生物炭、有机肥与化肥配施对春玉米养分利用及产量的影响.pdf

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南方农业学报JournalofSouthernAgriculture2015，46(8)：t396—1400ISSN2095—1191；CODENNNXAABhttp：／!www．nfnyxb．eomDOI：10．3969／j：issn．2095-1191．2015．08．1396生物炭、有机肥与化肥配施对春玉米养分利用及产量的影响彭辉辉1，2一，刘强1'2'4∥，荣湘民1,2,4,5，张玉平1．2'4一，田昌1,2,4,5谢勇1(1湖南农业大学资源环境学院，长沙410128；2农田污染控制与农业资源利用湖南省重点实验室，长沙410128；3长沙环境保护职业技术学院，长沙410004；4土壤肥料资源高效利用国家工程实验室，长沙410128；5植物营养湖南省普通高等学校重点实验室，长沙410128)摘要：【目的】探明生物炭、有机肥与化肥配施对春玉米养分利用及产量的影响，为生物炭农业应用和玉米高效生产提供参考依据。【方法】在湖南省浏阳市开展田间小区长期定位试验基地，设置不施肥(T1)、单施化肥(T2)、化肥与生物炭配施(T3)、化肥与有机肥配施(T4)、化肥+生物炭+有机肥混施(T5)5个处理，春玉米生育期氮、磷和钾总养分施用量分别为240、120和150kg／ha，对春玉米的地上部氮磷钾累积量、肥料利用率、地上部鲜重及籽粒产量等指标进行测试分析。【结果】施肥有助于春玉米对养分的吸收利用及增产。与T2处理相比，T3、T4和T5处理均不同程度地增加春玉米地上部氮磷钾累积量、肥料利用率、穗鲜重、茎叶鲜重、地上部总鲜重、穗粒数与百粒重，进而明显提高籽粒产量；其中，氮磷钾素累积量、肥料利用率分别增加5．01‰72．18％和26．82‰351．41％，地上部总鲜重增幅为9，29％～24．62％，籽粒产量提高8．75％-25．32％。除T4处理穗粒数、T3处理百粒重以外，其余指标与T2处理间的差异均达显著(P<0．05)或极显著(P<0．01，下同)水平。在4个施肥处理中，T5处理对各项指标的改善效果最突出。与T3和T4处理相比，T5处理的地上部氮磷钾养分累积量、肥料利用率增幅分别为6，28％-30．81％和15．24V一77．68％，地上部总鲜重分别增加10．47％和14．02％，籽粒产量分别提高15．23％和13．92％，差异均达极显著水平。【结论】生物炭、有机肥、化肥三者混施可有效促进春玉米对养分的吸收和高效利用，提高产量。关键词：生物炭；有机肥；化肥；配施；春玉米；养分利用；产量指标；南方丘陵山地农区中图分类号：S147．34文献标志码：A文章编号：2095—1191(2015)08—1396—05Effectsofbiochar，organicfertilizerandchemicalfertilizerl●ll●·●。-。⋯●。IcomDinedaDOlication0nnutrientutilizationandyieldofspringmaizePENGHui-huil，2⋯，LIUQiang1，2’4，”，RONGXiang-minl'2’4”，ZHANGYu-ping1'2’4”，TIANChang1'2，4一．XIEYong10CollegeofResourcesandEnvironment，HunanAgriculturalUniversity，Changsha410128，China；2HunanProvincialKeyLaboratoryofFarmlandPollutionControlandAgriculturMResourcesUtilization，Changsha410128，China；3ChangshaEnvironmentalProtectionVocationalCollege，Changsha410004，China；4NationalEngineeringLaboratoryofSoilandFertilizerResourcesEfficientUtilization，Changsha410128，China；5HunanProvincialKeyLaboratoryofPlantNutritioninCommonUniversity，Changsha410128，China)Abstract：【0bjective】Theeffectsofcombinedapplicationofbiochar，organicfertilizerandchemicalfertilizeronnu—trientutilizationandyieldofspringmaizewereinvestigated．inordertoprovidetheoreticalreferenceforagriculturalappli—cationofbiocharandhigh—efficientproductionofmaize．【MethodjThelong—termfieldlocatedexperimentwasconductedinLiuyangcity，Hunanprovince，whichincluded5fertilizertreatments沌．，nofertilizer(T1)，singleapplicationofchemicalfertilizer(7I、2)，combinedapplicationofchemicalfertilizerandbiochar(T3)，combinedapplicationofchemicalfertilizerandorganicfertilizer(’r4)，combinedapplicationofchemicalfertilizer，organicfertilizerandbiochar(T5)．AndthetotalnutrientapplicationamountsofN。PandKwere240。120and150kg／haduringgrowthperiodofspringmaize，respectively．Then，theN，PandKaccumulationinabovegroundpart，fertilizeruseefficiency，freshweightofabovegroundpart，grainyieldandotherindexesofspringmaizefromeverytreatmentweredeterminedandanalysed．【Result】rI’Ileresultsshowedthatthefertilizerapplicationcontributedtonutrientabsorptionandutilizationandincreasingyieldofspringmaize．ComparedwithT2，theT3。T4andT5couldimproveN．PandKaccumulationinabovegroundpart．fertilizeruseefficiency，freshweightofear，freshweightofstemandleaf，totalfreshweightofabovegroundpart，收稿日期：2015—05—06基金项目：国家科技支撑计划项目(2012BADl5804)；湖南省科技厅重点项目(2013NK2002)；湖南省科技计划项目(2013NK3046)作者简介：}为通讯作者，刘强(1953一)，教授，博士生导师，主要从事植物营养生理与生态研究工作，E—mail：lq8053@hunau．net。彭辉辉(1978一)，主要从事环境生态研究工作，E—mail：281751052@qq．com 8期彭辉辉等：生物炭、有机肥与化肥配施对春玉米养分利用及产量的影响·1397·kernelnumberperear．100一kernelweighttodifferentdegrees．ThUSthegrainyieldofspringmaizeincreasedsignificant—lY．andtheN．PandKaccumulationandfertilizeruseefficiencyincreasedby5．0I％一72．18％and26．82％一351．41％，repective]y．Inaddition．thejncreaserateoftotalfreshweightofabovegroundpartwas9．29％一24．62％．thegrainyieldofspringmaizeincreasedbyN．PandKaccumulationinshootsandfertilizeruseefficiencyincreasedby5．01％_72．18％，26．82％一351．41％respectively．totalfreshweightofabovegroundpartincreasedby9．29％一24．62％，andgrainyieldincreasedby8．75％一25．32％．Furthermore，exceptkernelnumberperearofT4and100一kernelweightofT3，allotherindexesofT3，T4andT5hadsignificantdifferenee(p<0．05)orextremelysignificant(P℃O．01，thesamebelow)fromthOSeofT2．AmongT2，T3，T4andT5，T5hadthemostsignificanteffectonallindexesofspringmaize．ComparedwithT3andT4，theN．PandKaccumulationinabovegroundpartandfertilizerLlSeefficiencyofT5increasedby6．28％一30．81％and15．24％一77．68％，respectively．andtotalfreshweightofabovegroundpartincreasedby10．47％and14，02％，respectively，thegrainyieldinereasedby15．23％and13．92％。respectively．andthesedifferencesreachedextremelysignificantlevel．IConclusion】f111ecombinedapplicationofbiochar，organicfertilizerandchemicalfertilizercaneffectivelypromotenutri—entsabsorptionandhigh—efficientuseofspringmaizeandimproveitsyield．Keywords：biochar；organicfertilizer；chemicalfertilizer；combinedpplication；springmaize；nutrientutilization；一{yieldindices：southernhillyandmountainouscultivatedregion0引言【研究意义】目前我国农业领域的资源与环境问题突出，主要表现为化肥使用强度增大，施用总量增加，但肥料当季利用率较低，其贡献率显著下降(栾江等，2013)，养分的大量流失导致农业产投比下降、土壤退化和环境污染等一系列严峻后果；大量未经有效处理或利用的畜禽粪肥和农业秸秆则加深了资源浪费与环境保护矛盾(尹昌斌等，2015)。生物炭在农业、环境、能源等领域有广泛的应用，有助于发展低碳高效经济(陈温福等，2011)。研究秸秆生物炭、畜禽粪便有机堆肥与化肥之间配施对旱作春玉米氮磷钾养分累积、肥料利用率及产量指标的影响效果，对合理利用畜禽粪便和农业秸秆资源、提高肥料利用率和作物产量、减少水土养分流失和农业面源污染等均有重要意义。【前人研究进展】生物炭对土壤物理和化学性质具有明显的改良作用，能聚集水分、提高孔隙度、降低容重，为植物提供良好的生长环境；同时也是理想的酸性土壤改良剂，可保留土壤养分，还能直接供给营养元素(Haefeleeta1．，2011)和提高土壤养分的有效性，便于作物吸收、转运、累积和同化(曾爱等，2013)。生物炭对作物生长及产量的影响与生物炭的用量(u．zomaeta1．，2011)、施用方法(Nelsoneta1．，2011)及土壤类型(Jefferyeta1．，2011)等有关，且存在明显的累加效应(Majoreta1．，2010)。生物炭与氮肥配施时会产生交互作用，对作物增产效果更显著(Chaneta1．，2008o另外，生物炭与化肥配施或有机肥配施对大豆、甜菜产量影响及稻田土壤修复方面已有相关研究(陈伟等，2013；马铁铮等，2015；刘明等，2015o但高海英等(2012)研究认为，仅添加生物炭而不施氮肥对作物增产不明显或减产。【本研究切入点】目前，鲜见生物炭与有机肥、化肥三者配施对玉米影响效应方面的报道。【拟解决的关键问题】采用田间小区定位试验，研究生物炭、有机肥与化肥之间配施对春玉米地上部氮磷钾累积、肥料利用率及产量指标的影响效应，旨在探明我国南方丘陵山地农区粮食旱作中生物炭与肥料配施的合理模式，为完善生物炭农业应用理论和玉米高效生产提供技术支撑，也为农业资源合理利用、减少农业面源污染提供科学依据。1材料与方法1．1试验材料供试化肥为尿素(湖北三宁化工股份有限公司产，N46％)、钙镁磷肥(湖南浏阳东区磷肥厂产，P20，12％)、氯化钾(加拿大产，K2060％)；供试有机肥为猪粪有机堆肥，产自湖南益阳，养分含量分别为N31．08eCkg、P2050．824eCkg、K2016．97g／kg；生物炭蹦稻壳为原料，采用高温热(<700oC)解炭化工艺制作，产自湖南益阳。1．2试验方法试验于2014年3～7月在湖南省浏阳市湖南农业大学长期定位试验基地(东经113049’，北纬28。19’)进行。供试土壤为河潮土，耕作层(0-20cm)_．-k壤pH5．88，有机质15．76g／kg，全氮3．75g／kg，全磷0．96g／kg，全钾13．48g／kg，碱解氮80．82rng／kg，速效磷21．64mg&g，速效钾142。78mg／kg。供试玉米品种为掖单13号，播种量为56000株／ha。采用随机区组设计，设5个处理，分别为不施肥(T1)、施化肥(T2)、施化肥+生物炭(T3)、施化肥+有机肥(T4)、施化肥+生物炭+有机肥(T5)。每处理重复3次，小区面积20in2(长x宽=5mx4m)。玉米于2014年3月26日播种，7月20日收获，整个生育期117d，依当地常规管理，处理间保持一致。春玉米生育期氮、磷和钾总养分施用量分别为240、120和150kg／ha，其中氮分别按基n巴40％、苗肥30％、穗肥(大喇叭日期施)30％的比例施用；磷肥全作基肥施用；钾肥分别按基肥50％、穗肥(大喇叭口期施)50％的比例施用。以施用等量氮肥为基础进行配置，除了施用化肥以外，T4、T5中用有机肥代替20％化肥氮，忽略生物炭的养分直接供养，其施用量为13500kg／ha，与基肥同时施用。 ·1398·南方农业学报46卷1．3测定项目与方法玉米成熟后，分小区全部平地收割，茎叶与玉米棒分别测鲜重。地上部总鲜重(kg／ha)=茎叶鲜重+玉米穗鲜重在每小区选取代表性的、均匀～致的5株玉米进行风干考种。茎叶和籽粒的氮、磷、钾含量分别采用半微量凯氏定氮法、钒铂黄比色法和火焰分光光度法进行测定(鲍士旦，2001)。地上部养分累积量(kg／ha)=植株鲜重(kg／ha)x(1一水分系数)×养分含量；肥料利用率(％)=(施肥处理玉米地上部某养分累积量一不施肥处理玉米地上部相应养分累积量)／施肥处理相应养分施用量MOO。1．4统计分析采用Excel2007和DPSv14．10软件进行数据的单因素方差分析和LSD法显著性检验。2结果与分析2．1生物炭与有机肥对春玉米地上部氮磷钾累积量的影响从表1可以看出，春玉米地上部氮磷钾累积量均表现为T5>T4>T3>T2>TI，除”和T4处理间的磷累积量外，不同处理间氮磷钾累积量差异均达显著(P<0．05，下同)或极显著(PT4>T3>T2，各处理间的差异均达极显著水平(除T3和T4处理问的磷肥利用率外)，说明施肥有助于提高春玉米的氮磷钾肥利用率，以生物炭与化肥、有机肥同时配施的效果最显著。与T2处理相比，T3、T4、T5处理的氮、磷、钾肥利用率分别提高36．26％、59．41％、83．72％，154．06％、186．40％、351．41％和26．82％、69．88％、107．85％。而T5处理的氮、磷、钾肥利用率比T3、T4处理分别增加34．83％、15．24％，77．68％、57．62％和63．89％、22．35％。表2生物炭与有机肥对春玉米肥料利用率的影响(％)Tab．2EffectsofbiocharandorganicfertilizerOnfertilizerUSeefficiencyofspringmaize(％)2．3生物炭与有机肥对春玉米地上部鲜重的影响，从表3可以看出，春玉米的穗鲜重表现为T5>T4>T3>T2>T1，茎叶鲜重、地上部总鲜重则表现为T5>T3>T4>T2>T1，不同处理间差异均达显著或极显著水平(除T3和T4处理间的穗鲜重、地上部总鲜重外)，说明施肥有助于提高春玉米的穗鲜重、茎叶鲜重和地上部总鲜重，以生物炭与化肥、有机肥同时配施的效果最好。与T2相比，T3、T4、T5的穗鲜重分别增加7．85％、11．33％和24．04％，茎叶鲜重分别增加15．03％、8．04％和24．97％，地上部总鲜重分别增加12．80％、9．29％和24．62％。而T5处理的穗鲜重、茎叶鲜重、地上部总鲜重比T3、T4处理分别增加15．01％、11．42％，7．88％、15．67％和10．47％、14．02％。表3生物炭与有机肥对春玉米地上部鲜重的影响(kg／ha)Tab．3Effectsofbiocharandorganicfertilizeronfreshweightofabovegroundpartofspringmaize(kg／ha)2．4生物炭与有机肥对春玉米籽粒产量的影响由表4可知，春玉米的穗粒数表现为T5>T3>T4>T2>T1，而百粒重、籽粒产量表现为T5>T4>T3>T2>T1，各施肥处理与T1处理间的差异均达极显著水平，T5与 8期彭辉辉等：生物炭、有机肥与化肥配施对春玉米养分利用及产量的影响·1399·其他各处理间的差异显著或极显著，说明施肥有助于提高春玉米的穗粒数、百粒重和籽粒产量，其中以生物炭与化肥、有机肥同时配施的效果最佳。与T2相比，T3、T4、T5的穗粒数分别增加11．64％、4．48％和20．68％，百粒重分别增加6．82％、9．62％和19．28％，籽粒产量分别增加了8．75％、10．01％和25．32％。而T5处理的穗粒数、百粒重、籽粒产量比T3、T4处理分别增加8．10％、15．51％，11．67％、8．81％和15．23％、13．92％。表4生物炭与有机肥对春玉米籽粒产量的影响Tab．4EffectsofbiochafandorganicfertilizerongrainyieldofspnngmaizeTlT2T3T4T520．55±1．59dC24．334-0．79cB25．99+0．78bcB26．67±0．37bAB29．02±0．88aA14．9625．0326．4744．083讨论本研究结果表明，与不施肥处理相比，单施化肥可极显著增加春玉米地上部氮磷钾累积量，而与单施化肥处理相比，生物炭、有机肥与化肥配施可进一步增加春玉米地上部氮磷钾的累积量，提高肥料利用率，与单施化肥处理之间的差异均达极显著水平。康日峰等(2014)利用生物炭基肥料进行红壤盆栽试验，结果也表明生物炭能提高作物对氮、磷的吸收累积；邵云等(2013)的有机肥田间试验也得出了类似结果，可能与生物炭、有机肥施人酸性红壤后可提高土壤pH，改善根际微生物活性，增加土壤含水量及有效养分含量(孟颖等，2014)，减少养分流失和提高利用率(Taghizadeh—Toosieta1．，2012，张玉平等，2013)等因素有关。此外，本研究结果表明，茎叶鲜重占地上部总鲜重的比重较大，且T3处理比T4处理更能增加茎叶鲜重，可能与生物炭施用量偏向增加营养器官的生物量有关(金梁等，2015)。房彬等(2014)在贵州开阳县的田间长期定位试验结果表明，与单施复合肥、氮肥相比，不同量的生物炭与之配施能有效提高玉米产量，根茎叶生物量、籽粒产量分别提高了8．6％,-46．8％和7．6％～20．3％。本研究中的生物炭、有机肥与化肥配施对春玉米地上部鲜重及产量指标影响的结果与之基本一致。这可能是因为配施生物炭、有机肥更有利于改善养分的吸收、转运途径，促进植株氮磷钾养分累积，增强作物的光合能力，从而加强同化作用，增加地上部生物量，进而有利于提高产量指标。本研究结果还发现，所有处理中以T5处理配施效果最好，其春玉米地上部氮磷钾累积量、鲜重、肥料利用率、籽粒产量与T3、T4处理间均存在极显著正向差异，说明生物炭、有机肥、化肥三者配施时可能存在互作效应。这可能归根于生物炭、有机肥、化肥三者配施比其中的两者配施更能改善土壤的理化性质(刘新源，2014)及根际微生态环境(陈伟等，2013)，更有利于持留土壤养分，调控养分释放的速度以满足作物各生育时期对养分的需求。生物炭、有机肥和化肥配施是值得推广应用的施肥方法，尤其是对我国南方丘陵山地农区的面源污染防治及玉米等旱作高产栽培意义重大。但有关生物炭、有机肥与化肥之间配施对作物生长发育影响的机理及各自合理配施量等方面有待进一步研究。4结论本研究结果表明，生物炭、有机肥和化肥三者混施可有效促进春玉米对养分的吸收和高效利用，提高产量。参考文献：鲍士旦．2001．土壤农化分析[M]．第3版．北京：中国农业出版社．BaoSD．2001．SoilAnalysislMJ．The3耐Edition．Beijing：Chi—naAgriculturePress．陈伟，周波，束怀瑞．2013．生物炭和有机肥处理对平邑甜茶根系和土壤微生物群落功能多样性的影响[J]．中国农业科学，46(18)：3850—3856．ChenW，ZhouB，ShuHR．2013．Effectsoforganicfertilizerandbiocharonrootsystemandmicrobialfunctionaldiver—sityofMMushupehensisRehd[J]．ScientiaAgricuhuraSinica，46(18)：3850—3856．陈温福，张伟明，孟军，徐正进．2011．生物炭应用技术研究[J]．中国工程科学，13(2)：83—89．ChenWF，ZhangWM，MengJ，XuZJ．2011．Researchesonbiocharapplicationtechnology[J]．EngineeringSciences，13(2)：83—89．房彬，李心清，赵斌，钟磊．2014．生物炭对旱作农田土壤理化性质及作物产量的影响[J]．生态环境学报，23(8)：1292—1297．FangB，LiXQ，ZhaoB，ZhongL．2014．Influenceofbiocharonsoilphysicalandchemicalpropertiesandcropyieldsinrainfedfield[Jj。EcologyandEnvironmentalSciences．23(8)：1292—1297．高海英，何绪生，陈心想，张雯，耿增超．2012．生物炭及炭基硝酸铵肥料对土壤化学性质及作物产量的影响[J]．农业环境科学学报，3l(10)：1948—1955．GaoHY，HeXS，ChenXX，ZhangW，GengZC．2012．Effectofbiocharandbiochar—basedammoniumnitratefertilizersonsoilchemicalpropertiesandcropyield[J]．JournalofAgro—EnvironmentScience，31(10)：1948—1955．金梁，魏丹，郭文义，徐猛，张磊，李一丹，常本超，高中超，谷学佳，赵赛东．2015．化肥单施及生物炭与化肥配施对土壤配出m船n∞4m7■虬盯溉％酌B越瑚“垃42M石由m㈣碱御嘲酏加碰"船一一一一一一～一～～ 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