生物炭与不同肥料配施对玉米产质量的影响

郑 昊，徐 锐*，曾维庆，岳志强，徐继伟，薛 泽，王 茹，杨 计，张 诗

(1.云南师范大学 太阳能研究所 云南 昆明 650500； 2.玉溪市农业环境保护和农村能源工作站 云南 玉溪 653100)

农用地土壤环境状况直接关系到农产品质量安全、生态安全和人体健康，自2016年《土壤污染防治行动计划》颁布以来，土壤环境质量问题受到广泛关注，其重点监测土壤中镉、汞、砷、铅和铬等重金属[1]。我国农田土壤点位超标率为19.4%，以Cd、Ni和Cu等重金属污染最为突出[2]，不仅造成农民经济投入增加，同时造成大量的能源浪费，导致土壤恶化及环境污染，严重制约农业的可持续发展[3-4]。农业生产中肥料利用率很低，氮、磷和钾肥的利用率分别为30%～45%、10%～25%和35%～50%[5]。生物炭是农林废弃物、畜禽粪便和污泥等生物质材料在无氧或限氧条件下，经低中温热裂解得到的一种富碳产品，其具有疏松多孔、比表面积大、吸附能力强等特征[2]。生物炭与肥料配施，不仅可改善土壤结构，还增大养分的持留[6]，其在降低土壤重金属生物利用度和改善土壤质量方面虽然有效，但受其自身特性和土壤性质等影响较大[7]。大多数生物炭对土壤治理的研究多在实验室进行，较少在田间进行大田试验，而大田试验与实验室环境在温度、环境、田间管理等方面相差甚远。为此，采用大田试验方法，研究生物炭与不同肥料配施对玉米产质量的影响，以期为生产应用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料

供试品种为糯玉米品种雪妃9000，市购；沼肥，果木庄园沼气池的沼渣沼液；化肥，尿素、普钙及硫酸钾，均为市购；有机肥(精制，450元/t)，购自当地市场。

1.2 试验方法

1.2.1 试验设计 试验于2020年6-9月在云南省玉溪市江川区的果木庄园中进行，共设6个处理：A，化肥；B，化肥+生物炭；C，沼肥；D，沼肥+生物炭；E，有机肥；F，有机肥+生物炭。3次重复，共18个小区，小区周围设2 m宽保护行，小区面积36 m2，长9 m、宽4 m，每个小区设用于收集各个小区地表径流的径流池1个，长2 m、宽1 m、高1.5 m。

1.2.2 样品采集 土样：每个小区玉米采收后选取4个样点各采集10～20 cm土壤样2 kg，贴好标签并记录采样时间、地点、样品编号、监测项目等，带回实验室用于检测分析。

水样：在记录径流量后即可进行径流水样采集，采样前先用竹竿或木板等洁净工具充分搅匀径流池中的水，然后利用洁净容器在径流池不同深度各部位多点取样置于清洁的塑料瓶中，每瓶水样不少于500 mL，带回实验室用于检测分析。如果不能当天进行水样分析，立即将水样储存至冰箱冷冻保存。

玉米样：玉米采收后，各小区每个处理随机抽取玉米样5～10株并贴好标签，可食用部分(籽粒)用于检测其养分及品质，非食用部分(根、茎等)用于检测其资源化利用状况，并记录检测结果。

1.2.3 指标测定 锌、铜，参照GB/T 17138-1997规定，采用火焰原子吸收分光光度法测定；镉、铅，参照GB/T 17141-1997规定，采用石墨炉原子吸收分光光度法测定；砷、汞，参照GB/T 22105.2-2008规定，采用原子荧光法测定；总氮、全钾，参照NY/T 87-1988规定，采用土壤测定法进行；铬，参照标准为HJ 491-2009[8]规定，采用火焰原子吸收分光光度法测定。

2 结果与分析

2.1 生物炭与不同肥料配施玉米的产量影响

试验结果表明，在单施化肥、沼肥和有机肥中，以施用沼肥的玉米产量最高，为1 427.48 kg/667m2；施用化肥的玉米产量其次，为1 250.13 kg/667m2；施用有机肥的玉米产量最低，为1 233.03 kg/667m2；施用沼肥较化肥和有机肥分别提高14.18%和15.77%。生物炭与不同肥料配施，化肥+生物炭较单施化肥提高10.31%；沼肥+生物炭较单施沼肥提高13.33%；有机肥+生物炭较单施有机肥产量差异较小，有机肥+生物炭较单施有机肥降低1.23%。表明，不同肥料添加生物炭后有利于提高玉米的产量，可在生产推广应用。

2.2 生物炭与不同肥料配施玉米的品质

试验结果表明，施用化肥+生物炭玉米中锌、铜、镉、铅、砷、汞、铬和钾等重金属含量均较单施化肥低。表明，化肥与生物炭配施可降低玉米重金属的含量，有利于提高玉米的品质。由于生物炭对锌、铜、镉和铅等重金属的吸附能力较好，对砷、汞、铬和钾等重金属的吸附能力较弱。沼肥与生物炭配施可明显降低玉米中锌、铜、镉和铅等重金属的含量，但玉米中砷、汞、铬和钾等重金属含量变化不大，降低玉米中砷、汞、铬和钾等重金属的效果不明显。由于生物炭对铜、砷、汞、铬、铅和钾等重金属吸附能力较强，对锌和镉的吸附力较弱。有机肥与生物炭配施可明显降低玉米中铜、砷、汞、铬、铅和钾等重金属的含量，但玉米中锌和镉的含量变化不大，降低玉米中锌和镉的效果不明显。

3 结论

单施化肥、沼肥和有机肥，以施用沼肥的玉米产量最高，为1 427.48 kg/667m2；施用沼肥较化肥和有机肥分别提高14.18%和15.77%。化肥+生物炭较单施化肥提高10.31%；沼肥+生物炭较单施沼肥提高13.33%；有机肥+生物炭较单施有机肥降低1.23%。不同肥料添加生物炭后有利于提高玉米的产量，可在生产推广应用。施用化肥+生物炭玉米中锌、铜、镉、铅、砷、汞、铬和钾等重金属含量均较单施化肥低，化肥与生物炭配施可降低玉米重金属的含量，有利于提高玉米的品质。沼肥与生物炭配施可明显降低玉米中锌、铜、镉和铅等重金属的含量，但对降低玉米中砷、汞、铬和钾等重金属含量的效果不明显。有机肥与生物炭配施，可明显降低玉米中铜、砷、汞、铬、铅和钾等重金属的含量，但对降低玉米中锌和镉含量的效果不明显。