化肥減施下低用量生物黑炭對紅壤肥力質(zhì)量的影響

段紅霞 夏桂龍 歐陽建平 趙仲仁 楊雨春 周曉豐

摘要?[目的]實現(xiàn)化肥減施增效、提高紅壤旱地的肥力水平和作物產(chǎn)量。[方法]在化肥減施條件下結(jié)合低用量的生物黑炭（750 kg/hm2），分析玉米產(chǎn)量和土壤肥力變化。[結(jié)果]與化肥處理相比，生物黑炭配施處理的產(chǎn)量較高，早玉米和晚玉米分別比化肥處理增加了28.67%～44.69%和23.26%～45.19%。同時，生物黑炭配施石灰或過氧化鈣顯著阻控土壤酸化，土壤pH提高了0.26～0.47;土壤有機質(zhì)和速效氮磷鉀養(yǎng)分也顯著提升，進而顯著提高了土壤肥力質(zhì)量指數(shù)。[結(jié)論]較低用量的生物黑炭配施石灰或過氧化鈣是紅壤旱地值得推廣的土壤培肥技術(shù)。

關鍵詞?化肥減施;低用量生物黑炭;玉米產(chǎn)量;土壤肥力質(zhì)量指數(shù)

中圖分類號?S158.5文獻標識碼 A文章編號?0517-6611（2018）33-0121-02

在我國南方紅壤旱地，鮮食玉米作為主要的旱作物一直是當?shù)剞r(nóng)民增收的主要途徑[1-2]。但由于過度強調(diào)化肥施用，導致該地區(qū)的鮮食玉米普遍存在產(chǎn)量不高的現(xiàn)象[3]。大量肥料定位試驗表明，長期化肥施用不利于作物高產(chǎn)和土壤肥力的可持續(xù)[4-5]，而且還會導致紅壤旱地酸化加劇。而配施有機肥則可以顯著提高作物產(chǎn)量和土壤肥力，同時有效緩解土壤酸化趨勢[5]。然而，傳統(tǒng)的畜禽糞便有機肥由于運輸繁瑣、施用麻煩等而無法普遍推廣。近年來，生物黑炭作為一種新型的有機肥越來越受到研究者和農(nóng)技工作者的重視，且研究表明生物黑炭可以顯著提高土壤肥力和作物產(chǎn)量[6-7]。

然而，在田間應用中，為了實現(xiàn)土壤肥力的提升，生物黑炭的用量較高（一般為2.5～30 t/hm2）[8-9]，再加上較大的體積和高昂運輸成本，嚴重制約了生物黑炭的推廣應用。因此，筆者在化肥減施條件下，通過配施低用量的生物黑炭，在較低生物黑炭用量的基礎上實現(xiàn)化肥減施增效和土壤培肥的效果，以期為生物黑炭在紅壤旱地上的推廣應用提供理論和技術(shù)支撐。

1?材料與方法

1.1?試驗地概況

試驗設在江西省鷹潭市余江縣鄧埠鎮(zhèn)西坂村（116°17′23″ E、28°35′15″ N），該地區(qū)屬中亞熱帶季風氣候，年均降雨量1 537 mm，年蒸發(fā)量1 100 mm，年均氣溫18. 5℃，典型丘崗地形，海拔25～30 m，坡度5°土壤類型為第四紀紅黏土，試驗前耕層土壤pH為5.35，有機質(zhì)為17.03 g/kg，全氮為0.93 g/kg，堿解氮為98.70 mg/kg，速效磷為10.32 mg/kg，速效鉀為155.34 mg/kg。

1.2?試驗設計?共設5個處理：CK（不施肥）;NPK（常規(guī)施肥，氮磷鉀肥N∶P2O5∶K2O為195∶90∶225 kg/hm2）;NPK+BIO（常規(guī)施肥下配施生物黑炭750 kg/hm2）;NPK-15%+BIO（化肥減施15%下配施生物黑炭750 kg/hm2）;NPK-30%+BIO（化肥減施30%下配施生物黑炭750 kg/hm2）。每個處理3次重復，小區(qū)面積60 m2（6 m×10 m）。氮肥中基肥和追肥比例為50%，磷肥和生物炭等全部做基肥，鉀肥中基肥和追肥的比例40%和60%。

種植方式為玉米（鮮食）-玉米（鮮食）。早玉米和晚玉米品種均為美糯9號;早玉米和晚玉米的播種時間為5月2日和8月20日;玉米播種量為30 kg/hm2，株行距為20 cm×40 cm。

1.3?測定指標與方法?①每個小區(qū)單獨測定籽粒產(chǎn)量。②晚玉米收獲后測定pH、有機質(zhì)和氮磷鉀養(yǎng)分等含量，并采用Fuzzy方法綜合評價耕地質(zhì)量水平。選用包括土壤pH、有機質(zhì)、堿解氮、速效磷和速效鉀共5項土壤肥力特性作為此次土壤肥力綜合評價的參考指標。參考曹志洪等[10]的方法。

1.4?數(shù)據(jù)分析?采用Excel 2003進行數(shù)據(jù)處理，采用SAS 9.1 進行統(tǒng)計分析，采用LSD方法比較不同處理間的顯著性差異（P<0.05），圖件采用Origin 8.1制作。

2?結(jié)果與分析

2.1?化肥減施下生物黑炭對紅壤旱地玉米產(chǎn)量的影響

由圖1可知，在紅壤旱地上，施用生物黑炭可以顯著提高玉米產(chǎn)量。與常規(guī)施肥（NPK）相比，生物黑炭（BIO）配施可以顯著提高玉米產(chǎn)量，在早玉米季，NPK+BIO、NPK-15%+BIO和NPK-30%+BIO處理分別比NPK處理增加了44.69%、38.00%和28.67%，晚玉米季的增幅分別為45.19%、39.80%和23.26%。其中以NPK+BIO的產(chǎn)量最高。這表明較低用量的生物黑炭配施是提高紅壤旱地玉米產(chǎn)量的有效施肥措施。

2.2?化肥減施下生物黑炭對紅壤旱地酸化改良的影響

由圖2可知，與CK相比，NPK處理的土壤pH無顯著變化，但NPK+BIO、NPK-15%+BIO和NPK-30%+BIO處理的土壤pH均顯著高于CK和NPK處理。與NPK處理相比，NPK+BIO、NPK-15%+BIO和NPK-30%+BIO處理的土壤pH分別提高了0.26、0.47和0.28，其中以NPK-15%+BIO處理土壤pH的增幅最高。因此，配施較低用量的生物黑炭可以有效阻控紅壤旱地的酸化。

2.3?化肥減施下生物黑炭對紅壤旱地有機質(zhì)和速效養(yǎng)分含量的影響

由表2可知，NPK+BIO、NPK-15%+BIO和NPK-30%+BIO處理的土壤有機質(zhì)、速效氮磷鉀含量均得到顯著提升，與NPK處理相比，NPK+BIO、NPK-15%+BIO和NPK-30%+BIO處理下土壤有機質(zhì)含量分別增加30.01%、23.13%和20.19%，土壤堿解氮含量分別增加18.69%%、20.56%和17.45%，土壤速效磷含量分別增加88.68%、98.65%、77.88%，土壤速效鉀含量分別增加107.15%、137.76%和114.29%。這說明較低用量的生物黑炭在提高土壤有機質(zhì)的同時，進一步提升土壤速效養(yǎng)分含量。

2.4?化肥減施下生物黑炭對土壤肥力質(zhì)量的影響

由圖3可知，供參評的7個施肥處理中，生物黑炭配施處理的土壤肥力質(zhì)量均大于0.5，肥力等級屬于中等以上，其中NPK+BIO處理最高，其次為NPK-15%+BIO和NPK-30%+BIO處理，而NPK和CK則較低。在所有處理中，NPK+BIO、NPK-15%+BIO和NPK-30%+BIO處理的土壤肥力指數(shù)分別比NPK處理增加了36.03%、15.37%和12.37%。因此，在紅壤旱地上，較低用量的生物黑炭是提高土壤肥力質(zhì)量的有效途徑。

3?結(jié)論與討論

生物黑炭作為一種新型的土壤改良劑已得到充分驗證[11-12]。研究表明，在紅壤旱地上施用生物黑炭可以顯著提高作物產(chǎn)量和培肥土壤[11-12]。但以往的研究和應用中推薦生物黑炭的用量一般較高，為1.5～3.0 t/hm2[8-9]，從而嚴重制約了生物黑炭的推廣和應用。因此，探討較低用量下生物黑炭如何改良和培肥土壤顯得十分迫切和關鍵。該研究中，

與常規(guī)施肥相比，生物黑炭（750 kg/hm2）配施下鮮食玉米的產(chǎn)量提高了28.67%～44.69%和23.26%～45.19%。這與前人的研究結(jié)果一致[13-14]，而該研究結(jié)果表明，在化肥減施條件下，較低用量的生物黑炭也可以實現(xiàn)作物增產(chǎn)。

研究表明，較低用量的生物黑炭（750 kg/hm2）可以顯著提升土壤pH，活化土壤氮磷鉀養(yǎng)分。與常規(guī)施肥相比，生物黑炭（750 kg/hm2）配施下土壤pH提高0.26～0.47，堿解氮、速效磷和速效鉀含量均得到顯著提高。這主要與生物黑炭屬于堿性物質(zhì)，且生物黑炭富含有機質(zhì)、具有較高的比表面積和疏松的結(jié)構(gòu)有關[15]，研究表明，生物黑炭施用可以顯著提高土壤微生物群落組成和活性[16-18]，從而提高土壤速效養(yǎng)分含量。且較低用量的生物黑炭（750 kg/hm2）處理的土壤肥力質(zhì)量指數(shù)明顯較高，這與單獨施用較高用量生物黑炭的研究結(jié)果一致[8-9]，且化肥減施15%～30%條件下，土壤肥力質(zhì)量指數(shù)仍較高，因此，在化肥合理減施條件下，較低用量的生物黑炭（750 kg/hm2）是紅壤旱地酸化改良和肥力提升的關鍵技術(shù)。

4?結(jié)論

在紅壤旱地上，較低用量的生物黑炭（750 kg/hm2）配施可以顯著提升玉米產(chǎn)量，早玉米和晚玉米的增產(chǎn)幅度分別為28.67%～44.69%和23.26%～45.19%。與常規(guī)施肥相比，生物黑炭（750 kg/hm2）配施下土壤pH提高0.26～0.47，其土壤肥力質(zhì)量指數(shù)也得到顯著提升。且化肥減施15%～30%條件，仍可以顯著提高土壤肥力。因此，在紅壤旱地上，低用量的生物黑炭（750 kg/hm2）可以實現(xiàn)化肥減施增效的目標。

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