对萝卜幼苗株高的影响

由图2发现，萝卜幼苗的株高会随着生物炭浓度的升高呈现出先增加后减小的趋势。且在JN的处理下可显著促进萝卜株高增加。在SU和SN的处理下均可对萝卜幼苗的株高与有显著影响 (P<0.05)，即这两种浓度下可显著促进萝卜株高增加，其中10 g·kg-1、20 g·kg-1的浓度较对照组分别增加28.89%、33.61%。

2.3 生物炭对萝卜幼苗生理生化指标叶绿素含量的影响

试验结果表明，SN和SM处理下比JN 和JM的处理下叶绿素含量较高。由表2可发现，生物炭浓度在40 g·kg-1时可显著增加萝卜幼苗中叶绿素的含量，其中纯土、施加了有机肥的土壤组分别增加64.26%、158.74%。

表2 不同处理下萝卜幼苗叶绿素含量指标统计

2.4 生物炭对萝卜幼苗生理生化指标根系活力的影响

试验结果表明，在施加了有机肥的土壤中添加不同浓度的生物炭对萝卜幼苗期的根系活力的影响呈现出先上升后下降的趋势，由图3可发现，SU处理下植株幼苗根系活力高于对照组，即该浓度下可显著增加幼苗根系活力，增加了29.03%。对于纯土而言，添加生物炭对萝卜幼苗的根系活力与其他处理间相比不呈现显著性差异水平(P>0.05)，即该实验组的处理不显著增加幼苗的根系活力。

2.5 生物炭对萝卜幼苗生理生化指标硝态氮含量的影响

试验结果表明，添加不同浓度的生物炭对萝卜幼苗期的硝态氮含量的影响呈现出先上升后下降的趋势。由图4可发现，生物炭添加在施加了有机肥的土壤中比直接添加在纯土中植株所含的硝态氮含量高。也可发现，JU和SU处理下萝卜幼苗的硝态氮含量与其他处理间相比呈现显著性差异水平(P<0.05)，即该浓度下可显著增加萝卜幼苗中硝态氮含量，其中纯土、施加了有机肥的土壤组分别增加88.26%、46.30%。

图4 生物炭对萝卜幼苗硝态氮含量的影响

2.6 生物炭对萝卜幼苗生理生化指标可溶性总糖含量的影响

试验结果表明，添加不同浓度的生物炭对萝卜幼苗期的可溶性总糖含量的影响呈现出先上升后下降的趋势。由图5可发现，生物炭添加在施加了有机肥的土壤中比直接添加在纯土中植株所含的可溶性总糖含量高，在JM和SM处理下可溶性总糖含量低于对照组，而其他处理组均高于对照组。也可发现，在JN和SN处理下幼苗的可溶性总糖含量与其他处理间相比呈现显著性差异水平(P<0.05)，即该浓度下可显著增加萝卜幼苗中可溶性总糖含量，其中纯土、施加了有机肥的土壤组分别增加37.09%、30.15%。

图5 生物炭对萝卜幼苗可溶性总糖含量的影响

2.7 生物炭对萝卜幼苗生理生化指标可溶性蛋白质含量的影响

试验结果表明，添加不同浓度的生物炭对萝卜幼苗期的可溶性蛋白质含量的影响呈现出先上升后下降的趋势。由图6可发现，生物炭添加在施加了有机肥的土壤中比直接添加在纯土中植株所含的可溶性总糖含量高，对于两种土壤而言，虽然添加生物炭的浓度不同，但是各处理组的可溶性蛋白质含量均高于对照组。也可发现，在JN和SN处理下幼苗的可溶性蛋白质含量与其他处理间相比呈现显著性差异水平(P<0.05)，即该浓度下可显著增加萝卜幼苗中可溶性蛋白质含量，其中纯土、施加了有机肥的土壤组分别增加154.07%、150.83%。

图6 生物炭对萝卜幼苗可溶性蛋白质含量的影响

2.8 生物炭对萝卜幼苗生理生化指标脯氨酸含量的影响

试验结果表明，添加不同浓度的生物炭对萝卜幼苗期的脯氨酸含量的影响呈现出先下降后上升的趋势。由图7可发现，在两个空白对照组中，施加了有机肥的土壤中含有的脯氨酸含量低于纯土，说明施加了有机肥的土壤更适合萝卜生长。对于两种土壤而言，在三个不同的处理中，生物炭添加浓度为10 g·kg-1、20 g·kg-1时，植株体内的脯氨酸含量很低，说明该植株生长环境更加适宜，其中JU和SU处理下的效果最好，而JM和SM的处理下脯氨酸含量比对照组高，表明添加该浓度生物炭对于萝卜幼苗的生长环境不适宜。

图7 生物炭对萝卜幼苗脯氨酸含量的影响

3 结论与讨论

通过向纯土和施加了有机肥的土壤中添加不同浓度的生物炭的盆栽试验后，对种植的萝卜幼苗在两叶一心时期的生长、生理指标等各项指标数据分析后就本实验所得结果讨论如下：

(1)当生物炭浓度为20 g·kg-1时，添加在两种土壤中后，对植株的所测生长指标即鲜重和株高都存在显著性增高(P<0.05)，与空白组比较可得：纯土和施加了有机肥的土壤分别就鲜重增加了22.40%、22.20%，就株高分别增加了34.12%、12.47%，可得出添加20 g·kg-1生物炭时对为最适宜浓度。

(2)添加不同浓度的生物炭对萝卜幼苗期的叶绿素含量呈现上升趋势，与空白对照CK1和CK2相比，纯土、施加了有机肥的土壤组分别增加64.26%、158.74%。生物炭不同浓度处理可通过提高叶绿素b含量提高叶绿素总含量进而提高生物量累积。生物量不仅能反映植物对有机物质的累积，还可影响到作物的产量其大小也反映着作物光合作用的强弱[6]。

(3)在纯土中添加生物炭对萝卜幼苗根系活力的增加不显著。在施加了有机肥的土壤中添加生物炭浓度在10 g·kg-1时萝卜幼苗的根系活力增加了29.03%，而别的处理致使根系活力下降。之所以会以上情况可能是因为在萝卜种植之前给两种土壤浇了过多的水，导致土壤板结，根不易伸长，进而根发育不良。

(4)添加10 g·kg-1生物炭可显著增加萝卜幼苗中硝态氮含量，其中纯土、施加了有机肥的土壤组分别增加88.26%、46.30%。但与对照组相比较：在纯土中添加生物炭的各处理组的硝态氮含量均高于对照组，而在SN和SM处理下硝态氮含量低于对照组。这可能与炭对土壤中养分的吸附进而降低了土壤中有效养分的含量相关[4]。

(5)添加20 g·kg-1生物炭可显著增加萝卜幼苗中可溶性总糖和可溶性蛋白质的含量，其中可溶性总糖的含量在纯土、施加了有机肥的土壤组分别增加37.09%、30.15%，可溶性蛋白质的含量在纯土、施加了有机肥的土壤组分别增加154.07%、150.83%。生物炭添加在施加了有机肥的土壤中比直接添加在纯土中植株所含的可溶性总糖和可溶性蛋白质含量高，但在纯土中添加生物炭的增长幅度更大。这可能与生物炭可提高土壤有机碳、有机质的含量，可提高土壤养分的吸收量。

(6)生物炭添加浓度为10 g·kg-1、20 g·kg-1时，植株体内的脯氨酸含量很低，说明该植株生长环境更加适宜，其中以JU和SU处理下的效果最好，而JM和SM的处理下脯氨酸含量比对照组高，表明添加该浓度生物炭对于萝卜幼苗的生长环境不适宜。与两个空白对照组比较，施加了有机肥的土壤中含有的脯氨酸含量低于纯土，可能因为有机肥有助于植株自身的生长发育，萝卜幼苗长势较好，植株坚挺，植株对生长环境适应能力更强，而且生物炭也可以改良酸性土壤。

从试验结论总体来看，生物炭添加在施加了有机肥的土壤中效果比直接添加在纯土中好，不过与对照组比较可以看出生物炭添加在纯土中的增长幅度更高。添加的生物炭浓度在10～20 g·kg-1时效果比较好，高浓度在一定程度上会抑制植株的生长发育。