论文部分内容阅读
全球人口持续和快速增长刺激了更多的食物需求。氮直接影响作物产量和品质,因此合理施用氮肥在保障粮食安全中发挥着重要作用。但是,在水稻生产中过量使用氮素化肥引起了大量氮素流失和土壤破坏。以可持续发展为前提,提高水稻产量和品质以满足人口增加对粮食的需求,意义重大,任务艰巨。生物炭（Biochar,简称B）应用于农业已经表现出很多优势,而对于进一步提高水稻产量和品质来说,生物炭和氮肥配施的作用及最佳配比仍不清楚。为此,本论文开展试验研究,探讨不同生物炭和氮肥施用比例对土壤质量、水稻生长及稻谷产量、品质的影响,由此提出生物炭与氮肥配施的合理比例,明确生物炭合理配施氮肥提高水稻产量的机制。于2018年早季和晚季在广西大学农场实施盆栽试验,2019年早季和晚季在广西大学农场实施大田试验。早稻和晚稻生长时间分别在3月-7月和7月-11月。盆栽试验共设置八个处理,即（1）N1B0(0 t B ha-1+270kg N ha-1)（2）N2B0(0 t ha-1+360 kg N ha-1),（3）N1B1(20 t B ha-1+270kg N ha-1)（4）N1B2(40 t B ha-1+270 kg N ha-1),（5）N1B3(60 t B ha-1+270 kg N ha-1),（6）N2B1(B20 t ha-1+360 kg N ha-1),（7）N2B2(40 t B ha-1+360 kg N ha-1)和（8）N2B3(60 t B ha-1+360 kg N ha-1)。大田试验采用相同的八个处理,但单位面积氮肥施用量在盆栽试验基础上减半。生物炭与氮肥以60 t/ha和270 kg N ha-1的比例配合施用,显著改善了稻田土壤特性。盆栽条件下,土壤孔隙度、含水量、p H值、有机碳、全氮、速效磷、速效钾分别提高63.24%、63.66%、14.85%、58.0%、59.0%、22.39%和2.9%。同样,在田间试验条件下,在30t/ha生物炭和180 kg N ha-1氮肥处理下的土壤p H、TN、AP、AK和SOC分别比非生物炭处理高16.43%、39.14%、26.10%、14.40%和25.25%,30 B ha-1和135kg N-1联合处理下的土壤微生物量碳、氮分别比单施氮处理提高88%和87%。生物炭和氮肥不同比例配施对水稻产量和品质有显著影响。盆栽试验中,生物氮和氮肥分别以60 t/ha、270 kg N ha-1的比例配合施用,可提高株高（PH）14.58%,结实率17.97%,穗长（PL）23.41%,千粒重（TGW）23.78%,籽粒产量60%,生物产量52%。在大田试验中,施用30 t/ha生物炭与180 kg N ha-1氮肥的试验处理,其分蘖数、PH、TGW、PL和籽粒产量分别比非生物炭处理提高62%、4%、19%、23%和30%。在60 t/ha生物炭与270 kg N ha-1氮肥的处理下,水稻籽粒品质性状AC、PC、GC和GT分别提高了21%、17%、30%和35%。生物炭和氮肥合理配施促进了水稻根系生长。在盆栽试验中,对比单独施氮,不同比例施用生物炭和氮肥能显著提高根系形态性状,如TRL、TRSA、TRV和TARD,在施用40 t/ha生物炭和270 kg N ha-1氮肥的水平下,分别提高了26%、12%、14%和20%。在田间试验中,低氮处理下,施用30t/ha生物炭的水稻根系性状TRL、TRV、TRSA和TARD分别比非生物炭处理提高20%、13%、13%和25%。生物炭和氮肥合理配施提高了水稻光合速率。盆栽试验中,混合施用40 t/ha生物炭和270 kg N ha-1氮肥可以显著提高叶片光合特性,如Pn、Tr、WUE和gs分别提高52%、34%、27%和28%。而在田间试验中,生物炭和氮肥分别以30 t/ha和135 kg N ha-1的比例联合施用下,叶片的光合速率、叶绿素a和叶绿素b分别提高了64%、111%和98%。生物炭和氮肥合理配施显著改善水稻碳氮代谢。30 t/ha生物炭和135 kg N ha-1氮肥的配合施用,可显著提高SS、AGPase、SBE、DBE、SSS和GBSSS等淀粉代谢酶,比非生物炭处理分别提高46%、45%、47%、41%、56%和26%。水稻籽粒淀粉代谢相关基因的表达。在30 t/ha和135 kg N ha-1的生物炭和氮肥组合下,籽粒淀粉代谢酶的变化是由于在水稻灌浆期SUS4、AGPS2b、SSS1、GBSS1、GBSEIIb和ISA1基因表达上调引起的。稻谷产量与根形态、叶片光合生理等表现出显著相关。相关分析表明,抽穗后水稻根直径（0.76**）、总根长（0.89**）、总根表面积（0.73**）、TRV和总根体积（0.67**）与水稻产量间呈极显著的正相关。Pn对产量的提高也起了非常重要的作用。分蘖期、抽穗期和成熟期叶片的初始光合速率（Pn）与水稻产量呈显著相关,相关系数分别为0.87**,0.86**和0.80**。水稻产量与土壤微生物碳生物量（MBN）和微生物氮生物量（MBC）以及土壤物理化学特性、水稻氮代谢相关酶的活性和水稻干物质积累也表现出显著相总之,生物炭与氮肥不同比例配施将显著影响土壤性状、水稻生长及其产量和品质。在盆栽试验中270 kg N ha-1的氮肥+60 t ha-1的生物炭处理,在大田试验中135 kg N ha-1的氮肥+30 t ha-1的生物炭处理,是进一步提高水稻产量的最佳配比。论文研究提出的降低化肥施用同时结合生物炭配施的方法,为提高水稻产量和改善土壤质量提供了一个可持续施肥发展措施。