2 生物炭在农作物栽培中的应用研究

2. 1 促进种子萌发 生物炭在打破植物种子休眠、提高种子萌发率等方面具有明显的积极作用，如生物炭可以促进莴苣、番茄等种子的萌发。研究发现，生物炭原料特性和施用量是影响生物炭发挥作用的2个重要因素。分别研究稻草、家禽粪便、麦秸、蔬菜废料等 9 种不同生物炭对玉米种子萌发影响时，发现只有蔬菜废料生物炭能够促进种子萌发。研究发现，只有30t·hm-2椰子炭或60t·hm-2橘子甘蔗炭处理可以显著提高玉米的种子萌发率。发现施加10t·hm-2生物炭可以促使小麦种子萌发率由 93%上升至 98%，过量施用则抑制种子萌发，导致种子发芽率下降。生物炭促进种子萌发的机制主要表现在 3 个方面。一是生物炭利用其较强的吸附能力，通过影响土壤中氮素赋存形态及营养盐的浓度，提高土壤中NO-3 和K+的保留率，从而改良土壤理化性质，促进种子的萌发。如生物炭通过吸附水体中亚硝态氮，显著提高苦草种子萌发率。二是生物炭内含丰富的芳香和酚类等物质，可以促进种子的萌发。三是生物炭可以提高种子中水解酶的活性，促进淀粉和蛋白质的降解，从而刺激种子的萌发。

2. 2 调节植物的生长发育 生物炭作为一种良好的土壤改良剂，在调节植物的生长发育过程中表现出不同程度的促进作用。如施加生物炭可以促进水稻、大豆和甘蔗等作物的生长发育及产量。这种正效应与生物炭的施用量有关，且具有“低促高抑”效应。发现 1%~5%生物炭处理可以大幅提高玉米的株高、茎粗、叶片叶绿素含量及净光合速率，而 30%生物炭处理抑制玉米植株的生长。通过施加不同比例( 1%，2%，3%) 的生物炭后发现，生物炭可以明显提高小白菜和大蒜的产量，且其最佳施用量分别为1%和3%。发现生物炭可以促进田菁、锦葵等植物的萌发、根系发育及产量增加。指出与对照组相比，生物炭的添加显著提高了白及的光合生理能力以及不同部位对碳、氮元素的积累。发现向喀斯特钙质土壤中添加1%~2%的生物炭后，刺槐种子的发芽率、幼苗地上部分及根系生物量得到显著提高。生物炭调控植物生长发育的机制主要表现在2个方面。一方面，生物炭利用其多孔隙结构来降低土壤容重、增加土壤透气性及持水力，从而达到改良土壤的效果。另一方面，生物炭不仅可以增加植物体内碳水化合物、某些脂肪酸及硫代葡萄糖苷的含量，还可以影响植物体内油菜素类固醇和生长素及其信号分子，从而促进植物的生长发育。 发现生物炭提取液中的 2-乙酰基-5-甲基呋喃可以导致水稻幼苗生长相关基因ABP1及其编码蛋白表达上调，是促使水稻幼苗生长的关键物质。由于原材料及热解温度的不同，生物炭在使用过程中产生的效果并不完全一致，因此仍需加强对生物炭中有效成分的研究，进一步明确生物炭中是否还存在其他可以促进植物生长发育的有效成分。