段紅霞 夏桂龍 歐陽(yáng)建平 趙仲仁 楊雨春 周曉豐

摘要?[目的]實(shí)現(xiàn)化肥減施增效、提高紅壤旱地的肥力水平和作物產(chǎn)量。[方法]在化肥減施條件下結(jié)合低用量的生物黑炭（750 kg/hm2），分析玉米產(chǎn)量和土壤肥力變化。[結(jié)果]與化肥處理相比，生物黑炭配施處理的產(chǎn)量較高，早玉米和晚玉米分別比化肥處理增加了28.67%～44.69%和23.26%～45.19%。同時(shí)，生物黑炭配施石灰或過(guò)氧化鈣顯著阻控土壤酸化，土壤pH提高了0.26～0.47;土壤有機(jī)質(zhì)和速效氮磷鉀養(yǎng)分也顯著提升，進(jìn)而顯著提高了土壤肥力質(zhì)量指數(shù)。[結(jié)論]較低用量的生物黑炭配施石灰或過(guò)氧化鈣是紅壤旱地值得推廣的土壤培肥技術(shù)。

關(guān)鍵詞?化肥減施;低用量生物黑炭;玉米產(chǎn)量;土壤肥力質(zhì)量指數(shù)

中圖分類(lèi)號(hào)?S158.5文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào)?0517-6611（2018）33-0121-02

在我國(guó)南方紅壤旱地，鮮食玉米作為主要的旱作物一直是當(dāng)?shù)剞r(nóng)民增收的主要途徑[1-2]。但由于過(guò)度強(qiáng)調(diào)化肥施用，導(dǎo)致該地區(qū)的鮮食玉米普遍存在產(chǎn)量不高的現(xiàn)象[3]。大量肥料定位試驗(yàn)表明，長(zhǎng)期化肥施用不利于作物高產(chǎn)和土壤肥力的可持續(xù)[4-5]，而且還會(huì)導(dǎo)致紅壤旱地酸化加劇。而配施有機(jī)肥則可以顯著提高作物產(chǎn)量和土壤肥力，同時(shí)有效緩解土壤酸化趨勢(shì)[5]。然而，傳統(tǒng)的畜禽糞便有機(jī)肥由于運(yùn)輸繁瑣、施用麻煩等而無(wú)法普遍推廣。近年來(lái)，生物黑炭作為一種新型的有機(jī)肥越來(lái)越受到研究者和農(nóng)技工作者的重視，且研究表明生物黑炭可以顯著提高土壤肥力和作物產(chǎn)量[6-7]。

然而，在田間應(yīng)用中，為了實(shí)現(xiàn)土壤肥力的提升，生物黑炭的用量較高（一般為2.5～30 t/hm2）[8-9]，再加上較大的體積和高昂運(yùn)輸成本，嚴(yán)重制約了生物黑炭的推廣應(yīng)用。因此，筆者在化肥減施條件下，通過(guò)配施低用量的生物黑炭，在較低生物黑炭用量的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)化肥減施增效和土壤培肥的效果，以期為生物黑炭在紅壤旱地上的推廣應(yīng)用提供理論和技術(shù)支撐。

1?材料與方法

1.1?試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)設(shè)在江西省鷹潭市余江縣鄧埠鎮(zhèn)西坂村（116°17′23″ E、28°35′15″ N），該地區(qū)屬中亞熱帶季風(fēng)氣候，年均降雨量1 537 mm，年蒸發(fā)量1 100 mm，年均氣溫18. 5℃，典型丘崗地形，海拔25～30 m，坡度5°土壤類(lèi)型為第四紀(jì)紅黏土，試驗(yàn)前耕層土壤pH為5.35，有機(jī)質(zhì)為17.03 g/kg，全氮為0.93 g/kg，堿解氮為98.70 mg/kg，速效磷為10.32 mg/kg，速效鉀為155.34 mg/kg。

1.2?試驗(yàn)設(shè)計(jì)?共設(shè)5個(gè)處理：CK（不施肥）;NPK（常規(guī)施肥，氮磷鉀肥N∶P2O5∶K2O為195∶90∶225 kg/hm2）;NPK+BIO（常規(guī)施肥下配施生物黑炭750 kg/hm2）;NPK-15%+BIO（化肥減施15%下配施生物黑炭750 kg/hm2）;NPK-30%+BIO（化肥減施30%下配施生物黑炭750 kg/hm2）。每個(gè)處理3次重復(fù)，小區(qū)面積60 m2（6 m×10 m）。氮肥中基肥和追肥比例為50%，磷肥和生物炭等全部做基肥，鉀肥中基肥和追肥的比例40%和60%。

種植方式為玉米（鮮食）-玉米（鮮食）。早玉米和晚玉米品種均為美糯9號(hào);早玉米和晚玉米的播種時(shí)間為5月2日和8月20日;玉米播種量為30 kg/hm2，株行距為20 cm×40 cm。

1.3?測(cè)定指標(biāo)與方法?①每個(gè)小區(qū)單獨(dú)測(cè)定籽粒產(chǎn)量。②晚玉米收獲后測(cè)定pH、有機(jī)質(zhì)和氮磷鉀養(yǎng)分等含量，并采用Fuzzy方法綜合評(píng)價(jià)耕地質(zhì)量水平。選用包括土壤pH、有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷和速效鉀共5項(xiàng)土壤肥力特性作為此次土壤肥力綜合評(píng)價(jià)的參考指標(biāo)。參考曹志洪等[10]的方法。

1.4?數(shù)據(jù)分析?采用Excel 2003進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，采用SAS 9.1 進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用LSD方法比較不同處理間的顯著性差異（P<0.05），圖件采用Origin 8.1制作。

2?結(jié)果與分析

2.1?化肥減施下生物黑炭對(duì)紅壤旱地玉米產(chǎn)量的影響

由圖1可知，在紅壤旱地上，施用生物黑炭可以顯著提高玉米產(chǎn)量。與常規(guī)施肥（NPK）相比，生物黑炭（BIO）配施可以顯著提高玉米產(chǎn)量，在早玉米季，NPK+BIO、NPK-15%+BIO和NPK-30%+BIO處理分別比NPK處理增加了44.69%、38.00%和28.67%，晚玉米季的增幅分別為45.19%、39.80%和23.26%。其中以NPK+BIO的產(chǎn)量最高。這表明較低用量的生物黑炭配施是提高紅壤旱地玉米產(chǎn)量的有效施肥措施。

2.2?化肥減施下生物黑炭對(duì)紅壤旱地酸化改良的影響

由圖2可知，與CK相比，NPK處理的土壤pH無(wú)顯著變化，但NPK+BIO、NPK-15%+BIO和NPK-30%+BIO處理的土壤pH均顯著高于CK和NPK處理。與NPK處理相比，NPK+BIO、NPK-15%+BIO和NPK-30%+BIO處理的土壤pH分別提高了0.26、0.47和0.28，其中以NPK-15%+BIO處理土壤pH的增幅最高。因此，配施較低用量的生物黑炭可以有效阻控紅壤旱地的酸化。

2.3?化肥減施下生物黑炭對(duì)紅壤旱地有機(jī)質(zhì)和速效養(yǎng)分含量的影響

由表2可知，NPK+BIO、NPK-15%+BIO和NPK-30%+BIO處理的土壤有機(jī)質(zhì)、速效氮磷鉀含量均得到顯著提升，與NPK處理相比，NPK+BIO、NPK-15%+BIO和NPK-30%+BIO處理下土壤有機(jī)質(zhì)含量分別增加30.01%、23.13%和20.19%，土壤堿解氮含量分別增加18.69%%、20.56%和17.45%，土壤速效磷含量分別增加88.68%、98.65%、77.88%，土壤速效鉀含量分別增加107.15%、137.76%和114.29%。這說(shuō)明較低用量的生物黑炭在提高土壤有機(jī)質(zhì)的同時(shí)，進(jìn)一步提升土壤速效養(yǎng)分含量。

2.4?化肥減施下生物黑炭對(duì)土壤肥力質(zhì)量的影響

由圖3可知，供參評(píng)的7個(gè)施肥處理中，生物黑炭配施處理的土壤肥力質(zhì)量均大于0.5，肥力等級(jí)屬于中等以上，其中NPK+BIO處理最高，其次為NPK-15%+BIO和NPK-30%+BIO處理，而NPK和CK則較低。在所有處理中，NPK+BIO、NPK-15%+BIO和NPK-30%+BIO處理的土壤肥力指數(shù)分別比NPK處理增加了36.03%、15.37%和12.37%。因此，在紅壤旱地上，較低用量的生物黑炭是提高土壤肥力質(zhì)量的有效途徑。

3?結(jié)論與討論

生物黑炭作為一種新型的土壤改良劑已得到充分驗(yàn)證[11-12]。研究表明，在紅壤旱地上施用生物黑炭可以顯著提高作物產(chǎn)量和培肥土壤[11-12]。但以往的研究和應(yīng)用中推薦生物黑炭的用量一般較高，為1.5～3.0 t/hm2[8-9]，從而嚴(yán)重制約了生物黑炭的推廣和應(yīng)用。因此，探討較低用量下生物黑炭如何改良和培肥土壤顯得十分迫切和關(guān)鍵。該研究中，

與常規(guī)施肥相比，生物黑炭（750 kg/hm2）配施下鮮食玉米的產(chǎn)量提高了28.67%～44.69%和23.26%～45.19%。這與前人的研究結(jié)果一致[13-14]，而該研究結(jié)果表明，在化肥減施條件下，較低用量的生物黑炭也可以實(shí)現(xiàn)作物增產(chǎn)。

研究表明，較低用量的生物黑炭（750 kg/hm2）可以顯著提升土壤pH，活化土壤氮磷鉀養(yǎng)分。與常規(guī)施肥相比，生物黑炭（750 kg/hm2）配施下土壤pH提高0.26～0.47，堿解氮、速效磷和速效鉀含量均得到顯著提高。這主要與生物黑炭屬于堿性物質(zhì)，且生物黑炭富含有機(jī)質(zhì)、具有較高的比表面積和疏松的結(jié)構(gòu)有關(guān)[15]，研究表明，生物黑炭施用可以顯著提高土壤微生物群落組成和活性[16-18]，從而提高土壤速效養(yǎng)分含量。且較低用量的生物黑炭（750 kg/hm2）處理的土壤肥力質(zhì)量指數(shù)明顯較高，這與單獨(dú)施用較高用量生物黑炭的研究結(jié)果一致[8-9]，且化肥減施15%～30%條件下，土壤肥力質(zhì)量指數(shù)仍較高，因此，在化肥合理減施條件下，較低用量的生物黑炭（750 kg/hm2）是紅壤旱地酸化改良和肥力提升的關(guān)鍵技術(shù)。

4?結(jié)論

在紅壤旱地上，較低用量的生物黑炭（750 kg/hm2）配施可以顯著提升玉米產(chǎn)量，早玉米和晚玉米的增產(chǎn)幅度分別為28.67%～44.69%和23.26%～45.19%。與常規(guī)施肥相比，生物黑炭（750 kg/hm2）配施下土壤pH提高0.26～0.47，其土壤肥力質(zhì)量指數(shù)也得到顯著提升。且化肥減施15%～30%條件，仍可以顯著提高土壤肥力。因此，在紅壤旱地上，低用量的生物黑炭（750 kg/hm2）可以實(shí)現(xiàn)化肥減施增效的目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

[1] 葉川，廖綿清，劉小三，等. 紅壤農(nóng)區(qū)鮮食玉米無(wú)公害高產(chǎn)栽培技術(shù)[J].江西農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2007，19（6）：35-37.

[2] 湯潔，饒?jiān)铝?，戴興臨，等. 江西省糯甜玉米產(chǎn)業(yè)化開(kāi)發(fā)前景[J].玉米科學(xué)，2005，13（1）：123-125.

[3] 肖國(guó)濱，高其璋，李亞貞，等. 季節(jié)性干旱條件下氮肥與密度運(yùn)籌對(duì)鮮食糯玉米產(chǎn)量的影響[J].中國(guó)土壤與肥料，2012（6）：45-48，65.

[4] 柳開(kāi)樓，胡志華，葉會(huì)財(cái)，等. 雙季玉米種植下長(zhǎng)期施肥改變紅壤氮磷活化能力[J].水土保持學(xué)報(bào)，2016，30（2）：187-192.

[5] 蔡澤江，孫楠，王伯仁，等. 長(zhǎng)期施肥對(duì)紅壤 pH、作物產(chǎn)量及氮、磷、鉀養(yǎng)分吸收的影響[J].植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2011，17（1）：71-78.

[6] 趙仲仁，王富珍，歐陽(yáng)建平，等. 生物黑炭還田對(duì)紅壤旱地芝麻產(chǎn)量及土壤養(yǎng)分的影響[J].湖南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2017（6）：25-27，30.

[7] 孫永明，熊文，劉祖香，等. 生物黑炭和氮肥耦合提升紅壤地力的效果[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2016，44（2）：352-355.

[8] 靖彥，陳效民，劉祖香，等. 生物黑炭與無(wú)機(jī)肥料配施對(duì)旱作紅壤有效磷含量的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2013，24（4）：989-994.

[9] LIU Z X，CHEN X M，JING Y，et al. Effects of biochar amendment on rapeseed and sweet potato yields and water stable aggregate in upland red soil[J].Catena，2014，123：45-51.

[10] 曹志洪，周健民.中國(guó)土壤質(zhì)量[M].北京：科學(xué)出版社，2008.

[11] 潘根興，張阿鳳，鄒建文，等. 農(nóng)業(yè)廢棄物生物黑炭轉(zhuǎn)化還田作為低碳農(nóng)業(yè)途徑的探討[J].生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報(bào)，2010，26（4）：394-400.

[12] 張阿鳳，潘根興，李戀卿. 生物黑炭及其增匯減排與改良土壤意義[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2009，28（12）：2459-2463.

[13] 張文鋒，周際海，袁穎紅，等. 低劑量生物質(zhì)炭對(duì)旱地紅壤增肥增產(chǎn)效果[J].生態(tài)學(xué)雜志，2016，35（3）：647-654.

[14] 柳開(kāi)樓，夏桂龍，李亞貞，等. 生物黑炭用量對(duì)贛東北雙季稻生長(zhǎng)和產(chǎn)量的影響[J].中國(guó)稻米，2015，21（4）：91-94.

[15] 周桂玉，竇森，劉世杰. 生物質(zhì)炭結(jié)構(gòu)性質(zhì)及其對(duì)土壤有效養(yǎng)分和腐殖質(zhì)組成的影響[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2011，30（10）：2075-2080.

[16] 劉玉學(xué)，呂豪豪，石巖，等. 生物質(zhì)炭對(duì)土壤養(yǎng)分淋溶的影響及潛在機(jī)理研究進(jìn)展[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2015，26（1）：304-310.

[17] 匡崇婷，江春玉，李忠佩，等. 添加生物質(zhì)炭對(duì)紅壤水稻土有機(jī)碳礦化和微生物生物量的影響[J].土壤，2012，44（4）：570-575.

[18] 陳偉，周波，束懷瑞. 生物炭和有機(jī)肥處理對(duì)平邑甜茶根系和土壤微生物群落功能多樣性的影響[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013，46（18）：3850-3856.