劉敏　紀(jì)立東　王銳　司海麗　柳驍桐

摘要：為探討秸稈生物質(zhì)炭的氮肥替代效果，在等量生物質(zhì)炭投入條件下，研究不施肥、常規(guī)施肥（不減氮）、減氮15%、減氮30%、減氮45%、減氮100%等6種施肥模式對玉米生長、產(chǎn)量及土壤質(zhì)量的影響。結(jié)果表明，與常規(guī)施肥相比，等量生物質(zhì)炭投入條件下，隨著減氮比例的增加，玉米根系構(gòu)型、葉綠素含量（SPAD值）和凈光合速率呈顯著降低趨勢，減氮15%對玉米根系及植株生長發(fā)育、葉片光合作用具有顯著促進作用，較常規(guī)施肥玉米的總根長、總根表面積、總根體積分別增加了13.5%、17.6%、22.9%;隨著減氮比例的增加，玉米產(chǎn)量顯著降低，與常規(guī)施肥相比，減氮15%通過提高玉米穗粒質(zhì)量和百粒質(zhì)量顯著提高玉米產(chǎn)量。與常規(guī)施肥相比，等量生物質(zhì)炭投入條件下，減氮15%、30%、45%分別顯著提高土壤水穩(wěn)性大團聚體含量166.87%、143.70%、82.31%;減氮15%處理能顯著提高土壤有機質(zhì)、有效磷、速效鉀、堿解氮含量，土壤養(yǎng)分保蓄能力最佳;適宜的碳氮含量比有利于提高土壤微生物和酶活性，減氮15%時與常規(guī)施肥相比，磷酸酶和脲酶含量分別顯著增加35.9%和6.3%，放線菌數(shù)量增加7.3倍，而氮素減量過量，導(dǎo)致碳氮比失衡，土壤微生物數(shù)量顯著下降;減氮15%處理下氮肥利用效率和氮肥農(nóng)學(xué)效率分別顯著提高2057%和7.93 kg/kg。綜合分析，同比常規(guī)施肥，在生物質(zhì)炭投入4.5 t/hm2條件下，減氮15%視為最佳的碳基無機配施方案。

關(guān)鍵詞：玉米;氮肥減施;生物質(zhì)炭;產(chǎn)量;根系構(gòu)型;光合特性;農(nóng)藝性狀;土壤質(zhì)量

中圖分類號：S143.1;S513.06 文獻標(biāo)志碼： A文章編號：1002-1302（2021）19-0216-07

我國作為生物密集型農(nóng)業(yè)國家，有著對化肥依賴程度高，化肥需求量大的特點[1];但肥料利用率較低，尤其是氮肥通過揮發(fā)、淋溶、徑流大量損失[2]，造成了土壤質(zhì)量下降，農(nóng)作物經(jīng)濟效益降低及環(huán)境污染等一系列嚴(yán)重的環(huán)境問題。另一方面，我國作為農(nóng)業(yè)大國，也是世界上農(nóng)業(yè)廢棄物產(chǎn)出最高的國家，但秸稈等農(nóng)業(yè)廢棄物的有效資源化利用率不高[3]，不但浪費資源而且污染環(huán)境。如何提高化肥的利用率，充分發(fā)揮農(nóng)業(yè)廢棄物的價值，對我國農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要。

生物炭（biochar）具有理化性質(zhì)穩(wěn)定、抗分解能力較強，吸附性能高等特點[4]，被越來越多地用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實踐。王琪等研究發(fā)現(xiàn)，施用生物炭之后黑麥草根際土壤的陽離子交換量、全氮含量、過氧化氫酶活性分別提高了12.40%、7.35%、1621%[5]。呂貝貝等研究表明，生物炭與化肥配施改善了土壤理化性質(zhì)，顯著提高了土壤有機碳、全氮、堿解氮含量，促進了玉米對氮素、磷素的吸收[6]。李偉等研究表明，生物炭配施氮肥顯著提高了土壤水穩(wěn)性大團聚體含量和團聚體穩(wěn)定性，且小麥-玉米兩季作物總產(chǎn)量有所提高[7]。廖芬等研究發(fā)現(xiàn)，生物炭處理可以明顯增加甘蔗分蘗期土壤氮（N）含量，與對照相比土壤氮含量增加 4.17%～33.33%，同時N損失量從48.85%降至31.26%[8]。綜上所述，生物炭在充分發(fā)揮農(nóng)業(yè)廢棄物價值的同時，能夠明顯改良土壤結(jié)構(gòu)、提高化肥利用率。然而，目前關(guān)于生物質(zhì)炭的研究主要集中于相同施肥量條件下增施生物質(zhì)炭后的作用效果，針對生物質(zhì)炭替代化學(xué)氮肥的研究相對較少，對于施用生物質(zhì)炭后能否減施氮肥、減氮比例有多少等問題的研究也缺乏足夠的實踐驗證。

本試驗通過田間試驗，探究定量生物質(zhì)炭施用條件下，不同減氮處理對玉米生長、產(chǎn)量及土壤物理化學(xué)性質(zhì)的影響，優(yōu)化生物炭應(yīng)用于作物穩(wěn)投增效及土壤改良培育等施肥措施，旨在為生物炭在農(nóng)業(yè)方面的推廣應(yīng)用提供理論與技術(shù)支持。

1材料與方法

1.1試驗地概況

試驗于2019年4—10月，在寧夏回族自治區(qū)吳忠市同心縣李家崗子村試驗地進行。該區(qū)域為緩坡丘陵區(qū)，海拔1 000～2 000 m，屬于典型的溫帶大陸季風(fēng)性氣候;常年干旱少雨，年均降水量210 mm左右，年均蒸發(fā)量2 300 mm，年均氣溫8.8 ℃，日溫差 13.8 ℃，全年積溫可達3 200 ℃，適合玉米的生長，有利于玉米養(yǎng)分的積累。

1.2試驗材料

試驗選用寧夏榮華生物質(zhì)新材料科技有限公司生產(chǎn)的秸稈生物質(zhì)炭（pH值9.38，有機質(zhì)含量800 g/kg，全氮含量6 g/kg）;氮肥為顆粒尿素[CO（NH₂）₂]，N含量≥46%;磷肥為磷酸氫二銨[（NH₄）₂HPO₄]，P₂O₅含量≥46%，N含量≥18%;鉀肥為氯化鉀（KCl），K₂O含量≥45%。供試玉米品種為利禾1號，作物為一年一熟（4月中旬至9月中旬）。供試土壤為灰鈣土，質(zhì)地為壤土，0～20 cm土層土樣基本化學(xué)性質(zhì)如下：pH值、有機質(zhì)含量、堿解氮含量、有效磷含量、速效鉀含量分別為8.27、10.32 g/kg、63 mg/kg、16.1 mg/kg、239.83 mg/kg。

1.3試驗設(shè)計

以玉米為研究對象，采用單因素隨機區(qū)組設(shè)計，以等量生物質(zhì)炭投入條件下不同氮肥減施比例為影響因素，設(shè)計如下6個處理：（1）CK，不施肥;（2）T1，常規(guī)施肥，當(dāng)?shù)剞r(nóng)技推廣部門推薦測土配方施肥方案（N ∶P₂O₅∶K₂O含量質(zhì)量比=27 ∶12 ∶6）;（3）T2，減氮15%（N ∶P₂O₅∶K2O含量質(zhì)量比=22.95 ∶12 ∶6），磷鉀保持一致，施用生物炭4.5 t/hm2;（4）T3，減氮30%（N ∶P2O5 ∶K2O含量質(zhì)量比=18.9 ∶12 ∶6），磷鉀保持一致，施用生物炭4.5 t/hm2;（5）T4，減氮45%（N ∶P₂O₅∶K₂O含量質(zhì)量比=14.85 ∶12 ∶6），磷鉀保持一致，施用生物炭4.5 t/hm²;（6）T5，減氮100%（N ∶P₂O₅∶K2O含量質(zhì)量比=0 ∶12 ∶6），磷鉀保持一致，施用生物炭含量 4.5 t/hm²。每個處理重復(fù)3次，共18個小區(qū)，小區(qū)面積8.0 m×10.0 m=80.0 m²，寬窄行 0.5 m×0.6 m，株距0.15 m。

磷肥鉀肥及生物質(zhì)炭全部基施，氮肥基施70%，剩下30%在玉米拔節(jié)期、大喇叭口期分2次追施。所有處理灌溉及病蟲害防治等栽培管理措施一致。

1.4測定項目及方法

1.4.1土壤理化性質(zhì)測定玉米收獲后，在各處理小區(qū)分別以S型多點混合法分別采集土壤深度為 0～20 cm的土樣，取樣并作標(biāo)記，在實驗室自然風(fēng)干、研磨、過0.15 mm和1.00 mm篩、裝袋并標(biāo)記備用。pH值用（水土質(zhì)量比5 mL ∶1 g）PHS-25型精密酸度計測定;全鹽含量采用電導(dǎo)率儀測定;有機質(zhì)含量采用重鉻酸鉀-硫酸亞鐵滴定法測定;堿解氮含量用堿解擴散法測定;有效磷含量用鉬銻抗比色法測定;速效鉀含量用火焰光度法測定;土壤水穩(wěn)性團聚體含量采用濕篩法測定[9]。

1.4.2作物相關(guān)指標(biāo)測定（1）根系特性：玉米收獲期，各處理選取長勢一致、有代表性的植株3株，采用完全采樣法采集完整根系樣本，沖洗干凈后，用WinRHIZO型根系圖像分析系統(tǒng)計算根系長度、直徑、面積、體積、根尖記數(shù)等指標(biāo)。隨后，在105 ℃殺青30 min，于70 ℃烘干至恒質(zhì)量，分析天平稱量，測得根干質(zhì)量。

（2）生理指標(biāo)：在玉米關(guān)鍵生育期，對不同處理玉米固定位置葉片，采用SPAD-502葉綠素儀器測定葉片葉綠素相對含量（SPAD值）;采用LI-6400型便攜式光合作用測量系統(tǒng)測定光合特征指標(biāo)。

（3）產(chǎn)量：于玉米成熟期，對作物產(chǎn)量構(gòu)成指標(biāo)進行采樣檢測。

實際產(chǎn)量（kg/hm2）=鮮果穗質(zhì)量×出籽率×（1-含水率）÷（1-14%）÷面積×10 000 m2 。

1.4.3土壤微生物區(qū)系特征及土壤酶活性測定玉米收獲后，在各處理小區(qū)分別以S形多點混合法采集土壤 0～20 cm層土樣。

（1）土壤三大類群微生物數(shù)量。細(xì)菌、放線菌、真菌三大類群均采用稀釋平板法分離計數(shù)，結(jié)果以每克干土所含菌落數(shù)（CFU/g）表示，細(xì)菌含量測定采用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基;放線菌含量測定采用高氏1號培養(yǎng)基，臨用前每300 mL培養(yǎng)基加入滅菌的3%重鉻酸鉀溶液 1 mL，真菌含量測定采用馬丁氏孟加拉紅培養(yǎng)基，接種后細(xì)菌于37 ℃培養(yǎng) 3～5 d，放線菌于28 ℃培養(yǎng) 5～7 d，真菌于28 ℃培養(yǎng)3～5 d，計數(shù)后計算每克干土中的微生物數(shù)量。

（2）土壤酶活性。土壤酶活性的測定根據(jù)關(guān)松蔭的方法，土壤蔗糖酶活性、脲酶活性、堿性磷酸酶活性、過氧化氫酶活性分別采用3，5-二硝基水楊酸比色法、靛酚藍(lán)比色法、磷酸苯二鈉比色法、高錳酸鉀滴定法測定[10]。

1.5計算公式

氮肥利用率=（施氮區(qū)吸氮量-不施氮區(qū)吸氮量）/施氮量 ×100%;

氮肥農(nóng)學(xué)效率=（施氮區(qū)作物產(chǎn)量-不施氮區(qū)作物產(chǎn)量）/施氮量×100%;

肥料偏生產(chǎn)力（kg/kg）=施肥區(qū)產(chǎn)量/施氮量。

1.6數(shù)據(jù)分析

試驗數(shù)據(jù)以 Excel 2010軟件整理，采用SPSS 21.0軟件進行統(tǒng)計分析，用最小顯著性差異法（LSD）進行顯著性檢驗（α=0.05，n=5）。

2結(jié)果與分析

2.1不同氮肥減施比例對玉米根系構(gòu)型的影響

如表1所示，減氮處理在等量生物炭投入條件下玉米根系的各項指標(biāo)均隨著減氮比例的增加呈現(xiàn)出逐漸降低的趨勢（CK、T1除外）。根鮮質(zhì)量在減氮15%處理（T2）下比常規(guī)施肥處理（T1）顯著增加22.8%;減氮30%處理（T3）與常規(guī)施肥無顯著性差異，T4、T5處理均顯著低于常規(guī)施肥處理。根尖數(shù)在減氮15%、減氮30%時與常規(guī)施肥沒有顯著差異。分枝數(shù)在減氮15%時比常規(guī)施肥顯著增加了12.0%，減氮30%處理與常規(guī)施肥沒有顯著差異。玉米的總根長、根表面積、總根體積在減氮15%時較常規(guī)施肥處理均顯著增加，分別增加了13.5%、17.6%和22.9%;而減氮量為30%時與常規(guī)施肥均無顯著性差異。各減氮處理玉米平均根系直徑均與常規(guī)施肥無顯著性差異。綜上所述，與常規(guī)施肥相比，等量生物質(zhì)炭投入條件下，減氮15%對玉米根系生長發(fā)育具有一定的促進作用;隨著減氮比例的增加，玉米根系各項指標(biāo)表現(xiàn)出明顯降低的趨勢，說明氮素供應(yīng)對于玉米根系生長發(fā)育具有決定性作用。

2.2不同氮肥減施比例對玉米光合特性的影響

如表2所示，減氮處理在等量生物炭投入條件下，拔節(jié)期玉米的凈光合速率和葉綠素SPAD值隨著減氮比例的增加而減小，各處理間蒸騰速率均無顯著差異。減氮15%時，凈光合速率和SPAD值較常規(guī)施肥分別增加4.0%和4.4%，減氮30%處理與常規(guī)施肥的SPAD值無顯著差異;各減氮處理水分利用效率均低于常規(guī)施肥。玉米灌漿期減氮處理葉片凈光合速率和SPAD值隨著減氮比例的增加而減小，蒸騰速率各處理間無顯著差異;減氮15%時，凈光合速率和SPAD值較常規(guī)施肥分別增加了83%和8.8%;而減氮30%處理與常規(guī)施肥相比凈光合速率和SPAD值無顯著性差異;T2、T3處理水分利用效率與常規(guī)施肥無顯著性差異。說明在等量生物質(zhì)炭投入條件下，與常規(guī)施肥相比，減施15%的氮肥能促進玉米的光合作用，進而提高玉米光合產(chǎn)物累積，而氮素供應(yīng)水平對于玉米葉片光合作用具有決定性作用。

2.3不同氮肥減施比例對玉米農(nóng)藝性狀的影響

如表3所示，在等量生物質(zhì)炭投入條件下，玉米的穗質(zhì)量、穗長、穗粗、穗粒質(zhì)量均隨著減氮比例的升高而降低，禿尖長度隨著減氮比例的升高呈波動增加趨勢。與常規(guī)施肥相比，減氮15%時穗質(zhì)量、穗長和穗粒質(zhì)量分別顯著增加了12.8%、10.6%和13.7%，穗粗未達到顯著差異;當(dāng)減氮量達到30%時，與常規(guī)施肥相比，穗質(zhì)量和穗粒質(zhì)量分別顯著下降了5.4%和5.6%，穗粗和穗長無顯著性差異。T4、T5處理各項指標(biāo)（除禿尖長度）均顯著低于常規(guī)施肥和T2、T3處理。

由表4可知，減氮處理的玉米產(chǎn)量隨著減氮比例的增加而減小。與常規(guī)施肥相比，減氮15%時玉米產(chǎn)量升高13.7%，T3、T4、T5處理產(chǎn)量均低于常

規(guī)施肥。外源生物質(zhì)炭投入條件下，農(nóng)業(yè)成本投入加大，減氮處理的成本均高于常規(guī)施肥水平;隨著減氮比例增加，產(chǎn)值逐漸降低，其中T2減氮15%處理產(chǎn)值高于常規(guī)施肥，增加了137%;減氮處理的經(jīng)濟效益與產(chǎn)投比隨減氮比例的增加逐漸降低，均低于常規(guī)施肥。

2.4不同氮肥減施比例對土壤質(zhì)量的影響

2.4.1不同氮肥減施比例對土壤水穩(wěn)性團聚體的影響如表5所示，0～20 cm土層，在等量生物質(zhì)炭投入條件下，土壤水穩(wěn)性大團聚體（>0.250 mm）的數(shù)量隨著減氮比例的增加而減小且均高于常規(guī)施肥，T2、T3、T4處理較常規(guī)施肥分別顯著增大166.87%、143.70%、82.31%。各處理間微團聚體（0.250 mm～0.053 mm）含量差異均不顯著，土壤黏粒（<0.053 mm）含量隨著減氮比例的增加而增大且均低于常規(guī)施肥，與常規(guī)施肥相比T2、T3、T4、T5處理分別顯著降低52.30%、49.79%、31.16%和21.97%。

2.4.2不同氮肥減施比例對土壤化學(xué)性質(zhì)的影響由表6可知，0～20 cm土層不同處理土壤pH值和全鹽含量（除T5）無顯著差異。各減氮處理的有機質(zhì)、有效磷、速效鉀含量均顯著高于常規(guī)施肥，但處理間無顯著差異。各減氮處理的堿解氮含量隨著減氮比例的升高而降低，T2處理的堿解氮含量與常規(guī)施肥相比顯著升高13.88%，T3、T4、T5處理堿解氮含量均低于常規(guī)施肥處理;說明在等量生物質(zhì)炭投入條件下，減氮15%能夠提高土壤有機質(zhì)、有效磷、速效鉀以及堿解氮的含量，土壤養(yǎng)分保蓄能力最佳。

2.4.3不同氮肥減施比例對土壤微生物區(qū)系特征的影響如表7所示，在等量生物質(zhì)炭投入條件下，同比常規(guī)施肥，減氮處理土壤耕作層微生物總數(shù)和細(xì)菌數(shù)隨減氮比例的增加逐漸降低。不同處理以減氮15%處理微生物總數(shù)和細(xì)菌數(shù)量最多;土壤真菌數(shù)量隨減氮量的增加先減小后增大。減氮15%相比其他處理顯著增加了土壤放線菌數(shù)量，表明適宜的碳氮比投入條件下，有利于土壤微生物的生長，而過量的氮素減量，不但導(dǎo)致碳氮比失衡而且無法提供充足的氮源，土壤微生物數(shù)量顯著下降。

2.4.4不同氮肥減施比例對土壤酶活性的影響如表8所示，在等量生物質(zhì)炭投入條件下，0～20 cm土層中土壤磷酸酶和脲酶含量隨著氮肥減施比例的增加而整體降低，減氮量為15%時與常規(guī)施肥相比，磷酸酶和脲酶含量分別顯著增加了35.9%和6.3%;不同減氮處理間的過氧化氫酶含量差異不顯著，但均顯著高于常規(guī)施肥;蔗糖酶含量隨著減氮比例的增加而呈顯著先增加后降低的趨勢，當(dāng)減氮比例達到45%時蔗糖酶出現(xiàn)峰值， 同比常規(guī)施肥增

加了23.8%。表明適宜的碳氮比投入條件下，可以增加土壤酶活性，而過量的氮素減量，影響了土壤微生物的活性，導(dǎo)致土壤酶活性降低。

2.4.5不同氮肥減施比例對氮肥利用率及農(nóng)學(xué)效率的影響如表9所示，與常規(guī)施肥相比，T2和T3處理的氮肥利用效率顯著增加了63.95%和3740%，T4處理與常規(guī)施肥相比差異不顯著，T2、T3和T4處理間差異顯著;T2、T3、T4的氮肥農(nóng)學(xué)效率與常規(guī)施肥相比分別顯著增加了7.93、3.63、

1.39 kg/kg，且T2、T3、T4處理間差異顯著;T2、T3、T4的氮肥偏生產(chǎn)力與常規(guī)施肥相比，分別顯著增加了11.19、11.55、16.51 kg/kg，但T2和T3間差異不顯著。綜上所述，不同施肥方式對氮肥利用效率均有提升，其中減氮15%對氮肥利用效率提升最大。

3討論

在土壤質(zhì)量方面，生物炭作為一種良好的土壤調(diào)理劑，可以改善土壤的理化性質(zhì)，提高土壤肥力，提升作物產(chǎn)量[11-13]。本試驗發(fā)現(xiàn)，施用適量的生物炭且當(dāng)減氮比例為15%時可以實現(xiàn)玉米的減氮增產(chǎn)。已有研究表明，生物炭可以提高植物根系和土壤微生物活性，而根系和土壤微生物活性增強與大團聚體的形成有密切的關(guān)系，施用生物炭可以增加土壤的水穩(wěn)性大團聚體，改善土壤的水穩(wěn)性結(jié)構(gòu)[14]。本試驗中在施用等量生物炭的情況下，不同減氮比例對土壤水穩(wěn)性團聚體的影響也不同，減氮15%可以為植物的根系提供充足的養(yǎng)分，促進植物根系生長，土壤大團聚體顯著增加，對土壤水穩(wěn)性結(jié)構(gòu)的改善最為明顯。前人研究表明，土壤的微生物與土壤的酶活性存在顯著相關(guān)關(guān)系[15]，同時也反映了土壤的肥力水平[16]，在本試驗中減氮15%處理的磷酸酶和脲酶活性顯著高于其他處理，這與土壤的養(yǎng)分含量以及土壤的微生物活性具有相同的變化規(guī)律，也與前人的研究結(jié)果一致。Chintala等發(fā)現(xiàn)在堿性土壤中生物炭對土壤的pH值無顯著影響[17]。Chen等通過沙培試驗證實了生物炭對 NH3/NH+4有較強的吸附作用，可以減小土壤氣態(tài)氨氮損失[18]。Gaskin等研究表明施加生物炭能夠提高土壤中有效磷的含量[19]。本試驗中在減氮15%施用生物炭的情況下，土壤0～20、20～40 cm 土層的pH值、全鹽含量與常規(guī)施肥無顯著性差異，而有機質(zhì)、堿解氮、速效鉀、速效磷含量均顯著高于常規(guī)施肥，這與前人的研究結(jié)果[17-19]一致。當(dāng)減氮比例升高時，土壤中雖然有機質(zhì)、速效鉀、速效磷含量不會發(fā)生顯著變化，但堿解氮含量隨著減氮比例增加而減小?？赡苁怯捎诘仞B(yǎng)分過少破壞了土壤C/N的平衡，C/N的增高致使土壤中銨態(tài)氮或硝態(tài)氮被轉(zhuǎn)化成微生物量氮等形式固定下來[20]，導(dǎo)致植株的氮素利用率下降[21]。

在作物生長方面，改善土壤質(zhì)量，增加土壤肥力是促進作物生長，提高作物產(chǎn)量的關(guān)鍵因素。已有研究表明，施用適量的生物炭對農(nóng)作物的生長有一定的促進作用[22-24]，在氮、磷含量各減量20%的基礎(chǔ)上同時增施腐殖酸（900 kg/hm2）、生物炭（2 250 kg/hm2）能顯著提高雙季稻的株高、實粒數(shù)、結(jié)實率、產(chǎn)量[25]。本試驗結(jié)果表明，施用生物炭的情況下化肥減氮15%與常規(guī)施肥相比，可以促進玉米和玉米根系的生長發(fā)育，增加玉米的葉綠素含量，提高玉米的光合速率以及增加玉米的產(chǎn)量，當(dāng)減氮比例達到15%時，拔節(jié)期玉米凈光合速率和葉綠素SPAD值分別增加了4.0%和4.4%，成熟期玉米凈光合速率和葉綠素SPAD值分別增加了8.3%和8.8%;根鮮質(zhì)量在減氮15%時，較常規(guī)施肥顯著增加了22.8%，玉米的總根長、總根表面積及根體積在減氮15%時較常規(guī)施肥均顯著增加，分別增加了13.5%、17.6%和22.9%，這與前人研究結(jié)果[22-25]一致。當(dāng)減氮比例增加時，雖然生物炭可以減小土壤的氮損失，但由于氮總量的減少，影響了玉米的生長和產(chǎn)量。且由于生物炭本身加工成本過高，增加了種植玉米的成本，導(dǎo)致施用生物炭的處理在經(jīng)濟效益方面均低于常規(guī)施肥。本次試驗只分析了1年采用炭基減氮施肥模式的效果，而對于這種施肥模式對土壤和作物的長期影響有待進一步研究，以秸稈作為原料的生物炭不僅可以實現(xiàn)作物的增產(chǎn)，而且生物炭可以減少氮的流失，更有利于解決由于過量施肥而引發(fā)的一系列環(huán)境問題。

4結(jié)論

同比常規(guī)施肥，等量生物質(zhì)炭投入條件下，隨著減氮比例的增加，玉米根系構(gòu)型、葉綠素SPAD值和凈光合速率表現(xiàn)出顯著降低的趨勢，減氮15%對玉米根系及植株生長發(fā)育、葉片光合作用具有顯著的促進作用，較常規(guī)施肥玉米的總根長、總根表面積和總根體積分別增加了13.5%、17.6%、229%;隨著減氮比例的增加，玉米產(chǎn)量顯著降低;同比常規(guī)施肥，減氮15%通過提高玉米穗粒質(zhì)量和百粒質(zhì)量實現(xiàn)顯著提高玉米產(chǎn)量15%，各減氮處理經(jīng)濟效益均低于常規(guī)施肥。

同比常規(guī)施肥，在等量生物質(zhì)炭投入條件下，減氮15%、30%、45%都具有顯著提高0～20 cm土層土壤水穩(wěn)性大團聚體的作用，增幅分別為16687%、14370%、82.31%;隨著減氮比例的增加，土壤水穩(wěn)性大團聚體和土壤黏粒表現(xiàn)出逐漸降低的趨勢，但處理間差異不顯著;不同減氮比例能夠提高土壤有機質(zhì)、有效磷、速效鉀以及堿解氮含量，其中減氮15%處理土壤養(yǎng)分保蓄能力最佳，堿解氮含量提高13.88%;適宜的碳氮比投入有利于提高土壤微生物數(shù)量和酶活性，減氮15%時同比常規(guī)施肥磷酸酶和脲酶含量分別顯著增加了35.9%和6.3%，放線菌數(shù)增加了7.3倍，而過量的氮素減量，導(dǎo)致碳氮比失衡，土壤微生物數(shù)量顯著下降;減氮15%顯著提高了氮肥利用效率63.95%，氮肥農(nóng)學(xué)效率顯著提高7.93 kg/kg。

綜合分析，同比常規(guī)施肥，在生物質(zhì)炭投入 4.5 t/hm2 條件下，減氮15%視為最佳的炭基無機配施方案。

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基金項目：寧夏自治區(qū)農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展和生態(tài)保護科技創(chuàng)新示范項目（編號：NGSB-2021-11-07）;寧夏自治區(qū)重點研發(fā)計劃（編號：2019BCF01001）;寧夏農(nóng)林科學(xué)院全產(chǎn)業(yè)鏈創(chuàng)新示范項目（編號：YES-16-0908）。

作者簡介：劉敏（1998—），女，寧夏西吉人，碩士研究生，主要從事植物營養(yǎng)與農(nóng)業(yè)資源利用相關(guān)研究。E-mail：1152038835@qq.com。

通信作者：王銳，博士，教授，主要從事釀酒葡萄土肥水管理研究。E-mail：amwangrui@126.com。