生物炭对东北冷凉区水稻育苗基质理化特性及水稻生长发育的影响

发布时间：2018-03-21 12:46

本文选题：生物炭　切入点：水稻　出处：《沈阳农业大学》2016年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：东北气温低与水稻喜温性之间的矛盾,是水稻生产的主要问题之一。早春保护地早育苗,缓解了水稻生育期积温不足及延迟性冷害等问题,使水稻稳产、高产,促进了东北水稻生产的跨越式发展,为国家粮食安全做出了重要贡献。但是,旱育水稻秧苗,需用大量旱田土和草炭,长期、过度挖掘导致很多地区无土可取,资源与环境遭到破坏。而采用稻田土壤培育秧苗,土壤黏重、冷浆,则易造成秧苗素质差、立枯病多发等问题。另一方面,东北地区秸秆焚烧、地力下降等问题日益突出。采用秸秆还田后,因气温低不易腐烂,往往影响下茬作物生长。生物炭,具有良好的结构及理化特性,已为诸多专家学者广泛研究认可。将秸秆等农业废弃物制成生物炭施入土壤,可改良土壤理化特性,从而培育壮苗、促进水稻生长,既可解决东北水稻早育秧苗生产中的难题,亦可高效利用农业废弃物资源、实现改土培肥,从而促进东北水稻生产可持续发展。为此,本研究在东北冷凉区稻田土壤中添加不同用量生物炭,研究生物炭对基质土壤水分、温度特性,养分变化及水稻秧苗素质等的影响。并进一步在水稻秧苗移栽后的本田条件下,研究了生物炭对水稻生长发育、养分吸收与分配、产量及稻米品质等的影响。主要研究结果如下：1.稻田土壤中添加生物炭对基质土壤水分、温度具有显著影响。生物炭对水分的持留能力高于稻田土壤,添加30%生物炭的基质土壤其持水力最强,日平均水分蒸发量比对照减少6.4%,而添加5%-10%生物炭,基质温度最高,其日最高温度比对照提高1.6℃,日平均温度与对照的温差达1.05℃。稻田土壤中添加5%-10%生物炭,有利于克服东北早春低温障碍因子,创造培育壮苗的土壤条件。2.在东北早春水稻旱育秧苗条件下,添加生物炭对育苗基质土壤养分的调控作用明显。其中,生物炭处理的N、P、Ca、Mg、S、Mn、Zn、Cu和Na元素含量分别平均比对照提高了0.41%、5.1%、2.9%、36.3%、97.5%、2.6%、85.0%、4.9%和3.4%,而K和Fe元素含量有所减少。3.在东北早春水稻早育秧苗条件下,添加生物炭对水稻秧苗素质具有良好的正向调控作用。添加5.0%-10.0%生物炭,可促进秧苗根系的生长发育和形态建成,秧苗根长、根表面积、根体积明显增加,细根占比大幅提高。根系生理结构也发生明显变化,根系表皮细胞、厚壁细胞发育良好,排列疏松、皮层组织发达,导管数量增加。水稻根半径、根表皮厚度、根皮层厚度、皮层腔面积及导管横截面积等明显提高。同时,生物炭处理(5.0%-15.0%)的水稻秧苗株高、干物质积累、C/N、叶龄指数,养分元素吸收(N、P、K、Ca、Mg、S、Mn、Zn、Cu、Fe、Na)等均有明显提高,秧苗整体素质提高。4.在秧苗移栽后的本田条件下,生物炭处理(20 t·hm-2和40 t·hm-2)的水稻分蘖数明显高于对照,促进了水稻分蘖早生快发。在水稻主要生育时期,生物炭对水稻不同器官干物质积累和分配的调控作用明显。生物炭处理的水稻根系、茎鞘、叶片干物质积累显著高于对照,表现为随炭量增加而提高。在分蘖期,施炭处理的根冠比明显高于对照,但在孕穗期,根冠比有所降低,呈随炭量增加而降低趋势。生物炭处理的茎鞘物质表观转移量、输出率和转化率均高于对照,利于产量形成。5.在秧苗移栽后的本田条件下,生物炭促进了水稻植株对养分的吸收和积累。不同用量生物炭条件下,水稻植株对N、P、K、Mg、S元素的吸收与积累量均显著高于对照。而微量元素Mn、Zn、Cu、Fe,在施炭量为20-80 t·hm-2时显著高于对照。生物炭对水稻不同器官养分元素分配影响最大的时期为分蘖期和孕穗期,而在齐穗期和成熟期,生物炭对水稻各器官大多数养分元素分配比例的影响较小,生物炭促使水稻不同器官的养分元素分配更趋合理。6. 生物炭对产量形成具有促进作用。施用生物炭(20～60 t·hm-2),单位面积穗数、每穗实粒数、收获指数和生物产量明显增加。生物炭各处理的水稻产量平均比对照提高13.8%。其中,以施用40 t·hm-2生物炭的水稻产量最高,比对照提高27.8%,增产作用明显。单位面积穗数、每穗实粒数和收获指数提高是增产的主要原因。施用生物炭,对稻米品质无明显影响。
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【学位授予单位】：沈阳农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S511

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