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

趙仲仁，王富珍，歐陽建平，夏桂龍，段紅霞

（江西省鄧家埠水稻原種場(chǎng)農(nóng)科所，江西 余江 335200）

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

趙仲仁，王富珍，歐陽建平，夏桂龍，段紅霞

（江西省鄧家埠水稻原種場(chǎng)農(nóng)科所，江西 余江 335200）

為探討南方丘陵區(qū)芝麻種植過程中合理的有機(jī)培肥措施，通過不同用量的秸稈和生物黑炭還田試驗(yàn)，研究了其對(duì)芝麻產(chǎn)量以及土壤pH值、有機(jī)質(zhì)和氮磷鉀養(yǎng)分含量的影響。結(jié)果表明：與常規(guī)施肥相比，秸稈和生物黑炭處理的芝麻籽粒產(chǎn)量分別增加了42.7%～89.0%和75.6%～118.3%，秸稈產(chǎn)量分別增加了24.2%～39.3%和43.6%～61.9%；同時(shí)，施用秸稈或生物黑炭可以較好地改良土壤酸化情況，并提升土壤有機(jī)質(zhì)和速效氮磷鉀的含量，且生物黑炭的效果優(yōu)于秸稈直接還田；在試驗(yàn)設(shè)置的用量范圍內(nèi)，生物黑炭施用量越大，作物增產(chǎn)幅度和土壤肥力提升幅度越高。

稻草；生物黑炭；紅壤；芝麻產(chǎn)量；土壤酸化

我國(guó)南方紅壤丘陵區(qū)，芝麻等旱作物種植普遍存在產(chǎn)量較低的問題[1-3]。定位試驗(yàn)表明，長(zhǎng)期不合理施用化肥是該地區(qū)作物減產(chǎn)和土壤肥力退化的主要原因[4-5]。而施用有機(jī)肥則可以顯著提高作物產(chǎn)量和土壤肥力。大量研究認(rèn)為，作物秸稈經(jīng)炭化生成的生物質(zhì)炭還田可顯著改善土壤肥力，提高作物生產(chǎn)力，并減少溫室氣體的排放[6-9]。但是，對(duì)于南方丘陵區(qū)廣泛種植芝麻等旱作物，其生物黑炭的合理用量還不甚明確。因此，試驗(yàn)以芝麻為材料，在旱地紅壤上通過施用不同量的秸稈和生物黑炭，研究其對(duì)芝麻產(chǎn)量以及土壤培肥效果的影響，以期為紅壤丘陵區(qū)的芝麻高產(chǎn)和土壤培肥提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于江西省鷹潭市余江縣（28°15′N，116°55′E），地處中亞熱帶，年均氣溫18.1℃，≥10℃積溫6 480℃，年降雨量1 537 mm，年蒸發(fā)量1 150 mm，無霜期約為289 d，年日照時(shí)數(shù)1 950 h。試驗(yàn)土壤為第四紀(jì)紅粘土發(fā)育的紅壤旱地，試驗(yàn)前土壤理化性狀：pH值4.65、有機(jī)質(zhì)15.31 g/kg、全氮1.04 g/kg、全磷0.65 g/kg、全鉀7.86 g/kg、堿解氮85.40 mg/kg、有效磷15.57 mg/kg、速效鉀102.03 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)材料

供試芝麻品種為贛芝8號(hào)。

生物質(zhì)炭原料為水稻秸稈，采用連續(xù)立式生物質(zhì)炭化爐生產(chǎn)，在350～500 ℃的炭化溫度下，35%的生物質(zhì)材料轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)炭。將生產(chǎn)的生物質(zhì)炭過 5 mm 篩，測(cè)得pH值為10.4，養(yǎng)分含量如下：有機(jī)碳467.0 g/kg、全氮5.90 g/kg和有效磷83.50 g/kg。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

如表1所示，試驗(yàn)共設(shè)7個(gè)處理：CK（常規(guī)施肥）、S1（秸稈半量還田，3 t/hm2）、S2（秸稈全量還田，6 t/hm2）、S3（秸稈1.5倍全量還田，9 t/hm2）、C1（秸稈源黑炭還田，0.9 t/hm2，根據(jù)1 t秸稈可以轉(zhuǎn)化0.3 t生物黑炭計(jì)算）、C2（黑炭還田，1.8 t/hm2）、C3（黑炭還田，2.7 t/hm2）；各處理氮、磷、鉀肥施用量均一致，分別為90、60和105 kg/hm2。每個(gè)處理3次重復(fù)，各小區(qū)按區(qū)組隨機(jī)排列，每個(gè)小區(qū)面積是50 m2。氮肥基追比為7︰3，秸稈、生物黑炭和磷肥作基肥一次性施用；鉀肥中50%作基肥，50%作穗肥。

表1 秸稈或生物黑炭和肥料用量

1.4 測(cè)定指標(biāo)

每個(gè)小區(qū)實(shí)際測(cè)產(chǎn)，計(jì)算籽粒產(chǎn)量和秸稈重量。收獲指數(shù)=籽粒產(chǎn)量/（籽粒產(chǎn)量＋秸稈產(chǎn)量）。

收獲后采集耕層（0～20 cm）土壤樣品，每個(gè)小區(qū)隨機(jī)采集5個(gè)點(diǎn)，混合后帶回室內(nèi)風(fēng)干，過篩后分析土壤pH值、有機(jī)質(zhì)和速效氮磷鉀養(yǎng)分，測(cè)試方法為常規(guī)分析方法[10]。

1.5 數(shù)據(jù)處理及分析

所有數(shù)據(jù)均采用Excel 2003進(jìn)行整理，采用SPSS 16.0進(jìn)行方差分析，采用Origin 7.5軟件進(jìn)行制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 秸稈或生物黑炭對(duì)芝麻產(chǎn)量的影響

如圖1所示，施用秸稈或生物黑炭可以顯著影響芝麻籽粒和秸稈產(chǎn)量變化。與常規(guī)施肥相比，S1、S2、S3、C1、C2和C3處理的籽粒產(chǎn)量分別增加了42.7%、73.2%、89.0%、75.6%、108.5%和118.3%，秸稈產(chǎn)量分別增加了24.2%、30.5%、39.3%、43.6%、51.0%和61.9%。其中，生物黑炭處理的增產(chǎn)效果明顯高于秸稈的，且用量高的增產(chǎn)效果更明顯。

2.2 秸稈或生物黑炭對(duì)紅壤pH值和有機(jī)質(zhì)的影響

由圖2可知，在紅壤旱地上，施用秸稈或生物黑炭可以較好地改善土壤酸化情況，與CK相比，S1、S2、S3處理的土壤pH值分別提高0.21（4.6%）、0.45（9.8%）和0.56（12.2%）。C1、C2、C3處理的土壤pH值分別提高0.38（8.3%）、0.52（11.2%）和0.76（16.5%）。同時(shí)，秸稈或生物黑炭還可顯著提高紅壤旱地的土壤有機(jī)質(zhì)含量，與CK相比，秸稈和生物黑炭施用后的土壤有機(jī)質(zhì)增幅（圖3）分別為0.84%～30.1%和25.5%～44.0%。與秸稈相比，生物黑炭對(duì)土壤酸化改良和有機(jī)質(zhì)提升的效果更明顯。

圖1 各處理芝麻籽粒和秸稈產(chǎn)量的比較

圖2 各處理土壤pH值的比較

圖3 各處理土壤有機(jī)質(zhì)含量的比較

2.3 秸稈或生物黑炭對(duì)紅壤氮磷鉀養(yǎng)分的影響

從表2中可以看出，生物黑炭可以提高紅壤旱地的氮磷鉀養(yǎng)分含量。與CK相比，秸稈和生物黑炭處理土壤的堿解氮含量分別增加了29.3%～51.5%和29.5%～73.5%；有效磷含量分別增加23.0%～137.3%和54.1%～263.6%；速效鉀含量分別增加75.5%～185.4%和89.6%～277.7%。其中，生物黑炭對(duì)土壤養(yǎng)分的增效作用明顯高于秸稈，以C3處理的土壤養(yǎng)分含量增幅最大。

表2 各處理土壤氮磷鉀養(yǎng)分含量的比較 （mg/kg）

3 討 論

紅壤旱地肥力退化是制約南方丘陵區(qū)作物生產(chǎn)的主要因素之一[11-14]，因此如何調(diào)整施肥措施來提升土壤肥力就變得十分關(guān)鍵。除了將水稻秸稈異地還田之外，近年來的研究表明，將秸稈在無氧條件下低溫裂解制備成生物黑炭并還田可以較好地改善土壤肥力和質(zhì)量，從而提高作物生產(chǎn)力[5]。該研究結(jié)果也表明，紅壤旱地上施用生物黑炭可以顯著提高芝麻產(chǎn)量，與CK相比，生物黑炭處理的芝麻籽粒產(chǎn)量增加了75.6%～118.3%，且增幅顯著高于秸稈直接還田處理。這與其他作物的應(yīng)用效果一致[7-9]。

大量研究表明，秸稈或生物黑炭施入土壤后主要是通過提高土壤肥力來增加作物產(chǎn)量[7-9,15-16]。在該試驗(yàn)中，添加秸稈或生物黑炭可以顯著提高土壤速效養(yǎng)分和土壤pH值，且效果比秸稈直接還田要好。出現(xiàn)這樣的結(jié)果有兩個(gè)方面的原因：一方面與生物黑炭的特性優(yōu)于秸稈有關(guān)，生物黑炭的比表面積大，從而大幅活化了土壤養(yǎng)分[7-9]，但具體原因有待進(jìn)一步分析研究；另一方面由于生物黑炭中含有大量堿性物質(zhì)，從而促使土壤pH值升高[17-18]。

4 結(jié) 論

在紅壤旱地上，施用秸稈或生物黑炭可以顯著提高芝麻產(chǎn)量、土壤有機(jī)質(zhì)和土壤速效養(yǎng)分的含量，改良土壤酸化情況；且生物黑炭的效果優(yōu)于秸稈直接還田。與CK相比，生物黑炭施用后芝麻籽粒產(chǎn)量增加了75.6%～118.3%；土壤有機(jī)質(zhì)和速效氮磷鉀含量分別增加25.5%～44.0%、29.5%～73.5%、54.1%～263.6%和89.6%～277.7%，土壤pH值增加了0.38～0.76，且用量高的效果較好。

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（責(zé)任編輯：成 平）

Effects of Biochar Returning on Upland Red Soil Sesame Yield and Soil Nutrients

ZHAO Zhong-ren，WANG Fu-zhen，OUYANG Jian-ping，XIA Gui-long，DUAN Hong-xia
（Institute of Agriculture Science, Plantation of Dengjia Town of Jiangxi Province, Yujiang 335200, PRC）

To explore reasonable patterns of organic fertilizer in the sesame planting in southern area China, one feld experiment was conducted which included different rates of straw and biochar, grain yield, soil pH, organic matter and nutrient contents were analyzed. The results showed that: compared with conventional fertilization, straw and biochar could improve grain yield of sesame by 42.7%-89.0% and 75.6%-118.3% respectively, straw yield was increased by 24.2%-39.3% and 43.6%-61.9% separately. Meanwhile, the application of straw or biochar can decrease soil acidifcation, improved soil organic matter and available nutrient contents, moreover, the effect of biochar was better than straw. The grain yield and soil fertility increased when biochar was applied more in the range of the experiment settings.

straw; biochar; red soil; grain yield of sesame; soil acidifcation

S156.6

：A

：1006-060X（2017）06-0025-03

10.16498/j.cnki.hnnykx.2017.006.008

2017-04-05

江西省科技支撐項(xiàng)目（20141BBF60050）；江西省自然科學(xué)基金（20151BAB214008）

趙仲仁（1963-），男，江西余江縣人，農(nóng)藝師，主要從事土壤肥料方面的研究。

夏桂龍