生物炭配施有機(jī)肥對(duì)菜田土壤水分及水分利用效率的影響*

王 湛，李銀坤，王利春，郭文忠，徐志剛，楊子強(qiáng)，馬 麗，李秋琛,4

?

生物炭配施有機(jī)肥對(duì)菜田土壤水分及水分利用效率的影響*

王 湛1,2，李銀坤1**，王利春1，郭文忠1，徐志剛2，楊子強(qiáng)3，馬 麗3，李秋琛1,4

（1．北京農(nóng)業(yè)智能裝備技術(shù)研究中心，北京 100097；2．南京農(nóng)業(yè)大學(xué)，南京 210095；3．寧夏吳忠國(guó)家農(nóng)業(yè)科技園區(qū)管理委員會(huì)，吳忠 751100；4．寧夏大學(xué)，銀川 750021）

2015年5月起在寧夏吳忠地區(qū)進(jìn)行生物炭和有機(jī)肥單施與配施的定位試驗(yàn)，試驗(yàn)對(duì)象為有機(jī)菜心。每年種植3茬，本研究選取2016年5月13日播種、6月22日收獲的第1茬有機(jī)菜心有關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。試驗(yàn)共設(shè)置4個(gè)處理，單施有機(jī)肥（M，110t·hm-2）、單施生物炭（C，17t·hm-2）、施有機(jī)肥+生物炭（MC，110+17t·hm-2）以及不施有機(jī)肥和生物炭（CK），通過測(cè)定菜心生育期內(nèi)0-70cm土層水分動(dòng)態(tài)、菜心生長(zhǎng)狀況，以分析生物炭配施有機(jī)肥栽培模式在西北有機(jī)菜田中的作用效果。結(jié)果表明：生物炭配施有機(jī)肥處理（MC處理）可有效增加0-10cm土層的體積含水率，全生育期0-10cm土層平均含水率分別比CK、M和C處理增加12.4～29.2個(gè)百分點(diǎn)（P＜0.05）。MC處理能夠改變土壤剖面水分分布，使更多的水分集中在0-30cm土層，增加作物可利用的水分含量，對(duì)水分的固持作用顯著。MC處理促進(jìn)菜心的生長(zhǎng)，增加產(chǎn)量，提高水分利用率（WUE），與M處理相比，其收獲期菜心株高、產(chǎn)量、生物量和WUE分別增加39.6%、63.0%、51.4%和64.0%（P＜0.01）。研究表明，生物炭配施有機(jī)肥處理蓄水保墑增收效應(yīng)顯著，可作為當(dāng)?shù)赜袡C(jī)菜地優(yōu)選栽培管理方式推廣。

土壤水分；土壤貯水；菜心；生物量

寧夏深居內(nèi)陸高原，該地區(qū)光照時(shí)間長(zhǎng)，晝夜溫差大，太陽輻射強(qiáng)，畜牧業(yè)發(fā)達(dá)，氣候適宜，具有栽培有機(jī)蔬菜獨(dú)特的自然條件，是有機(jī)蔬菜的重要生產(chǎn)區(qū)域，但當(dāng)?shù)囟嗄昶骄舭l(fā)量達(dá)1000～4100mm，而降水量?jī)H180～200mm，且變化大，全年降水量的70%主要集中在7-9月[1]，存在水資源利用效率低，結(jié)構(gòu)不合理[1]，供需矛盾日趨加劇[2]，山區(qū)引水成本高昂等一系列問題，因此，水資源短缺嚴(yán)重制約了該區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力水平提高和經(jīng)濟(jì)發(fā)展[3-5]。研究發(fā)現(xiàn)[6-11]，將有機(jī)肥和生物炭單獨(dú)施用到農(nóng)田土壤中能夠改善土壤理化性質(zhì)，增加土壤水分庫和降水入滲，并抑制蒸發(fā)，提升土壤有效水含量和作物水分利用效率，協(xié)調(diào)土壤供水和作物需水之間的矛盾，在節(jié)水農(nóng)業(yè)中作用明顯，對(duì)促進(jìn)干旱區(qū)農(nóng)業(yè)持續(xù)增長(zhǎng)具有重要意義。王曉娟等[3]為期4a的定位試驗(yàn)表明，土壤中單施有機(jī)肥能夠顯著提高玉米產(chǎn)量，增加土壤供水的比例，減小作物對(duì)水分的虧缺，提高水分利用效率，且隨著有機(jī)肥施用年限的延長(zhǎng)，其效果越顯著。同樣，馬曉麗[12]在渭北旱塬研究連續(xù)2a的有機(jī)培肥對(duì)土壤改良和冬小麥生長(zhǎng)發(fā)育的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，有機(jī)肥單施在涵養(yǎng)土壤水分，促進(jìn)作物干物質(zhì)的積累和產(chǎn)量等方面有良好的作用。而生物炭作為一種新型的土壤改良劑因其能增加土壤肥力，提高作物產(chǎn)量和水分利用效率而備受關(guān)注[13-14]，生物炭的作用效果主要通過其自身的吸附作用和改變土壤理化性質(zhì)而實(shí)現(xiàn)，如改變土壤容重、孔隙結(jié)構(gòu)和持水能力[15]。研究顯示[16]，將生物炭單獨(dú)施用到農(nóng)業(yè)土壤中田間持水量可增加20%左右。目前的研究主要集中在有機(jī)肥和生物炭單施對(duì)土壤水分含量變化的中短期試驗(yàn)，關(guān)于有機(jī)肥配施生物炭對(duì)旱區(qū)有機(jī)農(nóng)田土壤水分動(dòng)態(tài)變化及水分利用效率影響的研究鮮見報(bào)道。因此，本研究基于在寧夏吳忠的有機(jī)肥和生物炭配施定位試驗(yàn)，研究單獨(dú)施用有機(jī)肥和生物炭，生物炭和有機(jī)肥配施下土壤水分動(dòng)態(tài)變化特征和作物水分利用效率，旨在為完善旱區(qū)有機(jī)肥和生物炭培肥栽培模式以及為節(jié)水保墑綜合技術(shù)的創(chuàng)立提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)概況

試驗(yàn)設(shè)在寧夏回族自治區(qū)吳忠市孫家灘國(guó)家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)示范園（106°6′26″E，37°57′10″N，海拔1130m），該地區(qū)屬溫帶半干旱半濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候，是有機(jī)蔬菜的重要生產(chǎn)基地，其中葉菜（菜心）有較大的栽培面積。該站定位試驗(yàn)始于2015年，每年5-10月種植收獲3茬菜心，品種為油綠702。試驗(yàn)在長(zhǎng)100m、跨度10m、脊高1.3m、側(cè)墻肩高2.2m、網(wǎng)孔60目的防蟲網(wǎng)棚內(nèi)進(jìn)行，試驗(yàn)前將土樣和腐熟牛糞風(fēng)干后撿去石塊和動(dòng)植物殘?bào)w，過2mm篩，測(cè)定基本性質(zhì)（表1）。試驗(yàn)用生物炭是以玉米芯為原料，在360℃條件下不完全燃燒制成的黑色粉末，其比重為0.34g·cm-3，C含量為28.9%，N含量為0.40%，全磷0.97g·kg-1，全鉀4.27g·kg-1。生物炭和有機(jī)肥在每年種植第一茬作物前一次性施入，均勻撒在土壤表面后翻入0-20cm土層，種植作物前翻地3次，使有機(jī)肥、生物炭與土壤混合均勻。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2016年第1茬試驗(yàn)共設(shè)4個(gè)處理（表2），每個(gè)處理重復(fù)3次。種植前按2015年方法在同一處理中繼續(xù)施入生物炭或有機(jī)肥并進(jìn)行相應(yīng)處理。每個(gè)小區(qū)面積仍為4.2m×1.4m，小區(qū)與小區(qū)間隔0.3m作為緩沖帶。該試驗(yàn)為同一地塊上的第4茬作物（即2016年第1茬）， 2016年5月13日播種，6月22日統(tǒng)一收獲，播種行距15cm，兩葉一心時(shí)進(jìn)行間苗，間苗后的株距平均10cm，采收在基部以上3片綠葉處切割。

表1 試驗(yàn)前土壤及擬施入有機(jī)肥的基本性質(zhì)

Note: OM is organic matter content, TN is total nitrogen content, AP is available potassium content, APH is available phosphorus content, BD is bulk density, FW is field water holding capacity(volume water content).

表2 試驗(yàn)處理設(shè)置

灌溉方式為滴灌，管道、水表和滴灌管（管徑16mm，滴頭間距10cm）為市場(chǎng)銷售材料。CK、C、M和MC處理田間最大持水量（體積含水量）分別為18.0%、18.3%、22.6%和21.1%。當(dāng)某個(gè)小區(qū)含水量降至田間最大持水量的80%時(shí)即灌溉。各處理灌水量（H）一致，每次灌溉量用水表準(zhǔn)確計(jì)量，計(jì)算式為

式中，θf為田間最大持水量（質(zhì)量百分比）；θi為各處理測(cè)定的實(shí)際含水量平均值（質(zhì)量百分比），為TDR實(shí)際測(cè)量含水量與各處理容重的乘積；g為土壤容重，其中CK、C、M和MC處理分別為1.65、1.53、1.32和1.51g·cm-3；H為土層深度，本試驗(yàn)H為0.3m；p為滴灌水分利用效率0. 95[18]。

1.3 觀測(cè)項(xiàng)目及方法

成熟后每小區(qū)隨機(jī)取2m2用電子天平（精度0.1g）進(jìn)行測(cè)產(chǎn)（鮮重），折合成公頃產(chǎn)量。

0-70cm土壤含水量由TDR（PICO-BT，由Andres Industries AG公司制造）測(cè)定。試驗(yàn)地勢(shì)高，地下水位深，無地下水滲漏，因此，選測(cè)70cm以上土層，每10cm深度測(cè)定一次，分別在灌水前后1d和灌水后間隔2～3d測(cè)量。

平均風(fēng)速、陣風(fēng)速度、氣溫、地溫（10cm）、太陽輻射和空氣濕度（RH）等氣候變化由網(wǎng)棚內(nèi)中部的氣象站（HOBO U30 station）監(jiān)測(cè)。由圖1可知，隨著菜心生長(zhǎng)季的延長(zhǎng)，日輻射量呈波動(dòng)式升高，其最大值為1008.1W·m-2，而RH呈波動(dòng)式下降，變幅在9.2%～98.3%，全生育期平均太陽輻射和RH分別為198.2W·m-2和47.2%。氣溫和10cm地溫呈波動(dòng)性升高，且地溫隨著氣溫的升降而升降，氣溫的變幅明顯大于地溫，生育期內(nèi)氣溫和10cm地溫變幅分別為3.0～37.5℃和7.9～34.5℃，平均分別為20.3℃和21.8℃。平均風(fēng)速和陣風(fēng)速度呈無規(guī)則變化，常有陣風(fēng)而平均風(fēng)速較小，陣風(fēng)最大為7.3m·s-1，平均風(fēng)速最大為3.5m·s-1。整體而言，較為適宜的光照、RH、地溫、氣溫、陣風(fēng)速度和平均風(fēng)速為菜心的正常生長(zhǎng)發(fā)育提供了保證。

圖1 全生育期氣象因子變化

在菜心收獲前1d測(cè)量生物量及生長(zhǎng)指標(biāo)。每小區(qū)取長(zhǎng)勢(shì)均勻一致的3株菜心在105℃殺青30min后80℃烘至恒重，精確至0.01g；株高和單株葉圍面積（以單株菜心冠層最長(zhǎng)處為長(zhǎng)、與其垂直的冠層長(zhǎng)度為寬，二者相乘）由直尺測(cè)量（精度1mm）。

試驗(yàn)地平整，土質(zhì)均一，土層深，地勢(shì)高且無地下水位滲漏和地表徑流，因此，水分利用效率（WUE）和菜心的田間耗水量（ET）可計(jì)算為

式中，WUE為水分利用效率（kg·hm-3）；Y為菜心的產(chǎn)量，即鮮物質(zhì)重量（kg·hm-2）；ET為田間耗水量（mm）。

式中，P為生育期灌水量（mm）；ΔH為菜心生育期前后0-70cm土壤儲(chǔ)水量的變化（mm）。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2013進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，Origin93（2016）繪圖，SPSS18.0統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行方差分析，多重比較采用Duncan法。

2 結(jié)果與分析

2.1 生物炭配施有機(jī)肥對(duì)不同土層含水率的影響

2.1.1 10cm土層

由圖2可見，2016年第1茬菜心全生育期各處理累積灌水量均為430.49mm，各處理10cm表層土壤含水率隨著灌水的進(jìn)行均表現(xiàn)出一致的波動(dòng)變化規(guī)律，其區(qū)別僅在于每個(gè)處理土壤含水率波峰、波谷數(shù)值的不同。

總體上看，CK處理（不施有機(jī)肥和生物炭）土壤含水率峰、谷均最低，每次灌水后達(dá)到的含水率僅為22.8%～27.2%，平均24.7%；而每次灌水前10cm土層含水率已降至11.0%～16.4%，平均13.8%；整個(gè)生育期平均土壤含水率為19.4%。單施生物炭（C處理）后，土壤持水能力明顯增強(qiáng)，每次灌水后10cm土層含水率可達(dá)24.2%～28.2%，每次灌水前含水率降至12.7%～18.2%，平均15.7%，比CK增加了13.8個(gè)百分點(diǎn)。單施有機(jī)肥（M處理）后，每次灌水后10cm土層含水率可達(dá)到25.0%～29.0%，每次灌水前含水率降至15.0%～19.3%，平均17.3%，比CK增加25.4個(gè)百分點(diǎn)。當(dāng)土壤中同時(shí)施入有機(jī)肥和生物炭（MC處理）后，土壤持水能力更強(qiáng)，每次灌水后10cm土層含水率可達(dá)到28.5%～31.6%，每次灌水前含水率降至15.6%～22.6%，平均19.8%，比CK增加43.5個(gè)百分點(diǎn)，比M或C處理分別增加14.5和26.1個(gè)百分點(diǎn)?？梢?，土壤中施用有機(jī)肥或生物炭對(duì)提高10cm土層水分含量有一定作用，兩者同時(shí)施用10cm土層水分含量的增加更為顯著。

圖2 菜心生育期各處理灌水量及10cm土層體積含水率變化過程（2016-05-13—06-22）

2.1.2 土壤剖面含水率

生育期內(nèi)有機(jī)肥、生物炭單施和生物炭配施有機(jī)肥處理下0-70cm土層水分分布見圖3。由圖可見，從整個(gè)生育期來看，不同處理土壤剖面水分分布不同。CK處理60cm以下水分含量最高，20cm以上次之，20-60cm土層隨著生育期延長(zhǎng)其水分含量呈現(xiàn)降低趨勢(shì)。與CK相比，C處理土壤剖面水分分布明顯上移，更接近表層，C處理水分主要集中在30-60cm土層。M和MC處理與C處理相比，其水分更接近上層土壤，呈上層土壤水分含量高，下層低的變化趨勢(shì)。與M處理相比，MC處理水分分布更集中，MC處理水分主要集中在30cm以上表層，而M處理主要分布在40cm以上土層。由此表明，有機(jī)肥和生物炭單施均對(duì)土壤水分的下滲有一定的固持作用，而生物炭配施有機(jī)肥處理能夠更好地將灌溉用水截獲在土壤0-30cm表層土壤。

圖3 菜心生育期各處理土壤剖面含水量的動(dòng)態(tài)變化（2016-05-13—06-22）

2.2 生物炭配施有機(jī)肥對(duì)不同土層儲(chǔ)水量的影響

從表3可以看出，收獲后各處理0-40cm土壤儲(chǔ)水量均呈增加趨勢(shì)，MC處理儲(chǔ)水量變化顯著高于其它處理（P＜0.01）；0-70cm土壤儲(chǔ)水量除C處理增加外，其它處理均降低。

與CK相比，有機(jī)肥和生物炭單施均能顯著增加（C和M處理）收獲后0-40cm土壤儲(chǔ)水量（P＜0.01），分別增加180.2%和231.3%；而兩者配施（MC處理）較CK、C和M處理0-40cm儲(chǔ)水量顯著增加（P＜0.01），增幅在23.5%～308.9%。表明生物炭和有機(jī)肥單施能夠增加0-40cm土壤儲(chǔ)水量，而配施效果更佳。C和M處理對(duì)收獲后0-70cm儲(chǔ)水量變化的作用則不同，與CK相比，C處理顯著增加了收獲后0-70cm土壤儲(chǔ)水量（201.3%），而M處理儲(chǔ)水量顯著降低（降低了229.3%）；MC處理收獲后土壤儲(chǔ)水量降低作用顯著，與處理CK、C和M相比，收獲后儲(chǔ)水量分別降低了2.9～28.5倍（P＜0.01）。

綜上所述，生物炭配施有機(jī)肥能顯著提高上層（0-40cm土層）土壤儲(chǔ)水量，降低下層（0-70cm土層）土壤儲(chǔ)水量，主要是MC處理將土壤含水量集中在0-30cm土層所致（圖3），灌溉水分大多儲(chǔ)存在土壤上層，作物可利用水分潛在含量增加。

表3 菜心收獲前、后各處理不同土層土壤儲(chǔ)水量比較（mm）

注：大寫字母表示處理間在0.01水平上的差異顯著性。下同。

Note: Capital letter indicates the difference significance among treatments at 0.01 level. The same as below.

2.3 生物炭配施有機(jī)肥對(duì)菜心生長(zhǎng)及水分利用效率的影響

從表4可以看出，與CK相比，單施生物炭（C處理）除使菜心株高增加外，對(duì)其它生長(zhǎng)性狀無顯著影響，單施有機(jī)肥（M處理）能夠顯著促進(jìn)菜心生長(zhǎng)，增加WUE，其中株高、單株葉圍面積、葉片數(shù)、產(chǎn)量、生物量和WUE均顯著增加（P＜0.01），分別增加123.1%、5125.2%、58.3%、1270.4%、1133.3%和1301.4%。與C和M相比，兩者配施（MC處理）對(duì)促進(jìn)菜心生長(zhǎng)，提高WUE作用顯著，其中MC處理較C處理株高、單株葉圍面積、葉片數(shù)、產(chǎn)量、生物量和WUE分別增加112.0%、525.8%、71.8%、889.6%、1300%和984.0%（P＜0.01），較M處理株高、產(chǎn)量、生物量和WUE分別增加了39.6%、63.0%、51.4%和64.0%（P＜0.01）。由此可見，生物炭配施有機(jī)肥在促進(jìn)菜心生長(zhǎng)，增加菜心產(chǎn)量和提高水分利用效率方面作用顯著。

表4 不同處理下菜心生長(zhǎng)及水分利用效率的變化

Note: PH is plant height, LC is leaf circumference area, NL is number of leaves per plant, ET is water consumption.

3 結(jié)論與討論

3.1 討論

土壤水分是土壤肥力諸多因素中最活躍、最重要的因素之一，除被植物吸收利用外還影響土壤的肥力狀況[19]。多數(shù)研究認(rèn)為，生物炭能夠增加砂質(zhì)土壤含水量，對(duì)黏土含水量無顯著影響[20]。本次試驗(yàn)中，生物炭配施有機(jī)肥（MC處理）較單施有機(jī)肥（M處理）10cm土層含水量有所增加。其中MC處理全生育期10cm土層含水量較M處理增加了12.6%（P＜0.05）。與王浩等[21]將生物炭單施在高粱作物上，王曉娟等[3,22-23]將有機(jī)肥單施在玉米和大豆作物上的研究結(jié)論一致。表層土壤水分含量的變化勢(shì)必改變土壤剖面水分分布狀況。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，MC處理水分主要集中在0-30cm以上表層，而M處理主要分布在0-40cm以上土層，C處理水分主要集中在30-60cm，而CK處理60cm以下土層水分含量最高；收獲時(shí)MC處理土壤儲(chǔ)水量以0-40cm土層最高。有機(jī)肥和生物炭配施改變了收獲期儲(chǔ)水量的分布特征，增加上層土壤的儲(chǔ)水量。可能是砂質(zhì)土壤孔隙大，添加生物炭能夠增加土粒之間的接觸[24]，減少大孔隙度，增加小孔隙度，從而增加土壤的保水性能[25]，孔隙度的改變破壞了土壤原有的結(jié)構(gòu)[26]，形成微孔結(jié)構(gòu)，這種多微孔結(jié)構(gòu)對(duì)提高土壤持水能力和增加灌水的入滲有重要影響，土壤入滲特征間接影響剖面水分分布[27]。

改良劑配施對(duì)土壤水分的作用并不僅僅是兩者單獨(dú)施用效果的疊加[11]。本試驗(yàn)中，生物炭和有機(jī)肥配施到土壤中水分含量的增加量大于兩者單獨(dú)施加時(shí)水分含量增加量之和。其中，生物炭和有機(jī)肥配施處理（MC）比不施生物炭和有機(jī)肥處理（CK）10cm土層含水量增加了29.2個(gè)百分點(diǎn)（P＜0.05），有機(jī)肥（M）和生物炭（C）單施比CK分別增加14.9和7.3個(gè)百分點(diǎn)（P＜0.05），MC處理比兩者單施土壤含水量增加的和還高出7個(gè)百分點(diǎn)（P＜0.05）?？赡苁怯袡C(jī)肥和生物炭配施對(duì)水分含量的增加呈交互作用[28]，生物炭具有的細(xì)粒子結(jié)構(gòu)堵塞了有機(jī)肥添加到土壤中形成的大孔隙，阻止水分的下滲[29]。因此，相對(duì)于單施有機(jī)肥和生物炭土壤改良模式，有機(jī)肥配施生物炭在增加10cm表層土壤含水量方面有更佳的效果。

生物炭單施對(duì)作物的增產(chǎn)效果并不顯著，而與氮肥配施能夠顯著促進(jìn)作物增長(zhǎng)[30]。在本試驗(yàn)條件下，將生物炭單獨(dú)施用到土壤時(shí)，并不能促進(jìn)菜心生長(zhǎng)，而生物炭和有機(jī)肥配施到有機(jī)菜田中能顯著促進(jìn)菜心生長(zhǎng)，增加產(chǎn)量和生物量，提高WUE。與M處理相比，MC處理株高、產(chǎn)量、生物量和WUE分別增加了39.6%、63.0%、51.4%和64.0%（P＜0.01）。Chan等[28]也發(fā)現(xiàn)，單施生物炭不添加氮肥時(shí)蘿卜的產(chǎn)量也不會(huì)有明顯增加，而生物炭和氮肥配合施用對(duì)蘿卜干物質(zhì)增加作用顯著，本試驗(yàn)結(jié)論與其一致。這是由于生物炭與氮肥互作的結(jié)果[31]，土壤中施用的生物炭具有發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)，大的比表面積，高的碳氮比，有利于微生物生存繁衍[29]，從而增加與氮素代謝有關(guān)的微生物群落結(jié)構(gòu)（促進(jìn)有機(jī)肥中有機(jī)物質(zhì)的分解）和豐度，增加土壤生態(tài)系統(tǒng)功能，為作物生長(zhǎng)提供良好的生長(zhǎng)環(huán)境[32]。因此，生物炭和有機(jī)肥配施添加到土壤中通過改變生物群落結(jié)構(gòu)和豐度，改善土壤微生態(tài)環(huán)境從而間接促進(jìn)作物生長(zhǎng)，提高作物產(chǎn)量和水肥利用效率。

3.2 結(jié)論

（1）生物炭連續(xù)配施有機(jī)肥能夠顯著提高表層土壤含水量，降低土壤水分波動(dòng)幅度。其中MC處理較M、C和CK處理生育期內(nèi)0-10cm土壤含水量顯著提高了124%、20.4%和29.2%（P＜0.05）。

（2）生物炭配施有機(jī)肥對(duì)灌溉用水的固持作用顯著，使灌溉水分集中在上層土壤，提高作物利用的潛力。生育期內(nèi)MC處理主要集中在0-30cm以上土層，M處理0-40cm含水量較高，C處理30-60cm含水量較高，而CK處理60cm以下土層具有較高的含水量。

（3）有機(jī)肥配施生物炭能夠促進(jìn)菜心的生長(zhǎng)，增加產(chǎn)量，提高水分利用率。與單施有機(jī)肥相比，處理MC的收獲期菜心株高、產(chǎn)量、生物量和WUE分別增加了39.6%、63.0%、51.4%和64.0%（P＜0.01）。

[1]吳瑕.寧夏引黃灌區(qū)水資源利用現(xiàn)狀及存在問題分析[J].科技信息,2009,(18):655,656.

Wu X.Analysis on present situation and existing problems of water resources utilization in Ningxia Yellow River irrigation district[J].Technology Information, 2009,(18):655,656.(in Chinese)

[2]薛塞光.寧夏引黃灌區(qū)發(fā)展思路與目標(biāo)[J].人民黃河,2015,(3): 1-3.

Xue S G.Development and objective of the Yellow River irrigation area of Ningxia[J].Yellow River,2015,(3):1-3.(in Chinese)

[3]王曉娟,賈志寬,梁連友,等.旱地施有機(jī)肥對(duì)土壤水分和玉米經(jīng)濟(jì)效益影響[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2012,(6):144-149.

Wang X J,Jia Z K,Liang L Y,et al.Effects of organic fertilizer application on soil moisture and economic returns of maize in dryland farming[J].Transactions of the CSAE,2012,(6):144-149. (in Chinese)

[4]肖國(guó)舉,王靜.黃土高原集水農(nóng)業(yè)研究進(jìn)展[J].生態(tài)學(xué)報(bào), 2003,(5):1003-1011.

Xiao G J,Wang J.Research on progress of rainwater harvesting agriculture on the Loess Plateau of China[J].Acta-eclogica Sinica,2003,(5):1003-1011.(in Chinese)

[5]王會(huì)肖,劉昌明.作物水分利用效率內(nèi)涵及研究進(jìn)展[J].水科學(xué)進(jìn)展,2000,(1):99-104.

Wang H X,Liu C M.Advances in crop water use efficiency research[J].Advances in Water Science,2000,(1):99-104.(in Chinese)

[6]Hati K,Swarup A,Dwivedi A,et al.Changes in soil physical properties and organic carbon status at the topsoil horizon of a vertisol of central India after 28 years of continuous cropping, fertilization and manuring[J].Agriculture,Ecosystems and Environment,2007,119(1/2):127-134.

[7]Zhao Y C,Wang P,Li J L,et al.The effects of two organic manures on soil properties and crop yields on a temperate calcareous soil under a wheat-maize cropping system[J].European Journal of Agronomy,2009,31(1):36-42.

[8]汪德水,程憲國(guó),姚曉曄,等.半干旱地區(qū)麥田水肥效應(yīng)研究[J].土壤肥料,1994,(2):1-4.

Wang D S,Cheng X G,Yao X Y,et al.Study on water andfertilizer effect in wheat field in semi-arid area[J].Soil Fertilizer,1994,(2):1-4.(in Chinese)

[9]曹靖,胡恒覺.不同肥料組合對(duì)冬小麥水分供需狀況的研究[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2000,(5):713-717.

Cao J,Hu H J.Effect of different fertilizer combinations on water supply-demand status of winter wheat[J].Chinese Journal of Applied Ecology,2000,(5):713-717.(in Chinese)

[10]李正興,李海福.生物炭對(duì)土壤理化性質(zhì)影響的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析[J].農(nóng)業(yè)開發(fā)與裝備,2015,(2):61-67.

Li Z X,Li H F.Current situation of biochar on soil physical and chemical properties at home and abroad[J]Agricultural Development & Equipment,2015,(2):61-67.(in Chinese)

[11]陳溫福,張偉明,孟軍,等.生物炭應(yīng)用技術(shù)研究[J].中國(guó)工程科學(xué),2011,(2):83-89.

Chen W F,Zhang W M,Meng J,et al.Researches on biochar application technology[J].Chinese Engineering Science,2011,(2): 83-89.(in Chinese)

[12]馬曉麗.旱作區(qū)有機(jī)培肥對(duì)土壤理化性狀及冬小麥生長(zhǎng)的影響[D].楊凌:西北農(nóng)林科技大學(xué),2010.

Ma X L.Effects of organic fertilization on physiochemical characters of soil and growth of winter wheat in arid areas[D]. Yangling:Northwest A&F University,2010.(in Chinese)

[13]Xu G,Lv Y C,Sun J N,et al.Recentadvances in biochar applications in agricultural soils:benefits and environmental implications[J].2012,40(10):1093-1098.

[14]Zeelie A.Effect of biochar on selected soil physical properties of sandy soil with low agricultural suitability[D].Stellenbosch: Stellenbosch University,2012.

[15]武玉,徐剛,呂迎春,等.生物炭對(duì)土壤理化性質(zhì)影響的研究進(jìn)展[J].地球科學(xué)進(jìn)展,2014,(1):68-79.

Wu Y,Xu G,Lv Y C,et al.Effects of biochar amendment on soil physical and chemical properties:current status and knowledge gaps[J].Advances in Earth Scinece,2014,(1):68-79. (in Chinese)

[16]勾芒芒,屈忠義.生物炭對(duì)改善土壤理化性質(zhì)及作物產(chǎn)量影響的研究進(jìn)展[J].中國(guó)土壤與肥料,2013,(5):1-5.

Gou M M,Qu Z Y.Research on using biochar to agricultural soil amendment and crop yield[J].Chinese Soil and Fertilizer, 2013,(5):1-5.(in Chinese)

[17]Gomez J D,Denef K,Stewart C E,et al.Biochar addition rate influences soil microbial abundance and activity in temperate soils[J].European Journal of Soil Science,2014,65(1):28-39.

[18]栗巖峰,李久生,饒敏杰.滴灌系統(tǒng)運(yùn)行方式施肥頻率對(duì)番茄產(chǎn)量與根系分布的影響[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué),2006,(7):1419- 1427.

Li Y F,Li J S,Rao M J.Effects of drip fertigation strategies and frequencies on yield and root distribution of tomato[J].Scientia Agricultura Sinica,2006,(7):1419-1427.(in Chinese)

[19]秦耀東.土壤物理學(xué)[M].北京:高等教育出版社,2003:7-9.

Qin Y D.Soilphysics[M].Beijing:Higher Education Press,2003: 7-9.(in Chinese)

[20]Ventura F,Salvatorelli F,Piana S,et al.The effects of biochar on the physical properties of bare soil[J].Earth and Environmental Science Transactions of the Royal Society of Edinburgh,2012,103(1):5-11.

[21]王浩,焦曉燕,王勁松,等.生物炭對(duì)土壤水分特征及水脅迫條件下高粱生長(zhǎng)的影響[J].水土保持學(xué)報(bào),2015,29(2):253-287.

Wang H,Jiao X Y,Wang J S,et al.Effects of biochar on water characteristics of soil and sorghum growth under conditions of soil water stress[J].Journal of Soil and Water Conservation, 2015,29(2):253-287.(in Chinese)

[22]Li F S,Yu J M,Nong M L,et al.Partial root-zone irrigation enhanced soil enzyme activities and water use of maize underdifferent ratios of inorganic to organic nitrogen fertilizers [J].Agricultural Water Management 2010,97(2):231-239.

[23]Mohanty M,Bandyopadhyay K,Painuli D,et al.Watertransmission characteristics of a vertisol and water use efficiency of rainfedsoybean (L.Merr.) undersubsoiling and manuring [J].Soil and Tillage Research,2007,93(2):420-428.

[24]Jones B E H,Haynes R J,Phillips I R.Effect of amendment of bauxite processing sand with organic materialson its chemical,physical and microbial properties[J].Journal of Environmental Management,2010,91(11):2281-2288.

[25]Titirici M M,Thomas A,Yu S,et al.A direct synthesis of mesoporous carbons with bicontinuousporemorphology from crude plant material by hydrothermal carbonization[J].Chemistry of Materials,2007,19:4205-4212

[26]Verheijen F,Jeffery S,Bastos A C,et al.Biochar application to soils[C].Institute for Environment and Sustainability,Luxembourg, 2010.

[27]Oguntunde P G,Abiodun B J,Ajayi A E.Effects of charcoal production on soil physical properties in Ghana[J].Joumal of Plant Nutrient and Soil Science,2008,171:591-596.

[28]Chan K Y,van Zwieten L,Meszaros I,et al.Agronomic values of green waste biochar as a soil amendment[J].Soil Research, 2008,45(8):629-634．

[29]陳溫福,張偉明,孟軍.農(nóng)用生物炭研究進(jìn)展與前景[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué),2013,46(16):3324-3333.

Chen W F,Zhang W M,Meng J.Advances and prospects in research of biochar utilization in agriculture[J].Scientia Agricultura Sinica,2013,46(16):3324-3333.(in Chinese)

[30]Major J,Steiner C,Downie A,et al.Biochareffects on nutrient leaching.Biochar for environmental management:science and technology[M].London:Earthscan,2009:271-282．

[31]Lehmann J,Jose Pereira da Silva Jr,Steiner C,et al.Nutrient availability and leaching in an archaeologicalantlirosol and a ferralsol of the central Amazon Basin:fertilizer,manure and chareoal Amendments[J].Plant and Soil,2003,249:343-357.

[32]張星,張晴雯,劉杏認(rèn),等.施用生物炭對(duì)農(nóng)田土壤氮素轉(zhuǎn)化關(guān)鍵過程的影響[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)氣象,2015,36(6):709-716.

Zhang X,Zhang Q W,Liu X R,et al.Effects of biochar on the key soil nitrogen transformation processes in agricultural soil[J].Chinese Journal of Agrometeorology,2015,36(6):709- 716.(in Chinese)

Effects of Organic Fertilizer Combined with Biochar on Soil Moisture and Water Use Efficiency in Vegetable Field

WANG Zhan1, 2, LI Yin-kun1, WANG Li-chun1, GUO Wen-zhong1, XU Zhi-gang2, YANG Zi-qiang3, MA Li3, LI Qiu-chen1,4

(1．Beijing Research Center of Intelligent Equipment for Agriculture, Beijing 100097, China; 2．Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095; 3．Wuzhong National Agricultural Science and Technology Park Management Committee, Wuzhong 751100; 4．Ningxia University, Yinchuan 750021)

Taking Chinese Flowering Cabbage as the experimental materal, the positioning experiment of single and combined fertilization of biochar and organic fertilizer was carried out in Wuzhong dry area in Ningxia. The research analyzed the experimental data about the first crop among three corps a year in total that planted on 13th May 2015, and harvested on 22nd June 2015. The experiment totally included four treatments as single organic fertilizer (M, 110t·ha-1), single biochar (C, 17t·ha-1), organic fertilizer combined with biochar (MC, 110+17t·ha-1) and no organic fertilizer and biochar (CK). Through testing the moisture dynamics and growing state of 0-70cm soil layer in growth period of Chinese Flowering Cabbage to analyze the role and effect of cultivation model of biochar combined with organic fertilizer in organic vegetable garden in northern of China. The results showed that the treatment MC could effectively increased the water content in 0-10cm soil layer. Compared with treatment CK, M and C, the average ratio of water content of 0-10cm soil layer in whole growth period increased by 12.4-29.2 percentage (P<0.05) respectively. Treatment MC changed the distribution of moisture in soil section profile, concentrate more moisture in 0-30cm soil layer and enhanced available water content for corps and had a remarkable role on water retention. Treatment MC could promote the growth of Chinese Flowering Cabbage and increase corps yield and water use efficiency (WUE). Compared with treatment M, the plant height of Chinese Flowering Cabbage, yield, biomass and WUE increased by 39.6%, 63.0%, 51.4% and 64.0% (P＜0.01) respectively in harvest season. The results indicated that treatment of biochar combined with organic fertilizer (MC) had remarkable role in water-storing and soil-maintenance and could be popularized as a preferential cultivation management model in local region.

Soil moisture; Soil water storage; Flowering Chinese Cabbage; Biomass

10.3969/j.issn.1000-6362.2017.12.003

王湛,李銀坤,王利春,等.生物炭配施有機(jī)肥對(duì)菜田土壤水分及水分利用效率的影響[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)氣象,2017,38(12):771-779

2017-03-25

。E-mail：lykun1218@163.com

國(guó)家自然科學(xué)基金（青年）項(xiàng)目（41501312）；“十二五”科技支撐計(jì)劃（2014BAD05B02）；農(nóng)業(yè)部公益性行業(yè)科研項(xiàng)目（201303108）

王湛（1990-），博士生，主要從事作物水肥高效利用及水肥一體化技術(shù)研究。E-mail：wzyjsjt@163.com