生物黑炭还田对红壤旱地芝麻产量及土壤养分的影响

赵仲仁，王富珍，欧阳建平，夏桂龙，段红霞

（江西省邓家埠水稻原种场农科所，江西 余江 335200）

生物黑炭还田对红壤旱地芝麻产量及土壤养分的影响

赵仲仁，王富珍，欧阳建平，夏桂龙，段红霞

（江西省邓家埠水稻原种场农科所，江西 余江 335200）

为探讨南方丘陵区芝麻种植过程中合理的有机培肥措施，通过不同用量的秸秆和生物黑炭还田试验，研究了其对芝麻产量以及土壤pH值、有机质和氮磷钾养分含量的影响。结果表明：与常规施肥相比，秸秆和生物黑炭处理的芝麻籽粒产量分别增加了42.7%～89.0%和75.6%～118.3%，秸秆产量分别增加了24.2%～39.3%和43.6%～61.9%；同时，施用秸秆或生物黑炭可以较好地改良土壤酸化情况，并提升土壤有机质和速效氮磷钾的含量，且生物黑炭的效果优于秸秆直接还田；在试验设置的用量范围内，生物黑炭施用量越大，作物增产幅度和土壤肥力提升幅度越高。

稻草；生物黑炭；红壤；芝麻产量；土壤酸化

我国南方红壤丘陵区，芝麻等旱作物种植普遍存在产量较低的问题[1-3]。定位试验表明，长期不合理施用化肥是该地区作物减产和土壤肥力退化的主要原因[4-5]。而施用有机肥则可以显著提高作物产量和土壤肥力。大量研究认为，作物秸秆经炭化生成的生物质炭还田可显著改善土壤肥力，提高作物生产力，并减少温室气体的排放[6-9]。但是，对于南方丘陵区广泛种植芝麻等旱作物，其生物黑炭的合理用量还不甚明确。因此，试验以芝麻为材料，在旱地红壤上通过施用不同量的秸秆和生物黑炭，研究其对芝麻产量以及土壤培肥效果的影响，以期为红壤丘陵区的芝麻高产和土壤培肥提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于江西省鹰潭市余江县（28°15′N，116°55′E），地处中亚热带，年均气温18.1℃，≥10℃积温6 480℃，年降雨量1 537 mm，年蒸发量1 150 mm，无霜期约为289 d，年日照时数1 950 h。试验土壤为第四纪红粘土发育的红壤旱地，试验前土壤理化性状：pH值4.65、有机质15.31 g/kg、全氮1.04 g/kg、全磷0.65 g/kg、全钾7.86 g/kg、碱解氮85.40 mg/kg、有效磷15.57 mg/kg、速效钾102.03 mg/kg。

1.2 试验材料

供试芝麻品种为赣芝8号。

生物质炭原料为水稻秸秆，采用连续立式生物质炭化炉生产，在350～500 ℃的炭化温度下，35%的生物质材料转化为生物质炭。将生产的生物质炭过 5 mm 筛，测得pH值为10.4，养分含量如下：有机碳467.0 g/kg、全氮5.90 g/kg和有效磷83.50 g/kg。

1.3 试验设计

如表1所示，试验共设7个处理：CK（常规施肥）、S1（秸秆半量还田，3 t/hm2）、S2（秸秆全量还田，6 t/hm2）、S3（秸秆1.5倍全量还田，9 t/hm2）、C1（秸秆源黑炭还田，0.9 t/hm2，根据1 t秸秆可以转化0.3 t生物黑炭计算）、C2（黑炭还田，1.8 t/hm2）、C3（黑炭还田，2.7 t/hm2）；各处理氮、磷、钾肥施用量均一致，分别为90、60和105 kg/hm2。每个处理3次重复，各小区按区组随机排列，每个小区面积是50 m2。氮肥基追比为7︰3，秸秆、生物黑炭和磷肥作基肥一次性施用；钾肥中50%作基肥，50%作穗肥。

表1 秸秆或生物黑炭和肥料用量

1.4 测定指标

每个小区实际测产，计算籽粒产量和秸秆重量。收获指数=籽粒产量/（籽粒产量＋秸秆产量）。

收获后采集耕层（0～20 cm）土壤样品，每个小区随机采集5个点，混合后带回室内风干，过筛后分析土壤pH值、有机质和速效氮磷钾养分，测试方法为常规分析方法[10]。

1.5 数据处理及分析

所有数据均采用Excel 2003进行整理，采用SPSS 16.0进行方差分析，采用Origin 7.5软件进行制图。

2 结果与分析

2.1 秸秆或生物黑炭对芝麻产量的影响

如图1所示，施用秸秆或生物黑炭可以显著影响芝麻籽粒和秸秆产量变化。与常规施肥相比，S1、S2、S3、C1、C2和C3处理的籽粒产量分别增加了42.7%、73.2%、89.0%、75.6%、108.5%和118.3%，秸秆产量分别增加了24.2%、30.5%、39.3%、43.6%、51.0%和61.9%。其中，生物黑炭处理的增产效果明显高于秸秆的，且用量高的增产效果更明显。

2.2 秸秆或生物黑炭对红壤pH值和有机质的影响

由图2可知，在红壤旱地上，施用秸秆或生物黑炭可以较好地改善土壤酸化情况，与CK相比，S1、S2、S3处理的土壤pH值分别提高0.21（4.6%）、0.45（9.8%）和0.56（12.2%）。C1、C2、C3处理的土壤pH值分别提高0.38（8.3%）、0.52（11.2%）和0.76（16.5%）。同时，秸秆或生物黑炭还可显著提高红壤旱地的土壤有机质含量，与CK相比，秸秆和生物黑炭施用后的土壤有机质增幅（图3）分别为0.84%～30.1%和25.5%～44.0%。与秸秆相比，生物黑炭对土壤酸化改良和有机质提升的效果更明显。

图1 各处理芝麻籽粒和秸秆产量的比较

图2 各处理土壤pH值的比较

图3 各处理土壤有机质含量的比较

2.3 秸秆或生物黑炭对红壤氮磷钾养分的影响

从表2中可以看出，生物黑炭可以提高红壤旱地的氮磷钾养分含量。与CK相比，秸秆和生物黑炭处理土壤的碱解氮含量分别增加了29.3%～51.5%和29.5%～73.5%；有效磷含量分别增加23.0%～137.3%和54.1%～263.6%；速效钾含量分别增加75.5%～185.4%和89.6%～277.7%。其中，生物黑炭对土壤养分的增效作用明显高于秸秆，以C3处理的土壤养分含量增幅最大。

表2 各处理土壤氮磷钾养分含量的比较 （mg/kg）

3 讨 论

红壤旱地肥力退化是制约南方丘陵区作物生产的主要因素之一[11-14]，因此如何调整施肥措施来提升土壤肥力就变得十分关键。除了将水稻秸秆异地还田之外，近年来的研究表明，将秸秆在无氧条件下低温裂解制备成生物黑炭并还田可以较好地改善土壤肥力和质量，从而提高作物生产力[5]。该研究结果也表明，红壤旱地上施用生物黑炭可以显著提高芝麻产量，与CK相比，生物黑炭处理的芝麻籽粒产量增加了75.6%～118.3%，且增幅显著高于秸秆直接还田处理。这与其他作物的应用效果一致[7-9]。

大量研究表明，秸秆或生物黑炭施入土壤后主要是通过提高土壤肥力来增加作物产量[7-9,15-16]。在该试验中，添加秸秆或生物黑炭可以显著提高土壤速效养分和土壤pH值，且效果比秸秆直接还田要好。出现这样的结果有两个方面的原因：一方面与生物黑炭的特性优于秸秆有关，生物黑炭的比表面积大，从而大幅活化了土壤养分[7-9]，但具体原因有待进一步分析研究；另一方面由于生物黑炭中含有大量碱性物质，从而促使土壤pH值升高[17-18]。

4 结 论

在红壤旱地上，施用秸秆或生物黑炭可以显著提高芝麻产量、土壤有机质和土壤速效养分的含量，改良土壤酸化情况；且生物黑炭的效果优于秸秆直接还田。与CK相比，生物黑炭施用后芝麻籽粒产量增加了75.6%～118.3%；土壤有机质和速效氮磷钾含量分别增加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，且用量高的效果较好。

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（责任编辑：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

江西省科技支撑项目（20141BBF60050）；江西省自然科学基金（20151BAB214008）

赵仲仁（1963-），男，江西余江县人，农艺师，主要从事土壤肥料方面的研究。

夏桂龙