生物炭對(duì)土壤理化性質(zhì)和玉米生長的影響

紀(jì)立東，柳驍桐，司海麗，孫 權(quán)，王 銳

(1.寧夏農(nóng)林科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，寧夏 銀川 750002；2. 寧夏大學(xué)農(nóng)學(xué)院，寧夏 銀川 750021)

我國用占全球9%的土地消耗了占世界總量32%的化肥[1]，化肥(含農(nóng)藥)占農(nóng)業(yè)成本的20%以上，已成為世界上最大的化肥生產(chǎn)國和消費(fèi)國[2]。但目前，我國肥料的利用率氮肥僅為30%～35%，磷肥僅為 10%～25%，鉀肥僅為 35%～50%。長期施用化肥使土壤有機(jī)質(zhì)含量降低，土壤團(tuán)粒穩(wěn)定性和保水保肥能力變差[3]，由于肥料利用率較低，其中氮肥通過揮發(fā)、淋溶和徑流等途徑損失數(shù)量巨大[4]，隨之又帶來土壤肥力下降、農(nóng)作物品質(zhì)降低、環(huán)境污染嚴(yán)重等后果。如何改善土壤性質(zhì)、提高土壤保水保肥性能，在化肥減施的條件下實(shí)現(xiàn)作物的產(chǎn)量不變或者增產(chǎn)是一個(gè)亟待解決的問題。另外我國又是一個(gè)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大國，作物秸稈資源豐富，每年產(chǎn)生的秸稈總量不少于7億t，秸稈作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的廢棄物，還殘留著豐富的有機(jī)碳和氮、磷、鉀養(yǎng)分[5]。將這些農(nóng)牧廢棄物作為生物質(zhì)改良劑施入土壤，可有效改善土壤理化性質(zhì)，提升土壤肥力，增加土壤微生物活性，最終達(dá)到土壤培肥、增產(chǎn)增收的效果，可為資源的可持續(xù)利用做出貢獻(xiàn)[6-9]。

而生物質(zhì)炭是在厭氧或無氧條件下，經(jīng)高溫?zé)峤?350℃～600℃)產(chǎn)生的一種多孔富碳、高度芳香化難溶性的固態(tài)物質(zhì)，具有穩(wěn)定性強(qiáng)、比表面積大、吸附能力強(qiáng)的特點(diǎn)[10]。近幾年因其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特征和理化性狀而被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。有研究表明生物炭能夠增加土壤有機(jī)物質(zhì)含量，提高土壤保肥、持水能力[11-12]，促進(jìn)作物對(duì)營養(yǎng)物質(zhì)的吸收。相關(guān)研究證明，在一定范圍內(nèi)生物炭的添加量和土壤微生物的數(shù)量以及土壤酶活性呈正相關(guān)[13]。Uzoma等[14]研究表明在土壤中施加15 t·hm-2生物炭時(shí)，其提升的產(chǎn)量比率為150%，當(dāng)生物炭施加量為20 t·hm-2時(shí)，其提升產(chǎn)量比率僅為98%。而相比單獨(dú)施用生物炭，生物炭作為基肥混施其他肥料可放大生物炭的保肥能力，這既可以提高肥料的利用率，又能促進(jìn)作物生長、提高作物產(chǎn)量，相關(guān)研究在水稻、玉米等作物上已有報(bào)道[15-17]。有研究表明，通過摻混法制備炭基復(fù)合肥，可以顯著延長氮素的供應(yīng)時(shí)間，增加土壤總氮量及有效磷含量[18]。

生物炭作為基肥施用雖然有諸多優(yōu)點(diǎn)，但目前只停留在生物炭基施對(duì)作物具有促進(jìn)作用的基礎(chǔ)研究階段，如生物炭配施 AM 真菌或者氮肥對(duì)促進(jìn)植物生長、改良土壤方面的研究[19-20]，而有關(guān)于生物炭基施配施化肥的研究鮮見報(bào)道。本研究擬通過基施不同倍量的生物炭結(jié)合當(dāng)?shù)剞r(nóng)技推廣部門推薦的測土配方施肥方案來研究其對(duì)土壤理化性質(zhì)和玉米生長的影響，探討玉米生物炭基肥養(yǎng)分比例的最佳配方，旨在深入和系統(tǒng)地詮釋生物炭和炭基肥對(duì)作物和土壤的作用機(jī)理，探究高效高產(chǎn)的生物炭和炭基肥施肥技術(shù)，提高人們對(duì)生物炭和炭基肥的接受程度，促進(jìn)炭基肥的商品化推廣應(yīng)用，從而通過生物炭和炭基肥的施用實(shí)現(xiàn)化肥高效利用，為秸稈的大面積還田提供理論依據(jù)，實(shí)現(xiàn)土地和資源的可持續(xù)利用。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)地位于寧夏回族自治區(qū)同心縣丁塘鎮(zhèn)李家崗子村(106°27′07″～106°31′15″ E，37°10′58″～37°17′00″ N)，供試土壤為普通灰鈣土，質(zhì)地為壤質(zhì)土，0～40 cm土壤養(yǎng)分含量為pH值8.28、有機(jī)質(zhì)9.03 g·kg-1、堿解氮58.5 mg·kg-1、速效磷10.72 mg·kg-1、速效鉀232.89 mg·kg-1。試驗(yàn)地為溫帶大陸性氣候，海拔1 000～2 000 m，年平均氣溫8.8℃，年平均降水量240 mm，年均蒸發(fā)量2 300 mm以上，日溫差13.8℃，全年≥10℃積溫可達(dá)3 200℃。

1.2 供試材料

供試炭基肥為寧夏榮華生物質(zhì)新材料有限公司生產(chǎn)(pH 7.88，生物炭60%，總養(yǎng)分40%)(N∶P2O5∶K2O=22∶12∶6)；控釋肥料為寧夏榮和綠色科技有限公司生產(chǎn)，總養(yǎng)分42%(N∶P2O5∶K2O=14∶14∶14)；有機(jī)肥為寧夏順寶現(xiàn)代農(nóng)業(yè)股份有限公司生產(chǎn)，其中總養(yǎng)分N+P2O5+K2O≥5%，有機(jī)質(zhì)≥45%；秸稈生物質(zhì)炭(pH 9.38，N 0.6%、P2O50.3%、K2O 1.5%)；供試玉米品種為‘利禾1號(hào)’，種植密度為60 000株·hm-2。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2018年4月布設(shè)，2019年為定位試驗(yàn)第2年。于2019年4月1日機(jī)械開溝播種，5月6日定苗，9月30日收獲。試驗(yàn)在寧夏同心縣丁塘鎮(zhèn)李家崗子村進(jìn)行，以玉米為供試作物，以不施肥和當(dāng)?shù)剞r(nóng)技推廣部門推薦的測土配方施肥方案(N∶P2O5∶K2O=27∶12∶6)為對(duì)照，并以此配方施肥方案為基礎(chǔ)減氮20%后再以不同生物炭施用量為因子，共設(shè)6個(gè)處理，3次重復(fù)，每個(gè)小區(qū)面積為4 m×4.5 m=18 m2，采用完全隨機(jī)區(qū)組排布。各處理施肥方案分別為：(1)CK，不施肥；(2)T1，常規(guī)施肥，即當(dāng)?shù)剞r(nóng)技推廣部門推薦測土配方施肥方案(N∶P2O5∶K2O=27∶12∶6)，尿素701.25 kg·hm-2，磷酸二銨315 kg·hm-2，氯化鉀150 kg·hm-2；(3)T2，施用生物炭2.25 t·hm-2；化肥以常規(guī)施肥減氮20%配施(N∶P2O5∶K2O=21.6∶12∶6)，其中尿素561 kg·hm-2，磷酸二銨315 kg·hm-2，氯化鉀150 kg·hm-2；(4)T3，施用生物炭4.50 t·hm-2，化肥施用量同T2；(5)T4，施用生物炭6.75 t·hm-2，化肥施用量同T2； (6)T5，施用生物炭9.00 t·hm-2，化肥施用量同T2。

磷肥、鉀肥全部基施，氮肥基施70%，剩下30% 在玉米拔節(jié)期、大喇叭口期分2次行間開溝追施，生物炭全部基施。試驗(yàn)期間灌水采用漫灌方式，灌溉定額2 775 m3·hm-2，分別在種植前、拔節(jié)期、大喇叭口期、灌漿期灌溉4次，單次40～50 m3·hm-2。病蟲害防治及其他田間管理措施同當(dāng)?shù)厣a(chǎn)一致。

1.4 測定項(xiàng)目及方法

玉米收獲后，在各處理小區(qū)分別以“S”型多點(diǎn)混合法采集土壤 0～20 cm與20～40 cm層土樣，混合樣品后裝于保鮮箱內(nèi)迅速帶回實(shí)驗(yàn)室分析測定。

1.4.1 土壤理化性質(zhì)測定 土壤pH值用精密酸度計(jì)測定(水土比 5∶1)；全鹽采用電導(dǎo)率儀測定；有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀 - 硫酸亞鐵滴定法測定；堿解氮用堿解擴(kuò)散法測定；有效磷用鉬銻抗比色法測定；速效鉀用火焰光度法測定。

1.4.2 土壤微生物區(qū)系特征及土壤酶活性測定

(1)土壤三大類群微生物數(shù)量。細(xì)菌、放線菌、真菌三大類群均采用稀釋平板法分離計(jì)數(shù)，結(jié)果以每克干土所含菌落數(shù)(CFU)表示。細(xì)菌采用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基；放線菌采用高氏1號(hào)培養(yǎng)基，臨用前每300 mL培養(yǎng)基加入滅菌的3%重鉻酸鉀溶液1 mL；真菌采用馬丁氏孟加拉紅培養(yǎng)基。接種后，細(xì)菌于37℃培養(yǎng) 3～5 d，放線菌于28℃培養(yǎng) 5～7 d，真菌于28℃培養(yǎng)3～5 d，計(jì)數(shù)后計(jì)算每克干土中的微生物數(shù)量。

(2)土壤酶活性。土壤蔗糖酶活性、脲酶活性、堿性磷酸酶活性、過氧化氫酶活性分別采用3，5-二硝基水楊酸比色法、靛酚藍(lán)比色法、磷酸苯二鈉比色法、高錳酸鉀滴定法測定[21]。

1.4.3 玉米相關(guān)指標(biāo)測定

(1)生長指標(biāo)：每個(gè)處理選3株用標(biāo)簽標(biāo)記，收獲期用卷尺測定植株株高，用游標(biāo)卡尺測定莖粗。

(2)根系特性：作物收獲期，各處理選取長勢一致、有代表性的3株植株，采用完全采樣法采集完整根系，根系樣本沖洗干凈后，用WinRHIZO根系圖像分析系統(tǒng)來計(jì)算、分析根系長度、直徑、面積、體積、根尖記數(shù)等指標(biāo)。之后，在105℃殺青30 min，于70℃烘干至恒重，分析天平稱量，測得根干質(zhì)量。

(3)產(chǎn)量：對(duì)作物產(chǎn)量構(gòu)成指標(biāo)進(jìn)行采樣檢測。

1.5 相關(guān)計(jì)算公式

氮肥利用率=(施氮區(qū)吸氮量-不施氮區(qū)吸氮量)/施氮量×100%

氮肥農(nóng)學(xué)效率(kg·kg-1)=(施氮區(qū)作物產(chǎn)量-不施氮區(qū)作物產(chǎn)量)/ 施氮量

肥料偏生產(chǎn)力(kg·kg-1)=施肥區(qū)產(chǎn)量/施氮量

1.6 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)以Excel 2010軟件整理，采用SPSS 21.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，用LSD法進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，顯著性水平P<0.05(n=5)，結(jié)合權(quán)重、隸屬函數(shù)法進(jìn)行相關(guān)值的評(píng)價(jià)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同生物炭施用量對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響

2.1.1 土壤化學(xué)性質(zhì) 如表1所示，與T1相比，在減氮20%基礎(chǔ)上，土壤pH值除不施肥處理顯著低于其他處理，T5處理顯著高于其他處理外，各處理間的差異均未達(dá)到顯著水平。土壤的全鹽含量除不施肥的CK處理顯著低于其他處理外(P<0.05)，各處理間均無顯著差異。施生物炭處理的有機(jī)質(zhì)、速效鉀含量均隨著施用量的增加而增大，與T1相比，T2、T3、T4、T5處理的有機(jī)質(zhì)含量分別顯著增加27.06%、30.59%、37.65%、48.24%，速效鉀含量分別顯著增加10.84%、11.82%、20.20%、43.84%(P<0.05)；堿解氮含量隨著生物炭施用量的增加呈先增加后減小的趨勢，且在T3處理處達(dá)到峰值，T3處理的堿解氮含量與T1相比顯著提高58.85%(P<0.05)，但不同增氮處理間差異不顯著。各處理有效磷含量較常規(guī)施肥均顯著增加，但不同生物質(zhì)炭增量處理間無顯著差異。這表明在減氮20%基礎(chǔ)上，與常規(guī)施肥相比，添加生物質(zhì)炭具有顯著增加土壤有機(jī)質(zhì)及速效養(yǎng)分、提高土壤肥力的作用；但隨著生物質(zhì)炭施用量的增加，土壤全鹽、堿解氮和有效磷含量無明顯差異；土壤速效鉀表現(xiàn)出逐漸增加的趨勢，這主要由于生物質(zhì)炭富含水溶性碳酸鉀。

表1 不同處理的土壤化學(xué)性質(zhì)Table 1 Soil chemical properties under different treatments

2.1.2 土壤物理性質(zhì) 如表2所示，與T1相比，在減氮20%基礎(chǔ)上，土壤水穩(wěn)性大團(tuán)聚體(>0.25 mm)的數(shù)量隨著生物質(zhì)炭施用量的增加呈增加趨勢，T3、T4、T5較T1處理分別顯著增加55.35%，128.49%和133.50%(P<0.05)，T4、T5處理的微團(tuán)聚體(0.25～0.053 mm)數(shù)量較T1相比分別顯著降低59.08%和36.59%，T3、T4、T5處理的土壤黏粒(<0.053 mm)數(shù)量與T1相比分別顯著降低17.02%、16.32%，32.58%(P<0.05)，而T1、T2與CK處理間差異不顯著。這表明在減氮20%基礎(chǔ)上，隨著生物質(zhì)炭施用量的增加，土壤穩(wěn)定性顯著增強(qiáng)。

表2 不同處理的土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量/%Table 2 Soil water-stable aggregate content under different treatments

2.1.3 土壤微生物數(shù)量 如表3所示，與T1相比，在減氮20%基礎(chǔ)上，隨著生物炭施用量的增加，土壤微生物總數(shù)和細(xì)菌數(shù)表現(xiàn)出先升高后降低的趨勢，當(dāng)生物炭施用量為4.50 t·hm-2(T3)時(shí)，細(xì)菌數(shù)和總菌數(shù)達(dá)到最大值，分別較T1顯著增加了162.50%和136.67%，但細(xì)菌數(shù)和總菌數(shù)在處理T3、T4、T5間無顯著差異；在生物炭施用量達(dá)9.00 t·hm-2時(shí)(T5)的土壤真菌數(shù)量顯著高于其他處理(P<0.05)，生物炭處理間無顯著差異。放線菌數(shù)量隨著生物炭施用量的增加呈現(xiàn)出增加的趨勢，且T3、T4、T5處理的放線菌數(shù)量顯著高于T1，且在T5處理處達(dá)到最大值。這表明在減氮20%基礎(chǔ)上(T1)，生物質(zhì)炭施用量的增加對(duì)放線菌和真菌及細(xì)菌都具有明顯的促進(jìn)作用，同時(shí)生物炭對(duì)細(xì)菌的促進(jìn)作用存在閾值。

表3 不同處理的土壤微生物數(shù)量Table 3 Number of soil microorganisms under different treatments

2.1.4 土壤酶活性 如表4所示，在化肥施用量相同的條件下，磷酸酶活性隨著生物炭施用量的增加而增加，且各處理均顯著高于T1處理(P<0.05)；其中過氧化氫酶活性在施用生物炭的各個(gè)處理間均無顯著差異，但均顯著高于CK和T1處理。當(dāng)生物炭施用量達(dá)6.75 t·hm-2(T4)時(shí)，蔗糖酶活性與T1處理相比顯著增加，增加了140.24%(P<0.05)；而脲酶活性隨著生物炭施用量的增加呈先增加后降低趨勢，在生物炭施用量達(dá)到4.50 t·hm-2時(shí)，脲酶活性達(dá)到最大值，較T1相比顯著增加了87.1%(P<0.05)?？梢娛┯蒙锾刻幚淼拿富钚跃@著高于T1處理，這表明生物炭對(duì)酶活性有促進(jìn)作用，但不同生物炭施用量對(duì)不同酶有不同的影響。

表4 不同處理的土壤酶活性Table 4 Soil enzyme activity content under different treatments

2.2 不同生物炭施用量對(duì)玉米生長的影響

2.2.1 農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量及效益 如表5所示，在減氮20%基礎(chǔ)上，隨著生物質(zhì)炭施用量的增加，玉米的株高和莖粗呈先升高后降低規(guī)律，當(dāng)生物炭施用量達(dá)到6.75 t·hm-2(T4)時(shí)出現(xiàn)最大值，T4處理的株高和莖粗與T1相比分別顯著增加了16.4%和31.2%(P<0.05)。通過以上分析可知，在減氮20%基礎(chǔ)上，當(dāng)生物炭基施的施用量為6.75 t·hm-2時(shí)，對(duì)玉米植株的生長發(fā)育影響最為明顯。施用生物炭各處理的玉米百粒重均顯著高于常規(guī)施肥(T1)，而各施用生物炭處理間的百粒重均無顯著差異。玉米的產(chǎn)量隨著生物炭施用量的增加呈現(xiàn)出先增加后減小的規(guī)律，當(dāng)生物炭施用量為6.75 t·hm-2時(shí)達(dá)最大值，與常規(guī)施肥(T1)處理相比顯著增加了41.4%(P<0.05)。綜上所述，當(dāng)生物炭的施用量達(dá)到6.75 t·hm-2時(shí)可以顯著提高玉米的株高、莖粗以及產(chǎn)量，但由于生物質(zhì)炭的投入，玉米經(jīng)濟(jì)效益與常規(guī)施肥(T1)處理相比有所下降。

表5 不同處理玉米的農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量及效益Table 5 Agronomic traits, yield, and benefits under different treatments of corn

2.2.2 根系生長 如表6所示，與常規(guī)施肥(T1)相比，在減氮20%基礎(chǔ)上，隨著生物質(zhì)炭施用量的增加，玉米根系生長指標(biāo)均呈現(xiàn)出先增加后減小的趨勢，當(dāng)生物炭的施用量達(dá)到6.75 t·hm-2(T4)時(shí)鮮根重、根尖數(shù)、分枝數(shù)、總根長、根表面積、總根體積顯著高于其他處理， T4處理玉米的鮮根重、根尖數(shù)、分支數(shù)、總根長、根表面積和總根體積比T1處理分別顯著增加了62.3%、87.6%、69.9%、45.5%、47.6%、63.1%(P<0.05)。由以上分析可知，在減氮20%基礎(chǔ)上，施用生物炭可以促進(jìn)玉米根系的生長發(fā)育，當(dāng)生物炭施用量達(dá)到6.75 t·hm-2時(shí)對(duì)玉米根系的促進(jìn)作用最大。

表6 不同處理下單株玉米的根系生長特性Table 6 Growth characteristics of corn root system per plant under different treatments

2.2.3 氮肥利用率及農(nóng)學(xué)效率 如表7所示，與常規(guī)施肥(T1)相比，T2、T3、T4和T5處理的氮肥利用率、氮肥農(nóng)學(xué)效率和氮肥偏生產(chǎn)力顯著提高。其中T2、T3、T4和T5處理的氮肥利用效率分別顯著提高了17.99%、31.95%、38.02%、26.57%；氮肥農(nóng)學(xué)效率分別顯著提高了9.57、14.35、18.79、12.93 kg·kg-1；氮肥偏生產(chǎn)力分別顯著提高了14.31、19.09、23.54、17.68 kg·kg-1；另外T4處理的氮肥利用效率、氮肥農(nóng)學(xué)效率和氮肥偏生產(chǎn)力均顯著高于其他處理(P<0.05)。以上分析整體表明，施用生物炭對(duì)氮肥的利用效率均有所提升，其中施用6.75 t·hm-2時(shí)對(duì)氮肥的利用效率提升最大。

3 討 論

3.1 生物炭的施用對(duì)土壤質(zhì)量及結(jié)構(gòu)的影響

生物炭作為土壤調(diào)理劑，可改善土壤理化性質(zhì)，提高土壤肥力，提升作物產(chǎn)量[22-24]，前人研究表明，施用生物炭可改善土壤微生物的生存環(huán)境，增加土壤水穩(wěn)性大團(tuán)聚體比例，改善土壤的水穩(wěn)性結(jié)構(gòu)[25]，本研究也發(fā)現(xiàn)，土壤水穩(wěn)性大團(tuán)聚體的數(shù)量隨著生物炭施用量的增加而顯著增加，其中T3、T4、T5較常規(guī)施肥處理分別顯著增加55.35%，128.49%和133.50%，這與前人的研究結(jié)果一致[20]。

不同生物炭對(duì)改善土壤質(zhì)量的效果不同，主要體現(xiàn)在土壤的pH值及土壤養(yǎng)分含量上，Nelson等[26]研究表明施加生物炭能夠提高土壤中有效磷的含量。而本研究結(jié)果表明，土壤pH值在生物炭施用量達(dá)到9.00 t·hm-2時(shí)較常規(guī)施肥(T1)顯著升高；土壤中的有機(jī)質(zhì)、速效鉀和速效磷含量隨著生物炭施用量的增加而增加，且各處理的養(yǎng)分含量均顯著高于常規(guī)施肥(T1)處理；但土壤中的堿解氮含量隨著生物炭施用量的增加呈先增加后減小趨勢，并在生物炭施用量為4.50 t·hm-2時(shí)達(dá)到最大值，這表明生物碳本身具有優(yōu)秀的改土能力，且適量生物炭更有益于土壤質(zhì)量的改善。

3.2 生物炭的施用對(duì)土壤微生物活性的影響

前人研究結(jié)果表明，施用生物炭可以激發(fā)土壤的酶活性，同時(shí)改變根際微生物群落組成。土壤酶活性在一定程度上可反映土壤肥力水平，有研究結(jié)果表明施用適量的生物炭可以顯著提高土壤的酶活性[27]，這與本研究所證實(shí)的施用生物炭主要通過提高土壤磷酸酶和脲酶活性從而提高土壤酶活性的結(jié)果一致，但不同生物炭施用量對(duì)不同酶有著不同的影響，土壤脲酶活性在生物炭施用量超過4.50 t·hm-2時(shí)開始減小，這可能是因?yàn)檫^量生物炭的施用影響了土壤pH值，進(jìn)而增加了土壤氮素的流失。

本研究發(fā)現(xiàn)0～20 cm土層中的土壤細(xì)菌數(shù)在生物炭施用量為4.50 t·hm-2時(shí)有最大值，這可能是因?yàn)槭┯眠^多的生物炭反而造成土壤適合的微生物生長所需碳氮比失衡，而土壤中的真菌數(shù)和放線菌數(shù)在生物炭施用量為9.00 t·hm-2時(shí)有最大值，這可能是因?yàn)檎婢头啪€菌與細(xì)菌對(duì)土壤有機(jī)物的分解轉(zhuǎn)化途徑不同，所以對(duì)土壤碳氮比的敏感程度低于細(xì)菌，但大量的多孔空隙生物炭為微生物的生存提供了有利的空間，從而促進(jìn)了微生物活性的提高[28]。

3.3 生物炭對(duì)玉米產(chǎn)量的影響

有研究表明，施用適量生物炭對(duì)農(nóng)作物的生長有一定的促進(jìn)作用[15-16]，但也有研究者發(fā)現(xiàn)施用生物炭會(huì)造成作物減產(chǎn)[29]。Uzoma等[14]發(fā)現(xiàn)當(dāng)生物炭施用量為15 t·hm-2時(shí)玉米的產(chǎn)量比對(duì)照增加150%，但當(dāng)生物炭的施用量為20 t·hm-2時(shí)產(chǎn)量僅增加98%。本研究與前人研究結(jié)果相似，研究表明生物炭對(duì)作物的增產(chǎn)存在閾值，而不是隨著生物炭施用量的增加一直呈增加趨勢，與常規(guī)施肥相比，施用生物炭均可以促進(jìn)玉米和玉米根系的生長發(fā)育，提高玉米產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益，但當(dāng)生物炭的施用量達(dá)到4.50 t·hm-2時(shí)，對(duì)玉米生長發(fā)育和產(chǎn)量影響最為顯著，玉米產(chǎn)量達(dá)到最大值。

3.4 生物炭的施用對(duì)氮肥利用率的影響

4 結(jié) 論

1)在減氮20%的基礎(chǔ)上，與常規(guī)施肥(T1)相比，生物炭基施可顯著提高土壤有機(jī)質(zhì)、速效養(yǎng)分、大團(tuán)聚體以及微生物數(shù)量，其中土壤理化性質(zhì)隨著施用量的增加呈增加趨勢，而土壤的細(xì)菌數(shù)、過氧化氫酶活性、脲酶活性在生物炭施用量為4.50 t·hm-2(T3)時(shí)取得最大值，蔗糖酶活性在生物炭施用量為6.75 t·hm-2(T4)時(shí)取得最大值。

2)在減氮20%的基礎(chǔ)上，與常規(guī)施肥(T1)相比，基施生物炭用量為6.75 t·hm-2(T4)時(shí)，玉米的農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量以及氮肥利用效率、氮肥農(nóng)學(xué)效率、氮肥偏生產(chǎn)力最高，其中各項(xiàng)作物根系指標(biāo)增幅達(dá)到45.0%～63.1%，增產(chǎn)41.4%。

3)由于生物炭的投入，玉米經(jīng)濟(jì)效益與常規(guī)施肥相比有所下降，另外過量基施生物炭會(huì)對(duì)玉米根系分枝數(shù)、總根長和根表面積等產(chǎn)生抑制作用，從而對(duì)玉米的根系發(fā)育造成一定的負(fù)面影響。

綜合分析，常規(guī)施肥減氮20%配施生物炭6.75 t·hm-2(T4)可作為揚(yáng)黃灌區(qū)玉米生物炭基施配施化肥的最佳方案。