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《農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境學(xué)報(bào)》2015年第三期

1材料與方法

1.1試驗(yàn)方法

1.1.1試驗(yàn)設(shè)計(jì)試驗(yàn)于2013-2014年在黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院盆栽試驗(yàn)場(chǎng)進(jìn)行。根據(jù)大豆田異噁草松標(biāo)準(zhǔn)噴施量2250ml•hm-2，全部殘留土壤（土壤容重1.2-1.3g•cm-3，0-20cm耕層）為0.48mg•kg-1。設(shè)計(jì)土壤中異噁草松殘留量與添加生物炭（C）共12個(gè)處理：處理1：0.06mg•kg-1、處理2：0.12mg•kg-1、處理3:0.24mg•kg-1、處理4：0.48mg•kg-1、處理5：0.72mg•kg-1、處理6：0.06mg•kg-1+生物炭（C）300g、處理7：0.12+生物炭（C）300g、處理8：0.24mg•kg-1+生物炭（C）300g、處理9：0.48mg•kg-1+生物炭（C）300g、處理10:0.72mg•kg-1+生物炭（C）300g、處理11：異噁草松0mg•kg-1、處理12:異噁草松0mg•kg-1+生物炭（C）300g，每處理5次重復(fù)。

1.1.2試驗(yàn)方法盆栽用桶大?。ㄖ睆?0cm×高30cm），將無(wú)農(nóng)藥殘留土壤統(tǒng)一過(guò)3.0mm篩，每桶裝土量20kg。采用混土施藥方法，先將異噁草松稀釋成一定濃度后與土壤混拌均勻，再將生物炭與事先混合好的藥土混拌、裝桶、施肥、播種、覆土。每桶均勻播20粒種子，澆水量1500ml•桶-1。

1.1.3測(cè)定項(xiàng)目與方法在甜菜生長(zhǎng)第30、40、50天采用常規(guī)方法測(cè)定出苗指數(shù)、株高、生物量、葉綠素含量，成熟期測(cè)定塊根重，根冠比、根系形態(tài)、含糖率等指標(biāo)[6]；葉綠素用日本島津自動(dòng)葉綠素儀測(cè)定；含糖率采用手持糖度計(jì)測(cè)量。根系形態(tài)特性分析：將洗凈的甜菜根系樣品放置在30cm×40cm樹(shù)脂玻璃槽內(nèi)，并注水至3~4mm深，使根系充分散開(kāi)，用雙面光源掃描系統(tǒng)(EPSONExpression1640XL，美國(guó)EPSON公司)掃描根系，經(jīng)專(zhuān)用數(shù)字化軟件（WinRhizoRegV2004a）分析獲得根長(zhǎng)、根體積、根表面積及平均根直徑等形態(tài)指標(biāo)[7]。出苗指數(shù)=處理出苗率×100%/對(duì)照出苗率；受抑制害率=受害株數(shù)×100%/出苗數(shù)；

1.2數(shù)據(jù)處理采用Excel2003計(jì)算試驗(yàn)數(shù)據(jù)，DPS6.55進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2結(jié)果與討論

2.1生物炭對(duì)甜菜出苗的影響土壤中除草劑殘留對(duì)甜菜出苗有一定的影響。由圖1-2可見(jiàn)，隨著異噁草松殘留量的增加，甜菜出苗率降低，平均出苗率僅為37.91%；當(dāng)土壤中異噁草松濃度達(dá)到0.48、0.72mg•kg-1，甜菜出苗率、出苗指數(shù)分別為26.67%、61.54%和26.20%、60.46%，幼苗初期生長(zhǎng)受重度藥害抑制率達(dá)100%；當(dāng)土壤中異噁草松達(dá)0.24mg•kg-1，幼苗生長(zhǎng)受輕度藥害抑制率為93.3%；異噁草松濃度低于0.24mg•kg-1，甜菜出苗率、出苗指數(shù)升高，受抑制率降低，殘留量在0.06-0.12mg•kg-1，甜菜幼苗均表現(xiàn)不受藥害現(xiàn)象。生物炭對(duì)提高甜菜出苗率，減輕異噁草松殘留藥害，具有一定的促進(jìn)作用。由圖1-2可見(jiàn)，土壤中添加生物炭后，甜菜出苗率增加，平均為54.67%；當(dāng)土壤中異噁草松濃度達(dá)0.48、0.72mg•kg-1，甜菜出苗率為53.33%、46.67%，出苗指數(shù)為123.09%、93.34%，均高于不施炭處理；幼苗初期生長(zhǎng)僅受輕度藥害抑制，抑制率分別為30.30%、45.45%；當(dāng)土壤中異噁草松濃度達(dá)0.24mg•kg-1，幼苗生長(zhǎng)受輕度藥害抑制率為25%，與同一殘留濃度未加炭處理差異顯著。

2.2生物炭對(duì)甜菜生長(zhǎng)的影響生物炭可降低除草劑殘留藥害危害，促進(jìn)作物生長(zhǎng)。由表1可見(jiàn)，土壤中異噁草松濃度在0-0.72mg•kg-1，添加一定比例生物炭后，幼苗株高平均增加16.0%，葉綠素含量前期明顯高于對(duì)照；隨生育進(jìn)程延長(zhǎng)，加炭處理株高、葉綠素增加逐漸優(yōu)勢(shì)減小，而根冠比增加，這與塊根類(lèi)作物營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)逐漸向地下部分轉(zhuǎn)移有關(guān)；幼苗生長(zhǎng)30-50天內(nèi)，加炭處理生物量平均增加120.95%、32.86%、52.93%，與對(duì)照差異顯著，說(shuō)明生物炭可消減高殘留藥害對(duì)甜菜生長(zhǎng)的抑制作用，這一點(diǎn)與前期結(jié)果一致。根冠比是影響作物養(yǎng)分吸收效率的重要因子。有研究認(rèn)為，環(huán)境脅迫條件下，根冠比增加，是作物對(duì)逆境的主動(dòng)適應(yīng)性反應(yīng)機(jī)制。由表1和圖1可見(jiàn)，未添加生物炭處理，甜菜幼苗根冠比隨著異噁草松濃度的增加而降低，差異顯著。添加生物炭后，根冠比呈增加趨勢(shì)，尤其是在異噁草松0.48、0.72mg•kg-1高殘留處理間差異不顯著，這與添加生物炭后，改善了土壤微域逆境，降低了異噁草松殘留藥害有關(guān)，其機(jī)理還有待于進(jìn)一步研究。

2.3生物炭對(duì)甜菜根系形態(tài)的影響植物吸收養(yǎng)分的能力主要取決于根系的形態(tài)[12]。根系是作物生長(zhǎng)所需養(yǎng)分的主要通道，根系形態(tài)決定作物獲得養(yǎng)分和水分的能力[13]，根長(zhǎng)、根表面積和根體積都直接影響著作物對(duì)養(yǎng)分的吸收和運(yùn)輸能力[14.15]。在甜菜幼苗生長(zhǎng)第30天，由圖3-6可見(jiàn)，不同處理下根系形態(tài)發(fā)生變化。隨著異噁草松濃度的增加，加炭處理根長(zhǎng)、總根表面積、總根系體積及根分枝數(shù)均高于未加炭處理。當(dāng)異噁草松濃度達(dá)到0.48、0.72mg•kg-1，未加炭處理根系各形態(tài)指標(biāo)均最低，說(shuō)明高濃度異噁草松對(duì)甜菜生長(zhǎng)有較強(qiáng)的抑制作用。添加生物炭后，抑制作用得以緩解，根系吸收養(yǎng)分和水分的能力增強(qiáng)，表現(xiàn)為根長(zhǎng)增加，體積增大，根尖數(shù)增多。

2.4生物炭對(duì)甜菜產(chǎn)量及含糖量的影響甜菜是主要的糖料作物，含糖量一般為14%-20%。由圖7可見(jiàn)，加炭處理甜菜含糖量升高，平均為15.01%，較不加炭處理增加1.10%；未加炭處理，甜菜含糖量隨異噁草松濃度增加略有提高，可能與高濃度殘留下塊根產(chǎn)量降低有關(guān)，但差異不顯著。收獲期產(chǎn)量調(diào)查表明，生物炭對(duì)提高甜菜塊根產(chǎn)量和產(chǎn)糖量有一定的促進(jìn)作用。由圖8-9可見(jiàn)，添加生物炭后，甜菜塊根重量隨異噁草松濃度的增加而增加，符合二次曲線y=790.75x2+22.343x+650.32（R2=0.9251），塊根總產(chǎn)糖量與異噁草松濃度符合二次曲線y=790.75x2+22.343x+650.32（R2=0.913），差異顯著。未添加生物炭處理，甜菜塊根重量隨異噁草松濃度的增加而降低，符合二次曲線方程y=-1275.1x2+1032.2x+511.68（R2=0.4664），塊根總產(chǎn)糖量符合二次曲線y=-1587.6x2+1316.7x+738.13（R2=0.3093），均呈負(fù)相關(guān)。

3.討論

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，中國(guó)有近900萬(wàn)公頃的耕地遭受著不同程度的農(nóng)藥污染，各類(lèi)可見(jiàn)性藥害至少造成糧食減產(chǎn)5%-10%。甜菜屬于除草劑敏感的作物，對(duì)異噁草松的安全周期較長(zhǎng)（16個(gè)月）。因此，在除草劑殘留條件下，明確生物炭對(duì)作物生長(zhǎng)的促進(jìn)作用，對(duì)于降低藥害殘留，增加糧食產(chǎn)量具有一定的科學(xué)意義。（1）前茬除草劑殘留對(duì)下茬作物是否都存在藥害決定于除草劑在土壤中的殘留量。試驗(yàn)表明，當(dāng)土壤中異噁草松濃度達(dá)到0.48－0.72mg•kg-1，甜菜幼苗初期生長(zhǎng)受重度藥害抑制率達(dá)100%；當(dāng)土壤中異噁草松達(dá)0.24mg•kg-1，幼苗生長(zhǎng)受輕度藥害抑制率達(dá)93.3%。添加生物炭后，甜菜受藥害癥狀減輕或不受藥害，生長(zhǎng)旺盛，這一點(diǎn)與前期研究上一致，生物炭通過(guò)短時(shí)間內(nèi)的吸附作用，可降低除草劑殘留藥害對(duì)作物的抑制。（2）根、冠作為植株生長(zhǎng)過(guò)程的兩大功能器官，是相互依存相互競(jìng)爭(zhēng)的統(tǒng)一體。根冠比是影響作物養(yǎng)分吸收效率的重要因子，環(huán)境脅迫條件下，作物根冠比增加，這是作物對(duì)逆境的主動(dòng)適應(yīng)性反應(yīng)機(jī)制，已為許多學(xué)者所證實(shí)。未添加生物炭處理，甜菜幼苗的根冠比隨著異噁草松濃度的增加而降低，差異顯著。添加生物炭后，根冠比增加，這與添加生物炭后，土壤微域環(huán)境得到改善，提高了除草劑在土壤中的生物降解速率，促進(jìn)作物生長(zhǎng)有關(guān)，其機(jī)理還有待于進(jìn)一步研究。（3）甜菜的糖分積累受環(huán)境條件影響較大。添加生物炭后，甜菜含糖量升高，較不加炭處理增加1.10%，同時(shí)甜菜塊根重量、塊根總產(chǎn)糖量增加，與不加炭處理差異顯著。

4.結(jié)論

（1）土壤中異噁草松殘留達(dá)一定量后，對(duì)甜菜生長(zhǎng)有明顯的抑制作用，并且隨異噁草松土壤殘留量增加抑制作用增強(qiáng)。（2）添加生物炭后土壤中高濃度異噁草松殘留對(duì)甜菜的生物有害性得到抑制，甜菜生長(zhǎng)發(fā)育良好，根冠比增加，產(chǎn)糖率，產(chǎn)糖量增加提高。（3）生物炭施入土壤后，一方面通過(guò)吸附作用，在短時(shí)間內(nèi)降低除草劑殘留對(duì)作物的藥害，一方面通過(guò)改善土壤微域環(huán)境，加速除草劑的生物降解，促進(jìn)甜菜的生長(zhǎng)。通過(guò)本試驗(yàn)研究，可為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上利用生物炭消除除草劑殘留藥害進(jìn)一步提供科學(xué)理論依據(jù)。

作者：李玉梅 宋柏權(quán) 劉崢宇 王根林 魏丹 金梁 張磊 單位：黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料與環(huán)境資源研究所 黑龍江大學(xué) 黑龍江省綏濱農(nóng)場(chǎng) 黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院