施用生物炭5年后对夏玉米田土壤理化性质及产量的影响

来源:用户上传      作者:郭书亚 尚赏 王坤 张艳 汤其宁 卢广远

　　摘要：为了改良土壤的理化性状，探讨不施生物炭（CK）、施生物炭10 t/hm2（T1）、施生物炭15 t/hm2（T2）、施生物炭 20 t/hm2（T3）和施生物炭25 t/hm2（T4）处理，一次性施加5年后夏玉米田土壤理化性质及产量的影响。结果表明，施用生物炭5年后，能够显著降低土壤紧实度、土壤容重，并随着施用量的增加而降低，降幅分别为13.68%～2543%、350%～9.79%;能够显著增加土壤孔隙度，较CK增加4.08%～11.47%;不同程度增加了2.000 mm以上、>1.000～2.000 mm、>0.500～1.000 mm粒级团聚体比例，显著增加了0.250 mm以上的湿筛团聚体比例，增幅为19.49%～56.27%;显著增加了土壤有机碳、速效磷、速效钾的含量，增幅分别为18.87%～32.06%、3.45%～2056%、5.53%～14.85%;但对土壤碱解氮含量影响不大，与CK差异不显著。最终T1、T2、T3、T4处理均能够显著增加玉米的产量，分别较CK增加8.85%、14.53%、22.23%、30.13%，是处理之间差异显著。
　　关键词：生物炭;生物有机肥;夏玉米;土壤理化性质;产量
　　中图分类号：S513.06 文献标志码： A
　　文章编号：1002-1302（2022）15-0074-05
　　收稿日期：2021-09-04
　　基金项目：河南省现代农业产业技术体系建设专项（编号：Z2019-02-02）。
　　作者简介：郭书亚（1986―），男，河南宁陵人，硕士，助理研究员，主要从事玉米育种工作。E-mail：shuyaguo@163.com。
　　通信作者：卢广远，研究员，主要从事玉米育种工作。E-mail：lugy378@163.com。
　　生物炭作为土壤改良剂，在农业生产上已广泛应用，具有含碳量高、孔隙度高、吸附力强、营养丰富等特点[1-5]。土壤施入生物炭，能够显著降低土壤容重、改善土壤通气和水分条件、提高土壤供水保水能力;由于生物炭具有巨大的比表面积能够强烈吸附并固定氮（N）、磷（P）等营养元素，减少养分的流失，保肥效果好，但是施用的产量结果不一致[6-7]。土壤施入生物炭后，对土壤是一个长期的影响，并随着时间的推移而变化，有学者指出，生物炭施入后短期内对土壤影响明显，长时间影响有限[8]。前人研究也指出，开展生物炭对土壤的长期影响研究具有重要的意义[9]。前人研究生物炭对土壤容重、团聚体组成及稳定性的影响仍存在争议，并且对生物炭的研究多集中在干旱与半干旱地区以及酸性土壤地区，在以河南省商丘市为代表的豫东平原地区的研究鲜有报道。因此本研究设置一次性添加生物炭5年后，研究其对夏玉米田土壤理化性质和玉米产量的影响，以期为豫东地区玉米田生物炭施用提供科学依据。
　　1 材料与方法
　　1.1 试验设计
　　试验共设5个处理：CK（不施生物炭也不施生物有机肥），T1（施生物炭10 t/hm2），T2（施生物炭 15 t/hm2），T3（施生物炭20 t/hm2），T4（施生物炭25 t/hm2）。以上全部处理均常规施肥，其中复合肥（N、P2O5、K2O含量均为17%）用量为600 kg/hm2，尿素用量为300 kg/hm2。随机区组排列，重复3次。试验所用生物炭购自河南众信蓝天环保装备有限公司，采用玉米秸秆在厌氧环境中烧制，温度为450～500 ℃，烧制时间为2 h左右，其碳含量为 437.82 g/kg，pH值为9.0，全氮含量为16.31 g/kg，全磷含量为8.19 g/kg，全钾含量为27.56 g/kg。试验于2016年在商丘市农林科学院薛庄试验基地（34°31′ N，115°42′ E）进行，每个小区的生物炭添加在小麦季一次性完成，生物炭与 0～20 cm土层土壤机械翻耕混合均匀，每年小麦季施用史丹利第四元素复合肥（N、P2O5、K2O含量分别为26%、12%、9%）525 kg/hm2，栽培管理同当地大田措施。供试玉米品种为成玉788，种植密度为75 000株/hm2。于2020 年玉米收获后，每个小区采用“S” 形取样法取 0～20 cm 土层土壤样品，测定土壤理化性质。
　　1.2 测定项目和方法
　　土壤紧实度：采用杭州绿博仪器有限公司生产的土壤紧实度测量仪（LJSD-3）测定。
　　土壤容重和孔隙度：采用环刀法测定，土壤孔隙度=（1-容重/比重）×100%。
　　土壤团聚体比例：采用干筛法和湿筛法测定。干筛法参照江春玉等的方法[10]，湿筛法参照Elliott的方法[11]。
　　土壤有机碳、碱解氮、速效磷含量的测定参照鲍士旦的方法[12]进行;速效钾含量测定参照陈红霞等的方法[13]进行。
　　玉米产量及其构成因素：收获期，每个小区收获中间2行进行测产。
　　1.3 数据处理
　　采用Excel对数据进行处理，用SPSS 24.0对数据进行方差分析。
　　2 结果与分析
　　2.1 对土壤物理性质的影响
　　2.1.1 不同处理对土壤容重、土壤孔隙度、土壤紧实度的影响
　　从表1可以看出，和CK相比，施用生物炭5年后，土壤紧实度和土壤容重显著降低，并随着施用量的增加而降低，降幅分别为13.68%～2543%、3.50%～9.79%;不同理显著提高了土壤孔隙度，T1、T2、T3、T4处理的土壤孔隙度分别较CK高408%、5.73%、7.36%、11.47%。
　　2.1.2 对土壤团聚体分布特征的影响
　　从表2可以看出，和CK相比，不同处理均显著增加了 2.000 mm 以上粒级团聚体的比例，增幅达到4733%～10630%;不同处理间不同程度增加，>1.000～2.000、>0.500～1.000 mm 粒级团聚体比例，增幅分别为17.61%～48.65%、6.99%～3941%;T3、T4处理能够增加>0.250～0.500 mm 粒级团聚体比例，而T1、T2处理则降低了>0250～0.500 mm粒级团聚体比例，与CK相比差异不显著。不同处理均能显著降低>0.053～0.250、0.053 mm及以下粒级团聚体比例，降幅分别为13.38%～3755%、21.89%～63.88%。

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