生物炭改良风沙土关键技术研究

（新疆兵团第八师炮台土壤改良试验站，石河子市，832066） 王雅琴 朱拥军

（新疆农科院土壤肥料与农业节水研究所，乌鲁木齐市，830000） 孙宁川 徐万里

1 目的意义

风沙土是我国重要的后备耕地资源之一。新疆风沙土面积达3 719万hm2，占全疆土地面积的22.52%；主要分布在塔克拉玛干沙漠和古尔班通古特沙漠及沿河流绿洲外围。风沙土主要障碍因素是有机质和有效养分含量极低、理化性质差，供给作物养分和保水保肥能力差，改良应用难度大。目前常用改良措施主要是增施有机肥、种植绿肥翻压、秸秆还田等，但存在有机肥矿化速率快，有机质提升困难，秸秆还田不易腐解影响耕作等问题。

生物炭技术即秸秆炭化还田技术的出现，为风沙土改良提供了一条新的思路。生物炭具有有机碳含量高且稳定不易降解，能快速提高土壤有机碳含量，增强土壤保水保肥性等特点，目前是土壤学最新进展之一。生物炭应用于改良风沙土效果如何？对土壤理化性质、有机质结构等影响如何？需要哪些综合配套措施可发挥其最佳改良效果？因此特设此试验，以研究生物炭改良风沙土的机理和效果。

2 材料和方法

2.1 试验地点

新疆石河子垦区兵团第八师121团炮台土壤改良试验站

2.2 试验材料

玉米，品种为郑单958。

试验地基础土样的pH、有机质、速效氮、速效磷、速效钾见表1。

2.3 试验设计

本年度采用覆膜滴灌栽培模式，试验共设11个处理，三次重复，31个小区（第11处理无重复）。每个小区两个膜，每个膜宽2.1m，三个滴灌带，6行玉米。小区面积4.6m*7m=32.2m2。小区间隔1m，试验区四周均有保护行。处理分别为：

（1）CK1：不施肥种植；

（2）NPK：NPK处理，秸秆不还田；

（3）NPKS:氮磷钾处理+秸秆还田500kg/667m2；

（4）NPKC:氮磷钾处理+秸秆炭化每年还田172kg/667m2；

（5）NPKM：氮磷钾处理+有机肥2 100kg/667m2；

表1 试验地基础土样表

（6）NPK+BIO6年：氮磷钾加1 050kg/667m2的秸秆炭

（7）NPK+M+BIO6年：氮磷钾+1 050kg有机肥+1050kg秸秆炭；

（8）NPK+BIO12年：氮磷钾加2 100kg/667m2的秸秆炭

（9）NPK+M+BIO12年：氮磷钾+2 100kg有机肥+2100kg秸秆炭；

（10）NPK+BIO24年：氮磷钾加4 200kg/667m2的秸秆炭；

（11）NPK+BIO48年：氮磷钾加8 400kg/667m2的秸秆炭。

除CK处理外各处理小区所施NPK量均一致，每亩地化肥总量为尿素44kg，三料磷肥15kg，磷酸二氢钾11kg，硫酸钾3kg。基肥每亩尿素10kg，重过磷酸钙15kg，硫酸钾3kg；其余氮肥和磷酸二氢钾随滴灌分次施入。

2.4 试验过程

试验于2013年5月17号播种，全部采用人工铺膜、人工施肥、人工播种，播种后即灌一水。6月7号定苗。具体灌水时间：6月24日二水、7月3日三水、7月10日四水、7月17日五水、7月29日六水，8月4日七水、8月15日八水、8月28日九水。8月15日玉米籽粒已成熟，九水不带肥。

基肥：每亩：尿素10kg，三料磷肥15kg，硫酸钾3kg，追肥：一水：不带肥；二水：尿素4kg+磷酸二氢钾1kg，三水：尿素4kg+磷酸二氢钾2kg；四水：尿素5kg+磷酸二氢钾2kg；五水：尿素8kg+磷酸二氢钾2kg；六水：尿素 5kg+磷酸二氢钾2kg；七水：尿素5kg+磷酸二氢钾1kg；八水：尿素3kg+磷酸二氢钾1kg；九水：不带肥。

3 结果与分析

3.1 不同施肥处理对玉米生长的影响

6月20日分别对不同处理玉米植株生长情况进行调查，调查结果见从表2中可以看出：6月20日在滴二水前各处理株高生长较快的依次为处理11、处理 5、处理 9、处理 7、处理 10，处理 11 为秸杆炭8400kg/667m2，处理5为有机肥2 100kg/667m2，处理9和处理7均为有机肥+秸杆炭处理，处理10为秸杆炭4 200kg/667m2。

7月17日分别对不同处理玉米植株生长情况进行调查，调查结果见表3。从表3可以看出：生长较快的处理依次为：处理11、处理7、处理8、处理5、处理9、处理10，从叶片上看依次为：处理11、处理9、处理5、处理7、处理8，从两次调查结果看：生长最旺盛的为处理11，即高炭处理，有机肥+秸杆炭处理次之，下来是有机肥处理，再下来是秸杆炭次高量处理。

3.2 不同施肥处理对玉米生物产量及经济产量的影响

3.2.1 不同施肥处理玉米籽粒产量比较分析

由表4和图1可以看出：玉米产量由高到低依此为：处理9为468.84kg/667m2、处理5为409.75kg/667m2、处理10为398.51kg/667m2、处 理 8 为367.03kg/667m2、处理7为357.15kg/667m2、处理6为333.71kg/667m2、处理4为2 94.35kg/667m2、

处理3为256.24kg/667m2、处理2为199.92kg/667m2、处理1为67.75kg/667m2。

图1 不同施肥处理玉米产量比较

表2 不同处理玉米苗期调查表（2013年6月20日）

表3 不同处理玉米生长调查表（2013年7月17日）

表4 不同处理玉米籽粒产量（kg/666.67㎡）

表5 1%极显著水平

从表4可看出处理11产量最高531.35kg/667m2但因应处理11没设重复，没有进入数理统计范围，只作参考。

各处理产量间显著性差异分析见表5，各处理产量与不施肥处理均达到1%极显著水平。

3.2.2 不同施肥处理玉米茎秆和叶片以及根系干重比较分析

参看表6及图2可知玉米茎秆和叶片干重由高到低依此为：处理11、处理9，参看表7和图2可知玉米根系干重由高到低依此为：处理11、处理10、处理8、处理5、处理9、处理7、处理6、处理4、处理3、处理2、处理1。

从玉米茎杆和叶片干重上看，仍然是生长最旺盛的为处理11，即高炭处理，有机肥+秸杆炭处理次之，下来是有机肥处理，再下来是秸杆炭次高量处理。

综上所述，在风沙土上第一年种植农作物时，施用有机肥或有机肥加生物炭的玉米植株生长明显快于其它处理，主要是有机肥中微生物的作用。从玉米根系干重上看，处理10、处理8超过处理5、处理9，说明施用生物炭能促进根系的生长发育，主要是施用生物炭提高了风沙土保肥保水性。

表6 不同处理玉米茎秆和叶片干重（kg/666.67㎡）

表7 不同处理玉米根系干重（kg/666.67㎡）

表8 不同处理土壤容重（g/cm3）

图2 不同处理干重比较

3.3 不同处理对风沙土土壤物理性质的影响与分析

3.3.1 不同处理对风沙土土壤容重的影响与分析

土壤容重大小反映土壤结构、透气性、透水性能以及保水能力的高低，一般耕作土土壤的耕作层土壤容重1～1.3（g/cm3）。在收获玉米时对各处理小区土壤容重进行取样测定结果见表8。

从表8和图3可看出新开垦的风沙土土壤容重在2.5（g/cm3）左右，远大于一般耕作土土壤的容重，通过今年第一年的试验，施用一定量的生物炭、有机肥以及生物炭加有机肥都一定程度降低了新开垦的风沙土土壤容重，降低程度与对照相比由大到小依此为：处理11减少0.2 923（g/cm3）、处理9减少0.1 211（g/cm3）、处理10减少0.1 157（g/cm3）、处理7减少0.106（g/cm3）、处理8减少0.1 023（g/cm3）、处理5减少0.0 766（g/cm3）、处理3减少（g/cm3）0.0 335、处理4减少0.0 293（g/cm3），唯一处理2增加了0.0 178（g/cm3）说明仅施化肥会增加风沙土的土壤容重。

3.3.2 不同处理对风沙土土壤田间持水量的影响与分析

土壤田间持水量：是在田间自然状况下土壤所能保持的最大水量。在收获时对各处理小区进行取样测定，结果见表9，从表9图4可看出新开垦的风沙土土壤田间持水量在17.36左右，远小于一般耕作土土壤的田间持水量，通过今年第一年的试验，施用一定量的生物炭、有机肥以及生物炭加有机肥提高了新开垦的风沙土土壤田间持水量，提高程度与对照相比由大到小依此为：处理11提高8.13（%）、处理9提高5.62（%）、处理10减少提高4.67（%）、处理5提高4.43（%）、处理8提高3.7（%）、处理7提高3.39（%）、处理6提高3.16（%）、处理4提高2.84（%）、处理3提高2.25（%），只有处理2降低0.16（%），说明仅施化肥降低新开垦的风沙土土壤田间持水量。

表9 不同处理田间持水量（%）

图3 不同处理风沙壤容 重降低

图4 不同处理风沙

4 结论

4.1 不同处理对植株长势及产量的影响

在新开垦的风沙土上第一年种植农作物时，施用有机肥或有机肥加生物炭的玉米植株生长明显快于其它处理，主要是有机肥中微生物的作用。各处理产量高到低顺序：处理9、处理5、处理10、处理8、处理7、处理6、处理4、处理3、处理2、处理1。从玉米根系干重上看，处理10、处理8超过处理5、处理9。施用生物炭的处理植株根系好于有机肥或有机肥加生物炭的处理，如处理10、处理8超过处理5、处理9的玉米根系干重。说明施用生物炭能促进根系的生长发育，主要是施用生物炭提高了风沙土保肥保水性。

4.2 不同处理对风沙土土壤物理性质的影响

用一定量的生物炭、有机肥以及生物炭加有机肥的处理都一定程度降低新开垦的风沙土土壤容重，降低程度与对照相比由大到小排序：处理11、处理9、处理10、处理7、处理8、处理5、处理3、处理4，只有处理2增加了0.0 178（g/cm3），说明新开垦风沙土上仅施化肥会增加土壤容重。

用一定量的生物炭、有机肥以及生物炭加有机肥的处理都一定程度的提高新开垦的风沙土土壤田间持水量，提高程度与对照相比由大到小排序：处理11、处理9、处理10、处理5、处理8、处理7、处理6、处理4、处理3，只有处理2降低0.16（%）说明新开垦的风沙土仅施化肥会降低土壤田间持水量。