¹⁵N示踪法研究生物炭对甘蔗氮素吸收、分配及利用率的影响

【作者】 李强； Muhammad Anas； 杨柳； 罗献宝； 黄东亮； 廖芬； 李杨瑞；

【机构】 广西大学农学院/广西高校农业环境与农产品质量安全重点实验室； 广西农业科学院甘蔗研究所/广西甘蔗遗传改良重点实验室/农业部广西甘蔗生物技术与遗传改良重点实验室；

【摘要】 【研究背景】生物炭是一种在低氧或绝氧、低温（<800℃）条件下制备的一种富炭物质,近年来,生物炭因其在土壤改良、作物增产及污染环境修复等方面都表现出了巨大的应用潜能,而受到国内外研究学者广泛关注。广西作为全国主要甘蔗种植大省,种植面积、蔗糖产量占全国60%以上。施用氮肥是提高甘蔗产量和糖分的重要保证,目前甘蔗生产中大量施用氮肥,导致肥料利用率低,土壤酸化、板结、有毒物质积累、肥力下降等问题。氮肥的过量施用已经成为阻碍我国甘蔗产业发展的主要限制因子之一。生物炭在甘蔗上的效应目前仍不清楚,因此,本研究通过利用¹⁵N示踪技术,研究生物炭对甘蔗氮素吸收、分配及利用的影响,以期探明生物炭对甘蔗生长、氮素利用的效应,为在甘蔗生产上应用生物炭,减少氮肥依赖提供理论和技术参考。【材料与方法】以甘蔗品种B8（氮利用效率较高）和GT11（氮利用效率较低）为研究材料,通过桶栽试验,采用¹⁵N示踪法,以赤红壤为供试土壤,生物炭设三个水平,C0 （0 t.ha-1）、C1 (10 t.ha^-1)和C2(20 t.ha^-1),设¹⁵N标记尿素低氮(N1,120kg.ha^-1)和高氮(N2,600kg.ha^-1)两个施氮水平,组合成6个处理,C0N1、C0N2、C1N1、C1N2、C2N1和C2N2。分别于移栽后苗期（移栽后4个月）、伸长期（移栽后7个月）和成熟期（移栽后12个月）三个时期采集甘蔗的根、茎、枯叶和绿叶,测定¹⁵N丰度和氮含量,研究生物炭与氮肥互作对两个甘蔗品种不同生长时期不同器官氮素累积、分配、利用的影响。【结果与分析】结果表明,生物炭可以显著促进低氮条件下GT11分蘖期和伸长期的氮累积,低氮（N1）处理下GT11分蘖期C1、C2处理的氮累积量分别为718.84和824.48mg/pot,分别比C0处理的665.68 mg/pot增加了7.98%和23.85%,伸长期与不施炭相比,则分别提高了14.06%和45.42%,高氮条件下略高于对照,但未达到显著差异水平;B8在高、低氮条件下,各生长期的氮累积量,与不施炭相比均有提高,特别是分蘖期,C1、C2处理的氮累积量分别为896.63和918.79mg/pot,比C0处理的704.49 mg/pot增加了27.27%和30.42%。生物炭促进氮素更多的分配到GT11的绿叶和根系中,而B8则更多的分配到了绿叶中。GT11各生育期的氮利用率在53.63-369.06mg/mg之间,低氮条件下,与不施炭相比,分蘖期C1、C2处理的氮利用率分别提高了7.98和23.85%,高氮条件下主要是促进伸长期的氮利用率,C1、C2处理比C0分别提高了10.43%和-11.03%;B8各生育期的氮利用率在高、低氮条件下均得到了促进,与不施炭相比,低氮条件下,比C0提高了2.43-30.42%,高氮条件下提高了4.81%-36.38%。GT11根从肥料中来源的氮,在各生育期经生物炭处理后比纯氮处理增加了30.68-35.98%,茎的提高了31.27-40.78%,绿叶的提高了31.59-35.98%。B8根从肥料中来源的氮,经生物炭处理后比纯氮处理提高了28.61-37.72%,茎的提高了32.67-40.79%,绿叶的提高了31.32-37.73%。【结论】研究结果显示,生物炭确实可以促进甘蔗的氮累积,提高甘蔗的氮利用率,促进甘蔗从肥料中获得更多的氮素营养。两个不同氮利用效率甘蔗品种对生物炭的响应不同,GT11在低氮条件下的氮累积和氮利用率均得到较显著的提高,而B8经生物炭处理后,虽然氮累积量与对照相比未达到显著提高,但氮利用率在高、低氮条件下均得到了显著的增加。生物炭对绿叶的生长及氮利用的促进作用显著大于根和茎。本试验主要在温室条件下进行的桶栽试验,后期仍需进行田间试验以进一步的验证和评估生物炭对甘蔗的氮吸收、利用的效应,为生物炭在甘蔗栽培、生产上应用提供理论基础。更多还原