生物質(zhì)炭配施蚯蚓糞提升土壤有機(jī)碳對水稻生長的影響

董林林，何建橋，陸長嬰，施林林，周新偉，陶玥玥，王海候，沈明星*

（1.江蘇太湖地區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，江蘇 蘇州 215155；2.南京市耕地質(zhì)量保護(hù)站，江蘇 南京 210019）

隨著人口的不斷增長和生活水平的快速提升，對農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)和數(shù)量的要求不斷提高，現(xiàn)有耕地面積減少和土地退化的問題更是加劇了它們之間的矛盾，因此，培肥土壤和提高中低產(chǎn)田生產(chǎn)力成為解決這一矛盾的有效措施［1-2］。我國中低產(chǎn)田面積約占耕地總面積的70%，土壤有機(jī)質(zhì)含量低、養(yǎng)分含量不均衡、保水保肥能力差是中低產(chǎn)田的突出特征，且地域性特征明顯，采取合理、有效的措施能夠?qū)崿F(xiàn)中低產(chǎn)田土壤培肥，提高中低產(chǎn)田生產(chǎn)力［1，3］。

近年來，運(yùn)用生物質(zhì)炭還田提升土壤有機(jī)碳水平，提升作物對營養(yǎng)元素的吸收達(dá)到作物增產(chǎn)的研究已成為國內(nèi)外關(guān)注的熱點(diǎn)問題之一。生物質(zhì)炭是以作物秸稈等為原料通過高溫裂解形成的富含碳物質(zhì)，具有碳穩(wěn)定性高、比表面積大和吸附能力強(qiáng)等特點(diǎn)［4-6］。已有研究表明，運(yùn)用生物質(zhì)炭改良中低肥力土壤可明顯提高土壤有機(jī)碳和營養(yǎng)元素含量，有利于擴(kuò)大土壤營養(yǎng)元素儲(chǔ)備并減少養(yǎng)分流失，是土壤改良和肥力提升的首選材料［4，7-9］。施用生物質(zhì)炭能明顯提高土壤有機(jī)碳含量及活性，促進(jìn)水稻對養(yǎng)分的吸收來獲得更高產(chǎn)量［10-11］；趙鐵民等［12］和李少朋等［13］研究結(jié)果表明，不同施用量的生物質(zhì)炭可提高濱海鹽漬土壤中有機(jī)碳和速效養(yǎng)分含量及酶活性，可作為一種改良劑用于鹽堿地復(fù)墾和生態(tài)重建；許云翔等［14］在浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院楊渡基地的定位試驗(yàn)結(jié)果表明，生物質(zhì)炭一次性還田6年后土壤有機(jī)碳、有效磷和速效鉀含量顯著增加，pH值和容重顯著降低。可見，施用生物質(zhì)炭對提高土壤有機(jī)碳和營養(yǎng)元素含量，促進(jìn)作物增產(chǎn)具有重要作用。生物質(zhì)炭對土壤改良的關(guān)鍵是施用生物質(zhì)炭后土壤有機(jī)碳含量增加，形成水穩(wěn)性團(tuán)聚體，提升土壤保肥保水性能［15-16］，表現(xiàn)出對土壤肥力提升的積極作用。因此，施用生物質(zhì)炭在中低產(chǎn)田土壤培肥和作物增產(chǎn)中具有廣闊的應(yīng)用前景。

生物質(zhì)炭能夠快速、穩(wěn)定地提升土壤有機(jī)碳含量，但對營養(yǎng)元素的供給相對較少；蚯蚓糞含有較為豐富的氮磷鉀等營養(yǎng)元素，能夠增強(qiáng)土壤的供肥能力［17］，若將生物質(zhì)炭與蚯蚓糞配施則能很好地改善中低產(chǎn)田土壤板結(jié)及養(yǎng)分不均衡等現(xiàn)象。江蘇省北部、黃淮海平原地區(qū)是我國一個(gè)非常重要的糧食主產(chǎn)區(qū)，也是中低產(chǎn)田的集中分布區(qū)，土壤有機(jī)碳含量低和養(yǎng)分元素不均衡是限制該區(qū)農(nóng)業(yè)提質(zhì)增效的主要因素。因此，本研究通過采集該區(qū)土壤，將不同用量的生物質(zhì)炭與蚯蚓糞配施進(jìn)行盆栽試驗(yàn)，研究生物質(zhì)炭和蚯蚓糞對土壤有機(jī)碳、水稻產(chǎn)量和營養(yǎng)元素吸收利用的影響，明確快速、有效提升中低產(chǎn)田土壤有機(jī)碳的生物質(zhì)炭和蚯蚓糞合理用量，為江蘇北部乃至全國中低產(chǎn)田土壤培肥提供可靠的試驗(yàn)依據(jù)和理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

土壤：采自江蘇省鹽城市濱海縣界牌鎮(zhèn)三壩村（34°6′N，119°51′E），屬廢黃河沖積形成的潮土，偏砂性，土壤有機(jī)碳含量為3.03 g·kg-1，全氮含量為0.27 g·kg-1，有效磷為4.77 mg·kg-1，速效鉀含量為88.5 mg·kg-1，pH值為8.58。生物質(zhì)炭由小麥秸稈燒制而成，含水率為15.28%，碳含量為545.83 g·kg-1，氮5.97 g·kg-1，磷0.54 g·kg-1，鉀6.85 g·kg-1，由河南商丘三匯貿(mào)易有限公司提供。蚯蚓糞是將牛糞經(jīng)蚯蚓堆肥后所制，含水率為85.98%，碳含量為228.83 g·kg-1，氮6.71 g·kg-1，磷5.04 g·kg-1，鉀5.37 g·kg-1，由江蘇太湖地區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所提供。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

盆栽用土量為25.0 kg·盆-1。生物質(zhì)炭用量設(shè)兩個(gè)梯度，按照生物質(zhì)炭大田用量15 t·hm-2折算，生物質(zhì)炭用量為6.0 g·kg-1，記為B1；生物質(zhì)炭施用量增加5倍處理（30.0 g·kg-1），記為B2。蚯蚓糞用量分3個(gè)等級(jí)，為不施蚯蚓糞、1%和5%（蚯蚓糞與盆栽土質(zhì)量比）蚯蚓糞施用量，分別標(biāo)記為M1、M2和M3。設(shè)不施生物質(zhì)炭和蚯蚓糞處理為對照（CK），生物質(zhì)炭與蚯蚓糞配施處理6個(gè)，分別為B1M1、B1M2、B1M3、B2M1、B2M2、B2M3，共7個(gè) 處理，每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)。所有處理化肥用量相同，按當(dāng)?shù)鼗居昧空酆鲜┯?，氮用量為N 225 t·hm-2，按基肥 ∶ 蘗肥 ∶ 穗肥=4∶3∶3施入；磷肥做基肥，用量按P2O567.5 t·hm-2一次性施入；鉀肥用量為K2O67.5 t·hm-2，按基肥 ∶ 穗肥=1∶1施入。

1.3 樣品分析

試驗(yàn)于2018年6月26日移栽水稻于盆內(nèi)，水稻品種為蘇香梗100，移栽時(shí)株高基本相同。自2018年6月28日起每周測定水稻株高和土壤溫度，至10月24日收獲水稻，分根、莖、葉和籽粒于105℃殺青，80℃烘干至恒重，稱量不同部位干重，磨細(xì)備用。水稻收獲后采集盆栽土，自然風(fēng)干，磨細(xì)用重鉻酸鉀外加熱法測定土壤有機(jī)碳含量，用凱氏法測定土壤全氮含量。植株體內(nèi)氮、磷和鉀含量的測定參考《土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析》［18］。

1.4 數(shù)據(jù)處理

水稻氮素收獲指數(shù)（HIN）和吸氮量的計(jì)算方法［19］如下：

1.5 數(shù)據(jù)分析

單因素方差分析用于檢驗(yàn)不同處理間各指標(biāo)的差異顯著性，確定不同生物質(zhì)炭和蚯蚓糞用量對水稻生長和土壤有機(jī)質(zhì)變化的影響。Pearson相關(guān)分析用于檢驗(yàn)施用生物質(zhì)炭和蚯蚓糞產(chǎn)生的碳投入對土壤有機(jī)碳增加的貢獻(xiàn)。數(shù)據(jù)處理與分析借助Excel 2016和SPSS 20.0軟件完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 生物質(zhì)炭與蚯蚓糞混施對水稻長勢的影響

圖1 顯示，水稻移栽10 d后，不同處理間水稻株高沒有明顯差異；分蘗期不同處理下株高也未表現(xiàn)出明顯差異，分蘗后期至成熟期，B2M2、B1M3和B2M3處理的株高顯著高于B1M1、B2M1和B1M2（P<0.05）。B2M3處理水稻株高最大，比B1M2處理高約12.7%，出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因主要是水稻生長前期對養(yǎng)分需求的差異不大，不同用量的生物質(zhì)炭和蚯蚓糞對水稻生長并不會(huì)產(chǎn)生明顯影響，但隨著水稻生長的不斷進(jìn)行對養(yǎng)分的需求越來越多，營養(yǎng)生長期內(nèi)，養(yǎng)分供應(yīng)對株高產(chǎn)生明顯影響，B2M3處理生物質(zhì)炭和蚯蚓糞用量最高，為水稻生長提供的養(yǎng)分最充足，至長穗期，B2M3水稻株高最高，其次是B2M3和B1M3，體現(xiàn)了養(yǎng)分供應(yīng)對水稻生長的重要影響。相對而言，蚯蚓糞中養(yǎng)分的緩慢釋放，可滿足不同生育期的養(yǎng)分需求，為水稻生長提供相對充足的養(yǎng)分保障，這可能是水稻生育后期不同處理間株高差異變大的主要原因。

圖1 不同生物質(zhì)炭和蚯蚓糞用量處理下水稻株高

2.2 生物質(zhì)炭與蚯蚓糞混施對土壤溫度的影響

圖2 顯示，在整個(gè)水稻生育期，與CK相比，施用生物質(zhì)炭和蚯蚓糞的處理土壤溫度略有升高，但不明顯，不同用量生物質(zhì)炭和蚯蚓糞處理間土壤溫度沒有明顯差異。添加生物質(zhì)炭或蚯蚓糞不

會(huì)對盆栽土壤溫度產(chǎn)生明顯影響。在整個(gè)生育期內(nèi)，B2M1處理土壤溫度相對最高，B1M2、B1M3和B2M2處理也有相對較高的土壤溫度，說明施用生物質(zhì)炭和蚯蚓糞具有不明顯的增溫作用，有利于水稻生長。

圖2 水稻生育期各處理土壤溫度變化

2.3 生物質(zhì)炭配施蚯蚓糞對土壤有機(jī)碳的影響

與試驗(yàn)初期相比，所有處理土壤有機(jī)碳含量均增加，B2M3處理土壤有機(jī)碳含量增加了約1倍。與CK相比，施加生物質(zhì)炭和蚯蚓糞增加了土壤有機(jī)碳含量，生物質(zhì)炭和蚯蚓糞投入量的多少對土壤有機(jī)碳的提升產(chǎn)生重要影響（圖3a）。與對照相比，若不施蚯蚓糞，B1M1和B2M1處理土壤有機(jī)碳含量分別增加了0.27和2.36 g·kg-1，增幅分別為7.22%和62.70%；施加1%蚯蚓糞，B1M2和B2M2處理土壤有機(jī)碳含量分別增加了1.12和2.39 g·kg-1，增幅分別為29.74%和63.59%；施加5%蚯蚓糞，B1M3和B2M3處理土壤有機(jī)碳含量分別增加了2.04和2.35 g·kg-1，增幅分別為54.12%和62.33%。可見，同等蚯蚓糞用量處理下，增施生物質(zhì)炭對土壤有機(jī)碳的提升效果更顯著。B1M3處理的土壤有機(jī)碳含量增加顯著（P<0.01），M1和M2處理的土壤有機(jī)碳含量增加不顯著；B2處理下，施用或不施用蚯蚓糞，土壤有機(jī)碳含量均顯著增加（P<0.01），且B2M1、B2M2和 B2M3之間土壤有機(jī)碳含量沒有明顯差異，但均略高于B1M3處理。這說明生物質(zhì)炭投入是土壤有機(jī)碳增加的主要來源，同時(shí)，生物質(zhì)炭具有周轉(zhuǎn)周期長和穩(wěn)定性高的特點(diǎn)，施入后對土壤有機(jī)碳庫的負(fù)激發(fā)效應(yīng)明顯，對土壤有機(jī)碳庫穩(wěn)定性的提高表現(xiàn)出更積極的作用［20］。

圖 3 不同生物質(zhì)炭和蚯蚓糞處理下土壤有機(jī)碳含量

有機(jī)物料投入量的多少對土壤有機(jī)碳的增加起著決定性作用［9，21-22］。本研究中，不同用量的生物質(zhì)炭和蚯蚓糞代表了不同的有機(jī)碳投入量，通過相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，生物質(zhì)炭和蚯蚓糞產(chǎn)生的碳投入量與土壤有機(jī)碳含量之間呈顯著正相關(guān)（圖3b），相關(guān)系數(shù)為0.858（P<0.05）。因此，施加生物質(zhì)炭是快速、有效提升土壤有機(jī)碳的重要措施［5-6，23-24］。

從提升土壤有機(jī)碳并節(jié)約成本的角度講，6 g·kg-1的生物質(zhì)碳配施5%的蚯蚓糞是提升土壤有機(jī)碳水平更經(jīng)濟(jì)有效的用量水平。

2.4 生物質(zhì)炭配施蚯蚓糞對水稻產(chǎn)量的影響

生物質(zhì)炭與蚯蚓糞配施對水稻不同部位生物量的影響如圖4所示。

圖4 生物質(zhì)炭與蚯蚓糞配施處理下水稻不同部位生物量

總體而言，B1M3和B2M3處理下水稻根、莖、葉和籽粒的生物量明顯高于其他處理（圖4）。B1M3和B2M3處理根生物量較CK處理分別增加了78.54%和83.22%，B1M1處理根生物量增加最少，僅為13.79%。這說明，生物質(zhì)炭和蚯蚓糞的投入可促進(jìn)作物根系生長，相同生物質(zhì)炭投入量水平下，配施蚯蚓糞能促進(jìn)水稻根系生長，獲得更多的生物量；相同蚯蚓糞用量處理下，6和30 g·kg-1生物質(zhì)炭用量處理間水稻根系生物量沒有明顯差異，這說明蚯蚓糞對水稻根系生長的影響大于生物質(zhì)炭。不同生物質(zhì)炭與蚯蚓糞用量處理間，水稻葉生物量與根生物量表現(xiàn)出相似的變化特征。水稻籽粒和莖生物量表現(xiàn)出相似的變化趨勢，與CK相比，B1M3、B2M2和B2M3處理籽粒生物量分別增加了25.08、24.99和34.97 g，增 幅 分 別 為44.37%、28.51%和62.26%，增加顯著（P<0.05）；B2M1處理水稻籽粒增加了13.28%，但不顯著；B1M1和B1M2處理水稻籽粒分別降低了3.10%和4.76%，可見，在6 g·kg-1生物質(zhì)炭施用下，不施或施加1%蚯蚓糞并不能促進(jìn)水稻增產(chǎn)，這也說明在有機(jī)碳含量非常低的中低產(chǎn)田土壤中，低水平生物質(zhì)炭和蚯蚓糞用量并不能明顯促進(jìn)水稻生長。施用生物質(zhì)炭對水稻生長具有促進(jìn)作用，配施5%蚯蚓糞對促進(jìn)水稻生長和增加水稻籽粒生物量的效果更顯著。這主要是因?yàn)樯镔|(zhì)炭中碳含量明顯高于蚯蚓糞，因此，施用生物質(zhì)炭對土壤有機(jī)碳提升的效果明顯優(yōu)于蚯蚓糞，但更重要的是因?yàn)樯镔|(zhì)炭強(qiáng)大的吸附能力［24-25］，將蚯蚓糞中釋放的營養(yǎng)元素吸附在水稻根際土壤表面，從而利于水稻對養(yǎng)分的吸收，同時(shí)，蚯蚓糞也能提供更豐富的活性有機(jī)碳組分和營養(yǎng)元素［17］，對水稻生長起到促進(jìn)作用。因此生物質(zhì)炭與蚯蚓糞配施是提升土壤有機(jī)碳水平和促進(jìn)水稻生長的有效措施。

水稻分蘗數(shù)、穗數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒重是反映水稻產(chǎn)量的重要指標(biāo)。不同用量生物質(zhì)炭與蚯蚓糞配施處理下水稻分蘗數(shù)、千粒重和結(jié)實(shí)率如表1所示。

表1 生物質(zhì)炭配施蚯蚓糞對水稻生長的影響

表1 顯示，與CK相比，施用生物質(zhì)炭和蚯蚓糞的所有處理水稻結(jié)實(shí)率均提高，但不顯著，B1M3處理結(jié)實(shí)率最高；所有處理千粒重均增加，相同生物質(zhì)炭用量處理下，增施蚯蚓糞水稻千粒重呈增加趨勢，B1M3、B2M2、B2M3處理的千粒重增加明顯（P<0.01），B2M3處理千粒重最大；同等蚯蚓糞用量水平下，B2處理的水稻千粒重高于B1處理，說明增施生物質(zhì)炭有利于提高水稻千粒重，對水稻增產(chǎn)具有積極作用。相同生物質(zhì)炭用量水平下，增施蚯蚓糞有利于增加水稻分蘗，5%蚯蚓糞用量的B1M3和B2M3處理，水稻分蘗數(shù)增加明顯（P<0.05），但B2M3處理水稻分蘗數(shù)略低于B1M3處理；不施或施用1%蚯蚓糞后增施生物質(zhì)炭，水稻分蘗數(shù)增加，但增幅隨蚯蚓糞用量的增加而降低。B1處理下，水稻穗數(shù)隨蚯蚓糞用量的增加而增加，B2處理下，水稻穗數(shù)隨蚯蚓糞用量的增加反而降低；相同蚯蚓糞用量水平下，B2處理的水稻穗數(shù)多于B1處理。生物質(zhì)炭配施蚯蚓糞可有效提高水稻分蘗和收獲穗數(shù)，提高結(jié)實(shí)率，增加千粒重，從而對水稻增產(chǎn)表現(xiàn)出積極作用。

2.5 生物質(zhì)炭配施蚯蚓糞對水稻養(yǎng)分吸收的影響

生物質(zhì)炭配施蚯蚓糞不僅能為水稻生長提供更為豐富的營養(yǎng)元素，也影響著水稻對氮、磷、鉀等營養(yǎng)元素的吸收及其在水稻不同部位間轉(zhuǎn)運(yùn)。

施用不同量的生物質(zhì)炭和蚯蚓糞，水稻不同部位對氮、磷和鉀元素的吸收特征不同（表2）。就氮素而言，與CK相比，施用生物質(zhì)炭和蚯蚓糞后，籽粒中氮含量均顯著增加（P<0.05）；同等生物質(zhì)炭用量水平下，隨蚯蚓糞用量的增加，籽粒中氮含量呈增加趨勢，B2M3處理水稻籽粒中氮含量最高，B2M1水稻籽粒中氮含量增加最少，M2和M3處理下，增施生物質(zhì)炭籽粒中氮含量均增加，說明生物質(zhì)炭配施蚯蚓糞有利于水稻籽粒對氮的吸收；僅B2M3處理水稻莖、葉中的氮含量增加顯著（P<0.05），同等生物質(zhì)炭用量下，葉中氮含量隨蚯蚓糞用量的增加而增加，在M3處理下，增施生物質(zhì)炭可增加水稻葉中氮含量；B1M2處理水稻莖中氮含量降低，M1和M3處理水稻莖中氮含量增加（P<0.05），同等蚯蚓糞用量下，增施生物質(zhì)炭，水稻莖中氮含量降低；B1處理下，根中氮含量隨蚯蚓糞用量的增加而增加，僅B1M3增加顯著；B2處理下，根中氮含量隨蚯蚓糞用量的增加而降低，且均低于CK。生物質(zhì)炭與蚯蚓糞通過提升土壤供氮能力和降低氮素呼吸損耗［17，26-28］，促進(jìn)了水稻對氮素的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)，積極地促進(jìn)水稻生長，因此在不同的生物質(zhì)炭和蚯蚓糞施用水平下，水稻莖、葉、籽粒中的氮含量增加幅度不同。

表2 生物質(zhì)炭與蚯蚓糞配施處理下水稻不同部位營養(yǎng)元素含量 （g·kg-1）

表2 顯示，除B1M1外，施用生物質(zhì)炭和蚯蚓糞后，籽粒中磷含量均比CK顯著增加（P<0.05），同等生物質(zhì)炭用量水平下，籽粒中磷含量隨蚯蚓糞用量的增加呈增加趨勢，B2M3處理水稻籽粒中磷含量最高，同等蚯蚓糞用量水平下，增施生物質(zhì)炭，可增加水稻籽粒中磷含量，生物質(zhì)炭配施蚯蚓糞有利于水稻籽粒對磷的吸收。除B1M1處理外，施用生物質(zhì)炭和蚯蚓糞的其他處理水稻莖中磷含量均顯著增加（P<0.05），B1M3處理水稻莖的磷含量最高，同等生物質(zhì)炭用量下，水稻莖中磷含量隨蚯蚓糞用量的增加而增加，在不施用蚯蚓糞的處理中，增施生物質(zhì)炭可增加水稻莖中磷含量，同等蚯蚓糞用量水平下，水稻莖中磷含量隨生物質(zhì)炭用量增加而增加。除B1M1和B2M1水稻葉中磷含量增加不顯著外，其他處理水稻葉中磷含量均顯著增加，B1處理下，增施蚯蚓糞可增加水稻葉中磷含量，B2處理下，增施蚯蚓糞并不能帶來水稻葉中磷含量的線性增加，B2M2處理水稻葉中磷含量高于B2M3處理。除B1M1處理水稻根中磷含量降低外，其他處理水稻根中磷含量均增加，其中B1M2、B1M3和B2M3增加顯著（P<0.05），同等生物質(zhì)炭用量水平下，水稻根中磷含量隨蚯蚓糞用量的增加而增加；不施用蚯蚓糞，增施生物質(zhì)炭的B2M1水稻根中磷含量高于B1M1處理；M2和M3處理下，B2處理的水稻根中磷含量低于B1處理。生物質(zhì)炭和蚯蚓糞配施可增加土壤中磷含量［5-6，29-30］，促進(jìn)水稻根系吸收更多的磷并向籽粒轉(zhuǎn)移，增加水稻的產(chǎn)量。

與CK相比，除B1M1處理水稻莖中鉀含量有所降低外，其他處理水稻籽粒、莖、葉和根中鉀含量均增加，但差異不顯著，且隨生物質(zhì)炭和蚯蚓糞用量的不同，變化趨勢不同（表2）。在B1處理下，籽粒、莖、葉和根中的鉀含量均隨蚯蚓糞用量的增加而增加，在B2處理下，籽粒中鉀含量隨蚯蚓糞用量的增加而降低，莖中鉀含量隨蚯蚓糞用量的增加而增加，葉和根中鉀含量在M2處理下最低，B2M3水稻葉中鉀含量最高，B2M1水稻根中鉀含量最高。相對于氮和磷，生物質(zhì)炭對鉀的吸附作用更強(qiáng)，增施生物質(zhì)炭可能會(huì)抑制水稻對鉀素的吸收，但還需進(jìn)行更加深入的研究。

綜上所述，施用生物質(zhì)炭和蚯蚓糞有利于水稻對氮、磷和鉀元素的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)，氮和磷更多的轉(zhuǎn)運(yùn)并富集在籽粒中，而鉀更多的富集在水稻莖部。B2處理更能促氮、磷和鉀元素從水稻根系向籽粒轉(zhuǎn)運(yùn)。施用生物質(zhì)炭和蚯蚓糞帶來的土壤碳投入和土壤有機(jī)碳提升對氮素收獲指數(shù)的影響如圖5所示。

圖5 碳投入量及土壤有機(jī)碳對氮素收獲指數(shù)的影響

圖5 a顯示，氮素收獲指數(shù)與碳投入量之間呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.838（P<0.05），CK處理中，氮素收獲指數(shù)最小為0.71，B2M2和B2M3處理氮素收素指數(shù)最高為0.77，水稻氮素收獲指數(shù)隨生物質(zhì)炭與蚯蚓糞帶來的碳投入增加呈增加趨勢，有利于提高氮素利用率。氮素收獲指數(shù)與土壤有機(jī)碳含量之間的相關(guān)系數(shù)為0.788（P>0.05）（圖5b），土壤有機(jī)碳含量的增加未能明顯影響氮素收獲指數(shù)，但仍表現(xiàn)出正相關(guān)趨勢，這主要是因?yàn)橄蛲寥乐型妒┥镔|(zhì)炭和蚯蚓糞后，一方面增加了土壤中氮磷元素含量，特別是有效性氮磷等元素含量；另一方面，生物質(zhì)炭可有效降低氮磷等元素淋失量，并在氮磷等營養(yǎng)元素的協(xié)同作用下，促進(jìn)水稻生長，增加對氮素的吸收［29-31］。因此，通過生物質(zhì)炭與蚯蚓糞配施的方法增加碳投入，可提升土壤有機(jī)碳含量，同時(shí)也能促進(jìn)作物對氮的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)，對培肥中低產(chǎn)田土壤和提高肥料利用率均有積極作用。

2.6 碳投入量對水稻產(chǎn)量的影響

生物質(zhì)炭配施蚯蚓糞增加了土壤有機(jī)碳，促進(jìn)了水稻生長和對營養(yǎng)元素的吸收，碳投入及碳投入作用下土壤有機(jī)碳增加對水稻產(chǎn)量的影響如圖6所示。

圖 6 碳投入量及土壤有機(jī)碳對水稻產(chǎn)量的影響

圖6 顯示，水稻粒重與碳投入量之間相關(guān)系數(shù)為0.608，相關(guān)性雖不顯著，但仍能體現(xiàn)有機(jī)物料投入對水稻生長的促進(jìn)作用。土壤有機(jī)碳含量與水稻粒重之間相關(guān)性顯著，相關(guān)系數(shù)為0.772（P<0.05），說明土壤有機(jī)碳含量的高低對水稻產(chǎn)量產(chǎn)生明顯影響，提升土壤有機(jī)碳含量是增加水稻產(chǎn)量的有效措施［16，27，32-33］。蚯蚓糞亦富含有機(jī)碳，同時(shí)又含有促進(jìn)作物生長的其他營養(yǎng)元素和促進(jìn)土壤熟化的微生物，與生物質(zhì)炭配施在提升土壤有機(jī)碳的同時(shí)，增加了土壤中活性有機(jī)碳組分，也提供了更為豐富的氮磷等營養(yǎng)元素［17，23，27］，并降低重金屬等有害成分對作物生長的影響［10］，是培肥中低產(chǎn)田土壤、提高作物產(chǎn)量的有效措施［13，16，34］。圖6也顯示，30 g·kg-1生物質(zhì)炭用量下是否配施蚯蚓糞，對水稻產(chǎn)量增加沒有明顯的影響，因此，從節(jié)約成本，提高效益的角度來講，6 g·kg-1生物質(zhì)炭配施更高用量的蚯蚓糞是增加土壤有機(jī)碳和增加水稻產(chǎn)量更為合理的措施。

3 結(jié)論

不同用量的生物質(zhì)炭與蚯蚓糞配施可提升土壤有機(jī)碳含量，這種積極作用隨生物質(zhì)炭和蚯蚓糞用量的增加表現(xiàn)得更為突出，30 g·kg-1生物質(zhì)炭配施5%蚯蚓糞處理土壤有機(jī)碳比試驗(yàn)初期增加約1倍，生物質(zhì)炭和蚯蚓糞產(chǎn)生的碳投入量與土壤有機(jī)碳含量之間呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.858（P<0.05）。6或30 g·kg-1生物質(zhì)炭配施5%蚯蚓糞能促進(jìn)水稻籽粒對氮、磷和鉀的吸收，增加千粒重及收獲穗數(shù)，提高氮素收獲指數(shù)。碳投入量與水稻粒重之間相關(guān)性雖不顯著，但碳投入增加的土壤有機(jī)碳與水稻粒重間呈顯著正相關(guān)。因此，生物質(zhì)炭與蚯蚓糞配施是增加土壤有機(jī)碳和促進(jìn)水稻增產(chǎn)的有效措施，對中低產(chǎn)田土壤具有很好的培肥效果。