施用南荻生物炭對(duì)水稻養(yǎng)分利用特征的影響

曾雯，胡旺，楊子彧，張玉平

（湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源學(xué)院，農(nóng)田污染控制與農(nóng)業(yè)資源利用湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)沙 410128）

洞庭湖南荻（Triarrhena lutarioriparia）是多年生禾本科芒屬C4 草本植物，一直以來(lái)是造紙的主要原料，但為維護(hù)區(qū)域生態(tài)安全，國(guó)家關(guān)停了大批造紙企業(yè)，短期內(nèi)南荻秸稈無(wú)法得到有效利用[1]。2017 年洞庭湖區(qū)南荻覆蓋面積達(dá)8.38 萬(wàn)hm2，年產(chǎn)秸稈91.03萬(wàn)t，占全國(guó)總產(chǎn)量的30%以上[2]。南荻因失去其原有的主體利用價(jià)值，導(dǎo)致產(chǎn)業(yè)鏈條斷裂，大面積南荻被棄收、腐爛，成為洞庭湖水體污染的重要來(lái)源[1]。如此豐富的生物質(zhì)資源未得到合理的開(kāi)發(fā)和利用，不但造成資源浪費(fèi)，而且增加生態(tài)環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)。近年來(lái)，生物炭的研究為農(nóng)業(yè)秸稈資源回收利用提供了新思路[3?4]。生物炭具有發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)，表面擁有豐富的含氧官能團(tuán)，堿性較強(qiáng)，可改良土壤理化性質(zhì)，提高土壤養(yǎng)分有效性[5]，且其自身含有大量有機(jī)質(zhì)和豐富的養(yǎng)分元素，可直接為作物生長(zhǎng)提供養(yǎng)分，促進(jìn)作物生長(zhǎng)[6]。南荻屬于濕地植物，與稻秸等農(nóng)作物秸稈相比，內(nèi)部結(jié)構(gòu)更為疏松多孔，且纖維素和木質(zhì)素含量豐富，易于改性，是制備生物炭及炭基環(huán)保吸附劑的優(yōu)良前體材料[7]。近年來(lái)，南荻生物炭的制備、炭基肥料與調(diào)理劑研發(fā)成為熱點(diǎn)研究[8]。已有研究表明，土壤肥力水平、作物種類(lèi)、管理方式、生物炭生產(chǎn)條件及原料、土壤性質(zhì)等因素影響生物炭施用效果[9]，其效應(yīng)在很大程度上取決于作物類(lèi)型、土壤類(lèi)型與肥力水平，以及生物炭原料特性、理化性質(zhì)、施用量、施用方式等[10?11]。南荻秸稈炭化還田是解決南荻資源化高效利用的重要途徑，但由于其施用條件、施用量及其環(huán)境效應(yīng)尚不明確，無(wú)法為其推廣應(yīng)用和后期產(chǎn)品開(kāi)發(fā)提供有效參數(shù)支撐。本研究采用水稻盆栽試驗(yàn)，選取南方兩種典型母質(zhì)發(fā)育的水稻土，研究南荻生物炭不同添加量對(duì)水稻養(yǎng)分吸收利用特征的影響，為南荻生物炭在水稻生產(chǎn)上高效利用提供科學(xué)理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試地點(diǎn)

溫室大棚盆栽試驗(yàn)于2020 年6—11 月在湖南省長(zhǎng)沙市湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源學(xué)院校內(nèi)實(shí)習(xí)基地（28°11′14″N，113°04′50″E）進(jìn)行。

1.2 供試材料

供試水稻品種為湘晚秈13 號(hào)。生物炭原材料為洞庭湖區(qū)野生南荻秸稈，經(jīng)500 ℃高溫密閉條件下炭化制成。供試肥料為水稻專用復(fù)合肥（N∶P2O5∶K2O=22∶6∶12），由湖南沃博特生物科技有限公司提供。供試土壤為湖南雙季稻區(qū)兩種典型的水稻土——第四紀(jì)紅土母質(zhì)發(fā)育的紅黃泥和花崗巖母質(zhì)發(fā)育的麻砂泥，供試土壤及南荻生物炭基本理化性質(zhì)見(jiàn)表1。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用水稻盆栽模擬土柱試驗(yàn)，裝置為內(nèi)徑25 cm、高50 cm 的PVC 圓柱管。試驗(yàn)設(shè)置土壤類(lèi)型和生物炭用量?jī)蓚€(gè)因子。供試土壤類(lèi)型為麻砂泥（CM）和紅黃泥（CH）。按照南荻生物炭添加量為土壤（0～20 cm）質(zhì)量比0、1.0%、2.0%、4.0%、6.0%和8.0%，設(shè)置生物炭0（CH0、CM0）、生物炭1.0%（CH1、CM1）、生物炭2.0%（CH2、CM2）、生物炭4.0%（CH4、CM4）、生物炭6.0%（CH6、CM6）、生物炭8.0%（CH8、CM8）共6 個(gè)水平12個(gè)處理，每個(gè)處理3次重復(fù)。每個(gè)土柱土層高度40 cm，土壤質(zhì)量19.4 kg，先將20～40 cm 土層填滿9.7 kg 土壤，再將生物炭和0～20 cm 土壤充分?jǐn)嚢杌靹蚝筇钊胪林?。最后施入水稻專用?fù)合肥（N∶P2O5∶K2O=22∶6∶12），施肥量為200 kg·hm?2（以N 計(jì)），每盆施用復(fù)合肥4.46 g。選擇株型大小基本一致的水稻苗，每盆插植3 蔸，每蔸2～3 株。水稻移栽前灌水浸透土壤，插秧后模擬灌溉，孕穗期后每7 d 模擬一次灌溉，每次灌溉各處理盆缽的水量基本一致，并確保水層深度3～5 cm，分蘗盛期曬田，后期干濕交替。其他采用常規(guī)措施管理。

表1 供試土壤及生物炭基本理化性質(zhì)Table 1 Basic physical and chemical properties of the soil and biochar

1.4 測(cè)定指標(biāo)與方法

1.4.1 地上部干物質(zhì)累積量及養(yǎng)分含量測(cè)定

于水稻成熟期，每個(gè)處理隨機(jī)取5 蔸水稻植株，樣品分莖、葉、穗3 個(gè)部位于105 ℃殺青后，70 ℃烘干至恒質(zhì)量，測(cè)定質(zhì)量后將樣品粉碎。植株樣品經(jīng)濃H2SO4?H2O2消煮后，分別采用半微量?凱氏定氮法、鉬銻抗比色法和火焰光度計(jì)法測(cè)定植株氮、磷、鉀含量。

1.4.2 養(yǎng)分偏生產(chǎn)力和收獲指數(shù)計(jì)算公式

1.5 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析

采用Excel 2016 和Origin 7 完成相關(guān)數(shù)據(jù)處理和圖表制作，采用LSD法進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同生物炭施用量對(duì)水稻地上部干質(zhì)量的影響

由表2 可知，土壤類(lèi)型和施用生物炭處理分別對(duì)水稻各器官及地上部干質(zhì)量影響顯著（P<0.05）或極顯著（P<0.01 或P<0.001），但兩者交互效應(yīng)不顯著，且麻砂泥種植水稻各處理地上部干質(zhì)量明顯高于紅黃泥。施用南荻生物炭有利于提高兩種類(lèi)型土壤種植水稻的地上部干質(zhì)量，且隨著生物炭添加量的增加呈先增后減的變化趨勢(shì)。麻砂泥土壤中，與CM0 相比，CM6 的水稻莖部干質(zhì)量降低了1.7%，其余施用生物炭處理提高了1.8%～11.8%；CM1、CM2、CM4 的水稻葉部干質(zhì)量提高了2.5%～18.7%；CM8 穗部干質(zhì)量降低了1.2%，其余施用生物炭處理提高了8.8%～26.0%?？傮w上施用生物炭處理的水稻地上部干質(zhì)量提高了0.6%～18.6%，其中CM4 處理達(dá)顯著水平。紅黃泥土壤中，與CH0 相比，施用生物炭處理的水稻莖、葉、穗部干質(zhì)量和水稻地上部干質(zhì)量分別提高了18.1%～52.8%、8.3%～34.7%、10.8%～38.9%和15.5%～42.4%，其中CH4處理增幅達(dá)顯著性水平。

表2 不同處理水稻地上部干質(zhì)量Table 2 Dry mass of rice shoot under different treatments

2.2 不同生物炭施用量對(duì)水稻地上部氮、磷、鉀累積的影響

2.2.1 對(duì)氮素累積的影響

由表3 可知，土壤類(lèi)型對(duì)水稻各器官氮含量及累積量的影響效應(yīng)極顯著（P<0.001），且施用生物炭顯著影響了水稻穗部和地上部氮累積量（P<0.05）。麻砂泥土壤中，施用生物炭處理的水稻葉部氮含量較CM0 顯著降低了10.8%～22.8%，其中CM8 降幅最大，但各處理中水稻莖、穗的氮含量差異均不顯著；與CM0相比，施用生物炭處理的水稻葉部氮累積量降低了4.3%～23.9%，穗部氮累積量增加了2.0%～28.6%，且CM6、CM8（葉部）和CM4（穗部）降幅或增幅顯著；CM4 地上部氮素累積量最高，且CM6、CM8 顯著低于CM4。紅黃泥土壤中，與CH0相比，除CH8外施用生物炭處理的水稻莖部氮累積量提高了4.3%～27.5%，且CH4顯著高于CH0和CH8，而莖部氮含量在各處理間均無(wú)顯著性差異；葉部氮含量和氮累積量分別提高了5.5%～22.6%和11.1%～55.6%，且CH6 與CH0 間差異顯著；穗部氮含量除CH2 顯著降低了11.4%外，各處理的氮含量和累積量均無(wú)顯著性差異；CH4和CH6地上部氮累積量較CH0顯著提高了33.8%和32.3%。

2.2.2 對(duì)磷素累積的影響

如表4 所示，土壤類(lèi)型對(duì)水稻各器官磷含量及累積量效應(yīng)極顯著（P<0.001），施用生物炭處理除葉部磷含量及累積量和穗的磷累積量外，其他均達(dá)顯著水平（P<0.01 或P<0.05），但兩者交互效應(yīng)不顯著。麻砂泥土壤中，施用生物炭對(duì)水稻各部位磷含量和累積量以及地上部磷累積量均無(wú)顯著影響，但從地上部磷素累積的表觀效應(yīng)來(lái)看，CM2、CM4、CM6 磷素累積較CM0 增加了5.3%～10.5%。紅黃泥土壤中，施用生物炭處理的水稻莖、葉、穗中磷含量較CH0 處理分別提高了66.7%～264.3%、80.5%～180.5% 和0～70.8%（CH2 穗中磷含量除外），其中CH6 處理莖、葉中磷含量增幅最大，CH8處理穗中磷含量增幅最大。與CH0處理相比，施用生物炭處理的水稻莖、葉、穗中磷累積量分別提高了125.0%～362.5%、100.0%～285.7% 和17.1%～91.4%，其中莖、葉中磷累積量在CH6 處理最高，穗中磷累積量在CH8 處理最高。這說(shuō)明施用生物炭顯著提高了紅黃泥水稻地上部各部分磷含量及累積量，且隨著生物炭添加量的增加而升高，但對(duì)麻砂泥水稻地上部磷素累積影響不顯著。

表4 不同處理水稻地上部磷含量及累積量Table 4 Phosphorus content and accumulation in rice shoot under different treatments

2.2.3 對(duì)鉀素累積的影響

由表5 可知，除穗的鉀含量及累積量外，土壤類(lèi)型和施用生物炭處理分別對(duì)水稻各器官鉀含量及累積量影響效應(yīng)顯著（P<0.05）或極顯著（P<0.001），但兩者交互效應(yīng)不顯著。麻砂泥土壤中，與CM0 相比，施用生物炭處理水稻莖、葉部的鉀含量分別顯著提高了56.3%～94.0%和44.8%～70.0%，鉀累積量分別顯著提高了62.3%～92.5%和58.3%～102.1%，地上部鉀累積量顯著提高了54.0%～82.5%。其中，水稻莖部鉀含量在CM6 處理最高，水稻葉部鉀含量以及莖、葉和地上部鉀累積量均在CM4 處理最高，但各處理穗部鉀累積量無(wú)顯著差異。紅黃泥土壤中，與CH0 相比，施用生物炭處理水稻莖、葉鉀含量分別提高了48.9%～83.7%和37.8%～51.4%，莖、葉、穗鉀累積量分別提高了73.3%～176.7%、47.1%～102.9%和16.7%～41.7%，地上部鉀累積總量提高了60.0%～125.3%，且除CH6外，CH4地上部鉀累積量顯著高于其他處理。

表5 不同處理水稻地上部鉀含量及累積量Table 5 Potassium content and accumulation in rice shoot under different treatments

2.3 不同生物炭施用量對(duì)水稻養(yǎng)分偏生產(chǎn)力與收獲指數(shù)的影響

如圖1 所示，不同生物炭施用量對(duì)水稻氮、磷、鉀肥偏生產(chǎn)力和收獲指數(shù)均具有一定的影響。紅黃泥和麻砂泥兩種供試土壤條件下，添加生物炭有利于提高水稻氮、磷、鉀肥偏生產(chǎn)力，且隨著生物炭施用量的增加，水稻氮、磷、鉀偏生產(chǎn)力均表現(xiàn)出先增后減的變化趨勢(shì)。麻砂泥土壤中，與CM0 處理相比，添加生物炭各處理的水稻氮、磷、鉀偏生產(chǎn)力增幅為18.8%～56.6%，其中CM4 處理增幅最大；紅黃泥土壤中，與CH0處理相比，添加生物炭各處理的水稻氮、磷、鉀偏生產(chǎn)力增幅為4.1%～33.7%，其中CM4處理增幅最大。

圖1 不同處理水稻養(yǎng)分偏生產(chǎn)力與收獲指數(shù)Figure 1 Rice nutrient partial productivity and harvest index under different treatments

施用生物炭對(duì)水稻氮、磷、鉀收獲指數(shù)影響趨勢(shì)各不相同。施用生物炭可明顯提高麻砂泥土壤中水稻氮、磷收獲指數(shù)，其增幅分別達(dá)33.1%～62.4%和13.2%～45.1%，而鉀收獲指數(shù)變化不顯著；施用生物炭可顯著降低紅黃泥中水稻磷、鉀收獲指數(shù)，其降幅分別達(dá)13.5%～32.6%和25.2%～39.7%，而對(duì)氮收獲指數(shù)的影響并不顯著。

2.4 水稻氮、磷、鉀養(yǎng)分累積量與生物炭施用量間的擬合關(guān)系

由表6 可知，將水稻植株氮、磷、鉀養(yǎng)分累積量（Y）與生物炭施用量（x）進(jìn)行擬合，植株氮、磷、鉀養(yǎng)分累積量與生物炭用量的擬合方程為Y=ax2+bx+c。其中，麻砂泥土壤中，當(dāng)x分別為2.51%、4.33%、4.67%時(shí)，YN、YP、YK達(dá)到最大值，分別為1.58、0.20、2.31 g·盆?1；而紅黃泥土壤中，當(dāng)x分別為4.80%、7.03%、4.81%時(shí)，YN、YP、YK達(dá)到最大值，分別為0.86、0.12、1.65 g·盆?1。這說(shuō)明添加生物炭有利于促進(jìn)水稻氮、磷、鉀養(yǎng)分的累積，但因土壤性質(zhì)差異，其適宜添加量及其促進(jìn)效果有差異。從供試的兩種土壤結(jié)果來(lái)看，麻砂泥和紅黃泥兩種土壤中，生物炭適宜添加量分別為4.8%～6.8%和2.5%～4.7%。

表6 生物炭施用量與各土壤類(lèi)型水稻養(yǎng)分累積量的擬合關(guān)系Table 6 Fitting relationship between biochar application rate and total N，P，K accumulation of rice in different types of soils

2.5 施用生物炭對(duì)水稻養(yǎng)分累積的肥炭耦合貢獻(xiàn)

生物炭用量對(duì)水稻養(yǎng)分累積量的貢獻(xiàn)主要分為土壤基礎(chǔ)肥力（包括基礎(chǔ)地力與復(fù)合肥）貢獻(xiàn)和增施生物炭促進(jìn)水稻養(yǎng)分累積的肥炭耦合貢獻(xiàn)。由生物炭施用量與植株養(yǎng)分累積量擬合關(guān)系方程（表6）可知，兩種供試土壤條件下，隨著生物炭施用量的增加，水稻植株養(yǎng)分累積量的變化呈先增后減的變化趨勢(shì)。在各處理化肥用量一致的條件下，以單施化肥處理取得的水稻植株養(yǎng)分累積量作為土壤基礎(chǔ)肥力貢獻(xiàn)，將增施生物炭后各處理的植株養(yǎng)分累積增量視作生物炭與化肥交互作用下的肥炭耦合貢獻(xiàn)，建立生物炭施用對(duì)水稻養(yǎng)分累積的肥炭耦合貢獻(xiàn)模型。

由圖2 可知，麻砂泥和紅黃泥兩種土壤中，生物炭用量分別為0～20 cm 土層質(zhì)量的2.51%和4.80%時(shí)，其肥炭耦合對(duì)水稻植株氮素累積貢獻(xiàn)最大，分別達(dá)0.07 g·盆?1和0.21 g·盆?1，當(dāng)生物炭用量超過(guò)0～20 cm 土層質(zhì)量的5.50%時(shí)，麻砂泥土壤中肥炭耦合貢獻(xiàn)為負(fù)值。兩種土壤的生物炭用量分別為0～20 cm土層質(zhì)量的4.33%和7.03%時(shí)，其肥炭耦合對(duì)水稻植株磷素累積貢獻(xiàn)最大，分別達(dá)0.01 g·盆?1和0.07 g·盆?1。兩種土壤的生物炭用量分別為0～20 cm 土層質(zhì)量的4.67%和4.81%時(shí)，其肥炭耦合對(duì)水稻植株鉀素累積貢獻(xiàn)最大，分別達(dá)1.05 g·盆?1和0.90 g·盆?1。這說(shuō)明在一定的生物炭施肥量條件下，土壤性質(zhì)及其基礎(chǔ)肥力水平的差異勢(shì)必導(dǎo)致生物炭添加后的養(yǎng)分有效性不同，因而生物炭的適宜添加量和肥炭耦合貢獻(xiàn)存在差異。

圖2 生物炭施用對(duì)水稻養(yǎng)分累積的肥炭耦合貢獻(xiàn)模型Figure 2 Contribution model of fertilizer and carbon coupling to nutrient accumulation in rice

3 討論

3.1 施用生物炭對(duì)水稻干物質(zhì)生產(chǎn)的影響

本研究中，添加一定量的南荻生物炭可顯著提高紅黃泥和麻砂泥水稻土地上部干物質(zhì)累積量（P<0.05），陳芳等[12]以水稻秸稈炭、水稻谷殼炭和果木炭為研究對(duì)象，得出一致的研究結(jié)論。這可能是因?yàn)槟陷渡锾颗c其他原料制備的生物炭均具有多孔結(jié)構(gòu)，提高了土壤透氣性，有利于水稻根系生長(zhǎng)，進(jìn)而促進(jìn)水稻地上部的生長(zhǎng)[13]；而且其多孔、高碳特性有利于有益菌群數(shù)量和多樣性增加，從而改善根際環(huán)境，促進(jìn)作物生長(zhǎng)[14]；此外，生物炭對(duì)土壤N 等營(yíng)養(yǎng)元素有吸附、緩釋效應(yīng)，強(qiáng)化了水稻生育后期養(yǎng)分的持續(xù)供應(yīng)，進(jìn)而促進(jìn)其營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)[15]。本研究中的不同供試土壤結(jié)果表明，南荻生物炭對(duì)紅黃泥水稻的干物質(zhì)產(chǎn)量的促進(jìn)效果顯著高于麻砂泥，這可能與供試的紅黃泥水稻土基礎(chǔ)養(yǎng)分含量偏低、結(jié)構(gòu)性差有關(guān)，而生物炭的特殊性能及其富含的養(yǎng)分與礦質(zhì)元素大大提高了土壤對(duì)作物養(yǎng)分的供給能力，從而促進(jìn)作物生長(zhǎng)。

3.2 施用生物炭對(duì)水稻養(yǎng)分吸收利用的影響

施用生物炭對(duì)作物養(yǎng)分吸收利用效果主要取決于生物炭種類(lèi)和數(shù)量、土壤與作物類(lèi)型、環(huán)境條件等諸多因素[16]。生物炭富含礦質(zhì)養(yǎng)分，具有改良土壤酸性、增強(qiáng)土壤通透性、提升土壤持水能力和水稻根系活力[17?18]的作用，而且能提高土壤微生物數(shù)量和活性[19]，進(jìn)而促進(jìn)水稻對(duì)養(yǎng)分的吸收。王耀鋒等[20]的研究表明，竹炭單施或與化肥配施均可促進(jìn)水稻秸稈氮磷鉀養(yǎng)分的累積。張愛(ài)平等[21]研究認(rèn)為添加生物炭能夠促進(jìn)水稻對(duì)氮的吸收。而張星等[22]研究認(rèn)為生物炭施用過(guò)多會(huì)提高土壤碳氮比，引起微生物與作物爭(zhēng)氮，可能會(huì)降低植物對(duì)氮素的吸收。本研究表明，施用南荻生物炭降低了兩種供試土壤的水稻莖、葉中氮含量，表明添加南荻生物炭減緩了水稻對(duì)氮素的吸收。這可能是由于南荻生物炭的多官能團(tuán)、多孔性能強(qiáng)化了其對(duì)土壤中氮素的吸附固持，而且生物炭施用后短期內(nèi)對(duì)微生物激發(fā)效應(yīng)更為明顯，提高了微生物固氮能力，導(dǎo)致作物可利用的有效氮降低。然而，柳瑞等[23]認(rèn)為，適度的減氮或配施稻稈生物炭能有效保持土壤養(yǎng)分，促進(jìn)水稻對(duì)氮素的吸收，從而提高氮素利用率。而王耀鋒等[20]和張愛(ài)平等[21]研究發(fā)現(xiàn)，生物炭施用顯著促進(jìn)了作物收獲期氮素總累積量的增加，但單位生物量氮素含量并未相應(yīng)增加，這與本研究結(jié)果基本相符。本研究中，施用南荻生物炭降低了麻砂泥水稻莖和葉部氮含量及紅黃泥水稻莖部氮含量，卻顯著增加了紅黃泥水稻葉部氮含量和兩種土壤水稻地上部氮素累積量。這可能是由于南荻生物炭施用提高了水稻籽粒與莖葉吸氮量比，促進(jìn)氮素向水稻籽粒的分配[24]，從而降低莖葉中氮含量，而紅黃泥土壤中氮素養(yǎng)分含量低，施用一定量的生物炭可提高土壤供氮能力水平，進(jìn)而促進(jìn)水稻對(duì)氮的吸收。

施用生物炭可顯著促進(jìn)作物對(duì)磷、鉀的吸收，且作物吸收磷、鉀的量隨生物炭施用量的提高而增加[25]。在酸性土壤中施用生物質(zhì)炭，可提高土壤pH值，減少磷的固定，有利于促進(jìn)水稻對(duì)磷素吸收[5，26]。鐘帥[27]研究發(fā)現(xiàn)，施用生物炭顯著促進(jìn)了潛育化稻田花后水稻對(duì)鉀的吸收，且水稻后期充足的鉀供應(yīng)可為碳水化合物向籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn)奠定生理基礎(chǔ)。本研究得出相似的結(jié)論，即水稻對(duì)磷、鉀養(yǎng)分的吸收量與南荻生物炭的用量密切相關(guān)，南荻生物炭一定用量條件下，隨著生物炭用量的增加兩種土壤類(lèi)型水稻的磷、鉀累積吸收量不斷增加，但是持續(xù)增施生物炭可能導(dǎo)致水稻對(duì)磷的吸收累積降低。這可能是因?yàn)樵谝欢ǚ秶鷥?nèi)，生物炭的多孔性等特性對(duì)磷、鉀養(yǎng)分具有吸附緩釋的功能，當(dāng)用量過(guò)大，生物炭對(duì)磷的固持作用過(guò)強(qiáng)，有可能會(huì)減少水稻對(duì)磷的吸收。然而，生物炭對(duì)鉀的高吸附性能可為水稻不斷提供充足的鉀源。

3.3 施用生物炭對(duì)水稻養(yǎng)分利用效率的影響

張愛(ài)平等[21]研究發(fā)現(xiàn)，生物炭與氮肥配施可促進(jìn)水稻對(duì)氮素的吸收，提高氮肥農(nóng)學(xué)效率及利用率，且效果隨生物炭用量增加而增加。曲晶晶等[28]在湖南和江西的試驗(yàn)表明，小麥秸稈生物炭施用量為40 t·hm?2時(shí)，水稻氮肥利用率分別提高了20.33 個(gè)百分點(diǎn)和17.58 個(gè)百分點(diǎn)。王悅滿等[29]的研究表明，施加生物炭的水稻氮磷鉀偏生產(chǎn)力較對(duì)照提高了9.81%～36.25%。本研究結(jié)果表明，當(dāng)麻砂泥水稻土生物炭添加量分別小于0～20 cm 土壤質(zhì)量的2.51%（N）、4.33%（P2O5）、4.67%（K2O）時(shí)，紅黃泥水稻土生物炭添加量分別小于4.80%（N）、7.03%（P2O5）、4.81%（K2O）時(shí)，水稻地上部氮、磷、鉀養(yǎng)分累積量和偏生產(chǎn)力隨著生物炭用量的增加而提高，這與已有的研究基本相符，但是，當(dāng)生物炭超過(guò)以上用量后，其相應(yīng)的養(yǎng)分利用效率會(huì)下降。其原因可能是：生物炭在一定用量范圍內(nèi)，其豐富的官能團(tuán)和巨大的比表面積可吸附養(yǎng)分離子從而增強(qiáng)肥效[30]，還可通過(guò)提高土壤陽(yáng)離子交換量，對(duì)養(yǎng)分吸附和緩釋起到一定作用[31]，并且因?yàn)樯锾靠紫栋l(fā)達(dá)、比表面積大，施入土壤后可改善土壤通氣狀況，抑制反硝化作用，從而減少氮素?fù)p失，促進(jìn)作物對(duì)氮素的吸收，進(jìn)而提高氮肥利用率[32]。此外，生物炭自身含有一定的養(yǎng)分，在與土壤的交互作用下會(huì)緩慢釋放一些營(yíng)養(yǎng)元素供植物利用[20]。若持續(xù)增施生物炭，其豐富的官能團(tuán)和較高的陽(yáng)離子交換量促使肥料氮素養(yǎng)分被吸附固持，降低土壤有效態(tài)氮的供給，而土壤前期累積的生物炭逐漸釋放所吸附的氮素養(yǎng)分，使土壤氮素供應(yīng)性能提高，進(jìn)而間接降低氮肥吸收利用率。

4 結(jié)論

（1）南荻秸稈生物炭施用量和土壤類(lèi)型是水稻各器官及地上部干物質(zhì)累積、養(yǎng)分吸收效應(yīng)的重要影響因素。一定用量范圍內(nèi)，施用南荻生物炭可有效促進(jìn)紅黃泥和麻砂泥兩種供試土壤條件下水稻氮、磷、鉀養(yǎng)分吸收與干物質(zhì)累積，且其效應(yīng)與生物炭用量呈正相關(guān)關(guān)系。然而，若持續(xù)增施生物炭可能會(huì)降低其肥炭耦合效應(yīng)，導(dǎo)致水稻氮、磷、鉀養(yǎng)分吸收累積量減少。

（2）因土壤性質(zhì)及生物炭添加量不同，肥炭耦合對(duì)氮、磷、鉀養(yǎng)分利用與累積的促進(jìn)效果以及生物炭的適宜添加量有顯著差異，通過(guò)線性回歸與肥炭耦合效應(yīng)模型擬合，麻砂泥水稻土的生物炭適宜添加量分別為0～20 cm 土壤質(zhì)量的2.51%（N）、4.33%（P2O5）、4.67%（K2O），紅黃泥水稻土生物炭適宜添加量分別為4.80%（N）、7.03%（P2O5）、4.81%（K2O）。