化肥减施下低用量生物黑炭对红壤肥力质量的影响

段红霞 夏桂龙 欧阳建平 赵仲仁 杨雨春 周晓丰

摘要 [目的]实现化肥减施增效、提高红壤旱地的肥力水平和作物产量。[方法]在化肥减施条件下结合低用量的生物黑炭（750 kg/hm2），分析玉米产量和土壤肥力变化。[结果]与化肥处理相比，生物黑炭配施处理的产量较高，早玉米和晚玉米分别比化肥处理增加了28.67%～44.69%和23.26%～45.19%。同时，生物黑炭配施石灰或过氧化钙显著阻控土壤酸化，土壤pH提高了0.26～0.47;土壤有机质和速效氮磷钾养分也显著提升，进而显著提高了土壤肥力质量指数。[结论]较低用量的生物黑炭配施石灰或过氧化钙是红壤旱地值得推广的土壤培肥技术。

关键词 化肥减施;低用量生物黑炭;玉米产量;土壤肥力质量指数

中图分类号 S158.5文献标识码 A文章编号 0517-6611（2018）33-0121-02

在我国南方红壤旱地，鲜食玉米作为主要的旱作物一直是当地农民增收的主要途径[1-2]。但由于过度强调化肥施用，导致该地区的鲜食玉米普遍存在产量不高的现象[3]。大量肥料定位试验表明，长期化肥施用不利于作物高产和土壤肥力的可持续[4-5]，而且还会导致红壤旱地酸化加剧。而配施有机肥则可以显著提高作物产量和土壤肥力，同时有效缓解土壤酸化趋势[5]。然而，传统的畜禽粪便有机肥由于运输繁琐、施用麻烦等而无法普遍推广。近年来，生物黑炭作为一种新型的有机肥越来越受到研究者和农技工作者的重视，且研究表明生物黑炭可以显著提高土壤肥力和作物产量[6-7]。

然而，在田间应用中，为了实现土壤肥力的提升，生物黑炭的用量较高（一般为2.5～30 t/hm2）[8-9]，再加上较大的体积和高昂运输成本，严重制约了生物黑炭的推广应用。因此，笔者在化肥减施条件下，通过配施低用量的生物黑炭，在较低生物黑炭用量的基础上实现化肥减施增效和土壤培肥的效果，以期为生物黑炭在红壤旱地上的推广应用提供理论和技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验设在江西省鹰潭市余江县邓埠镇西坂村（116°17′23″ E、28°35′15″ N），该地区属中亚热带季风气候，年均降雨量1 537 mm，年蒸发量1 100 mm，年均气温18. 5℃，典型丘岗地形，海拔25～30 m，坡度5°土壤类型为第四纪红黏土，试验前耕层土壤pH为5.35，有机质为17.03 g/kg，全氮為0.93 g/kg，碱解氮为98.70 mg/kg，速效磷为10.32 mg/kg，速效钾为155.34 mg/kg。

1.2 试验设计 共设5个处理：CK（不施肥）;NPK（常规施肥，氮磷钾肥N∶P2O5∶K2O为195∶90∶225 kg/hm2）;NPK+BIO（常规施肥下配施生物黑炭750 kg/hm2）;NPK-15%+BIO（化肥减施15%下配施生物黑炭750 kg/hm2）;NPK-30%+BIO（化肥减施30%下配施生物黑炭750 kg/hm2）。每个处理3次重复，小区面积60 m2（6 m×10 m）。氮肥中基肥和追肥比例为50%，磷肥和生物炭等全部做基肥，钾肥中基肥和追肥的比例40%和60%。

种植方式为玉米（鲜食）-玉米（鲜食）。早玉米和晚玉米品种均为美糯9号;早玉米和晚玉米的播种时间为5月2日和8月20日;玉米播种量为30 kg/hm2，株行距为20 cm×40 cm。

1.3 测定指标与方法 ①每个小区单独测定籽粒产量。②晚玉米收获后测定pH、有机质和氮磷钾养分等含量，并采用Fuzzy方法综合评价耕地质量水平。选用包括土壤pH、有机质、碱解氮、速效磷和速效钾共5项土壤肥力特性作为此次土壤肥力综合评价的参考指标。参考曹志洪等[10]的方法。

1.4 数据分析 采用Excel 2003进行数据处理，采用SAS 9.1 进行统计分析，采用LSD方法比较不同处理间的显著性差异（P<0.05），图件采用Origin 8.1制作。

2 结果与分析

2.1 化肥减施下生物黑炭对红壤旱地玉米产量的影响

由图1可知，在红壤旱地上，施用生物黑炭可以显著提高玉米产量。与常规施肥（NPK）相比，生物黑炭（BIO）配施可以显著提高玉米产量，在早玉米季，NPK+BIO、NPK-15%+BIO和NPK-30%+BIO处理分别比NPK处理增加了44.69%、38.00%和28.67%，晚玉米季的增幅分别为45.19%、39.80%和23.26%。其中以NPK+BIO的产量最高。这表明较低用量的生物黑炭配施是提高红壤旱地玉米产量的有效施肥措施。

2.2 化肥减施下生物黑炭对红壤旱地酸化改良的影响

由图2可知，与CK相比，NPK处理的土壤pH无显著变化，但NPK+BIO、NPK-15%+BIO和NPK-30%+BIO处理的土壤pH均显著高于CK和NPK处理。与NPK处理相比，NPK+BIO、NPK-15%+BIO和NPK-30%+BIO处理的土壤pH分别提高了0.26、0.47和0.28，其中以NPK-15%+BIO处理土壤pH的增幅最高。因此，配施较低用量的生物黑炭可以有效阻控红壤旱地的酸化。

2.3 化肥减施下生物黑炭对红壤旱地有机质和速效养分含量的影响

由表2可知，NPK+BIO、NPK-15%+BIO和NPK-30%+BIO处理的土壤有机质、速效氮磷钾含量均得到显著提升，与NPK处理相比，NPK+BIO、NPK-15%+BIO和NPK-30%+BIO处理下土壤有机质含量分别增加30.01%、23.13%和20.19%，土壤碱解氮含量分别增加18.69%%、20.56%和17.45%，土壤速效磷含量分别增加88.68%、98.65%、77.88%，土壤速效钾含量分别增加107.15%、137.76%和114.29%。这说明较低用量的生物黑炭在提高土壤有机质的同时，进一步提升土壤速效养分含量。

2.4 化肥减施下生物黑炭对土壤肥力质量的影响

由图3可知，供参评的7个施肥处理中，生物黑炭配施处理的土壤肥力质量均大于0.5，肥力等级属于中等以上，其中NPK+BIO处理最高，其次为NPK-15%+BIO和NPK-30%+BIO处理，而NPK和CK则较低。在所有处理中，NPK+BIO、NPK-15%+BIO和NPK-30%+BIO处理的土壤肥力指数分别比NPK处理增加了36.03%、15.37%和12.37%。因此，在红壤旱地上，较低用量的生物黑炭是提高土壤肥力质量的有效途径。

3 结论与讨论

生物黑炭作为一种新型的土壤改良剂已得到充分验证[11-12]。研究表明，在红壤旱地上施用生物黑炭可以显著提高作物产量和培肥土壤[11-12]。但以往的研究和应用中推荐生物黑炭的用量一般较高，为1.5～3.0 t/hm2[8-9]，从而严重制约了生物黑炭的推广和应用。因此，探讨较低用量下生物黑炭如何改良和培肥土壤显得十分迫切和关键。该研究中，

与常规施肥相比，生物黑炭（750 kg/hm2）配施下鲜食玉米的产量提高了28.67%～44.69%和23.26%～45.19%。这与前人的研究结果一致[13-14]，而该研究结果表明，在化肥减施条件下，较低用量的生物黑炭也可以实现作物增产。

研究表明，较低用量的生物黑炭（750 kg/hm2）可以显著提升土壤pH，活化土壤氮磷钾养分。与常规施肥相比，生物黑炭（750 kg/hm2）配施下土壤pH提高0.26～0.47，碱解氮、速效磷和速效钾含量均得到显著提高。这主要与生物黑炭属于碱性物质，且生物黑炭富含有机质、具有较高的比表面积和疏松的结构有关[15]，研究表明，生物黑炭施用可以显著提高土壤微生物群落组成和活性[16-18]，从而提高土壤速效养分含量。且较低用量的生物黑炭（750 kg/hm2）处理的土壤肥力质量指数明显较高，这与单独施用较高用量生物黑炭的研究结果一致[8-9]，且化肥减施15%～30%条件下，土壤肥力质量指数仍较高，因此，在化肥合理减施条件下，较低用量的生物黑炭（750 kg/hm2）是红壤旱地酸化改良和肥力提升的关键技术。

4 结论

在红壤旱地上，较低用量的生物黑炭（750 kg/hm2）配施可以显著提升玉米产量，早玉米和晚玉米的增产幅度分别为28.67%～44.69%和23.26%～45.19%。与常规施肥相比，生物黑炭（750 kg/hm2）配施下土壤pH提高0.26～0.47，其土壤肥力質量指数也得到显著提升。且化肥减施15%～30%条件，仍可以显著提高土壤肥力。因此，在红壤旱地上，低用量的生物黑炭（750 kg/hm2）可以实现化肥减施增效的目标。

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