氮磷鉀肥減量與生物炭配施對土壤性狀及玉米產(chǎn)量的影響

中圖分類號S513;S147 文獻標(biāo)識碼A 文章編號 1007-7731（2025）15-0094-05

DOI號10.16377/j.cnki.issn1007-7731.2025.15.023

Effects nitrogen，phosphorus potassium fertilizer reduction biochar rationing on soil properties maize yield

LI Jinzhe ZHANG Jianhua QIGangqiang LU Shuo JIAO Zhiqi SONG MingWANG Tianen PAN YuzhenWANG Zhihui （ Lscape University， Daqing 163319， China）

AbstractFive treatments were setup in aromized block design for salinized maize fields in the Songnen Plain， Xianyu335maizewasusedasthe testvarietyconventional fertilization withnitrogen，phosphoruspotasum（CK）， NPK reduction by 20% + biochar （CF1）， N reduction by 20%+ conventional phosphorus potassium + biochar （CF2）， phosphorus reduction by 20%+ conventional NPK + biochar（CF3）， potassium reduction by 2O% + conventional NPK + （204號 biochar（CF4）weresettoinvestigate the effects nitrogen，phosphorus potassum fertilizerreduction biochar applicationonsoil physicochemical properties maize yield.The results showedthat the CF4 treatment had abeter improvement effectonsoil properties， itssoilorganiccarbon （SOC），total nitrogen （TN）efectivephosphorus （AP）were increased by 13.40% ， 5.93% 58.86% compared with that CK，the activities sucrase （SUC） alkalinephosphatase （ALP）were significantlyincreased.Atthe same time，the dosing treatment obviouslypromoted the accumulation N，P K inmaizeplants，the accumulationamounts nitrogen，phosphorus potassium increased by 3.32%-23.04% ， 31.93%-38.65% 5.51%-13.62% respectively compared with CK，indicating that the application biochar can effectively promote thenutrient uptakeby the plants.In conclusion，the combination nitrogen，phosphorus potassium fertilizerreduction biocharcanregulate soil nutrients，improveplantnutrient uptake， increase corn yield，in which the treatment 20% potassium reduction+conventional nitrogen phosphorus + biochar has more potential for fertilizer saving yield increase.

Keywords biochar; fertilizer reduction; soil nutrients; soil enzyme activity;maize yield

土壤能提供植物生長必需的養(yǎng)分和水分。鹽堿化土壤的肥力和水分保持能力明顯減弱，對作物生長和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)構(gòu)成挑戰(zhàn)。黑龍江地區(qū)擁有豐富的土壤資源與適宜的農(nóng)業(yè)環(huán)境，適宜玉米種植。實際生產(chǎn)中，部分地區(qū)存在化肥的過量施用情況，可能造成土壤中養(yǎng)分比例失衡，出現(xiàn)土壤鹽漬化、土壤板結(jié)等問題，在一定程度上阻礙了農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，因此需要采用新材料、新技術(shù)優(yōu)化肥料應(yīng)用模式。生物炭基肥是以生物炭與化肥為主要成分的一種新型肥料，其不僅可以改善土壤理化性質(zhì)，還可以提高作物產(chǎn)量，但不同作物對養(yǎng)分的需求存在差異。孟凡彬等2、孫建飛等3研究表明，通過生物炭與化肥配施，結(jié)合作物需肥特點調(diào)控配比，可有效減少化肥的施入，提高作物產(chǎn)量。

胡慧影等研究證實，生物炭施入土壤后，可通過改善王壤結(jié)構(gòu)、降低容重、調(diào)節(jié)水、熱、氣平衡、增加微生物數(shù)量、提升酶活性等途徑改良土壤質(zhì)量。王典等5研究表明，生物炭與肥料配施技術(shù)在優(yōu)化土壤理化性狀的基礎(chǔ)上，進一步提升了土壤養(yǎng)分含量及利用效率，促進了植物的養(yǎng)分積累、生長發(fā)育及產(chǎn)量的提升。

近年來，生物炭與肥料配合施用相關(guān)研究較多，但針對鹽堿化玉米田的生物炭與肥料減量配施研究仍有深化空間，尤其在改善土壤性質(zhì)及玉米生長方面的研究。本研究以松嫩平原鹽堿化玉米田為研究對象，重點探討減施氮、磷、鉀肥與生物炭配施對土壤養(yǎng)分積累、土壤酶活性變化、玉米植株養(yǎng)分吸收及產(chǎn)量表現(xiàn)的影響。為鹽堿化土壤改良及玉米減肥增效生產(chǎn)提供新途徑，同時為生物炭在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的廣泛應(yīng)用提供參考。

1材料與方法

1.1試驗地基本情況

試驗在黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)試驗基地開展，該區(qū)域?qū)俅箨懶约撅L(fēng)氣候，年日照率為 64.8% ，年均降水量 517.2mm 。供試土壤 pH8.32 ，堿化度 13.89% ，有機質(zhì) 11.62g/kg 、堿解氮 130.67mg/kg 、有效磷6.22mg/kg 、速效鉀 273.32mg/kg

1.2試驗材料

供試生物炭為玉米秸稈炭（購于沈陽隆泰生物工程有限公司），其基本理化性質(zhì)為 pH8.68， 全碳582.38g/kg. 全氮 8.42g/kg， 全磷 8.15g/kg， 全鉀29.63g/kg_o 供試肥料包括尿素（含] V46% 、磷酸二銨（含P₂O₅46%N18%） 、硫酸鉀（含 K₂050% ）。供試玉米品種為先玉 335 。肥料及種子購自當(dāng)?shù)剞r(nóng)資市場。

1.3試驗設(shè)計

試驗采用隨機區(qū)組設(shè)計，設(shè)置5個處理，每個處理4次重復(fù)。各處理具體如下：常規(guī)施氮磷鉀肥（CK）氮磷鉀均減施 20%+ 生物炭（CF1）、氮減施 20%+ 磷鉀常規(guī)施用量 + 生物炭（CF2）、磷減施 20%+ 氮鉀常規(guī)用量 + 生物炭（CF3）鉀減施 20%+ 氮磷常規(guī)施用量 + 生物炭（CF4）。各試驗小區(qū)為6行區(qū)，行長 25m ，壟距 0.65m ，種植密度7.5萬株 /hm² 。各處理施肥量按照試驗設(shè)計相應(yīng)減少，肥料作為基肥一次性施入。生物炭用量為 10t/hm² ，施用方式為開溝后條施于壟底。

1.4 測定項目與方法

1.4.1土壤養(yǎng)分含量及酶活性 在玉米成熟期取0～20cm 土樣，自然風(fēng)干后測定土壤pH、養(yǎng)分含量及酶活性。土壤 pH 采用玻璃電極法（水土比為2.5：1.0）測定。土壤有機碳含量采用重鉻酸鉀氧化法測定；全氮含量采用濃硫酸-過氧化氫消煮，消煮液用SKD-200全自動凱氏定氮儀測定。土壤有效磷含量采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法測定；速效鉀含量采用醋酸銨溶液浸提-原子吸收光度法測定；緩效鉀采用硝酸浸提-原子吸收光度法測定。土壤蔗糖酶（SUC）活性采用3，5-二硝基水楊酸比色法測定；堿性磷酸酶（ALP）活性采用磷酸苯二鈉比色法測定；脲酶（URE）活性采用靛酚藍(lán)比色法測定；土壤過氧化氫酶（CAT）活性采用高錳酸鉀滴定法測定[7-8]。

1.4.2植株養(yǎng)分積累及玉米產(chǎn)量 營養(yǎng)元素積累總量為葉片、莖、鞘、苞葉、軸、籽粒積累量的總和。營養(yǎng)元素吸收效率計算如式（1）。玉米成熟期時，每個小區(qū)隨機抽取20穗進行考種。通過測定玉米產(chǎn)量構(gòu)成因素，進一步計算出玉米產(chǎn)量。

營養(yǎng)元素吸收效率 （%）= 成熟期營養(yǎng)元素積累總量/營養(yǎng)元素施肥量 ×100 （1）

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

利用SPSS25軟件進行單因素方差分析和雙變量分析，采用Duncan法進行顯著性檢驗；使用GraphPadPrism9Origin2022軟件制圖。

2結(jié)果與分析

2.1對土壤 pH 、有機碳、全氮、C/N的影響

由圖1可知，各減施化肥配施生物炭處理（CF1、CF2、CF3、CF4）的土壤 pH 均略低于CK，各處理組間差異無統(tǒng)計學(xué)意義（ （Pgt;0.05） 。各配施處理的土壤有機碳均較CK有所提升，其中CF3、CF4處理明顯高于CK （Plt;0.05） ，分別提高了 12.14% 、 13.40% 。CF4處理的土壤全氮含量明顯高于CK （Plt;0.05） ，增幅5.93% ，其他處理與CK差異無統(tǒng)計學(xué)意義（ 。土壤C/N在各配施處理中均較CK有所提高，其中CF1、CF3處理明顯高于CK _{（Plt;0.05）} ，增幅分別為8.25%.7.63% 。

2.2對土壤有效磷、速效鉀、緩效鉀含量的影響

由圖2可知，化肥減量與生物炭配施各處理對土壤有效磷、速效鉀、緩效鉀含量均有促進作用。土壤有效磷含量均明顯高于CK （Plt;0.05） ，分別提高23.15% 、 40.06% 、 26.37% ） 58.86% 。土壤速效鉀、緩效鉀含量方面，均以CF3處理含量最高，分別較CK提高了 39.56%.16.51% 。同時CF1、CF2、CF4處理的土壤速效鉀、緩效鉀含量均高于CK。這表明減肥配施生物炭不僅能提高土壤速效鉀，還可提供長效鉀素。

2.3對土壤酶活性的影響

由圖3可知，化肥減量與生物炭配施各處理對玉米田SUC有不同程度提高，其中CF4處理明顯高于CK（ _{（Plt;0.05）} ，提高了 23.36% ，而CF1、CF2、CF3較CK分別提高了 11.68% 、 2.55% 、 13.14% ，差異無統(tǒng)計學(xué)意義（ ）。土壤ALP以CF4處理明顯高于CI ζ（Plt;0.05） ，其他處理間差異無統(tǒng)計學(xué)意義C ?；蕼p量與生物炭配施各處理的土壤URE和CAT略有提高，差異均無統(tǒng)計學(xué)意義0 ）。

2.4對植株養(yǎng)分積累及吸收效率的影響

由表1可知，化肥減量與生物炭配施各處理對植株氮素積累總量及氮素吸收效率均有促進作用，其積累量較CK增加 3.32%～23.04% ，其中CF1、CF3處理明顯高于CK（ _{（Plt;0.05）} ，分別提高了 23.04% 、7.60% ?；蕼p量與生物炭配施各處理的植株磷素積累量較CK增加 31.93%～38.65% ，均明顯高于CK1 （Plt;0.05） 。各處理植株鉀素的積累及鉀素吸收效率較CK有所提高，積累量較CK增加 5.51%～13.62% ，以CF2處理與CK差異存在統(tǒng)計學(xué)意義（ Plt;0.05 。

2.5對玉米產(chǎn)量影響

由圖4可知，化肥減量與生物炭配施各處理對玉米產(chǎn)量均有明顯提高 （Plt;0.05） 。其中CF4處理玉米產(chǎn)量最高，較CK提高了 23.38% ，其次是CF3處理，較CK提高了 20.43% 。CF1、CF2處理的產(chǎn)量略低于CF3、CF4，較CK分別提高了 11.48% 7.69% 。

2.6 相關(guān)性分析及冗余分析

由圖5可知，成熟期土壤、植株各項指標(biāo)均與pH呈負(fù)相關(guān)，其他指標(biāo)間存在不同程度正相關(guān)關(guān)系。玉米產(chǎn)量（YIELD）與土壤有機碳（SOC）相關(guān)性具有統(tǒng)計學(xué)意義 （Plt;0.01） ，與土壤的碳氮比（C/N）、蔗糖酶活性（SUC）相關(guān)性具有統(tǒng)計學(xué)意義（ （Plt;0.05） 。冗余分析結(jié)果表明，氮磷鉀減量與生物炭配施各處理（CF1、CF2、CF3、CF4）的玉米產(chǎn)量、土壤養(yǎng)分含量，土壤酶活性、植株養(yǎng)分積累量間均呈正相關(guān)。

（A）（B）分別為相關(guān)性分析和冗余分析;YEILD為玉米產(chǎn)量、SOC為土壤有機碳含量、TN為土壤全氮含量、C/N為土壤碳氮比、AP為土壤有效磷含量、AK為土壤速效鉀含量、SAK為土壤緩效鉀含量、CAT為土壤過氧化氫酶活性、ALP為土壤堿性磷酸酶活性、URE為土壤脲酶活性、SUC為土壤蔗糖酶活性、MNAT為氮素積累總量、NUPE為玉米對氮素吸收效率、MPAT為磷素積累總量、PUPE為玉米對磷素的吸收效率、MKAT為鉀素積累總量、KUPE為玉米對鉀素的吸收效率。

圖5土壤理化性質(zhì)、玉米植株氮磷鉀養(yǎng)分積累、產(chǎn)量相關(guān)分析及冗余分析

3結(jié)論與討論

本研究中，各配施處理的土壤pH略有降低，造成此現(xiàn)象的原因可能是生物炭施入土壤中，使土壤孔隙變大、透水性增大，研究區(qū)當(dāng)年降水量在517.2mm ，雨水淋溶了土壤中的鹽分，造成pH下降，同時施入的化肥中含有酸性肥料，也可能降低土壤pH ，這在一定程度上中和了堿性生物炭的效應(yīng)，導(dǎo)致土壤 pH 變化不大。在土壤養(yǎng)分提升方面，CF4處理（減鉀 20% 配施生物炭）效果較顯著，其有機碳、全氮、有效磷含量分別較CK提高 13.40% 、 5.93% 、58.86% ，這與生物炭自身的養(yǎng)分特性及改良土壤微環(huán)境有關(guān)。黃巧義等[在水稻田相關(guān)研究中證實，減鉀配施生物炭處理可明顯提升土壤有機碳、有效磷含量，本研究結(jié)果與此一致。

土壤酶活性是反映其肥力水平的關(guān)鍵指標(biāo)之一。其中URE影響土壤的供氮能力，CAT反映土壤腐殖化程度，ALP影響土壤中磷的利用效率，SUC影響生物體的糖類代謝和生長發(fā)育[I1-12]。本研究中，CF4處理顯著提高SUC和ALP活性，這可能是因為生物炭多孔結(jié)構(gòu)為土壤微生物提供了適宜的環(huán)境，且其攜帶的碳、磷養(yǎng)分可作為酶促反應(yīng)底物。高鳳等[13]研究表明，隨著生物炭施用量的增加，白菜根際土壤SUC活性顯著提高； Wang 等[14研究表明，生物炭添加量與土壤SUC活性呈正相關(guān);Zhang等[15研究表明，生物炭對白槳土中蔗糖酶活性有促進作用；張藝等1研究表明，在水稻生長期施用生物炭和羰基緩釋肥能提高土壤ALP活性;郭書亞等[17研究表明，施入生物炭后能夠顯著增加 0～20cm 土層土壤ALP活性，并隨著生物炭施用量的增加而增加。因此，生物炭與氮磷鉀肥減量配施有效提高了土壤酶活性。

本研究結(jié)果表明，各配施處理均提高了玉米產(chǎn)量，其中CF4處理增幅最大（ 23.38% ），這可能是由于生物炭自身養(yǎng)分轉(zhuǎn)化或改善土壤結(jié)構(gòu)，加速了王壤微生物繁殖代謝，有效增強了土壤中的 NH₄⁺，K⁺ 和PO₄^2- 等的轉(zhuǎn)化，進而提高了玉米對氮磷鉀的積累及吸收效率[18]。Partey等[19]研究表明，生物炭與化肥配施可通過提高氮利用效率增加玉米產(chǎn)量。本研究進一步證實了生物炭與化肥配施對玉米磷、鉀利用率及產(chǎn)量的促進作用。

綜上，在松嫩平原鹽堿化玉米田，減施化肥配施生物炭可改善土壤養(yǎng)分、提升土壤酶活性、促進玉米養(yǎng)分吸收及增產(chǎn)，其中以鉀減施 20%+ 氮磷常規(guī)施用量 + 生物炭 處理效果較優(yōu)，具體表現(xiàn)為提高土壤有機碳、有效磷含量及蔗糖酶、堿性磷酸酶活性；促進玉米植株磷素積累及養(yǎng)分吸收效率；其產(chǎn)量較常規(guī)施肥提高 23.38% 。本研究為松嫩平原鹽堿化土壤改良及玉米減肥增產(chǎn)提供參考。

參考文獻

[1]韓瑞蕓，劉志發(fā)，楊世琦，等.氮肥減量對東北坡崗地土壤養(yǎng)分及玉米產(chǎn)量的影響[J].中國農(nóng)學(xué)通報，2016，32（24）：63-68.

[2]孟凡彬，孟軍.生物質(zhì)炭化技術(shù)研究進展[J].生物質(zhì)化學(xué)工程，2016，50（6）：61-66.

[3]孫建飛，鄭聚鋒，程琨，等.面向自愿減排碳交易的生物質(zhì)炭基肥固碳減排計量方法研究[J]中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2018，51（23）：4470-4484.

[4]胡慧影，郭偉，韋娜，等.化肥減量配施腐殖酸對土壤特性、玉米植株養(yǎng)分含量及其干物質(zhì)積累的影響[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2024，52（1）：232-240.

[5]王典，張祥，姜存?zhèn)}，等.生物質(zhì)炭改良土壤及對作物效應(yīng)時研究進展[J].中國生忿農(nóng)業(yè)字報，20I2，20（8）：963-967.

[6]鮑士旦.土壤農(nóng)化分析[M].3版.北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2000.

[7]楊蘭芳，曾巧，李海波，等.紫外分光光度法測定土壤過氧化氫酶活性[J].土壤通報，2011，42（1）：207-210.

[8]關(guān)松蔭.土壤酶及其研究法[M].北京：農(nóng)業(yè)出版社，1986.

[9]朱琳.旱地春玉米高產(chǎn)高效栽培體系植株同化產(chǎn)物及養(yǎng)分轉(zhuǎn)移特征研究[D].楊凌：西北農(nóng)林科技大學(xué)，2015.

[10]黃巧義，黃建鳳，黃旭，等.早稻秸稈還田和減鉀對晚稻產(chǎn)量和土壤肥力的影響[J].環(huán)境科學(xué)，2022，43（10） ：4706-4715.

[11]劉遵奇，蘭宇，楊鐵鑫，等.減肥條件下生物炭施用方式對土壤肥力及酶活性的影響[J].農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境學(xué)報，2020，37（4）：544-551.

[12]姚欽.生物炭施用對東北黑土土壤理化性質(zhì)和微生物多樣性的影響[D].哈爾濱：中國科學(xué)院大學(xué)（中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所），2017.

[13]高鳳，楊鳳軍，吳瑕，等.施用生物炭對白菜根際土壤中有機質(zhì)含量及酶活性的影響[J].土壤通報，2019，50（1）：103-108.

[14] WANG Q Y，YUAN J， YANG X，et al. Responses soilrespiration C sequestration efficiency to biocharamendment in maize field Northeast China[J]. Soil tillage research，2022，223：105442.

[15] ZHANG Y Q， HOU R J，F(xiàn)U Q，et al. Soil environment，carbon nitrogen cycle functional genes in responseto freeze-thaw cycles biochar[J]. Journal cleanerproduction，2024，444： 141345.

[16]張藝，趙遠(yuǎn)，張玉虎，等.生物炭及炭基緩釋肥對土壤酶活性的影響[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2019，47（14）：321-326.

[17]郭書亞，尚賞，湯其寧，等.不同輪耕方式與生物炭對土壤酶活性、土壤養(yǎng)分及小麥和玉米產(chǎn)量的影響[J].作物雜志，2022（3）：211-217.

[18]劉悅，黎子涵，鄒博，等.生物炭影響作物生長及其與化肥混施的增效機制研究進展[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2017，28（3）：1030-1038.

[19] PARTEY S T，PREZIOSI R F，ROBSON G D. Short-term interactive effects biochar，green manure，inorganic fertilizer on soil properties agronomiccharacteristics maize[J]. research，2014，3（2）：128-136.

（責(zé)任編輯：李媛）