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中国经济社会的飞速发展促使人们更加注重绿色生态的人居环境质量，从而推动了草皮在城市中的需求不断增长。《中国林业和草原统计年鉴2018》数据显示：2018年中国草皮产量超过6万 hm2[1]。随着绿地面积的增加和质量的提升，草皮在园林绿化建设中的应用前景更加广阔[2]。但有研究表明：2018年中国耕地“非粮化”面积已达54.47万 km2，占全国耕地面积总量的32.3%，上海、浙江等6省(市)“非粮化”率已超过50.0%[3]。耕地“非粮化”问题与耕地保护的矛盾日益突出。浙江省水利厅资料显示：2018年浙江省全年河湖库塘清淤8 072.2万 m2[4]。目前，处理大量底泥的主要方法是干化处理后进行填埋，不仅占据了大片土地资源，还可能因为雨水冲刷造成土壤与水体的二次污染。另一方面，草坪草生产基本都是在同一耕地地块上重复进行，成坪后以草皮卷形式进行移植，不仅每次要带走2~3 cm的表层土壤，而且会对土壤的容重、密度和孔隙度等结构造成不可逆破坏，不利于耕地保护和可持续利用，因此，草坪生产耕地是“非粮化”整治重点关注领域之一[5]。无土栽培草皮具有种植灵活、可控性高、病虫害少、节水节肥等优越性，已在世界设施农业中被广泛采用[6]。将清淤产生的大量河湖库塘底泥代替耕地土壤用于草皮生产，不仅能有效解决“非粮化”引起的耕地挤占与土层破坏问题，而且能切实满足草皮等景观绿化种植的市场需求，还能协同解决河湖库塘底泥等有机固体废弃物的处理难题。
近年来，部分无土栽培基质出现了一些新的问题。块状岩棉很难分解，如果随意丢弃会污染环境；不可再生的天然泥炭被长期大量使用导致资源枯竭，并对地球湿地环境造成无法挽回的破坏；蛭石的结构松散、易破环，且使用周期短，维护成本高[7−8]。这促使栽培基质研究向环保型、经济型、技术型方向转变。选择资源循环利用、污染风险低且能解决环境问题的替代基质是主要发展方向[9]。在这种背景下，工农业有机固体废弃物基质研究备受关注[10]。沼渣是沼气发酵的产物，富含有机质、腐殖酸和氨基酸，以及速效养分和微量元素等，可以减少化肥使用，提高养殖业生态效益，降低草皮种植成本。生物质炭在土壤中的施用已经被证明可以改善土壤理化结构，固定土壤中重金属，有利于植物生长。将河道底泥、沼渣、生物质炭按一定比例复配制成种植基质，既符合绿色循环农业和可持续发展的要求，更具有实际的经济效益、环境效益和生态效益，是一种新的尝试。
本研究选取禾本科Gramineae冷季型草坪草匍匐剪股颖‘本特A-4’Agrostis stolonifera ‘PENN A-4’为研究对象，以清淤河道底泥为主料，复配沼渣和生物质炭，探究河道底泥为主料的基质对匍匐剪股颖‘本特A-4’生物量、叶绿素、根系活力、可溶性糖、丙二醛、抗氧化保护酶的影响，为河道底泥等有机固体废弃物的资源化利用提供理论参考。
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河道底泥取自钱塘江富阳段清淤产生的淤泥；沼渣取自杭州富阳某养殖场，为猪粪尿混合物经厌氧发酵(沼气工程)后产生的固体废渣；生物质炭以该养殖场猪粪为原料，经过500 ℃高温限氧炭化后得到的猪粪炭；耕作土取自试验基地旁耕地表层黏壤土，pH呈酸性。各供试材料理化指标如表1所示。
表 1 材料基础理化性质
Table 1. Basic physical and chemical properties of the materials used in the study
基质 酸碱度 电导率/(mS·cm−1) 容重/(g·cm−3) 总孔隙度/% 有机质/(g·kg−1) 全氮/(g·kg−1) 全磷/(g·kg−1) 全钾/(g·kg−1) 底泥 7.48 0.15 1.05 58.02 84.07 0.60 0.69 10.67 沼渣 6.54 2.49 0.51 72.41 309.50 15.23 24.69 3.71 生物质炭 9.40 1.26 0.63 59.85 699.63 20.83 21.91 14.50 耕作土 6.39 0.45 1.23 40.28 33.39 1.51 1.59 15.67 试验草种为禾本科冷季型草坪草匍匐剪股颖‘本特A-4’。该品种具有“百草之王”的美誉，是当前世界范围内品质最高的草皮品种，广泛应用于庭院、公园、广场等观赏性草坪，也是高尔夫球场的主要草种，有出色的耐低修剪、耐高温、抗病虫害以及卓越的抗寒能力。
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本研究采用极端顶点设计，对河道底泥、沼渣、生物质炭进行混料，阶数为2[11]。基于底泥最大消耗原则(尽量多地消纳河道底泥)，将上述3种基质的体积比例分别设定为50%≤底泥≤100%、0≤沼渣≤50%、0≤生物质炭≤10%。混料设计方案见表2，按体积比(v/v)进行混合。因目前草皮生产基本采用农田种植成坪后移植方式，故设置当地耕作表层土(0~20 cm)为对照组(ck)。
表 2 混料设计方案
Table 2. Scheme of a mixed material design
处理 点类型 底泥/% 沼渣/% 生物质炭/% 处理 点类型 底泥/% 沼渣/% 生物质炭/% 1 顶点 50.00 50.00 0 8 双混合 70.00 20.00 10.00 2 顶点 50.00 40.00 10.00 9 中心点 72.50 22.50 5.00 3 顶点 100.00 0 0 10 轴点 61.25 36.25 2.50 4 顶点 90.00 0 10.00 11 轴点 61.25 31.25 7.50 5 双混合 50.00 45.00 5.00 12 轴点 86.25 11.25 2.50 6 双混合 95.00 0 5.00 13 轴点 81.25 11.25 7.50 7 双混合 75.00 25.00 0 说明：数值为体积百分比。 试验在浙江科技大学校内试验基地(30°13′31″N，120°01′30″E，年日照时数为1 522.4 h)进行。坪床采用带排水孔规格为40 cm×40 cm×7 cm的育苗盘，底部铺30 g·m−2无纺布隔离，基质厚度为3.0 cm，上覆土厚度为0.5 cm。每处理重复3次。播种密度为12.0 g·m−2，发芽前每天浇水1次，发芽后7 d浇水1~2次，浇水量遵循见干见湿的原则。种植期间不额外施肥，待幼苗生长10 d左右，株高至10 cm后，按照1/3原则进行修剪[12]。本研究在开放自然环境下开展。2022年10月15日播种，共60 d，在第60天取样，测定植物理化指标。
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生物量干质量采用实测称量法，叶绿素采用乙醇浸提法，可溶性糖采用蒽酮比色法，丙二醛采用硫代巴比妥酸比色法，过氧化氢酶采用钼酸铵比色法，超氧化物歧化酶采用氮蓝四唑法，过氧化物酶采用愈创木酚法，根系活力采用氯化三苯四氮唑法。生物量干质量在杀青烘干后测定，其余指标采用鲜样测定。具体测定方法参考《植物生理学实验指导》[13]。
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将试验数据录入Excel 2013，并进行整理，用SPSS 26分析不同处理间差异显著性，Origin 2023制图。
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由图1A可见：处理1、处理2、处理10匍匐剪股颖‘本特A-4’地上部分干质量与ck相比差异最显著(P＜0.05)，分别比ck显著提高了172.98%、185.07%、189.27%，但三者之间差异不显著；处理3、处理4、处理6地上部分干质量显著低于ck (P＜0.05)，仅有ck地上部分干质量的12.46%、45.19%、28.50% (图1A)。主要原因是处理3、处理4、处理6未添加沼渣。随着混料基质中沼渣比例的增加，草皮地上部分干质量逐渐增加(图1B)。
图 1 不同处理对匍匐剪股颖‘本特A-4’地上部分生物量干质量的影响
Figure 1. Effects of the different treatments on the aboveground dry weight of A. stolonifera ‘PENN A-4’
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由表3可知：各处理间匍匐剪股颖‘本特A-4’叶绿素a、b质量分数分别为1.25~1.65和0.35~0.50 mg·g−1，低于ck。由于底泥性质更接近于黏土，故随着底泥比例的增加，叶绿素质量分数呈上升趋势。仅处理8和处理9叶绿素a/b略高于ck，但与ck相比，差异不显著。
表 3 不同处理间匍匐剪股颖‘本特A-4’叶绿素的质量分数
Table 3. Chlorophyll contents in different treatments of A. stolonifera ‘PENN A-4’
处理 叶绿素a/
(mg·g−1)叶绿素b/
(mg·g−1)叶绿素a+b/
(mg·g−1)叶绿素a/b 处理 叶绿素a/
(mg·g−1)叶绿素b/
(mg·g−1)叶绿素a+b/
(mg·g−1)叶绿素a/b 1 1.33±0.01** 0.45±0.02** 1.77±0.03** 2.97±0.17** 8 1.49±0.04** 0.42±0.01** 1.91±0.04** 3.54±0.06 2 1.38±0.08** 0.46±0.03* 1.84±0.11** 3.00±0.04** 9 1.49±0.05** 0.42±0.05** 1.91±0.09** 3.54±0.41 3 1.65±0.10* 0.53±0.04 2.18±0.14* 3.10±0.08* 10 1.40±0.06** 0.44±0.05** 1.84±0.11** 3.20±0.21 4 1.28±0.02** 0.41±0.02** 1.69±0.03** 3.10±0.11* 11 1.50±0.03** 0.47±0.01* 1.97±0.03** 3.20±0.03 5 1.28±0.09** 0.45±0.03** 1.73±0.12** 2.87±0.04** 12 1.59±0.01** 0.48±0.01 2.07±0.02** 3.30±0.06 6 1.25±0.06** 0.37±0.04** 1.63±0.09** 3.36±0.28 13 1.40±0.04** 0.45±0.02** 1.85±0.07** 3.14±0.10* 7 1.33±0.18** 0.40±0.06** 1.74±0.25** 3.30±0.08 ck 1.81±0.10 0.53±0.03 2.33±0.14 3.42±0.02 说明：*表示不同处理与ck间差异显著(P＜0.05)，**表示不同处理与ck间差异极显著(P＜0.01)。 -
由图2A可见：与ck相比，处理4的匍匐剪股颖‘本特A-4’地下部分干质量最高，比ck显著提高了48.05% (P＜0.05)。处理4与处理13基质上匍匐剪股颖‘本特A-4’地下部分干质量无显著差异，但2个处理显著高于其他处理(P＜0.05)，表明随着生物质炭比例逐渐增加，匍匐剪股颖‘本特A-4’地下部分根系生物量逐渐增加，但随着沼渣比例的增加，地下部分干质量有降低趋势(图2B)。
图 2 不同处理间匍匐剪股颖‘本特A-4’地下部分生物量干质量的影响
Figure 2. Effects of the different treatments on the underground dry weight of the A. stolonifera ‘PENN A-4’
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由图3A可见：根系活力最强的是处理7的匍匐剪股颖‘本特A-4’，为0.03×16.67 nkat·g−1，比ck (0.01×16.67 nkat·g−1)高约2.4倍；处理9、处理10次之，比ck高约2.0倍； 与ck相比，处理12根系活力无显著差异；处理6和处理13的根系活力显著低于ck (P＜0.05)，仅分别为ck的65.84%、83.69%。随着沼渣比例提高、底泥比例降低(图3B)，基质容重逐渐降低，根系活力逐渐增强，能从基质中吸收更多矿质元素和水分供应地上部分的生长，这与图1B中显示的随着混料基质中沼渣比例的增加，匍匐剪股颖‘本特A-4’地上部分干质量逐渐增加是一致的。混料基质中生物质炭比例的变化对匍匐剪股颖‘本特A-4’根系活力的影响不明显。
图 3 不同处理对匍匐剪股颖‘本特A-4’根系活力的影响
Figure 3. Root activity of A. stolonifera ‘PENN A-4’ in the different treatments
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由图4A可知：与ck相比，处理4的匍匐剪股颖‘本特A-4’可溶性糖质量分数最高，比ck显著提高了70.95% (P＜0.05)，但与处理1、处理2相比差异不显著。处理3次之。处理5匍匐剪股颖‘本特A-4’的可溶性糖质量分数显著低于ck (P＜0.05)，其余处理与ck相比无显著差异(图4A)。底泥比例为50.00%~100.00%时，随着底泥比例的增加，匍匐剪股颖‘本特A-4’可溶性糖质量分数呈先降低后逐渐升高的趋势；同时，混料基质中沼渣比例过高或过低都会导致匍匐剪股颖‘本特A-4’可溶性糖质量分数升高，生物质炭比例的变化与沼渣导致的匍匐剪股颖‘本特A-4’可溶性糖质量分数变化趋势基本一致(图4B)。
图 4 不同处理对匍匐剪股颖 ‘本特A-4’可溶性糖的影响
Figure 4. Soluble sugar of A. stolonifera ‘PENN A-4’ in the different treatments
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由图5A可知：处理7的匍匐剪股颖 ‘本特A-4’丙二醛质量摩尔浓度最高，为20.65 nmol·g−1，处理1次之，为20.89 nmol·g−1，分别比ck显著提高了24.16%、25.60% (P＜0.05)，但处理1和处理7之间差异不显著，其余处理匍匐剪股颖‘本特A-4’丙二醛质量摩尔浓度与ck相比无显著差异。由图5B可见：随着混料基质中底泥和生物质炭比例降低，沼渣比例增加，匍匐剪股颖‘本特A-4’丙二醛质量摩尔浓度逐渐升高。
图 5 不同处理对匍匐剪股颖‘本特A-4’丙二醛的影响
Figure 5. MDA of A. stolonifera ‘PENN A-4’ in the different treatments
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由表4可见：与ck相比，处理4、处理8、处理13的匍匐剪股颖‘本特A-4’过氧化氢酶活性显著下降了42.33%、44.54%、46.45% (P＜0.05)，而处理7、处理9、处理11过氧化氢酶活性显著升高了35.02%、40.66%、25.23% (P＜0.05)，表明随着混料基质中生物质炭比例逐渐减少，匍匐剪股颖‘本特A-4’过氧化氢酶活性逐渐增加。
表 4 不同处理间匍匐剪股颖‘本特A-4’抗氧化保护酶活性
Table 4. Antioxidant protective enzyme activities in different treatments of A. stolonifera ‘PENN A-4’
处理 过氧化氢酶/
(×16.67 nkat·g−1)超氧化物歧化酶/
(×16.67 nkat·g−1)过氧化物酶/
(×16.67 nkat·g−1)处理 过氧化氢酶/
(×16.67 nkat·g−1)超氧化物歧化酶/
(×16.67 nkat·g−1)过氧化物酶/
(×16.67 nkat·g−1)1 21.40±1.01 367.55±36.93** 697.92±42.87 8 12.43±2.48** 373.57±18.29** 594.51±39.24** 2 21.40±5.14 395.48±31.95** 793.27±21.60* 9 31.54±3.38** 430.98±18.62** 708.82±16.03 3 20.28±0.96 256.49±10.25* 659.04±28.40* 10 24.38±3.40 398.58±16.95** 764.31±29.50 4 12.93±0.79** 304.48±15.89 613.16±27.51** 11 28.08±0.98** 415.11±27.08** 828.98±36.13** 5 20.84±0.64 378.02±27.12** 715.14±27.55 12 18.19±1.71* 316.05±37.78 574.14±25.23** 6 17.81±1.89* 292.52±19.37 676.58±42.97 13 12.01±1.22** 319.52±15.16 787.36±43.58* 7 30.27±1.86** 392.23±10.75** 785.75±41.48 ck 22.42±2.64 304.96±29.18 729.52±34.36 说明：*表示不同处理与ck间差异显著(P＜0.05)；**表示不同处理与ck间差异极显著(P＜0.01)。 处理3匍匐剪股颖‘本特A-4’中的超氧化物歧化酶活性显著降低，较ck显著下降了15.89% (P＜0.05)；其次是处理6，但匍匐剪股颖‘本特A-4’的超氧化物歧化酶活性与对照组相比降低不显著。处理3、处理6的混料基质中底泥比例分别为100.00%和95.00%，表明混料基质中底泥比例提高会降低匍匐剪股颖‘本特A-4’的超氧化物歧化酶活性。
与ck相比，处理11的匍匐剪股颖‘本特A-4’过氧化物酶活性升幅最大，达极显著差异水平(P＜0.01)，处理2、处理13的匍匐剪股颖‘本特A-4’过氧化物酶活性较ck显著升高了8.74%和7.93% (P＜0.05)；但处理3、处理4、处理8和处理12与ck相比，匍匐剪股颖‘本特A-4’过氧化物酶活性显著下降，其中处理12降幅最大，达极显著水平(P＜0.01)。随着混料基质中沼渣比例的增加，匍匐剪股颖‘本特A-4’过氧化物酶活性出现先缓慢增加再减少的趋势。当沼渣比例在30.00%~40.00%时，匍匐剪股颖‘本特A-4’过氧化物酶活性显著上升。
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地上部分生物量的大小能够在一定程度上反映植物的生长和光合作用能力，叶绿素质量分数的变化是体现植物遭受胁迫损害的重要指标之一。本研究中，基质中沼渣的施用是影响匍匐剪股颖‘本特A-4’地上部分生物量的主要因素，加入适量的沼渣(36.25%~50.00%)能够显著提高其地上部分生物量。这与HAMMERSCHMIEDT等[14]发现的沼渣施用显著增加了莴苣Lactuca sativa地上部分生物量的结果相似，并且随着沼渣在基质中比例逐渐增加，河道底泥比例逐渐降低，匍匐剪股颖‘本特A-4’地上部分生物量逐渐增加。本研究中沼渣为某养殖场猪粪尿混合物经厌氧发酵后的固体废渣，可以作为有机肥原料使用，改善基质肥力，为植物茎叶生长提供必要的营养元素。CHEN等[15]研究表明：生物质炭的施用能够提高作物的生物量，但本研究中生物质炭对匍匐剪股颖‘本特A-4’地上部分生物量影响不明显。主要原因可能是猪粪沼渣炭化后，产物中氮等营养元素因高温逸失，磷、钾等营养与原料沼渣中赋存形态相比有效性降低，短期内(本研究为60 d)，其营养效应还未显现。冯树林等[16]研究表明：植物叶绿素质量分数与土壤水分有较大关系。混料基质匍匐剪股颖‘本特A-4’叶绿素质量分数均低于ck，可能是混料基质容重低于传统耕作土，保水性能相对也低，匍匐剪股颖‘本特A-4’叶片水分亏缺，叶绿素结构受到一定影响，光合作用相关蛋白质量分数降低，叶绿素降解速度高于合成速度。生物质炭虽然有较好的保水性能，但由于其占比较低，保水效果不明显。在混料基质配比中，当底泥比例为50.00%~75.00%、沼渣比例为36.25%~50.00%时，匍匐剪股颖‘本特A-4’地上部分生物量和绿度较好。
在草皮生长过程中，地下部分是其吸收水分和矿质元素的主要器官。地下部分生物量越多，越能够促进草皮生长[17]。本研究中，基质中生物质炭的比例是影响匍匐剪股颖‘本特A-4’地下部分生物量的主要因素，加入适量的生物质炭(5.00%~10.00%)能够有效提高其地下部分生物量促进匍匐剪股颖‘本特A-4’的根系生长，表明生物质炭的特殊多孔结构一定程度上改变了基质结构，这与XIANG等[18]研究生物炭施用能显著增加根系生物量的结果相一致。此外，PEI等[19]研究表明：生物质炭的添加能够增加根系分泌物的释放，如氨基酸、植物生长素和脱落酸等，这些根系分泌物能够进一步促进根系的伸长，为植物提供更有利的生长条件，并且随着沼渣比例的提高，根系活力逐渐增强。本研究中，混料基质容重低于耕作土，表明基质松散、孔隙多、透气性好，有利于植物生长。在几种混料基质配比中，当生物质炭比例为5.00%~10.00%时，匍匐剪股颖‘本特A-4’地下部分生物量较高，根系活力较好；底泥比例为75.00%~100%，沼渣比例为0~25.00%时，更有助于地下部分生长；底泥比例为50.00%~75.00%，沼渣比例为20.00%~50.00%时，根系活力更旺盛。
增加草皮地上部分生物量，可以促进其光合、呼吸和蒸腾作用，提高草坪草的观赏性；增加其地下生物量，则能够促进草皮对水分的固定、吸收，进而促进草皮的生长。通过调整基质中底泥、沼渣和生物质炭的混配比例，可以优化草皮的生长，促进地上和地下部分的协调生长。
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可溶性糖是重要的渗透调节物质。植物可以通过积累可溶性糖，增强细胞的渗透调节能力，应对外界环境影响[20]。本研究中，匍匐剪股颖‘本特A-4’ 可溶性糖质量分数随着混料基质中沼渣和生物质炭比例的增加，整体呈先降低后增加的趋势，表明添加适当比例(2.50%~7.50%)的生物质炭，能够降低其可溶性糖质量分数，缓解植物受到的胁迫影响，这与HAFEZ等[21]研究水分胁迫下生物质炭处理降低了大麦Hordeum vulgare的可溶性糖质量分数的结果相近。同时，本研究结果也显示：随着底泥比例的增加、沼渣比例的降低，可溶性糖质量分数呈上升趋势。在混料基质配比中，当底泥比例为50.00%~75.00%，沼渣比例为25.00%~36.25%，生物质炭比例为2.50%~7.50%时，草皮可溶性糖质量分数较为适中。
丙二醛是植物膜脂过氧化的最终产物，其质量摩尔浓度可以反映植物所受胁迫的程度[22]。本研究中，随着底泥比例降低，沼渣比例增加，匍匐剪股颖‘本特A-4’抗氧化酶活性有所上升，清除了植株体内部分活性氧自由基，但仍有部分过剩的自由基，引发膜脂氧化作用，从而导致丙二醛积累。同时，本研究结果也显示：混料基质中增加生物质炭的比例，能够有效降低丙二醛质量摩尔浓度。这与刘易等[23]的研究结果类似，其发现生物质炭处理土壤后玉米Zea mays丙二醛质量摩尔浓度降低。但当生物质炭添加比例过低(0~2.50%)时，不能发挥其降低丙二醛的效果。在混料基质配比中，当底泥比例为75.00%~100%、沼渣比例为0~30.00%、生物质炭比例为2.50%~10.00%时，匍匐剪股颖‘本特 A-4’丙二醛质量摩尔浓度较为适中。
过氧化氢酶、超氧化物歧化酶、过氧化物酶是植物体内重要的抗氧化保护酶。在一定范围内，过氧化氢酶、超氧化物歧化酶和过氧化物酶的活性与植物所受胁迫的程度呈正相关[24]。本研究中，底泥的性质接近黏土，以其为主料添加生物质炭的基质均可缓解匍匐剪股颖‘本特A-4’的受胁迫程度。随着沼渣添加比例的增加，过氧化氢酶、超氧化物歧化酶、过氧化物酶的活性变化趋势相近，呈先增加后降低，但依然高于基质中未添加沼渣时的活性，说明沼渣含有的一些有害物质，重金属、抗生素、病原微生物等也会随着沼渣比例的增加而增加。这些有害物质超过植物耐受程度时，可能会破坏植物的保护酶系统，导致酶活性降低，而对植物的生长产生不利影响。因此，在实际生产中使用沼渣时需要对其中的有害物质进行检测，以确保植物健康生长。适量生物质炭的添加能在降低匍匐剪股颖‘本特A-4’体内丙二醛质量摩尔浓度的同时，降低过氧化物酶和超氧化物歧化酶的活性。这与FARHANGI-ABRIZ等[25]的研究结果相近，其发现添加生物质炭处理的盐胁迫大豆Glycine max幼苗抗氧化酶活性显著降低。适当比例的底泥、沼渣和生物质炭能够通过改善基质理化性质，降低植物遭受胁迫程度，使草皮生长良好。在混料基质配比中，当底泥比例为72.50%~100%、沼渣比例为0~20.00%、生物质炭比例为2.50%~10.00%时，匍匐剪股颖‘本特 A-4’过氧化氢酶活性适中；当底泥比例为81.25%~100%、沼渣比例为0~11.25%、生物质炭比例为0~7.50%时，匍匐剪股颖‘本特 A-4’超氧化物歧化酶活性适中；当底泥比例为81.25%~100%、沼渣比例为0~22.50%、生物质炭比例为在0~10.00%时，匍匐剪股颖‘本特 A-4’过氧化物酶活性较为适中。
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从混料基质对生长的影响分析，比例为75.00%的底泥，对匍匐剪股颖‘本特A-4’地上部分、地下部分生物量及根系活力的影响较为均衡；从混料基质对生理指标的影响分析，与传统耕作土相比，底泥作为替代基质主料对匍匐剪股颖‘本特A-4’生长不会产生不利影响。从这个角度出发，底泥比例大于75.00%较为适宜。
生物质炭比例为5.00%~10.00%的混料基质，对匍匐剪股颖‘本特A-4’地上部分、地下部分生物量及根系活力的影响较好；但从对匍匐剪股颖‘本特A-4’ 可溶性糖、丙二醛和抗氧化酶等生理指标的影响看，生物质炭的比例为2.50%~5.00%比较合适。
因此，如果混料基质以底泥、生物质炭、沼渣混合，底泥比例选择为75.00%，生物质炭比例为5.00%，则混料基质中沼渣比例为20.00%。在此配比下，匍匐剪股颖‘本特A-4’地上部分干质量和地下部分干质量分别显著提高了58.53%和17.19%，与ck相比均达显著差异水平，根系活力提升了近1倍(91.55%)，但匍匐剪股颖‘本特A-4’叶绿素a、b质量分数分别降低了21.52%和19.49%。另外，与ck相比，混料基质除引起匍匐剪股颖‘本特A-4’超氧化物歧化酶活性升高外(28.66%)，对匍匐剪股颖‘本特A-4’可溶性糖质量分数、丙二醛质量摩尔浓度及过氧化氢酶和过氧化物酶活性的影响不明显。综上所述，在此配比下，混料基质相较于传统耕作土对匍匐剪股颖‘本特A-4’生长具有显著的促进作用，同时，匍匐剪股颖‘本特A-4’生理抗性反应小。
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以底泥为主料，掺混适当比例的生物质炭、沼渣的基质代替耕作土进行匍匐剪股颖‘本特A-4’种植是可行的，掺混沼渣能够有效提高匍匐剪股颖‘本特A-4’地上部分生物量和根系活力，生物质炭可有效提高匍匐剪股颖‘本特A-4’地下部分生物量。与传统耕作土相比，当混料基质中底泥占75.00%、沼渣占20.00%、生物质炭占5.00%时，匍匐剪股颖‘本特A-4’的生长表现良好。
Effects of river sediment as the main substrate on the growth and physiological indexes of Agrostis stolonifera ‘PENN A-4’
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摘要:
目的 河湖库塘清淤底泥用于草皮等高经济价值园林绿化植物生产，既能有效解决挤占耕地与破坏耕层问题，又能协同解决底泥等有机固体废弃物的处理难题。 方法 通过混料设计，按照底泥最大消耗原则，设置底泥、沼渣、生物质炭3种原料用量比例(体积比)分别为50%≤底泥≤100%、0≤沼渣≤50%、0≤生物质炭≤10%，共13个处理，同时设置耕作土为对照组，测定匍匐剪股颖‘本特A-4’Agrostis stolonifera ‘PENN A-4’生长指标(生物量干质量、叶绿素、根系活力)和生理指标(可溶性糖、丙二醛、抗氧化保护酶)，明确河道底泥为主料的基质代替传统耕作土种植匍匐剪股颖‘本特A-4’的可行性和适宜性。 结果 与耕作土(对照)相比，混料基质中3种原料比例(体积比)底泥为75.00%、沼渣为20.00%、生物质炭为5.00%时，匍匐剪股颖‘本特A-4’地上部分和地下部分干质量分别显著提高了58.53%和17.19% (P＜0.05)，根系活力极显著提高了近1倍 (P＜0.01)，但匍匐剪股颖‘本特A-4’叶绿素a、b质量分数分别均极显著降低了约20.00% (P＜0.01)。另外，混料基质使匍匐剪股颖‘本特A-4’超氧化物歧化酶活性极显著升高28.66% (P＜0.01)，对植株体内可溶性糖质量分数、丙二醛质量摩尔浓度及过氧化氢酶活性和过氧化物酶活性影响不显著。 结论 以底泥为主料，掺混适当比例的生物质炭、沼渣的基质代替耕作土种植匍匐剪股颖‘本特A-4’是可行的，掺混的沼渣能够有效提高匍匐剪股颖‘本特A-4’地上部分生物量和根系活力，生物质炭可有效提高匍匐剪股颖‘本特A-4’地下部分生物量。图5表4参25 -
关键词:
- 河道底泥 /
- 匍匐剪股颖‘本特A-4’ /
- 基质 /
- 生理指标 /
- 生物量
Abstract:Objective The dredging sediment from rivers, lakes, reservoirs and ponds can be used for the production of high-economic value landscape plants such as turf, which can not only solve the problem of occupying cultivated farmland and destroying top soil layer, but also solve the treatment and disposal problem of organic solid waste such as sediment. Method Based on the mixed material design and the principle of maximum consumption of river sediment, the proportion of the three raw materials, namely sediment, biogas residue, and biochar, was set to be 50%≤sediment≤100%, 0≤biogas residue≤50%, and 0≤biochar≤10%, respectively, totaling 13 treatments. Meanwhile, cultivated soil was set as the control, and the growth indicators (biomass dry mass, chlorophyll, root activity) and physiological indicators (soluble sugar, malondialdehyde, antioxidant protective enzymes) were measured to explore the feasibility and suitability of planting Agrostis stolonifera ‘PENN A-4’ with the substrate of river sediment as the main material instead of the traditional cultivated soil. Result Compared with the control, the dry weight of above ground part and underground part of A. stolonifera ‘PENN A-4’ significantly increased by 58.53% and 17.19%, respectively (P＜0.05) and the root activity nearly doubled (P＜0.01) when the proportion of sediment in the mixed substrate was 75.00%, the proportion of biogas residue was 20.00%, and the proportion of biochar was 5.00%, but the content of chlorophyll a and b in plants decreased by approximately 20.00% (P＜0.01). In addition, the mixed substrate significantly increased superoxide dismutase activity (28.66%, P＜0.01), but had no significant effect on the contents of soluble sugar and malondialdehyde, catalase activity and peroxidase activity in plants. Conclusion It is feasible to use river sediment as the main material, mixed with an appropriate proportion of biogas residue and biochar as a substrate instead of cultivated soil for A. stolonifera ‘PENN A-4’ planting. The mixed biogas residue can effectively increase the aboveground biomass and root vitality of the turf grass, while biochar can effectively increase the underground biomass of the grass. [Ch, 5 fig. 4 tab. 25 ref.] -
Key words:
- river sediment /
- Agrostis stolonifera ‘PENN A-4’ /
- turf substrate /
- physiological indexes /
- biomass
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生物质炭基肥是一种以生物质炭为基质，根据不同区域土地特点、不同作物生长特点以及科学施肥原理，添加有机质或无机质配制而成的生态环保型肥料。生物质炭具有微观孔隙结构、较大的比表面积和高吸附性等特点，这使得生物质炭基肥在优化土壤理化性质和调节土壤微生物群落及数量等方面效果显著[1]。研究表明：施用生物质炭基肥可以显著改善土壤的物理性状[2]，降低土壤容重[3]，增加田间持水量和透气性[4]，提高土壤pH和养分有效性[5]。在生产实践中，施用生物质炭基肥可实现化肥减施，提高当地烟农收益的目的[6−7]。根据不同用途，研究人员相继开发出多种生物质炭基肥类型，并已在北方壤土、砂土麦田和南方烟田进行应用[8]。
尽管生物质炭基肥在烤烟Nicotiana tabacum种植中已经得到一定的推广，但相关研究多集中在施用生物质炭基肥对烤烟地上部生长及养分积累方面[9−10]，而对烤烟根系发育及其与烤后烟化学品质关系的研究鲜有报道。重庆植烟区烟叶品质和地方性香韵特色突出，是中国烟叶的重要产区。近年来，随着有机肥的使用比例过少和土壤连作效应的增加，重庆植烟区土壤有效养分严重失衡，土壤酸化、黏化、贫瘠以及微生物群落结构恶化已经成为丞待解决的问题[11]。研究显示：重庆植烟土壤在2005年已经出现了严重的酸化现象[12]，有一半以上的土壤严重酸化，其中黔江县、丰都县的酸化土壤面积均达65%以上[13]，酸碱度适宜的土壤不到35%。因此，在生产中应采取增施生物质炭基肥、种植绿肥等措施加强对酸化土壤的治理，为优质烟叶的生产提供保障。本研究选用‘云烟116’N. tabacum ‘Yunyan 116’为材料，在重庆彭水县设置常规施肥、生物质炭基有机肥和生物质炭基复混肥大田试验，研究生物质炭基肥对烤烟根系发育、产量产值和化学品质的影响，以期为指导当地烤烟生产和提高烟农收益提供理论依据和技术支持。
1. 材料与方法
1.1 研究区概况
于2020年和2021年3—10月，在重庆市彭水县润溪镇重庆烟草科学研究所彭水试验站(29.14°N，107.96°E)开展研究。烟草种植制度为1年1熟，冬季休闲。该区属亚热带湿润季风气候，年均气温为17.5 ℃，年均降水量为1 241.0 mm。土壤类型为黄壤土，pH 5.4，有机质和有机碳质量分数分别为24.1和14.0 g·kg−1，碱解氮、速效磷、速效钾质量分数分别为88.8、12.8、147.8 mg·kg−1。
1.2 试验设计
大田试验选择肥力中等、地势平坦、无严重病害史的田块，采取完全随机设计，共设3个处理：①常规施肥(T1)。按照当地农户习惯，施农家肥2 250 kg·hm−2和烟草复合肥750 kg·hm−2；②生物质炭基有机肥(T2)。在T1处理基础上增施生物质炭基有机肥1 350 kg·hm−2；③生物质炭基复混肥(T3)。在农家肥2 250 kg·hm−2的基础上增施生物质炭基复混肥750 kg·hm−2。其中T1和T2处理中的烟草复合肥氮磷钾质量比为6∶12∶25，生物质炭基复混肥中的氮磷钾和生物质炭的质量比为8∶10∶20∶18，生物质炭基有机肥发酵原料含质量分数为85%的杏鲍菇渣和15%的生物质炭。各处理分别用尿素、过磷酸钙和硫酸钾补充配平，保证各处理氮磷钾肥用量相同。每个处理重复3次，共9个小区。生物质炭基有机肥和生物质炭基复混肥均由贵州金叶丰农业科技有限公司提供。供试品种为‘云烟116’，由重庆市烟草公司彭水县分公司提供。烟苗采用漂浮育苗，于5月上旬移栽，移栽密度为16 492 株·hm−2，移栽行距为120 cm，株距为50 cm，垄高为40 cm。其他田间管理按照规范化栽培技术进行。
1.3 样品采集与处理
1.3.1 根系样品采集与处理
分别在移栽后的30、60、90和120 d，选取每个处理具有代表性的烤烟3株，取烟株根系20 g在超低温冰箱−80 ℃内保存，用于测定生理指标，余下部分，在105 ℃下杀青15 min，65 ℃烘干至恒量后用粉碎机进行粉碎，过60目筛，装入封口袋保存，用于测定根系氮钾和烟碱质量分数。
1.3.2 烤后样品采集与处理
将移栽后120 d的烟叶从下部叶自下而上进行采收，采收后按照小区进行统一编杆烘烤。依据GB 2635—92对烘烤后的烟叶样品进行分级，每处理分别取上部叶、中部叶和下部叶烟叶各2.5 kg，置于65 ℃烘箱烘至恒量，粉碎过60目筛，用于测定烤后烟叶的化学成分。
1.4 测定项目及方法
1.4.1 根系生理活性指标
根系活力采用改良氯化三苯基四氮唑法测定[14]；根系氮质量分数采用凯氏定氮法测定，根系钾质量分数采用火焰光度计法测定，根系烟碱质量分数采用提取脱色法测定[15]。
1.4.2 经济性状指标
各处理小区烟叶单独采收编杆，单独计产量。待烟叶全部采收烘烤完毕后，依照GB 2635—1992对烤后烟叶进行分级，计算产值、产量与上等烟比例。
1.4.3 化学品质指标
分别测定分析各处理烤后烟叶的常规化学成分(质量分数)[16]。全氮采用凯氏定氮法测定；总糖和还原糖采用3,5-二硝基水杨酸(DNS)比色法测定；烟碱采用提取脱色法测定；氯离子采用浸提法(热蒸馏水法)测定；全钾采用火焰光度计法测定。
1.5 数据统计与分析
使用Excel整理数据，采用SPSS 22.0对烤烟的根系活力、根条数、根系氮、钾和烟碱质量分数以及烤后烟的经济性状和化学品质等进行多重比较和相关分析，其中多重比较采用Duncan的SSR检验法(显著性水平为0.05)，相关分析采用Pearson相关系数中的双尾检验，采用Origin 2021绘图。
2. 结果与分析
2.1 不同生物质炭基肥对烤烟根系性状的影响
2.1.1 不同生物质炭基肥对烤烟根系活力的影响
由图1可知：随着烟株移栽时间的延长，3个处理的根系活力均呈先上升后下降的抛物线式变化，以移栽后60 d时最高，移栽后120 d时最低。在移栽后30 d时，3个处理的烟株根系活力无显著差异。在移栽后60 d时，T2处理的根系活力较T1处理显著提高(P＜0.05)。在移栽后90 d时，T2与T3处理的根系活力无显著差异，但较T1处理分别显著提高了46.8%和34.4%(P＜0.05)。在移栽后120 d时，T2处理的根系活力与T3和T1处理差异显著(P＜0.05)。生物质炭基肥可以提高烟株根系活力，总体上以T2处理效果最好。
图 1 移栽后不同生物质炭基肥处理下烤烟根系活力的变化Figure 1 Change of root activities of flue-cured tobacco under different biochar-based fertilizers after transplantation2.1.2 不同生物质炭基肥对烤烟根条数的影响
如表1所示：烟株的侧根条数在移栽后的30 d时，3个处理间无显著性差异。在移栽后60 d时，T2和T3处理的侧根条数显著高于T1处理(P＜0.05)。在移栽后90 d时，3个处理侧根条数从大到小依次为T3、T2、T1，T3处理相比T1处理增加了17.5% (P＜0.05)。在移栽后120 d时，T2和T3处理比T1处理提高14.7%和26.4% (P＜0.05)。
表 1 移栽后不同生物质炭基肥处理下烤烟根条数的变化Table 1 Change of root number of flue-cured tobacco under different biochar-based fertilizers after transplantation移栽后时间/d 处理 侧根/条 不定根/条 30 T1 13.8±4.1 a 62.4±1.3 b T2 14.3±1.2 a 74.9±2.6 a T3 15.4±0.8 a 76.6±3.1 a 60 T1 17.5±1.4 b 89.2±1.5 c T2 22.7±2.9 a 117.2±1.9 b T3 24.7±1.6 a 136.6±2.0 a 90 T1 25.7±3.8 b 59.0±4.8 c T2 26.3±1.0 ab 68.6±0.5 b T3 30.2±2.4 a 75.0±3.3 a 120 T1 23.1±1.3 b 44.8±0.8 b T2 26.5±1.6 a 54.7±1.5 a T3 29.2±1.7 a 53.3±1.9 a 说明：不同字母表示同时间不同处理间差异显著(P＜0.05)。 移栽后30 d时，T2和T3处理烟株的不定根条数均高于T1处理，且与T1处理呈显著差异(P＜0.05)。移栽后60和90 d时，3个处理的不定根条数从大到小依次为T3、T2、T1，且3个处理间均存在显著差异(P＜0.05)。移栽后120 d时，以T2处理的不定根条数最多，其次为T3处理，最后为T1处理，且T2、T3与T1处理差异达显著水平(P＜0.05)。总体上，烟株的侧根条数和不定根条数以T3处理最多。
2.1.3 不同生物质炭基肥对烤烟根系钾、氮和烟碱质量分数的影响
由图2可以看出：3个处理根系钾质量分数随烟株的生长呈逐渐下降趋势。移栽后30和60 d时，T2和T3处理的烟株根系钾质量分数均高于T1处理，其中T3处理显著高于T1处理(P＜0.05)。移栽后90和120 d时，3个处理的烟株根系钾质量分数无显著差异。
图 2 不同生物质炭基肥对根系钾质量分数的影响Figure 2 Effects of different biochar-based fertilizers on potassium contents in roots从图3可见：在移栽后的30~90 d，T3和T1处理的烟株根系氮质量分数均高于T2处理。其中在移栽后30 d时，T3与T2处理烟株根系氮质量分数差异显著(P＜0.05)，在移栽后60 d时，3个处理之间的根系氮质量分数差异不显著。在移栽后90 d时，T1和T3处理根系氮质量分数均显著高于T2处理(P＜0.05)，而在移栽后120 d时，T2处理根系氮质量分数最高，且与T1处理差异显著(P＜0.05)。
图 3 不同生物质炭基肥对根系氮质量分数的影响Figure 3 Effects of different biochar-based fertilizers on nitrogen contents in roots图4表明：3个处理的烟碱质量分数均在移栽后90 d时达最高值。移栽后30 d时，3个处理的根系烟碱质量分数无显著差异。移栽后60 d时，以T3处理烟株根系的烟碱质量分数最高，且显著高于T1与T2处理(P＜0.05)。移栽后90 d时，仍以T3处理最高，且与T2处理间差异显著(P＜0.05)。移栽后120 d时，T1和T3处理降幅较大，以T2处理烟碱质量分数最高，且与T1处理间差异显著(P＜0.05)。
图 4 不同生物质炭基肥对根系烟碱质量分数的影响Figure 4 Effects of different biochar-based fertilizers on nicotine contents in roots2.2 不同生物质炭基肥对烤后烟产量和品质的影响
2.2.1 对烤后烟经济性状的影响
从表2可见：T2处理的烟叶产量最高，比T1处理高16.9% (P＜0.05)。T3与T1处理差异不显著，但比T1处理增加了11.4%。3个处理的产值与产量从大到小依次为T2、T3、T1。3个处理间的均价差异不显著(P＞0.05)，其中T2和T3处理的均价高于T1处理。各处理间的上中等烟比例差异显著(P＜0.05)，其中以T2处理最高，其次为T3处理，最后为T1处理。总体上，与T1处理相比，T2和T3处理的产量、产值、均价和中上等烟比例均呈增加趋势，整体以T2处理效果最佳，说明施用生物质炭基肥对烤后烟的产量产值及上中等烟比例均有明显的促进作用。
表 2 不同生物质炭基肥处理下烤后烟经济性状的比较Table 2 Comparison of economic traits of different biochar-based fertilizer treatments处理 产量/
(kg·hm−2)产值/
(万元·hm−2)均价/
(元·kg−1)上中等烟
比例/%T1 1 933 b 5.3 b 27.4 a 83.1 c T2 2 260 a 6.5 a 28.5 a 86.0 a T3 2 153 ab 6.0 ab 28.0 a 84.6 b 说明：同列不同字母表示差异显著(P＜0.05)。 2.2.2 对烤后烟化学品质的影响
烟叶内在化学成分及其协调性是衡量烤烟品质的重要指标[17]。由表3可知：T2处理烤后烟上部叶中的氯离子、还原糖、烟碱质量分数最高，且糖碱比高于其他2个处理。但T3处理的烤后烟叶的钾和总氮质量分数较为突出，在3个处理中钾氯比和氮碱比最高。T1处理的总糖质量分数占比最高，与T2、T3处理差异显著(P＜0.05)。T2处理烤后烟中部叶的氯离子、还原糖、总糖和烟碱质量分数仍然最高，其中，3个处理的上部叶和中部叶的氯离子质量分数均差异显著(P＜0.05)，且T2和T3处理的还原糖质量分数均差异显著(P＜0.05)。T3处理的钾和总氮质量分数最高，与T1处理差异显著(P＜0.05)，T3处理的钾氯比和氮碱比最高，与其他2个处理差异显著(P＜0.05)，糖碱比则以T1处理最高。烤后烟下部叶中3个处理的氯离子、烟碱和总氮质量分数及钾氯比差别不显著，但钾、还原糖和总糖质量分数均以T2处理最高，且与T1或T3处理差异显著(P＜0.05)，氮碱比则以T1处理最高。
表 3 烤后烟叶化学成分比较Table 3 Comparison of chemical composition of flue-cured tobacco等级 处理 氯/% 钾/% 钾氯比 还原糖/% 总糖/% 烟碱/% 糖碱比 总氮/% 氮碱比 上部叶 T1 0.24 c 1.51 b 6.43 b 19.82 ab 27.35 a 2.44 a 8.12 a 2.73 a 1.07 a T2 0.28 a 1.51 b 5.41 c 20.73 a 25.61 b 2.55 a 8.13 a 2.57 b 0.97 b T3 0.26 b 1.90 a 7.32 a 17.74 b 23.17 c 2.61 a 6.80 b 2.89 a 1.11 a 中部叶 T1 0.35 c 1.65 b 4.75 b 21.84 a 28.01 a 2.18 b 10.02 a 2.31 b 0.93 b T2 0.40 a 1.70 b 4.23 b 22.39 a 28.64 a 2.56 a 8.75 b 2.46 ab 0.96 b T3 0.37 b 2.09 a 5.63 a 20.58 b 27.66 a 2.17 b 9.48 ab 2.74 a 1.11 a 下部叶 T1 0.31 a 1.91 b 6.12 a 20.87 b 31.21 ab 1.86 a 11.22 b 2.15 a 0.92 a T2 0.33 a 2.53 a 7.57 a 24.66 a 32.43 a 1.89 a 13.05 a 2.02 a 0.87 b T3 0.34 a 2.18 b 6.53 a 21.39 b 28.89 b 1.93 a 11.08 b 2.10 a 0.87 b 说明：不同字母表示同等级不同处理间差异显著(P＜0.05)；氯、钾、还原糖、总糖、烟碱、总氮均为质量分数。 2.3 烤烟根系生长指标与烟叶化学品质指标的相关分析
相关分析(表4)可知：移栽后30 d时，根系钾与烟叶氯离子呈显著正相关(P＜0.05)；移栽后60 d时，烟叶钾与根系活力呈显著正相关(P＜0.05)，与氮碱比呈显著负相关(P＜0.05)，根系氮与烟叶总氮呈显著正相关(P＜0.05)，但与烟叶钾呈显著负相关(P＜0.05)；移栽后90 d时，根系烟碱与烟叶总氮呈显著负相关(P＜0.05)，与烟叶钾氯比呈显著正相关(P＜0.05)，而根系氮与烟叶还原糖呈显著负相关(P＜0.05)；移栽后120 d时，根系烟碱与烟叶钾呈显著正相关(P＜0.05)。根系钾与烟叶总糖呈显著正相关(P＜0.05)，根系氮与烟叶钾氯比呈极显著正相关(P＜0.01)。
表 4 烤烟根系性状与烟叶化学品质的相关分析Table 4 Correlation analysis of flue-cured tobacco root traits and chemical properties移栽后时间/d 根系性状 烟叶化学成分 还原糖 总糖 总氮 钾 烟碱 糖碱比 氮碱比 钾氯比 氯离子 30 根系活力 0.395 −0.410 −0.621 0.665 0.936 0.213 0.970 0.528 0.996 烟碱 −0.835 −0.970 0.663 −0.618 0.512 −0.924 0.068 −0.743 0.262 钾 0.252 −0.543 −0.496 0.545 0.978 0.064 −0.923 0.394 0.998* 氮 −0.899 −0.930 0.754 −0.714 0.397 0.966 0.196 −0.823 0.135 60 根系活力 0.919 0.332 −0.99 0.997* 0.434 0.828 −0.870 0.968 0.660 烟碱 −0.075 −0.785 −0.188 0.245 0.993 −0.263 −0.748 0.076 0.924 钾 0.573 −0.216 −0.767 0.803 0.844 0.407 −0.999* 0.690 0.957 氮 −0.955 −0.428 0.999* −0.999* 0.339 −0.882 0.814 −0.989 −0.579 90 根系活力 0.789 0.081 −0.922 0.943 0.649 0.658 −0.967 0.872 0.830 烟碱 0.976 0.499 −0.999* 0.995 0.262 0.917 −0.765 0.998* 0.512 钾 −0.858 −0.201 0.962 −0.976 −0.552 −0.745 0.929 −0.925 −0.756 氮 −0.999* −0.698 0.957 −0.939 −0.015 −0.987 0.582 −0.984 −0.284 120 根系活力 0.958 0.860 −0.849 0.817 −0.245 0.995 −0.350 0.903 0.024 烟碱 0.922 0.339 −0.991 0.997* 0.427 0.832 −0.866 0.970 0.655 钾 0.616 0.997* −0.389 0.335 −0.759 0.754 0.254 0.491 −0.556 氮 0.989 0.562 −0.993 0.984 0.189 0.944 −0.715 0.999** 0.446 说明：*表示P＜0.05；**表示P＜0.01。 综合来看，根系性状与化学品质之间在移栽后存在不同的相关关系，且在移栽后60、90和120 d时更为突出，根系钾和氮与烤后烟的化学品质指标相关性均达到显著水平(P＜0.05)。在移栽后90和120 d时，根系烟碱与化学品质指标相关性同样也达到显著水平(P＜0.05)。
3. 讨论
根系不仅是作物吸收水分和养分的重要器官，也是激素、氨基酸和有机酸等生物大分子的合成器官，其形态建成和生理功能将直接影响作物地上部分的生长发育、产量和品质[18]。不仅如此，对于烤烟来说烟株根系还是次生代谢产物烟碱的重要合成器官，其生长发育状况对烤烟品质有直接影响。在烤烟的生产实践中，烟株的主根长度、须根条数、根总体积和根尖数等根系形态指标与烤烟农艺性状表现出显著正相关[19]。本研究表明：T2和T3处理烟株的根系活力相比常规施肥均有所提升，其中T2处理的根系活力最高，这与韩毅等[20]的研究结果一致；另外，也有研究表明：添加生物质炭可以有效提高烟株的根系活力[21]。这说明生物质炭和生物质炭基肥本身具有的多孔和大比表面积结构有利于土壤通气性的增加，这对烟株根系活力的提高起到重要的调控作用。与此同时，施用生物质炭基肥能够显著增加烟株的不定根条数与侧根条数，这表明生物质炭基肥能够对烟株根系发育提供良好的生态环境[22−23]。根系钾和总氮质量分数均随着烟株的生长而逐渐降低，生物质炭基肥处理相比T1处理的降幅较小，可能是生物质炭具有缓释氮肥的作用，从而保证了烤烟各生长期所需的氮肥量，但要注意与氮肥的配施比例[24]。根系烟碱质量分数则在移栽后90 d达到峰值，可能与打顶后烟株体内的激素平衡状态被破坏有关，这与范江等[25]的研究结果一致。烟株的根系生长受到刺激，其生物量显著高于未打顶的烟株，发达的根系可促进烟株对养分的吸收。根系是合成烟碱的主要部位，打顶后烟株合成烟碱的能力大幅提升，进而提高烟株的烟碱积累量[26]。除了能够改善土壤的通透性之外，生物质炭基肥还含有丰富的大量元素与微量元素，从而为烟株根系的生长发育、后期烤烟产量和品质提供了保障[27]。
生物质炭基肥对常见农作物的生长具有促进作用，可达到增产的目的[28]。本研究结果表明：施用生物质炭基肥显著增加了烤烟产量、产值、均价和上中等烟比例，其中以施用生物质炭基有机肥处理烟株的产量、产值最佳。王晓强等[29]研究表明：生物质炭基肥与氮肥配施可提高烟叶产量和中上等烟比例，从而提高烟叶的均价及产值。同时施用生物质炭基肥可减少氮素化肥的施用量，从而改善烟叶内在化学成分的协调性，增加中性致香物质[30]。从不同生物质炭基肥对烤后烟常规化学成分的影响来看，T2和T3处理对烤烟内在常规化学成分有显著的影响。其中T2处理能显著提高上中下部叶的还原糖质量分数及中下部叶的总糖质量分数，这与李青山等[31]的研究结果一致。上中部叶的氯质量分数高于其他处理，减低总氮和烟碱质量分数处于适中稳定的范围，从而提高糖碱比。糖碱比高，有助于提高烟叶的安全性，柔和烟气。中上部叶钾质量分数差异不明显，钾氯比变化不大；T3处理可提高上中部叶的钾质量分数、钾氯比、氮碱比和总氮质量分数，T3处理的全氮、烟碱质量分数较高，可能由于施用生物质炭基复混肥可减少土壤养分的淋溶损失有关。T3处理的氯离子质量分数高，可能与淋溶损失能力与生物质炭基复合肥的施用成正比有关。据烟叶采收后对中部烟叶化学成分的分析表明：T2和T3处理烟叶在各指标上都符合优质烟叶的标准，T1处理在优质烟叶协调性方面略差。这表明施用生物质炭基肥不但能够促进烤烟生长，而且能提高烟叶内在化学成分的协调性，改善烟叶品质。
4. 结论
施用生物质炭基肥能促进烤烟根系发育，有效提升烟株的根系活力，增加侧根和不定根条数，延缓根系钾、氮质量分数流失，提高烟株根系的烟碱积累量。同时，施用生物质炭基肥可增加烤烟的产量产值，提升烤后烟的化学品质。本研究的生物质炭基有机肥更有利于促进烤烟根系的生长发育，改善烤后烟叶化学成分质量分数，提高烤烟产量、产值、均价和中上等烟比例。
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图 1 不同处理对匍匐剪股颖‘本特A-4’地上部分生物量干质量的影响
Figure 1 Effects of the different treatments on the aboveground dry weight of A. stolonifera ‘PENN A-4’
图 2 不同处理间匍匐剪股颖‘本特A-4’地下部分生物量干质量的影响
Figure 2 Effects of the different treatments on the underground dry weight of the A. stolonifera ‘PENN A-4’
图 3 不同处理对匍匐剪股颖‘本特A-4’根系活力的影响
Figure 3 Root activity of A. stolonifera ‘PENN A-4’ in the different treatments
图 4 不同处理对匍匐剪股颖 ‘本特A-4’可溶性糖的影响
Figure 4 Soluble sugar of A. stolonifera ‘PENN A-4’ in the different treatments
图 5 不同处理对匍匐剪股颖‘本特A-4’丙二醛的影响
Figure 5 MDA of A. stolonifera ‘PENN A-4’ in the different treatments
表 1 材料基础理化性质
Table 1. Basic physical and chemical properties of the materials used in the study
基质 酸碱度 电导率/(mS·cm−1) 容重/(g·cm−3) 总孔隙度/% 有机质/(g·kg−1) 全氮/(g·kg−1) 全磷/(g·kg−1) 全钾/(g·kg−1) 底泥 7.48 0.15 1.05 58.02 84.07 0.60 0.69 10.67 沼渣 6.54 2.49 0.51 72.41 309.50 15.23 24.69 3.71 生物质炭 9.40 1.26 0.63 59.85 699.63 20.83 21.91 14.50 耕作土 6.39 0.45 1.23 40.28 33.39 1.51 1.59 15.67 
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表 2 混料设计方案
Table 2. Scheme of a mixed material design
处理 点类型 底泥/% 沼渣/% 生物质炭/% 处理 点类型 底泥/% 沼渣/% 生物质炭/% 1 顶点 50.00 50.00 0 8 双混合 70.00 20.00 10.00 2 顶点 50.00 40.00 10.00 9 中心点 72.50 22.50 5.00 3 顶点 100.00 0 0 10 轴点 61.25 36.25 2.50 4 顶点 90.00 0 10.00 11 轴点 61.25 31.25 7.50 5 双混合 50.00 45.00 5.00 12 轴点 86.25 11.25 2.50 6 双混合 95.00 0 5.00 13 轴点 81.25 11.25 7.50 7 双混合 75.00 25.00 0 说明：数值为体积百分比。
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表 3 不同处理间匍匐剪股颖‘本特A-4’叶绿素的质量分数
Table 3. Chlorophyll contents in different treatments of A. stolonifera ‘PENN A-4’
处理 叶绿素a/
(mg·g−1)叶绿素b/
(mg·g−1)叶绿素a+b/
(mg·g−1)叶绿素a/b 处理 叶绿素a/
(mg·g−1)叶绿素b/
(mg·g−1)叶绿素a+b/
(mg·g−1)叶绿素a/b 1 1.33±0.01** 0.45±0.02** 1.77±0.03** 2.97±0.17** 8 1.49±0.04** 0.42±0.01** 1.91±0.04** 3.54±0.06 2 1.38±0.08** 0.46±0.03* 1.84±0.11** 3.00±0.04** 9 1.49±0.05** 0.42±0.05** 1.91±0.09** 3.54±0.41 3 1.65±0.10* 0.53±0.04 2.18±0.14* 3.10±0.08* 10 1.40±0.06** 0.44±0.05** 1.84±0.11** 3.20±0.21 4 1.28±0.02** 0.41±0.02** 1.69±0.03** 3.10±0.11* 11 1.50±0.03** 0.47±0.01* 1.97±0.03** 3.20±0.03 5 1.28±0.09** 0.45±0.03** 1.73±0.12** 2.87±0.04** 12 1.59±0.01** 0.48±0.01 2.07±0.02** 3.30±0.06 6 1.25±0.06** 0.37±0.04** 1.63±0.09** 3.36±0.28 13 1.40±0.04** 0.45±0.02** 1.85±0.07** 3.14±0.10* 7 1.33±0.18** 0.40±0.06** 1.74±0.25** 3.30±0.08 ck 1.81±0.10 0.53±0.03 2.33±0.14 3.42±0.02 说明：*表示不同处理与ck间差异显著(P＜0.05)，**表示不同处理与ck间差异极显著(P＜0.01)。
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表 4 不同处理间匍匐剪股颖‘本特A-4’抗氧化保护酶活性
Table 4. Antioxidant protective enzyme activities in different treatments of A. stolonifera ‘PENN A-4’
处理 过氧化氢酶/
(×16.67 nkat·g−1)超氧化物歧化酶/
(×16.67 nkat·g−1)过氧化物酶/
(×16.67 nkat·g−1)处理 过氧化氢酶/
(×16.67 nkat·g−1)超氧化物歧化酶/
(×16.67 nkat·g−1)过氧化物酶/
(×16.67 nkat·g−1)1 21.40±1.01 367.55±36.93** 697.92±42.87 8 12.43±2.48** 373.57±18.29** 594.51±39.24** 2 21.40±5.14 395.48±31.95** 793.27±21.60* 9 31.54±3.38** 430.98±18.62** 708.82±16.03 3 20.28±0.96 256.49±10.25* 659.04±28.40* 10 24.38±3.40 398.58±16.95** 764.31±29.50 4 12.93±0.79** 304.48±15.89 613.16±27.51** 11 28.08±0.98** 415.11±27.08** 828.98±36.13** 5 20.84±0.64 378.02±27.12** 715.14±27.55 12 18.19±1.71* 316.05±37.78 574.14±25.23** 6 17.81±1.89* 292.52±19.37 676.58±42.97 13 12.01±1.22** 319.52±15.16 787.36±43.58* 7 30.27±1.86** 392.23±10.75** 785.75±41.48 ck 22.42±2.64 304.96±29.18 729.52±34.36 说明：*表示不同处理与ck间差异显著(P＜0.05)；**表示不同处理与ck间差异极显著(P＜0.01)。
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