生物炭改良風(fēng)沙土關(guān)鍵技術(shù)研究

（新疆兵團(tuán)第八師炮臺土壤改良試驗(yàn)站，石河子市，832066） 王雅琴 朱擁軍

（新疆農(nóng)科院土壤肥料與農(nóng)業(yè)節(jié)水研究所，烏魯木齊市，830000） 孫寧川 徐萬里

1 目的意義

風(fēng)沙土是我國重要的后備耕地資源之一。新疆風(fēng)沙土面積達(dá)3 719萬hm2，占全疆土地面積的22.52%；主要分布在塔克拉瑪干沙漠和古爾班通古特沙漠及沿河流綠洲外圍。風(fēng)沙土主要障礙因素是有機(jī)質(zhì)和有效養(yǎng)分含量極低、理化性質(zhì)差，供給作物養(yǎng)分和保水保肥能力差，改良應(yīng)用難度大。目前常用改良措施主要是增施有機(jī)肥、種植綠肥翻壓、秸稈還田等，但存在有機(jī)肥礦化速率快，有機(jī)質(zhì)提升困難，秸稈還田不易腐解影響耕作等問題。

生物炭技術(shù)即秸稈炭化還田技術(shù)的出現(xiàn)，為風(fēng)沙土改良提供了一條新的思路。生物炭具有有機(jī)碳含量高且穩(wěn)定不易降解，能快速提高土壤有機(jī)碳含量，增強(qiáng)土壤保水保肥性等特點(diǎn)，目前是土壤學(xué)最新進(jìn)展之一。生物炭應(yīng)用于改良風(fēng)沙土效果如何？對土壤理化性質(zhì)、有機(jī)質(zhì)結(jié)構(gòu)等影響如何？需要哪些綜合配套措施可發(fā)揮其最佳改良效果？因此特設(shè)此試驗(yàn)，以研究生物炭改良風(fēng)沙土的機(jī)理和效果。

2 材料和方法

2.1 試驗(yàn)地點(diǎn)

新疆石河子墾區(qū)兵團(tuán)第八師121團(tuán)炮臺土壤改良試驗(yàn)站

2.2 試驗(yàn)材料

玉米，品種為鄭單958。

試驗(yàn)地基礎(chǔ)土樣的pH、有機(jī)質(zhì)、速效氮、速效磷、速效鉀見表1。

2.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本年度采用覆膜滴灌栽培模式，試驗(yàn)共設(shè)11個處理，三次重復(fù)，31個小區(qū)（第11處理無重復(fù)）。每個小區(qū)兩個膜，每個膜寬2.1m，三個滴灌帶，6行玉米。小區(qū)面積4.6m*7m=32.2m2。小區(qū)間隔1m，試驗(yàn)區(qū)四周均有保護(hù)行。處理分別為：

（1）CK1：不施肥種植；

（2）NPK：NPK處理，秸稈不還田；

（3）NPKS:氮磷鉀處理+秸稈還田500kg/667m2；

（4）NPKC:氮磷鉀處理+秸稈炭化每年還田172kg/667m2；

（5）NPKM：氮磷鉀處理+有機(jī)肥2 100kg/667m2；

表1 試驗(yàn)地基礎(chǔ)土樣表

（6）NPK+BIO6年：氮磷鉀加1 050kg/667m2的秸稈炭

（7）NPK+M+BIO6年：氮磷鉀+1 050kg有機(jī)肥+1050kg秸稈炭；

（8）NPK+BIO12年：氮磷鉀加2 100kg/667m2的秸稈炭

（9）NPK+M+BIO12年：氮磷鉀+2 100kg有機(jī)肥+2100kg秸稈炭；

（10）NPK+BIO24年：氮磷鉀加4 200kg/667m2的秸稈炭；

（11）NPK+BIO48年：氮磷鉀加8 400kg/667m2的秸稈炭。

除CK處理外各處理小區(qū)所施NPK量均一致，每畝地化肥總量為尿素44kg，三料磷肥15kg，磷酸二氫鉀11kg，硫酸鉀3kg?；拭慨€尿素10kg，重過磷酸鈣15kg，硫酸鉀3kg；其余氮肥和磷酸二氫鉀隨滴灌分次施入。

2.4 試驗(yàn)過程

試驗(yàn)于2013年5月17號播種，全部采用人工鋪膜、人工施肥、人工播種，播種后即灌一水。6月7號定苗。具體灌水時間：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，九水不帶肥。

基肥：每畝：尿素10kg，三料磷肥15kg，硫酸鉀3kg，追肥：一水：不帶肥；二水：尿素4kg+磷酸二氫鉀1kg，三水：尿素4kg+磷酸二氫鉀2kg；四水：尿素5kg+磷酸二氫鉀2kg；五水：尿素8kg+磷酸二氫鉀2kg；六水：尿素 5kg+磷酸二氫鉀2kg；七水：尿素5kg+磷酸二氫鉀1kg；八水：尿素3kg+磷酸二氫鉀1kg；九水：不帶肥。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同施肥處理對玉米生長的影響

6月20日分別對不同處理玉米植株生長情況進(jìn)行調(diào)查，調(diào)查結(jié)果見從表2中可以看出：6月20日在滴二水前各處理株高生長較快的依次為處理11、處理 5、處理 9、處理 7、處理 10，處理 11 為秸桿炭8400kg/667m2，處理5為有機(jī)肥2 100kg/667m2，處理9和處理7均為有機(jī)肥+秸桿炭處理，處理10為秸桿炭4 200kg/667m2。

7月17日分別對不同處理玉米植株生長情況進(jìn)行調(diào)查，調(diào)查結(jié)果見表3。從表3可以看出：生長較快的處理依次為：處理11、處理7、處理8、處理5、處理9、處理10，從葉片上看依次為：處理11、處理9、處理5、處理7、處理8，從兩次調(diào)查結(jié)果看：生長最旺盛的為處理11，即高炭處理，有機(jī)肥+秸桿炭處理次之，下來是有機(jī)肥處理，再下來是秸桿炭次高量處理。

3.2 不同施肥處理對玉米生物產(chǎn)量及經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量的影響

3.2.1 不同施肥處理玉米籽粒產(chǎn)量比較分析

由表4和圖1可以看出：玉米產(chǎn)量由高到低依此為：處理9為468.84kg/667m2、處理5為409.75kg/667m2、處理10為398.51kg/667m2、處 理 8 為367.03kg/667m2、處理7為357.15kg/667m2、處理6為333.71kg/667m2、處理4為2 94.35kg/667m2、

處理3為256.24kg/667m2、處理2為199.92kg/667m2、處理1為67.75kg/667m2。

圖1 不同施肥處理玉米產(chǎn)量比較

表2 不同處理玉米苗期調(diào)查表（2013年6月20日）

表3 不同處理玉米生長調(diào)查表（2013年7月17日）

表4 不同處理玉米籽粒產(chǎn)量（kg/666.67㎡）

表5 1%極顯著水平

從表4可看出處理11產(chǎn)量最高531.35kg/667m2但因應(yīng)處理11沒設(shè)重復(fù)，沒有進(jìn)入數(shù)理統(tǒng)計(jì)范圍，只作參考。

各處理產(chǎn)量間顯著性差異分析見表5，各處理產(chǎn)量與不施肥處理均達(dá)到1%極顯著水平。

3.2.2 不同施肥處理玉米莖稈和葉片以及根系干重比較分析

參看表6及圖2可知玉米莖稈和葉片干重由高到低依此為：處理11、處理9，參看表7和圖2可知玉米根系干重由高到低依此為：處理11、處理10、處理8、處理5、處理9、處理7、處理6、處理4、處理3、處理2、處理1。

從玉米莖桿和葉片干重上看，仍然是生長最旺盛的為處理11，即高炭處理，有機(jī)肥+秸桿炭處理次之，下來是有機(jī)肥處理，再下來是秸桿炭次高量處理。

綜上所述，在風(fēng)沙土上第一年種植農(nóng)作物時，施用有機(jī)肥或有機(jī)肥加生物炭的玉米植株生長明顯快于其它處理，主要是有機(jī)肥中微生物的作用。從玉米根系干重上看，處理10、處理8超過處理5、處理9，說明施用生物炭能促進(jìn)根系的生長發(fā)育，主要是施用生物炭提高了風(fēng)沙土保肥保水性。

表6 不同處理玉米莖稈和葉片干重（kg/666.67㎡）

表7 不同處理玉米根系干重（kg/666.67㎡）

表8 不同處理土壤容重（g/cm3）

圖2 不同處理干重比較

3.3 不同處理對風(fēng)沙土土壤物理性質(zhì)的影響與分析

3.3.1 不同處理對風(fēng)沙土土壤容重的影響與分析

土壤容重大小反映土壤結(jié)構(gòu)、透氣性、透水性能以及保水能力的高低，一般耕作土土壤的耕作層土壤容重1～1.3（g/cm3）。在收獲玉米時對各處理小區(qū)土壤容重進(jìn)行取樣測定結(jié)果見表8。

從表8和圖3可看出新開墾的風(fēng)沙土土壤容重在2.5（g/cm3）左右，遠(yuǎn)大于一般耕作土土壤的容重，通過今年第一年的試驗(yàn)，施用一定量的生物炭、有機(jī)肥以及生物炭加有機(jī)肥都一定程度降低了新開墾的風(fēng)沙土土壤容重，降低程度與對照相比由大到小依此為：處理11減少0.2 923（g/cm3）、處理9減少0.1 211（g/cm3）、處理10減少0.1 157（g/cm3）、處理7減少0.106（g/cm3）、處理8減少0.1 023（g/cm3）、處理5減少0.0 766（g/cm3）、處理3減少（g/cm3）0.0 335、處理4減少0.0 293（g/cm3），唯一處理2增加了0.0 178（g/cm3）說明僅施化肥會增加風(fēng)沙土的土壤容重。

3.3.2 不同處理對風(fēng)沙土土壤田間持水量的影響與分析

土壤田間持水量：是在田間自然狀況下土壤所能保持的最大水量。在收獲時對各處理小區(qū)進(jìn)行取樣測定，結(jié)果見表9，從表9圖4可看出新開墾的風(fēng)沙土土壤田間持水量在17.36左右，遠(yuǎn)小于一般耕作土土壤的田間持水量，通過今年第一年的試驗(yàn)，施用一定量的生物炭、有機(jī)肥以及生物炭加有機(jī)肥提高了新開墾的風(fēng)沙土土壤田間持水量，提高程度與對照相比由大到小依此為：處理11提高8.13（%）、處理9提高5.62（%）、處理10減少提高4.67（%）、處理5提高4.43（%）、處理8提高3.7（%）、處理7提高3.39（%）、處理6提高3.16（%）、處理4提高2.84（%）、處理3提高2.25（%），只有處理2降低0.16（%），說明僅施化肥降低新開墾的風(fēng)沙土土壤田間持水量。

表9 不同處理田間持水量（%）

圖3 不同處理風(fēng)沙壤容 重降低

圖4 不同處理風(fēng)沙

4 結(jié)論

4.1 不同處理對植株長勢及產(chǎn)量的影響

在新開墾的風(fēng)沙土上第一年種植農(nóng)作物時，施用有機(jī)肥或有機(jī)肥加生物炭的玉米植株生長明顯快于其它處理，主要是有機(jī)肥中微生物的作用。各處理產(chǎn)量高到低順序：處理9、處理5、處理10、處理8、處理7、處理6、處理4、處理3、處理2、處理1。從玉米根系干重上看，處理10、處理8超過處理5、處理9。施用生物炭的處理植株根系好于有機(jī)肥或有機(jī)肥加生物炭的處理，如處理10、處理8超過處理5、處理9的玉米根系干重。說明施用生物炭能促進(jìn)根系的生長發(fā)育，主要是施用生物炭提高了風(fēng)沙土保肥保水性。

4.2 不同處理對風(fēng)沙土土壤物理性質(zhì)的影響

用一定量的生物炭、有機(jī)肥以及生物炭加有機(jī)肥的處理都一定程度降低新開墾的風(fēng)沙土土壤容重，降低程度與對照相比由大到小排序：處理11、處理9、處理10、處理7、處理8、處理5、處理3、處理4，只有處理2增加了0.0 178（g/cm3），說明新開墾風(fēng)沙土上僅施化肥會增加土壤容重。

用一定量的生物炭、有機(jī)肥以及生物炭加有機(jī)肥的處理都一定程度的提高新開墾的風(fēng)沙土土壤田間持水量，提高程度與對照相比由大到小排序：處理11、處理9、處理10、處理5、處理8、處理7、處理6、處理4、處理3，只有處理2降低0.16（%）說明新開墾的風(fēng)沙土僅施化肥會降低土壤田間持水量。