劉暢 賀浩強(qiáng) 王茜 李曉寒 岳彪輝 普紅青 袁義麗 桂枝 盧樹(shù)昌

摘? ? 要：采用腐植酸和生物炭?jī)煞N調(diào)理劑配合施用，共設(shè)空白對(duì)照、生物炭、腐植酸、腐植酸+生物炭、腐植酸+1/2生物炭、1/2腐植酸+生物炭等6個(gè)處理，研究?jī)煞N調(diào)理劑配施對(duì)甜高粱生長(zhǎng)和土壤磷素吸收狀況的影響。結(jié)果表明，單施腐植酸和生物炭有利于飼用甜高粱拔節(jié)期的生長(zhǎng)，對(duì)于飼用甜高粱抽穗期，腐植酸和生物炭處理配合施用效果較好，各處理中以1/2腐植酸+生物炭處理效果最佳，能促進(jìn)高粱莖葉對(duì)土壤磷素吸收，提高磷素利用率，減少磷素環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。

關(guān)鍵詞：腐植酸;生物炭;高磷土壤;吸收

中圖分類號(hào)： S514? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2019.07.015

Abstract： This experiment used humic acid and biochar two conditioning agents in combination with six treatments including blank control， biochar， humic acid， humic acid + biochar， humic acid + 1/2 biochar， 1/2 humic acid + biochar. The effects of two conditioning agents on the growth of sweet sorghum and soil phosphorus uptake were studied. The results showed that the application of humic acid and biochar alone was beneficial to the growth of sorghum in the elongation stage， and the effect of humic acid and biochar treatment was better in the heading stage of sorghum growth. The treatment with 1/2 humic acid + biochar was the best in all treatments. It could promote the absorption of phosphorus in soil by sorghum stems and leaves， increase the utilization of phosphorus and reduce the environmental risk of phosphorus.

Key words： humic acid;biochar;high phosphorus soil;absorption

磷在植物體內(nèi)會(huì)影響新陳代謝和信息傳遞，并參與細(xì)胞結(jié)構(gòu)的組成，它是植物生長(zhǎng)發(fā)育所必需的營(yíng)養(yǎng)元素之一。農(nóng)戶為了高產(chǎn)，向土壤中施入磷肥，磷素在土壤中富集，從20世紀(jì)70年代末開(kāi)始，中國(guó)農(nóng)田土壤的磷素平衡由虧缺演變至目前是世界上磷素盈余最為嚴(yán)重的國(guó)家之一[1]，土壤磷素含量過(guò)高會(huì)使植物葉片中無(wú)機(jī)磷大量積累，使植物光合速率降低[2]，同時(shí)磷素被固定在土壤中，降低了土壤磷素利用率[3]，尤其在設(shè)施菜田中這種現(xiàn)象更為嚴(yán)重。石寧等[4]調(diào)查山東設(shè)施菜田土壤顯示，設(shè)施菜田耕層土壤有效磷含量達(dá)到了345 mg·kg-1。當(dāng)磷在土壤中的吸附累積量超過(guò)了土壤本身磷飽和程度，在大水漫灌或夏季雨季下極易產(chǎn)生淋失，造成設(shè)施菜田磷面源污染[5-6]。生物炭（Biochar）是在低氧和缺氧條件下，將農(nóng)作物秸稈、木質(zhì)物質(zhì)、禽畜糞便和其他材料等有機(jī)物質(zhì)經(jīng)過(guò)高溫?zé)峤舛纬傻漠a(chǎn)物[7-8]。研究表明，生物炭的施用能促進(jìn)作物根系生長(zhǎng)，并能使作物產(chǎn)量提高，糧食品質(zhì)得到改善[9-11]。腐植酸是一類成分復(fù)雜的天然有機(jī)高分子混合物，需要通過(guò)微生物將動(dòng)植物殘?bào)w和微生物細(xì)胞等分解和轉(zhuǎn)化，并經(jīng)一系列地球化學(xué)過(guò)程形成和積累而成[12-13]。大量研究證實(shí)，腐植酸可以改善土壤結(jié)構(gòu)、提高土壤肥力、影響植物根系生長(zhǎng)及其對(duì)養(yǎng)分的吸收，從而對(duì)植物生理產(chǎn)生有利的影響，促進(jìn)作物生長(zhǎng)[14-17]。基于以上研究，本試驗(yàn)以大生物量飼用甜高粱為供試作物，設(shè)置生物炭與腐植酸2種調(diào)理劑不同配比，來(lái)探究對(duì)設(shè)施高磷土壤種植下甜高粱生長(zhǎng)與吸收狀況的影響，旨在為控制設(shè)施菜田磷環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)提供參考依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 供試材料

供試作物：飼用甜高粱，品種為甜雜2號(hào)，生育期為130～140 d。

供試調(diào)理劑：腐植酸，草本生物炭（水稻秸稈炭）。

供試土壤：來(lái)自天津市武清區(qū)大孟莊鎮(zhèn)后幼莊村集約化設(shè)施菜田。棚齡在10年以上，土壤質(zhì)地為中壤，養(yǎng)分投入偏高，土壤磷含量過(guò)高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)土壤磷的風(fēng)險(xiǎn)臨界值（50 mg·kg-1）[18]，土壤磷環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)很高（表1）。

1.2 試驗(yàn)處理

將土壤樣品自然風(fēng)干后過(guò)5 mm篩，每盆土3 kg（盆規(guī)格：高15 cm，口徑21 cm）。試驗(yàn)共設(shè)6個(gè)處理，每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)，分別為T1 空白對(duì)照、T2 生物炭（30 g·盆-1）、T3 腐植酸（1.875 g·盆-1）、T4 腐植酸+生物炭（1.875 +30.0 g·盆-1）、T5 腐植酸+1/2生物炭（1.875 +15.0 g·盆-1）、T6 1/2腐植酸+生物炭（0.938+ 30.0 g·盆-1）。每盆定植2株。

試驗(yàn)種植時(shí)間為2018年5—11月。飼用甜高粱種植期間每隔2 d灌水1次，每盆每次400～500 mL。同時(shí)飼用甜高粱生長(zhǎng)期間進(jìn)行長(zhǎng)勢(shì)調(diào)查。

1.3 測(cè)試方法

株高、莖粗：用卷尺測(cè)定株高、用游標(biāo)卡尺測(cè)定莖粗。

葉綠素含量：采用SPAD-502型葉綠素儀測(cè)定。

光合速率：采用CI-340便攜式光合儀測(cè)定。

葉面積：量取飼用甜高粱葉片長(zhǎng)度和寬度（垂直主葉脈的最大距離）采用長(zhǎng)寬系數(shù)法計(jì)算[19]。

干生物量：收獲后，將飼用甜高粱根、莖、葉和穗各部位分開(kāi)，置于烘箱105 ℃殺青30 min后，在80 ℃下烘干至恒質(zhì)量，測(cè)定干生物量。

植株吸磷量：將飼用甜高粱植株各部位樣品烘干后經(jīng)粉碎過(guò)篩，利用濃硫酸-H2O2法消解后，按鉬黃比色法測(cè)定出各部位全磷含量[20]，計(jì)算植株各部位吸磷量。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2007方法進(jìn)行處理，采用DPS7.05軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 腐植酸和生物炭配合處理對(duì)飼用甜高粱長(zhǎng)勢(shì)的影響

由表2和表3可知，拔節(jié)期飼用甜高粱長(zhǎng)勢(shì)中，T2株高、莖粗均顯著高于T1，較T1分別高28.8%和27.0%，施用調(diào)理劑處理中，T2、T3、T4、T6株高莖粗均沒(méi)有顯著差異，但顯著高于T5處理。葉面積T2顯著高于T1，達(dá)24.4%，而T5顯著低于其他處理。葉綠素含量各處理較T1無(wú)顯著差異。光合速率T3最大，為41.00 μmol·m-2·s-1，且顯著高于其他處理。調(diào)理劑處理中長(zhǎng)勢(shì)指標(biāo)葉面積和光合速率、葉綠素等得到改善，有利于整體長(zhǎng)勢(shì)增強(qiáng)，進(jìn)而有利于養(yǎng)分的吸收。從綜合來(lái)看，T2、T3可以促進(jìn)飼用甜高粱此時(shí)期長(zhǎng)勢(shì)。

飼用甜高粱抽穗開(kāi)花期長(zhǎng)勢(shì)中，T6株高最高，為141.50 cm，但各處理無(wú)顯著差異。T6莖粗最大，較T1高24.4%，且顯著高于其他處理。T3、T6葉面積顯著高于T1，其他處理較T1無(wú)顯著差異。T3、T5葉綠素含量顯著高于T1，其他處理較T1均無(wú)顯著差異。光合速率T2顯著低于T1，其他處理較T1無(wú)顯著差異?？傮w來(lái)看，T3、T5、T6對(duì)飼用甜高粱抽穗開(kāi)花期長(zhǎng)勢(shì)較好。

2.2 腐植酸和生物炭配合處理對(duì)飼用甜高粱生物量的影響

由圖1可知，腐植酸和生物炭不同配比各處理對(duì)于飼用甜高粱總干生物量效果影響不明顯，除T3顯著低于T1外，其他處理均與T1無(wú)顯著差異，各處理效果相對(duì)較好的是T6。

2.3 腐植酸和生物炭配合處理對(duì)飼用甜高粱磷素吸收與土壤有效磷變化的影響

2.3.1 腐植酸和生物炭配合處理對(duì)飼用甜高粱磷素吸收的影響分析 由表4可知，施用調(diào)理劑各處理飼用甜高粱根部吸磷量顯著低于T1，莖部吸磷量相反，其中T3莖部吸磷量較T1顯著增加高達(dá)118.2%，說(shuō)明施用調(diào)理劑抑制了根部磷素吸收，促進(jìn)了莖部磷素吸收。飼用甜高粱葉片吸磷量表現(xiàn)為T6顯著高于其他處理，較T1增加58.0%。飼用甜高粱穗吸磷量各處理間無(wú)顯著差異。由圖2可知，T1高粱根吸磷量占植株總吸磷量的百分比較其他處理高，說(shuō)明腐植酸和生物炭配施可以使磷素由地下部向高粱莖、葉、穗轉(zhuǎn)移，減少磷在根中的積累，提高土壤中磷素的利用率，其中效果較好的是T6。

2.3.2 腐植酸和生物炭配合處理對(duì)土壤有效磷含量的影響分析 由圖3可知，腐植酸和生物炭不同配比各處理中T6土壤有效磷含量高于其他處理，并顯著高于T1，T4相較于其他腐植酸和生物炭施用的處理土壤有效磷含量最低，但與T1無(wú)明顯差異。3 結(jié)論與討論

飼用甜高粱長(zhǎng)勢(shì)中，拔節(jié)期株高T2處理顯著高于T1，抽穗開(kāi)花期與T1無(wú)顯著差異，這與張偉明[21]的研究結(jié)果一致;拔節(jié)期莖粗和葉面積以T2和T3效果較好，抽穗開(kāi)花期T4效果較明顯，從高粱莖粗和葉面積可以看出，單施生物炭和腐植酸對(duì)于飼用甜高粱生長(zhǎng)前期效果較顯著，但到飼用甜高粱生長(zhǎng)后期，腐植酸和生物炭配合施用發(fā)揮了較好作用;飼用甜高粱生長(zhǎng)期間，T3拔節(jié)期光合速率增長(zhǎng)顯著，抽穗期葉綠素含量也顯著高于對(duì)照，可能是由于腐植酸的施用增加了細(xì)胞活性，促進(jìn)了細(xì)胞膜養(yǎng)分吸收，提高了作物的酶活性，從而增強(qiáng)了植物光合活性，此結(jié)果與張水勤等[14]研究基本一致。從飼用甜高粱生物量來(lái)看，腐植酸和生物炭不同配比各處理效果均不顯著，可能是由于盆栽條件限制，影響了飼用甜高粱生長(zhǎng)，從而對(duì)其干生物量造成影響，還需進(jìn)行下一步研究。

從飼用甜高粱各部位吸磷量來(lái)看，腐植酸和生物炭不同配比各處理對(duì)高粱莖葉生長(zhǎng)效果較顯著，分別以T3和T6效果最佳，促進(jìn)了高粱莖葉對(duì)于土壤中磷素的吸收，可能由于腐植酸和生物炭的施入刺激作物莖葉中參與養(yǎng)分轉(zhuǎn)化和運(yùn)輸?shù)闹匾割悾龠M(jìn)作物的養(yǎng)分吸收[22]。腐植酸和生物炭的施用對(duì)于飼用甜高粱根和穗部各處理的效果則不太明顯。從各部位吸磷量占總吸磷量的百分比看，T6處理可以減少磷素在根部積累。而對(duì)于土壤有效磷含量影響來(lái)看，本試驗(yàn)結(jié)果表明，施用腐植酸和生物炭各處理中T6有效磷含量最高，T4有效磷含量最低。結(jié)合飼用甜高粱各部位吸磷量和土壤有效磷含量來(lái)看，T6促進(jìn)了飼用甜高粱對(duì)磷素的吸收，同時(shí)提高了土壤有效磷含量，可能是因?yàn)楦菜岣鶕?jù)自身結(jié)構(gòu)對(duì)磷素具有活化作用，且能夠與土壤中其他離子結(jié)合來(lái)提高土壤磷素有效性[23]，促進(jìn)作物對(duì)磷素的吸收，而生物炭由于具有發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)和吸附力，可以吸附土壤中的磷素，減少土壤磷素流失[24]。腐植酸和生物炭配合施用既能促進(jìn)作物對(duì)磷素的吸收，提高土壤磷素利用率，又能提高土壤有效磷含量來(lái)減少磷肥投入，并吸附住土壤磷素防止流失，來(lái)達(dá)到控制磷素環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的目的。

總體上看，本研究單施腐植酸和生物炭有利于飼用甜高粱前期生長(zhǎng)，二者配合施用有利于飼用甜高粱生長(zhǎng)，并能促進(jìn)莖葉對(duì)土壤磷素的吸收，提高磷素利用率，可減少磷素環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，其中以處理T6（1/2腐植酸+生物炭）處理效果最佳。但是該試驗(yàn)時(shí)間僅一茬，篩選出試驗(yàn)材料最佳配比仍需進(jìn)一步加以研究。

參考文獻(xiàn)：

[1]肖建中，盧樹(shù)昌.菜田土肥水高效綜合管理技術(shù)與應(yīng)用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2013.

[2]孔東星，張民，孫婭婷，等.控釋磷酸二銨中磷素對(duì)大豆生長(zhǎng)效應(yīng)的影響[J].作物雜志，2006， 22（6）：16-19.

[3]盧樹(shù)昌，翁福軍，王瑞，等.不同處理對(duì)設(shè)施根結(jié)線蟲(chóng)控制和土壤氮磷環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的影響[J].北方園藝，2016（4）：160-162.

[4]石寧，李彥，井永蘋(píng)，等.長(zhǎng)期施肥對(duì)設(shè)施菜田土壤氮、磷時(shí)空變化及流失風(fēng)險(xiǎn)的影響[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2018，37（11）：2434-2442.

[5]DEJAGER P C，CLAASSENS A S. Long-term phosphorus desorption kinetics of an acid sand clay soil from Mpumalanga， South Africa[J].Communications in soil science and plant analysis， 2005，36（1/2/3）：309-319.

[6]項(xiàng)大力，楊學(xué)云，孫本華，等.灌溉水平對(duì)土磷素淋失的影響[J].植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2010， 16（1）：112-117.

[7]XU G， LU Y，SUN J， et al. Recent advances in biochar applications in agricultural soils： Benefits and environmental implications[J].Clean-soil， air， water，2012，40（10）：1093-1098.

[8]翁福軍，盧樹(shù)昌.生物炭在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的研究進(jìn)展與前景[J].北方園藝，2015（8）：199-203.

[9]ABIVEN S， HUND A， MARTINSEN V， et al. Biochar amendment increases maize root surface areas and branching： A shovelomics study in Zambia[J].Plant and soil，2015，395（1）：1-11.

[10]OLMO M， ALBURQUERQUE J A， BARRON V，et al.Wheat growth and yield responses to biochar addition under Mediterranean climate conditions[J].Biology and fertility of soils，

2014，50（8）： 1177-1187.

[11]余慧敏，郭熙.生物炭與生物炭基肥利用研究進(jìn)展[J].天津農(nóng)業(yè)科學(xué)，2018，24（12）：82-86.

[12]STEVENSON F J. Humus chemistry：genesis，composition，

reactions[M].New Jersey：John wiley& sons inc，1994.

[13]陳靜，黃占斌.腐植酸在土壤修復(fù)中的作用[J].腐植酸，2014（4）：30-34，65.

[14]張水勤，袁亮，林治安，等.腐植酸促進(jìn)植物生長(zhǎng)的機(jī)理研究進(jìn)展[J].植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)， 2017，23（4）：1065-1076.

[15]PICCOLO A，NARDI S，CONCHERI G.Structural charac-

teristics of humic substances as related to nitrate uptake and growth regulation in plant systems[J]. Soil biology and biochemistry，

1992， 24（4）：373-380.

[16]CANELLAS L P，OLIVARES F L，OKOROKOVA-FAQANHA

A L，et al.Humic acids isolated from earthworm compost enhance root elongation，lateral root emergence， and plasma membrane H+ATPase activity in maize roots[J].Plant physiology，2002，130（4）：1951-1957.

[17]CANELLAS L P， PICCOLO A， DOBBSS L B， et al.Chemical composition and bioactivity properties of size-fractions separated from a vennicompost humic acid[J]. Chemosphere，2010，78（4）：457-466.

[18]盧樹(shù)昌，陳清，張福鎖，等.河北果園主分布區(qū)土壤磷素投入特點(diǎn)及磷負(fù)荷風(fēng)險(xiǎn)分析[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008（10）：3149-3157.

[19]崔鳳娟，李巖，王振國(guó)，等.種植密度對(duì)高粱群體生理指標(biāo)及產(chǎn)量影響[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2018， 34（8）：9-14.

[20]鮑士旦.土壤農(nóng)化分析[M].第3版.北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，2000.

[21]張偉明.生物炭的理化性質(zhì)及其在作物生產(chǎn)上的應(yīng)用[D].沈陽(yáng)：沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)，2012.

[22]VACCARO S， ERTANI A， NEBBIOSO A， et al. Humic substances stunulate maize nitrogen assimilation and amino acid metabolism at physiological and molecular level[J]. Chemical

&biological technologies in agriculture， 2015， 2（1）： 1-12.

[23]HUA Q X， LI J Y， ZHOU J M.Enhancement of phosphorus solubility by humic substances in ferrosols[J].Pedosphere，

2008，18（4）：533-538.

[24]MORALES M， COMERFORD N， GUERRINI I， et al. Sorption and desorption of phosphate on biochar and biochar-soil mixtures[J].Soil use manage， 2013， 29： 306-314.