生物炭與氮肥減量調(diào)控對(duì)氮高效玉米田土壤養(yǎng)分的影響

崔文芳　高聚林　王志剛　于曉芳　胡樹平　蘇治軍　劉劍　王富貴

摘要：為研究生物炭與氮肥減量對(duì)氮高效玉米田土壤養(yǎng)分的作用效果，采用裂區(qū)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，以氮肥減量施用為主區(qū)，品種為副區(qū)，主處理為C1（CK，純N 300 kg/hm2）、C2（生物炭3 000 kg/hm2+純N 300 kg/hm2）、C3（生物炭 3 000 kg/hm2+純N 255 kg/hm2）、C4（生物炭3 000 kg/hm2+純N 210 kg/hm2）、C5（生物炭3 000 kg/hm2+純N 165 kg/hm2），副處理為氮高效品種鄭單958（ZD）和氮低效品種農(nóng)華101（NH）。結(jié)果表明，生物炭結(jié)合氮肥減量有利于降低土壤pH值，提高全量養(yǎng)分及速效養(yǎng)分積累量，各養(yǎng)分含量在土層間存在差異，且氮高效玉米田土壤有機(jī)質(zhì)和速效鉀含量顯著高于氮低效玉米土壤。其中，C3處理有機(jī)質(zhì)含量較CK顯著提高3.57%，C2、C4、C5全氮含量提高4.42%、4.42%、8.85%，C2、C3全磷含量提高7.25%、10.14%，C3全鉀含量提高4.49%，C2、C3、C5速效氮含量提高16.08%、7.22%、26.18%，速效磷含量?jī)HC4提高67.32%，速效鉀含量C4、C5提高8.57%、11.36%，以上均達(dá)到顯著水平。生物炭3 000 kg/hm2與純N 210、255 kg/hm2配施土壤質(zhì)量指數(shù)較高，對(duì)土壤養(yǎng)分提升效果較顯著，是高產(chǎn)氮高效玉米栽培中減氮增效的推薦措施。

關(guān)鍵詞：玉米；生物炭；氮肥減量；土壤養(yǎng)分；產(chǎn)量；減氮增效；土壤質(zhì)量指數(shù)

中圖分類號(hào)：S513.06文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1002-1302（2023）05-0233-08

目前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中因連年種植過(guò)量施用化肥，導(dǎo)致土壤養(yǎng)分失衡、面源污染、肥料利用率低等問(wèn)題，不利于農(nóng)田土壤的可持續(xù)利用。因此，采取化肥減量措施緩解過(guò)量施肥造成的土壤質(zhì)量退化是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中急需解決的問(wèn)題。生物炭是農(nóng)業(yè)秸稈經(jīng)過(guò)熱裂解的產(chǎn)物，富含有機(jī)碳，具有良好的孔隙結(jié)構(gòu)且吸附能力強(qiáng)，對(duì)氮、磷等土壤養(yǎng)分具有一定持留作用，可有效改善土壤結(jié)構(gòu)及土壤肥效，改善土壤持水保墑及保肥能力［1］，有效提高產(chǎn)量。因此，充分發(fā)揮生物炭對(duì)土壤結(jié)構(gòu)、養(yǎng)分的有效性、作物產(chǎn)量提升的良好作用［2］，有利于提高作物肥料利用效率，提升土壤肥力水平，對(duì)于持續(xù)推進(jìn)農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展具有積極意義。

國(guó)內(nèi)外諸多學(xué)者對(duì)生物炭的應(yīng)用已有廣泛研究。碳素含量高，結(jié)構(gòu)孔隙豐富，比表面積大，是實(shí)現(xiàn)還田改土、碳封存、提高作物產(chǎn)量的重要基礎(chǔ)［3-4］，能有效提高土壤保水保肥能力。韓翠蓮等研究表明，施用生物炭可有效增加土壤有機(jī)碳含量，降低土壤水溶性有機(jī)炭含量，改變土壤有機(jī)質(zhì)的組成，形成穩(wěn)定的有機(jī)碳，利于土壤有機(jī)質(zhì)的積累和形成［5-6］。周志紅等認(rèn)為，生物炭能有效減少氮素淋失，生物炭分別施50、100 t/hm2可減少氮素淋失分別達(dá)41%和78%，從而提高土壤肥力［7-8］。

生物炭對(duì)土壤養(yǎng)分和作物產(chǎn)量的影響已成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。劉遵奇等研究認(rèn)為，生物炭與化肥配施可顯著提高肥料利用效率，實(shí)現(xiàn)肥料減量施用［9］。朱浩宇等對(duì)三峽庫(kù)區(qū)紫色土旱坡地的油菜田和玉米田土壤研究認(rèn)為，化肥減量配施生物炭有利于改善土壤養(yǎng)分、提高化肥利用率，達(dá)到減少氮肥、磷肥施用量和提高作物產(chǎn)量的效果［10］。生物炭與化肥配施效果優(yōu)于單施化肥、常規(guī)施肥，其“減量增效”作用，可能因炭、肥互作優(yōu)化了土壤容重和土壤環(huán)境的水、氣、熱及微生物條件，尤其是改善了土壤總體供肥能力［11］。劉敏等研究認(rèn)為，與常規(guī)施肥相比，在生物質(zhì)炭投入 4.5 t/hm2條件下，減氮15%（施用純氮344.25 kg/hm2）為最佳配施方案［12］。目前對(duì)于施用生物炭后對(duì)土壤質(zhì)量及作物產(chǎn)量提升適宜的減氮比例缺乏足夠的實(shí)踐驗(yàn)證。內(nèi)蒙古平原灌區(qū)普遍存在耕層淺、犁底層結(jié)構(gòu)緊實(shí)、通透性差等耕層障礙，導(dǎo)致土壤保水保肥能力差、養(yǎng)分有效性低、玉米根系發(fā)育受阻和早衰等問(wèn)題，是影響玉米群體氮效率提升的重大問(wèn)題?；谏蜿?yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)陳溫福院士提出的“以生物炭為核心”的農(nóng)林廢棄物綜合利用理論與技術(shù)體系，本研究開展在施用生物炭基礎(chǔ)上實(shí)施氮肥減量調(diào)控措施，研究其對(duì)玉米田土壤養(yǎng)分的影響，以期為今后發(fā)展資源高效型農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供理論依據(jù)和參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)

試驗(yàn)于2020年在內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)敕勒川農(nóng)業(yè)博覽園（土默特右旗薩拉齊鎮(zhèn)北只圖村）進(jìn)行。試驗(yàn)地前茬是玉米，土質(zhì)是壤土，土壤有機(jī)質(zhì)含量為22.18 g/kg，堿解氮含量為41.56 mg/kg，速效磷含量為8.34 mg/kg，速效鉀含量為75.68 mg/kg。玉米秸稈生物炭由遼寧金和福農(nóng)業(yè)科技股份有限公司提供，熱解溫度為500～600 ℃，其性質(zhì)為：全碳含量為42.5%，全氮含量為8.9 g/kg，全磷含量為 3.8 g/kg，全鉀含量為32.3 g/kg，速效磷含量為 120 mg/kg，速效鉀含量為289 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用裂區(qū)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，氮肥是主區(qū)，品種是副區(qū)。主處理為C1（CK，純N 300 kg/hm2）、C2（生物炭3 000 kg/hm2+純N 300 kg/hm2）、C3（生物炭3 000 kg/hm2+純N 255 kg/hm2）、C4（生物炭 3 000 kg/hm2+純N 210 kg/hm2）、C5（生物炭 3 000 kg/hm2+純N 165 kg/hm2），副處理為氮高效品種鄭單958（ZD）和氮低效品種農(nóng)華101（NH）。共10個(gè)處理，重復(fù)3次。試驗(yàn)小區(qū)長(zhǎng)6 m、寬4 m，南北行向，株距20 cm、行距 60 cm，9行種植，種植密度為8.25萬(wàn)株/hm2。生物炭作為底肥施入，于播種前施用，先將肥料均勻撒于地表，再翻地，將其翻入耕層15 cm左右。氮肥尿素在拔節(jié)和大口期以3 ∶7比例追肥，磷、鉀肥作基肥一次性施入，P2O5為210 kg/hm2，K2O為90 kg/hm2，N肥按3 ∶7比例分別于拔節(jié)、大口期隨水追施。試驗(yàn)中氮肥選擇尿素，磷肥選擇過(guò)磷酸鈣，鉀肥選擇硫酸鉀。各品種于2020年4月25日播種；5月8日出苗；6月21日追拔節(jié)肥、灌第1水；7月11日大喇叭口期追肥、灌第2水；7月21日開花期灌第3水；8月10日灌第4水；灌水總量為750 m3/hm2，9月25日收獲。

1.3 測(cè)試指標(biāo)及方法

于玉米收獲期采集0～20、20～40 cm土壤樣品，用于理化性質(zhì)指標(biāo)的測(cè)定。土壤有機(jī)質(zhì)含量的測(cè)定采用重鉻酸鉀容量法-外加熱法，土壤全氮含量采用全自動(dòng)凱氏定氮儀測(cè)定，全磷含量的測(cè)定采用氫氧化鈉熔融-鉬銻抗比色法，全鉀含量的測(cè)定采用NaOH熔融-火焰光度法，速效氮含量的測(cè)定采用堿解擴(kuò)散吸收法，速效磷含量的測(cè)定采用NaHCO3浸提鉬銻抗比色法，速效鉀含量的測(cè)定采用1 mol/L醋酸銨浸提、火焰光度計(jì)法；pH值采用水土比1 ∶5浸提液pH值表示，采用 PHS-3 型pH計(jì)（上海雷磁科學(xué)儀器廠）測(cè)定，陽(yáng)離子交換量（CEC）的測(cè)定采用氯化銨-乙酸銨法。

于玉米成熟收獲期，每小區(qū)選取長(zhǎng)勢(shì)整齊無(wú)缺苗的2行測(cè)定占地面積，實(shí)收所有果穗，之后測(cè)定實(shí)收果穗質(zhì)量和含水量，并折算為單位面積產(chǎn)量。

1.4 土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)

通過(guò)土壤質(zhì)量指數(shù)綜合地反映土壤質(zhì)量的變化情況，采用加權(quán)求和模型對(duì)生物炭與氮肥減量調(diào)控條件下土壤pH值、有機(jī)質(zhì)、全量養(yǎng)分、速效養(yǎng)分含量等指標(biāo)，按公式（1）計(jì)算土壤質(zhì)量指數(shù)［13］。

式中：Wi為指標(biāo)權(quán)重；Ni為指標(biāo)隸屬度；n為指標(biāo)個(gè)數(shù)。其中，指標(biāo)權(quán)重表示某指標(biāo)與其他指標(biāo)之間相關(guān)系數(shù)的平均值占所有評(píng)價(jià)指標(biāo)相關(guān)系數(shù)平均值總和的比。隸屬度由評(píng)價(jià)指標(biāo)所屬的隸屬度函數(shù)確定。隸屬度函數(shù)一般分為升型和降型，分別用公式（2）和（3）計(jì)算。

升型隸屬度函數(shù)：

降型隸屬度函數(shù)：

根據(jù)最小數(shù)據(jù)集中的各指標(biāo)對(duì)土壤質(zhì)量的正負(fù)效應(yīng)選擇函數(shù)和確定其隸屬度。各指標(biāo)的最小值和最大值作為函數(shù)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)x1和x2。

1.5 數(shù)據(jù)處理

應(yīng)用DPS 7.5軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析和顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 生物炭結(jié)合氮肥減量對(duì)土壤性質(zhì)的影響

表1所示為各處理的土壤性質(zhì)在氮高效與氮低效品種間的差異性表現(xiàn)，表2所示為生物炭結(jié)合氮肥減量后pH值、陽(yáng)離子交換量、有機(jī)質(zhì)積累量變化。品種間比較（表1）發(fā)現(xiàn)，施用生物炭并氮肥減量后土壤pH值變化不顯著，品種間的5個(gè)處理中C1（CK）pH值顯著高于其他處理，C2～C5（7.78、7.89、7.79、7.80）較CK（8.08）分別降低3.71%、2.35%、3.59%、3.47%。土層間比較發(fā)現(xiàn)（表2），氮低效品種NH的0～20 cm與20～40 cm土層間pH值變化不顯著，5個(gè)處理中CK（8.12）顯著高于其他處理，C2～C5處理（7.64、7.87、7.92、7.84）較CK（8.12）分別降低5.91%、3.08%、2.46%、3.45%；ZD的20～40 cm顯著高于0～20 cm，C2～C5處理（7.89、7.90、7.97、7.81）較CK（8.09）分別降低2.47%、2.35%、1.48%、3.46%。6.5～7.0的土壤pH值更適宜玉米生長(zhǎng)，說(shuō)明生物炭結(jié)合氮肥減量有利于降低土壤pH值。

品種間比較發(fā)現(xiàn)（表1），施用生物炭并氮肥減量后，品種間、0～20 cm與20～40 cm土層間陽(yáng)離子交換量均未發(fā)生顯著變化，差異均不顯著，NH的5個(gè)處理中C3（7.72 cmol/kg）、C4（7.58 cmol/kg）、C5（7.75 cmol/kg）顯著高于CK（6.98 cmol/kg）10.60%、8.60%、11.03%。土層間比較發(fā)現(xiàn)（表2），2個(gè)品種的陽(yáng)離子交換量在土層間差異不顯著，NH的5個(gè)處理中C2（7.32 cmol/kg）、C3（7.67 cmol/kg）、C4（7.50 cmol/kg）、C5（8.10 cmol/kg）顯著高于CK（6.82 cmol/kg），分別高7.33%、12.46%、9.97%、18.77%；ZD的C2（7.97 cmol/kg）顯著高于CK（7.43 cmol/kg）7.27%。

施用生物炭并氮肥減量后，有機(jī)質(zhì)積累量在品種間表現(xiàn)差異顯著（表1），氮高效品種ZD（24.45 g/kg）顯著高于氮低效品種NH（19.75 g/kg），高23.80%，5個(gè)處理中C3（22.90 g/kg）有機(jī)質(zhì)含量顯著高于CK（22.11 g/kg），較CK提高3.57%。由表2可見(jiàn)，土層間比較發(fā)現(xiàn)，NH的土壤有機(jī)質(zhì)積累量在土層間差異不顯著，5個(gè)處理中C2（22.53 g/kg）、C5（21.53 g/kg）顯著高于CK（19.97 g/kg）12.82%、7.81%；氮高效品種ZD的0～20 cm與 20～40 cm有機(jī)質(zhì)積累量在土層間表現(xiàn)差異顯著，0～20 cm（24.45 g/kg）顯著高于20～40 cm（21.31 g/kg）14.73%，同時(shí)，C3（24.50 g/kg）處理較CK（24.07 g/kg）提高1.78%。

施用生物炭并氮肥減量后，品種間比較發(fā)現(xiàn)（表1），土壤全氮、速效氮含量在品種間未表現(xiàn)顯著差異，5個(gè)處理間，C2（0.118%）、C4（0.118%）、C5（0.123%）全氮含量顯著高于CK（0.113），分別高4.42%、4.42%、8.85%，速效氮含量C2（141.83 mg/kg）、C3（131.00 mg/kg）、C5（154.17 mg/kg）顯著高于CK（122.18 mg/kg），分別高16.08%、7.22%、26.18%。土層間比較發(fā)現(xiàn)（表3），2個(gè)品種的土壤全氮積累量在土層間表現(xiàn)差異顯著，NH的0～20 cm（0.118%）比20～40 cm（0.111%）顯著高6.31%，5個(gè)處理中C2（0.119%）、C4（0.120%）、C5（0.115%）顯著高于CK（0.111%），較CK分別提高7.21%、8.11%、3.60%，ZD的0～20 cm（0.115%）顯著高于20～40 cm（0.111%）3.60%，C5（0.124%）處理較CK（0.109%）顯著提高13.76%；2個(gè)品種土層間速效氮積累量也表現(xiàn)差異顯著，NH的0～20 cm（130.67 mg/kg）比20～40 cm（116.80 mg/kg）高11.88%，5個(gè)處理中C2（150.50 mg/kg）、C5（152.00 mg/kg）顯著高于CK（116.17 mg/kg），較CK分別提高29.55%、30.84%，ZD的20～40 cm（135.40 mg/kg）顯著高于0～20 cm（127.93 mg/kg）5.84%，C2（118.67 mg/kg）、C3（121.83 mg/kg）、C4（162.00 mg/kg），C5（152.00 mg/kg）處理較CK（103.83 mg/kg）提高14.29、17.33%、56.02%、46.39%。

品種間比較（表1）發(fā)現(xiàn)，施用生物炭并氮肥減量后，土壤全磷、速效磷含量在品種間均發(fā)生了顯著變化，氮低效品種NH（0.068%、12.933 mg/kg）顯著高于ZD（0.063%、7.733 mg/kg），分別高7.94%、67.24%，品種的5個(gè)處理間，C2（0.074%）、C3（0.076%）全磷含量顯著高于CK（0.069%），分別高7.25%、10.14%，速效磷含量?jī)HC4（16.983）顯著高于CK（10.150），高67.32%。土層間比較發(fā)現(xiàn)（表4），NH的土層間差異不顯著，C2（0.077%）、C3（0.067%）、C4（0.076%）全磷含量顯著高于CK（0.063%）22.22%、6.35%、20.63%，ZD的20～40 cm（0.072%）顯著高于0～20 cm（0.063%）顯著高14.29%，5個(gè)處理中僅C3（0.074%）顯著高于CK（0.070%），較CK高5.71%。2個(gè)品種速效磷積累量在土層間表現(xiàn)差異顯著，NH的0～20 cm（12.93 mg/kg）比20～40 cm（6.43 mg/kg）高101.04%，NH的5個(gè)處理中C4（14.90 mg/kg）顯著高于CK（11.48 mg/kg），較CK提高29.79%，ZD的20～40 cm（9.87 mg/kg）顯著高于0～20 cm（7.73 mg/kg）27.68%，C2（8.65 mg/kg）、C3（8.82 mg/kg）、C4（15.98 mg/kg）較CK（4.57 mg/kg）提高89.28、92.99%、249.67%。

品種間比較發(fā)現(xiàn)（表1），施用生物炭并氮肥減量后，土壤全鉀含量在品種間未發(fā)生顯著變化，而速效鉀含量在品種間表現(xiàn)差異顯著，ZD（94.02 mg/kg）的速效鉀含量高于NH（90.82 mg/kg）3.52%。5個(gè)處理間，C3（2.233%）全鉀含量顯著高于CK（2.137 mg/kg），高4.49%，速效鉀含量C4（97.17 mg/kg）、C5（99.67 mg/kg）顯著高于CK（89.50 mg/kg），分別高8.57%、11.36%。土層間比較發(fā)現(xiàn)（表5），2個(gè)品種的全鉀含量土層間差異均不顯著，NH的5個(gè)處理中C2（2.18%）、C3（2.19%）、C4（2.17%）與CK（2.16%）差異不顯著，C5（2.07%）顯著低于CK。組合間比較發(fā)現(xiàn)，NH僅0～20 cm的C3（2.24%）顯著高于CK（2.16%），ZD的4個(gè)處理與CK差異均不顯著，組合中，0～20 cm的C3（2.23%）、C4（2.19%）顯著高于CK（2.11%）5.69%、3.79%；2個(gè)品種的土壤速效鉀積累量在土層間均表現(xiàn)差異顯著，NH、ZD的 0～20 cm（90.82、94.03 mg/kg）比20～40 cm（84.41、86.20 mg/kg）高7.59%、9.08%，NH 5個(gè)處理中C4（95.83 mg/kg）、C5（91.33 mg/kg）顯著高于CK（83.67 mg/kg），較CK分別提高14.53%、9.16%，ZD的C5（102.00 mg/kg）較CK（90.33 mg/kg）提高12.92%。

2.2 生物炭結(jié)合氮肥減量對(duì)玉米產(chǎn)量的影響

生物炭結(jié)合氮肥減量對(duì)不同氮效率玉米產(chǎn)量和土壤質(zhì)量影響不同（表6），不同氮效率玉米產(chǎn)量存在一定差異，方差分析表明，氮高效品種的產(chǎn)量顯著高于氮低效品種，高12.22%，且5個(gè)副處理中，C4處理產(chǎn)量最高，達(dá)到13 515 kg/hm2，但與C2、C3差異不顯著，3個(gè)處理均顯著高于CK，分別高出11.37%、6.80%、8.03%，組合的產(chǎn)量表現(xiàn)為C2ZD、C3ZD、C4ZD顯著高于C1ZD，分別高8.31%、10.30%、8.78%，同時(shí)也高于相應(yīng)氮低效品種，說(shuō)明生物炭結(jié)合氮肥減量對(duì)氮高效玉米產(chǎn)量具有一定促進(jìn)作用。各處理的土壤質(zhì)量指數(shù)也存在一定差異。5個(gè)處理中，C4的土壤質(zhì)量指數(shù)最高，為0.65，其次是C3、C2，分別為0.54、0.53，這3個(gè)處理分別是生物炭 3 000 kg/hm2與純 N 210 kg/hm2、255 kg/hm2、300 kg/hm2配施，C1較低，C1是僅施用氮肥尿素的處理，表明生物炭與氮肥減量調(diào)控措施能夠有效提升土壤質(zhì)量。組合的表現(xiàn)為，C4ZD、C4NH 的土壤質(zhì)量指數(shù)較高，分別為0.60、0.70，較C1ZD、C1NH高62.16%、27.27%，說(shuō)明C4處理對(duì)于提高土壤質(zhì)量具有一定效果。

3 討論與結(jié)論

3.1 討論

生物炭可有效增強(qiáng)土壤的養(yǎng)分吸附能力和養(yǎng)分有效性，但生物炭本身養(yǎng)分含量較低，如生物炭與肥料配合施用，則具有一定的養(yǎng)分緩釋功能，又可實(shí)現(xiàn)化肥減量施用。于玲玲等研究認(rèn)為，玉米田施用生物炭改善土壤肥力方面，以施用12 000 kg/hm2處理最優(yōu)，其有機(jī)碳、堿解氮、有效磷、速效鉀含量2年分別平均提高31.5%、29.3%、47.8%、59.8%，而施用生物炭7 000 kg/hm2提高玉米產(chǎn)量和水分利用效率效果最優(yōu)［14］。魏永霞等對(duì)連續(xù)4年施用生物炭的東北黑土區(qū)研究表明，4年連續(xù)施用生物炭使土壤容重隨生物炭施用量的增加有降低趨勢(shì)，孔隙度有逐漸增加趨勢(shì)，適量生物炭可有效降低土壤固相比例，提高氣相和液相比例，逐年施加50 t/hm2生物炭對(duì)促進(jìn)玉米產(chǎn)量穩(wěn)定性與可持續(xù)性效果最明顯［15］。劉敏等研究認(rèn)為，生物炭配合減氮調(diào)控能夠提高土壤有機(jī)質(zhì)、有效磷、速效鉀及堿解氮含量，其中減氮15%處理土壤養(yǎng)分保蓄能力最佳［12］。以上研究表明，生物炭能夠改善土壤結(jié)構(gòu)，進(jìn)而提高土壤肥力和作物產(chǎn)量，但均以常規(guī)玉米品種為試驗(yàn)材料，本研究基于氮高效和氮低效玉米品種，以生物炭與減氮為主要調(diào)控手段以實(shí)現(xiàn)改善土壤肥力的目標(biāo)。

立足于內(nèi)蒙古平原灌區(qū)所特有的趕超世界玉米最高單產(chǎn)水平的光溫生產(chǎn)潛力和優(yōu)勢(shì)，針對(duì)內(nèi)蒙古平原灌區(qū)土壤質(zhì)量下降限制春玉米氮素利用效率提高的核心問(wèn)題，以進(jìn)一步提高春玉米群體氮效率和提升土壤質(zhì)量為核心目標(biāo)，以生物炭與減氮為主要技術(shù)途徑和調(diào)控手段，開展生物炭結(jié)合氮肥減量對(duì)土壤養(yǎng)分的作用效果進(jìn)行研究，具有重要的實(shí)踐應(yīng)用價(jià)值。本研究表明，生物炭結(jié)合氮肥減量可有效提高土壤全量養(yǎng)分及速效養(yǎng)分積累量，且氮高效玉米田土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著高于氮低效玉米品種土壤，高23.80%、3.52%，各養(yǎng)分含量在土層間也存在一定差異，氮高效品種的有機(jī)質(zhì)含量0～20 cm 顯著高于20～40 cm 14.73%，氮高效及氮低效玉米田土壤全氮含量0～20 cm比20～40 cm顯著提高6.31%、3.60%。處理間比較發(fā)現(xiàn)，C3處理有機(jī)質(zhì)含量較CK顯著提高3.57%，C2、C4、C5全氮含量較CK顯著提高4.42%、4.42%、8.85%，本試驗(yàn)是3年連續(xù)的定位試驗(yàn)結(jié)果，戰(zhàn)秀梅等關(guān)于生物炭對(duì)棕壤理化性質(zhì)影響的 4 年連續(xù)定位試驗(yàn)表明，生物炭使土壤有機(jī)碳和全氮含量分別增加了27.6% 和75.6%［16］。史思偉等研究了10年的生物炭田間定位試驗(yàn)，認(rèn)為土壤有機(jī)質(zhì)含量增加57.7%～123.1%，總氮含量提高11.3%～21.9%，有效磷含量顯著降低了23.1%～42.0%，速效鉀含量上升了2.0%～23.1%［17］。生物炭的持續(xù)施用能夠提升土壤肥力，尤其對(duì)有機(jī)質(zhì)的提升效果更顯著。Zhang等研究也認(rèn)為，生物炭能顯著提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，且有利于土壤中有機(jī)碳的累積［18］。大量研究發(fā)現(xiàn)，生物炭對(duì)土壤本體有機(jī)質(zhì)具有激發(fā)效應(yīng)，尤其是負(fù)向激發(fā)效應(yīng)較多［19-20］，將會(huì)一定程度抑制土壤本體有機(jī)碳的釋放，減少了土壤碳輸出。以上研究結(jié)果均是單純施用生物炭，而未施行氮肥減量。而生物炭與氮肥減量的研究中，史登林等研究認(rèn)為，在貴州中等肥力黃壤稻田施行生物炭（5 t/hm2）與氮肥減量（20%，即施用120 kg/hm2）配施效果最好［21］；袁晶晶研究發(fā)現(xiàn)，在河南濮陽(yáng)地區(qū) 10 t/hm2的生物炭配施300 kg/hm2效果最佳，這可能是土壤肥力、土地利用方式不同所致［22］。孟繁昊等研究認(rèn)為，在沙壤土的玉米田中，生物炭（8 t/hm2）與氮肥（150 kg/hm2）配施效果最好［23-24］。本試驗(yàn)研究結(jié)果表明，施用生物炭可有效增加土壤全氮、速效磷、速效鉀含量。本研究的2年試驗(yàn)結(jié)果顯示，應(yīng)用于氮高效玉米品種，生物炭3 t/hm2與純N 300、255 kg/hm2配施效果最顯著，施行周期很短，但對(duì)土壤質(zhì)量具有一定提升效果，3年的試驗(yàn)結(jié)果顯示，生物炭3 t/hm2與純N 210、255 kg/hm2配施效果最顯著［25］，這可能與生物炭的施用年限及次數(shù)有關(guān)，今后將開展連續(xù)多年的定點(diǎn)試驗(yàn)，對(duì)土壤肥力和土壤質(zhì)量的調(diào)控效果進(jìn)一步深入研究。

3.2 結(jié)論

生物炭結(jié)合氮肥減量有利于降低土壤pH值，提高全量養(yǎng)分及速效養(yǎng)分積累量，且氮高效玉米田土壤有機(jī)質(zhì)和速效鉀含量顯著高于氮低效玉米品種土壤，分別高23.80%、3.52%，各養(yǎng)分含量在土層間也存在一定差異，氮高效品種ZD的有機(jī)質(zhì)含量0～20 cm顯著高于20～40 cm 14.73%，NH、ZD的土壤全氮含量0～20 cm比20～40 cm顯著提高6.31%、3.60%，NH的速效氮含量0～20 cm比 20～40 cm提高11.88%，ZD的20～40 cm顯著高于0～20 cm 5.84%。5個(gè)處理間比較，C3處理有機(jī)質(zhì)含量較CK顯著提高3.57%，C2、C4、C5全氮含量較CK顯著提高4.42%、4.42%、8.85%，C2、C3、C5速效氮含量較CK顯著提高16.08%、7.22%、26.18%。C2、C3全磷含量較CK顯著提高7.25%、10.14%，速效磷含量?jī)HC4較CK顯著提高67.32%。C3全鉀含量較CK顯著提高4.49%，速效鉀含量C4、C5較CK顯著提高8.57%、11.36%。

C4的土壤質(zhì)量指數(shù)最高，其次是C3，分別為0.65、0.54，這3個(gè)處理分別是生物炭3 000 kg/hm2與純N 210、255 kg/hm2配施，C1、C5較低，C1是僅施用氮肥尿素處理，C5是3 000 kg/hm2與純N 165 kg/hm2，表明生物炭結(jié)合氮肥減量調(diào)控措施能夠有效提升土壤質(zhì)量，但生物炭必須與適量氮配施。C4ZD、C3ZD 的土壤質(zhì)量指數(shù)較高，分別為 0.60、0.67，其中C4對(duì)應(yīng)的氮低效品種土壤質(zhì)量指數(shù)表現(xiàn)也較高，為0.70。說(shuō)明盡管短期內(nèi)采取生物炭與氮肥減量調(diào)控措施，但對(duì)土壤質(zhì)量提升仍具有一定效果，而生物炭3 000 kg/hm2與純N 210、255 kg/hm2 配施效果最顯著，可顯著提升土壤養(yǎng)分供應(yīng)能力，提升土壤質(zhì)量，促進(jìn)氮高效玉米的氮吸收，是高產(chǎn)氮高效玉米栽培中減氮增效的可行性措施。

參考文獻(xiàn)：

［1］徐國(guó)鑫，王子芳，高 明，等. 秸稈與生物炭還田對(duì)土壤團(tuán)聚體及固碳特征的影響［J］. 環(huán)境科學(xué)，2018，39（1）：355-362.

［2］王 欣，尹帶霞，張 鳳，等. 生物炭對(duì)土壤肥力與環(huán)境質(zhì)量的影響機(jī)制與風(fēng)險(xiǎn)解析［J］. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2015，31（4）：248-257.

［3］胡 茜，趙 遠(yuǎn)，張玉虎，等. 生物炭配施化肥對(duì)稻田土壤有效氮素以及水稻產(chǎn)量的影響［J］. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2019，47（15）：108-112.

［4］崔月峰，孫國(guó)才，郭奧楠，等. 秸稈和生物炭還田對(duì)冷涼稻區(qū)土壤物理性質(zhì)及pH值的影響［J］. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2020，48（21）：255-260.

［5］韓翠蓮，霍軼珍，朱冬梅. 生物炭對(duì)土壤肥力及玉米產(chǎn)量的影響［J］. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2017，45（16）：54-57.

［6］陳紅霞，杜章留，郭 偉，等. 施用生物炭對(duì)華北平原農(nóng)田土壤容重、陽(yáng)離子交換量和顆粒有機(jī)質(zhì)含量的影響［J］. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2011，22（11）：2930-2934.

［7］周志紅，李心清，邢 英，等. 生物炭對(duì)土壤氮素淋失的抑制作用［J］. 地球與環(huán)境，2011，39（2）：278-284.

［8］Mizuta K，Matsumoto T，Hatate Y，et al. Removal of nitrate-nitrogen from drinking water using bamboo powder charcoal［J］. Bioresource Technology，2004，95（3）：255-257.

［9］劉遵奇，孟 軍，陳溫福. 玉米秸稈生物炭對(duì)尿素分解的影響［J］. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2015，34（6）：1142-1148.

［10］朱浩宇，高 明，龍 翼，等. 化肥減量有機(jī)替代對(duì)紫色土旱坡地土壤氮磷養(yǎng)分及作物產(chǎn)量的影響［J］. 環(huán)境科學(xué)，2020，41（4）：1921-1929.

［11］張偉明，管學(xué)超，黃玉威，等. 生物炭與化學(xué)肥料互作的大豆生物學(xué)效應(yīng)［J］. 作物學(xué)報(bào)，2015，41（1）：109-122.

［12］劉 敏，紀(jì)立東，王 銳，等. 施用生物質(zhì)炭條件下減施氮肥對(duì)玉米生長(zhǎng)和土壤的影響［J］. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2021，49（19）：216-222.

［13］貢 璐，張雪妮，冉啟洋.基于最小數(shù)據(jù)集的塔里木河上游綠洲土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)［J］. 土壤學(xué)報(bào)，2015，52（3）：682-689.

［14］于玲玲，趙貴元，崔婧婧，等. 施用生物炭對(duì)玉米田土壤呼吸及水分利用效率的影響［J］. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2022，50（3）：209-213.

［15］魏永霞，朱畑豫，劉 慧. 連年施加生物炭對(duì)黑土區(qū)土壤改良與玉米產(chǎn)量的影響［J］. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2022，53（1）：291-301.

［16］戰(zhàn)秀梅，彭 靖，王 月，等. 生物炭及炭基肥改良棕壤理化性狀及提高花生產(chǎn)量的作用［J］. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2015，21（6）：1633-1641.

［17］史思偉，婁翼來(lái)，杜章留，等. 生物炭的10年土壤培肥效應(yīng)［J］. 中國(guó)土壤與肥料，2018（6）：16-22.

［18］Zhang Q Z，Du Z L，Lou Y L，et al. A one-year short-term biochar application improved carbon accumulation in large macroaggregate fractions［J］. Catena，2015，127：26-31.

［19］Bamminger C，Marschner B，Jüschke E. An incubation study on the stability and biological effects of pyrogenic and hydrothermal biochar in two soils［J］. European Journal of Soil Science，2014，65（1）：72-82.

［20］劉 天，云 菲，蔣偉峰，等. 農(nóng)田施用生物炭的固碳減排效應(yīng)及其影響因素綜述［J］. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2021，49（18）：7-13.

［21］史登林，王小利，劉安凱，等. 黃壤稻田土壤微生物量碳氮及水稻品質(zhì)對(duì)生物炭配施氮肥的響應(yīng)［J］. 環(huán)境科學(xué)，2021，42（1）：443-449.

［22］袁晶晶. 生物炭與氮肥配施對(duì)土壤肥力及紅棗產(chǎn)量、品質(zhì)的影響［D］. 楊凌：西北農(nóng)林科技大學(xué)，2018.

［23］孟繁昊. 生物炭配施氮肥對(duì)土壤理化性質(zhì)及春玉米產(chǎn)量和氮效率的影響機(jī)制［D］. 呼和浩特：內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)，2018.

［24］孟繁昊，高聚林，于曉芳，等. 生物炭配施氮肥改善表層土壤生物化學(xué)性狀研究［J］. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2018，24（5）：1214-1226.

［25］崔文芳，陳 靜，魯富寬，等. 生物炭與氮肥減量調(diào)控對(duì)土壤養(yǎng)分和肥力的影響［J］. 西南農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2021，34（11）：2429-2436.

收稿日期：2022-04-17

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金 （編號(hào)：32160506）；內(nèi)蒙古自然科學(xué)基金（編號(hào)：2018MS03011）。

作者簡(jiǎn)介：崔文芳（1977—），女，內(nèi)蒙古呼倫貝爾人，博士，教授，主要從事玉米高產(chǎn)氮高效研究。E-mail：cui.wenfang@163.com。

通信作者：高聚林，教授，主要從事玉米生理生態(tài)及決策研究。E-mail：nmgaojulin@163.com。