生物炭和稀土肥添加对蜜柚生理特性的影响.pdf

第36 卷第1期2024年3月亚热带水土保持Subtropical Soil and Water ConservationVol.36 No1Mar.2024生物炭和稀土肥添加对蜜柚生理特性的影响白丽月，姜勇祥”，刘梦莹，曾志民，陈志强”，林强”（1福建省农业农村工作研究中心，福建福州350 0 0 3；2 福建师范大学地理科学学院、碳中和未来技术学院，福建福州350 0 0 7；3南平市乡村振兴服务中心，福建南平3542 0 0；4.平和县水土保持工作站，福建漳州36 37 0 0；5福建省水土保持试验站，福建福州350 0 0 3）摘要：为探究生物炭和稀土肥添加对蜜柚生理特性的影响，以四种施肥措施（常规化肥+生物炭+稀土肥、常规化肥+生物肥、常规化肥+稀土肥和常规化肥）在相同条件下培养蜜柚苗木。培养结束后测定蜜柚超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）、丙二醛（MDA）、游离脯氨酸（Pr o）、相对电导率（REC）、叶绿素A（C h l A）、叶绿素B（C h l B）和叶绿素总量（Chl）。结果表明，生物炭与稀土肥的添加可显著提高蜜柚的生物量，降低蜜柚SOD、PO D 和CAT的含量，促进蜜柚光合作用的进行，提高蜜柚叶绿素含量。关键词：生物炭；稀土肥；蜜柚；生理特性中图分类号Q94文献标识码A文章编号10 0 2-2 6 51（2 0 2 4）0 1-0 0 0 1-0 5Effects of Biochar and Rare Earth Fertilizer Addition on PhysiologicalCharacteristics of Honey PomeloBAI Liyue,JIANG Yongxiang,LIU Mengying,ZENG Zhimin,CHEN Zhiqiang&LIN Qiang(1.Fujian Agricultural and Rural Affairs Research Center,Fuzhou Municipality 350003,China;2.School of Geographical Sciences,School of Carbon Neutrality Future Technology,Fujian Normal University,Fuzhou Municipality 350007,China;3.Nanping Rural Vitalization Service Centre,Nanping Municipality 354200,China;4.Pinghe Soil Conservation Working Station,Zhangzhou Municipality 363700,China;5.Fujian SoilConservation Experimental Station,Fuzhou Municipality 350003,China)Abstract:Seedlings of honey pomelo were cultivated under identical conditions by the application of four differentfertilization treatments including the conventional fertilizer+biochar+rare earth fertilizer,conventional fertilizer+biofertilizer,conventional fertilizer+rare earth fertilizer,and conventional fertilizer alone so as to investigate theeffects of biochar and rare earth fertilizer additions on the physiological characteristics of honey pomelo.Uponcompletion of cultivation,it was measured in honey pomelo the superoxide dismutase(SOD),peroxidase(POD),catalase(CAT),malondialdehyde(MDA),free proline(Pro),relative electrical conductivity(REC),chlorophyll A(ChlA),chlorophyll B(ChlB)and total chlorophyll(Chl).The results showed that the addition of biochar and rare*基金项目：福建省水利科技项目“福建省茶果园水土保持优势地被植物筛选及其固碳效应研究”（项目编号：MSK202309）“稀土肥与生物炭肥对茶果园优势本土草类的促生效应研究”。收稿日期：2 0 2 3-10-2 4作者简介：白丽月（19 8 4一），女，福建省安溪县人，高级工程师，主要从事农业资源环境工作。修回日期：2 0 2 3-12-2 9亚热带水土保持第36 卷earth fertilizer could significantly enhance the biomass of honey pomelo,reduce the content of SOD,POD,and CAT,promote photosynthesis,and elevate chlorophyll content in pomelo leaves.Key words:biochar,rare earth fertilizer,honey pomelo,physiological characteristics蜜柚，又名香抛，原产于平和县。近年来，在平和蜜柚产业快速发展的同时也存在着不容忽视的问题，如长期过度开发和使用化肥导致土壤退化、水土流失和污染；动物源有机肥导致土壤中的重金属残留，威胁蜜柚生长和人体安全2-。针对上述问题，已有不少研究采用生物炭进行治理。生物炭以其比表面积大、孔隙结构多、官能团丰富、吸附能力强等特点，在改善土壤结构、增加土壤保水能力、减少水土流失方面发挥着重要作用，同时也有助于减轻土壤中重金属的污染。此外，生物炭通过改善土壤的物理和化学性质，有助于防止水土流失，保持土壤中水分和养分，从而提高土壤的生产力、改善作物的生长条件并提高作物产量4-5。植物在高温、受污染的重金属土壤等环境中生长会受到一定的胁迫6 ，当植物处于重金属胁迫时会打破活性氧清除与产生之间的平衡，造成活性氧分子向积累方向推进，对植物产生严重的伤害7。超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）是植物体中预防和抵御氧化伤害的主要酶类，三种酶类的活性越强，则植物抗胁迫能力越强。植物体内丙二醛（MDA）的含量可以代表逆境胁迫下细胞膜脂过氧化作用的强弱和植物细胞受到损害的大小。游离脯氨酸（Pro）是一种保护效果较为明显的渗透调节物质，当植物遭受逆境伤害时Pro含量会显著增加，被认为是衡量植物抗逆性的重要指标之一10。相关研究表明，适量的稀土元素能够促进植物的生长发育，提高作物产量，降低植物受到外界环境时的伤害1-13。本研究以生物炭与稀土肥对蜜柚的生理状况的影响为切入点，探究不同施肥措施下蜜柚生理特性的变化，以期为蜜柚产业的合理发展提供科学依据。1材料与方法1.1培养实验选购平和县当地易成活且生长状况及苗木年龄相似的常见蜜柚品种作为苗种，配备大小适宜的塑料盆作为容器。在柚子园就地取土，容器中先放入深层土，后放入表层土，以模拟园地土壤结构。实验地点设在平和县霞寨镇长汀村，确保环境因素如光照、水分等与柚子园一致。实验分为四组：对照组施用常规化肥；第一组为施用常规化肥并加入生物炭；第二组为施用常规化肥并加入稀土肥；第三组为施用常规化肥并同时加入生物炭肥和稀土肥。每组实验至少包括5株柚子苗。实验结束后，测定每株柚子树的株高、地径、冠幅，以表征其生长状况，并测定每组柚子植株叶片的SOD、PO D、CAT、M D A、Pr o 和REC共6 个指标。每个样品测3个重复，最终取均值。1.2各生理特性指标的检测蜜柚叶片SOD活性的测定采用氮蓝四唑光还原测定法，CAT活性测定采用紫外线吸收法4,POD活性测定采用愈创木酚显色测定法 5，蜜柚叶片MDA含量及相对电导率（REC）的测定参考赵世杰等14的测定方法，Pro含量的测定参考甲苯萃取法。为避免污染，所有样品称取之前皆用去离子水进行冲洗，然后用无尘纸将水分吸干。1.3数据的处理与分析采用MicrosoftExcel 2021进行数据的处理与计算，采用SPSS26进行数据的单因素方差分析（One-WayANOVA），采用Origin2021进行绘图。2结果与分析2.1不同施肥措施对蜜柚生长状况的影响四种施肥措施下蜜柚的生长情况如表1所示。不同施肥措施对蜜柚生长情况有较大差异。施用常规化肥+生物炭+稀土肥对蜜柚的生长促进效果最好，该措施下蜜柚的株高、地径、冠幅比单纯施用普通常规化肥分别提高了18.8 2%、2 5.16%和2 7.7 3%。施用常规化肥+生物炭与常规化肥+稀土肥对蜜柚的生长促进效果次之，分别比单纯施用常规化肥提高了14.49%和8.40%（株高）、2 2.8 8%和18.9 5%（地径）、2 6.33%和14.9 7%（冠幅）。从整体上来看，各施肥措施对蜜柚的生长情况表现为：常规化肥+生物炭+稀土肥 常规化肥+生物炭常规化肥+稀土肥常规化肥。第1期施肥措施ABCD注：不同大写字母代表不同施肥措施，其中：措施A代表施用常规化肥+生物炭+稀土肥，措施B代表施用常规化肥+生物炭，措施C代表施用常规化肥+稀土肥，措施D代表施用常规化肥。不同小写字母表示同一生长指标不同施肥措施间差异显著（P0.05）下同。2.27不同施肥措施对蜜柚生理特性的影响2.2.1不同施肥措施对蜜柚SOD的影响不同施肥措施下蜜柚叶片SOD活性表现出显著性差异（P0.05）。施用常规化肥培养的蜜柚SOD活性显著高于其他施肥措施，达到了994.32U/g，施用常规化肥+生物炭+稀土肥培养的蜜柚SOD活性则显著低于其他施肥措施，仅为371.21U/g。与其他施肥措施相比，A措施培养的蜜柚SOD活性分别降低了2 1.41%（B）、2 5.59%（C）和6 2.6 7%（D）（图1a）。2.2.2不同施肥措施对蜜柚POD的影响四种施肥措施下蜜柚的POD活性具有显著性差异（P0.05），具体表现为ABCD（P 0.0 5）。各施肥措施蜜柚的POD活性分别为42.2 2 U/g、74.89U/g、18 3.33U/g 和2 43.56 U/g。与其他施肥措施相比，A措施培养的蜜柚POD活性分别降低了43.62%(B）、7 6.9 7%（C)和8 2.6 6%(D）（图1b）。2.2.3不同施肥措施对蜜柚CAT的影响不同施肥措施下蜜柚CAT活性表现出显著性差异（P0.05）。A 措施下蜜柚CAT活性显著低于其他三种措施。与其他施肥措施相比，分别降低了65.02%（B）、6 9.9 9%（C）和7 4.0 4%（D）。各施肥措施下蜜柚CAT活性分别为5.2 6 U/g、15.0 4U/g、17.53U/g和2 0.2 6 U/g，总体表现为ABCD（图1c）。2.2.4不同施肥措施对蜜柚Pro的影响各施肥措施培养的蜜柚Pro含量均无显著性差异。四种施肥措施培养下的蜜柚Pro含量分别为3.92ng/g、3.8 3n g/g、3.7 9 n g/g 和3.7 3ng/g（图1d）。白丽月，姜勇祥，刘梦莹，等：生物炭和稀土肥添加对蜜柚生理特性的影响表1平和县霞寨镇长汀村4种施肥措施下的蜜柚生长情况株高(cm)60.43 5.10a58.23 2.13a55.131.21b50.861.75c地径(cm)3.830.14a3.760.03b3.640.11c3.060.16d2.2.5不同施肥措施对蜜柚MDA的影响四种不同的施肥措施对蜜柚MDA含量的影响较小，且均无显著性差异。各施肥措施下蜜柚的MDA含量分别为0.6 2 nmol/g、0.6 7 n mo l/g、0.68nmol/g和0.6 9 nmol/g（图1e）。2.2.6不同施肥措施对蜜柚REC的影响四种施肥措施下蜜柚的REC具体表现为ABCD，A 与B无显著性差异，与C、D 差异显著（P 0.0 5）；C 与D具有显著性差异（PBCD。对于叶绿素A而言，A与B显著高于C与D（P 0.0 5），各施肥措施下蜜柚叶绿素A的含量分别为2.52 mg/g、2.27mg/g、1.7 5m g/g 和1.54mg/g。A 施肥措施下蜜柚叶绿素A的含量分别比其他措施提高了10.68%（B）、43.9 5%（C）、6 3.6 0%（D）。蜜柚的叶绿素B含量在各施肥措施间均无显著性差异。四种施肥措施下叶绿素总量的变化与叶绿素A相似，表现为A与B措施显著高于C与D措施（P 0.0 5）。A 施肥措施蜜柚的叶绿素总量比其他三种施肥措施分别提高了4.58%（B）、43.68%（C)和48.7 1%（D）。冠幅(cm)39.251.24a38.822.65a35.332.83b30.732.98c3亚热带水土保持第36 卷100Tniv一10口不同施肥处理口d不同施肥处理日e1891口不同施肥处理f：.0不同施肥处理不同施肥处理1.01h8125不同施肥处理i1.00.0A日不同施肥处理注：图1（a-i）分别表示各施肥措施下蜜柚的超氧化物歧化酶（SOD）活性（a）；过氧化物酶（POD）活性（b）；过氧化氢酶（CAT）活性（c）；脯氨酸（Pro）含量（d）；丙二醛（MDA）含量（e）；相对电导率（REC）含量（f）；叶绿素A、叶绿素B、叶绿素含量（g-i）。3讨论3.1不同施肥措施对蜜柚生长情况的影响四种施肥措施下，添加了生物炭和稀土肥的蜜柚生长情况显著好于其他组别，这可能是由于生物炭及稀土肥所提供的营养元素促进了蜜柚的生长。单独添加生物炭比单独添加稀土肥对蜜柚的生长促进作用略有提高，说明生物炭对蜜柚的生长促进作用更为明显。常规化肥虽然提供了蜜柚生长过程中所必须的常量元素，但无法提供微量元素，因此其对蜜柚的生长促进作用明显低于其他组别。冯爱青等人在对生物炭影响玉米产量的研究中也表明生物炭可促进玉米的生长。3.2不同施肥措施对蜜柚生理特性的影响本研究中，在四种施肥措施下，经生物炭和稀土肥培养的蜜柚，其SOD、PO D 和CAT活性均整体下降，而常规化肥培养的蜜柚则呈整体上升的趋势。这可能与外界环境有关，在重金属含量较高的土壤环境中，蜜柚受胁迫后会提高自身的抗性，促进SOD、PO D、C A T 等酶活性，以应对环境对自身的伤害；而生物炭和稀土肥添加后，能吸收重金属元素，降低土壤中重金属元素的含量，从而降低重4.口日不同施肥处理图1不同施肥措施下蜜柚的生理指标金属胁迫对蜜柚的伤害，其抗氧化酶活性也会随之降低。此外，蜜柚抗氧化系统还会受到环境中温度、水分等外界因素的影响。不同施肥措施对蜜柚游离Pro的影响并无显著性差异。MDA能够有效反映植物受伤害的程度9，但各施肥措施下并无显著性差异，具体原因还需进一步探究。REC的大小在一定程度上能够代表蜜柚的受伤害程度。在本研究中，四种施肥措施下添加生物炭和稀土肥培养的蜜柚REC含量相对较低，常规化肥培养下的蜜柚REC含量相对较高，说明生物炭和稀土肥能缓解外界胁迫对蜜柚细胞膜的影响。叶绿素含量的高低可以从一定程度上反映作物生长状况的好坏。生物炭和稀土肥培养的蜜柚，叶绿素A、叶绿素B和叶绿素总量均高于常规化肥培养下蜜柚的叶绿素含量，说明生物炭和稀土肥可以促进蜜柚的光合作用，进而促其生物量的增加。4结论在四种施肥措施培养下，生物炭和稀土肥对能够促进蜜柚的生长，使蜜柚的株高、地径和冠幅得到显著提高。在外界环境的胁迫下，蜜柚抗氧化系统的酶活性显著增强，生物炭与稀土肥的添加可以A不同施肥处理日口第1期白丽月，姜勇祥，刘梦莹，等：生物炭和稀土肥添加对蜜柚生理特性的影响有效缓解蜜柚受外界环境的胁迫，降低其受到的伤害，并促进蜜柚光合作用的进行，提高其有机质及生物量。从可持续发展的角度而言，生物炭和稀土肥可应用在蜜柚园中，提高蜜柚的产量并增加经济效益。生物炭和稀土肥对蜜柚园土壤理化性质和水土流失的影响，还需进一步研究。参考文献1陈泳洁，唐志锋平和蜜柚滞销困境与突围J财富时代，2 0 2 0，（8）：19 4-19 5.2 蔡建兴，谢丽丽，曾日秋平和蜜柚产业高质量发展对策建议J东南园艺，2 0 2 0，8（2）：39-41.3何志发平和县琯溪蜜柚产业发展制约因素及产业振兴发展思路与建议J中国热带农业，2 0 2 1（1）：38-40.4 张伟明生物炭的理化性质及其在作物生产上的应用D沈阳农业大学，2 0 12.5 勾芒芒，屈忠义，杨晓，等生物炭对砂壤土节水保肥及番茄产量的影响研究J农业机械学报，2014，45（1）：137-142.6 江行玉，赵可夫植物重金属伤害及其抗性机理.应用与环境生物学报，2 0 0 1（1）：9 2-9 9.7 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