优化施氮条件下添加生物炭对宁夏灌区土壤条件和水稻生长的影响*

高 悦，张爱平，杜章留，刘汝亮，洪 瑜，胡世民，杨正礼**



优化施氮条件下添加生物炭对宁夏灌区土壤条件和水稻生长的影响*

高 悦1，张爱平1，杜章留1，刘汝亮2，洪 瑜2，胡世民1，杨正礼1**

（1．中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所，北京 100081；2．宁夏农林科学院农业资源与环境研究所，银川 750000）

以水稻品种宁粳43号为材料，在宁夏灌区就施用氮肥和添加生物炭进行田间裂区试验，设计不施氮（N0，0kg·hm−2）、优化施氮（N1，240kg·hm−2）和常规施氮（N2，300kg·hm−2）3个氮肥水平以及4个生物炭水平（C0，0kg·hm−2；C1，4500kg·hm−2；C2，9000kg·hm−2；C3，13500kg·hm−2），共12个处理。在水稻收获期利用土钻取样，测定土壤基本性质；在分蘖期、拔节期、灌浆期随机取植株样，分别对水稻总根长、根系表面积、根尖数等根系生长指标和根冠比、植株地上生物量等水稻生长指标进行测定；成熟期采用五点取样法对各处理水稻产量进行测定，以探究不同施氮水平下添加生物炭对土壤条件和水稻生长的影响。结果表明，（1）施加氮肥无法改善土壤养分状况，而生物炭的添加可以增加土壤养分含量；（2）施用氮肥和添加生物炭均能促进水稻根系生长，且优化施氮水平与常规施氮处理间不存在显著差异；（3）优化施氮与常规施氮处理间水稻产量无显著性差异，而生物炭添加可以增加水稻产量，其中优化施氮处理中，9000kg·hm−2的生物炭添加水平增加了15.5%的理论产量。因此，生物炭的添加可改善土壤养分状况，促进水稻生长，进而增加水稻产量，可配合施用生物炭对宁夏稻田进行氮肥减量。

氮肥减量；生物炭；土壤条件；水稻根系；水稻产量

氮素是植物生长发育的必要元素。在追求持续高产的过程中，大量氮肥被持续投入到农田生态系统中，引起温室效应、水体富营养化、土壤板结等严重环境问题[1]。张福锁等[2]研究表明，稻田尿素有效利用率仅30%～40%。乔俊等[3]研究发现，减少氮肥施用量可以有效减少太湖地区田面水中总氮的含量。刘红江等[4]研究表明，减少10%的氮肥施用量，仍可以保证水稻产量。赵士诚等[5]田间试验得出氮肥减量后可以减少氮素的田间损失。因此，减少氮肥用量成为现阶段重要的研究课题。

经树木、草类以及作物残留物在缺氧条件下加热分解得到的生物炭，在提高贫瘠土壤的土壤肥力[6]，改善土壤理化性质[7]，增加作物产量[8]等方面得到了广泛的研究。Zheng等[9]试验研究表明，生物炭可以通过其强大的吸附能力增加氮素利用率，减少氮素损失。Bruun等[10]发现2%的生物炭可以显著增加植物根密度，进而增加养分的吸收利用效率。程效义等[11]研究表明生物炭通过改善土壤理化性质，促进根系生长，进而促进根系对氮素的吸收和籽粒氮素的积累。因此，结合生物炭添加，减少氮肥的施用，在保证作物生长方面具有积极意义。

生物炭与氮肥的配施可增加玉米百粒重6.03%[11]，也有研究表明生物炭配施氮肥能增加土壤碳氮储量和微生物量，提高土壤肥力[12]，Steiner等[13]研究发现，在添加生物炭的基础上，减少10%的化肥用量仍可以保证作物的产量。宁夏灌区是中国重要的水稻产区，但由于过度施肥引发的环境问题已得到广泛关注，但结合添加生物炭的研究报道较少。本研究针对宁夏灌区水稻品种宁粳43号进行裂区试验设计，探究在减氮的基础上添加生物炭对土壤养分、水稻生长和产量的影响，以期为稻田氮肥减量条件下保持土壤良好特性和水稻产量提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验在宁夏回族自治区青铜峡市叶升镇正鑫源现代农业公司试验田进行，试验区位于东经106°11'35"E，北纬38°07'26"N。黄河在该地区蜿蜒经过，灌溉条件优越，使该区成为北方水稻种植区之一。研究区为温带大陆性半干旱气候，平均海拔1100m，年均降水量241.9mm左右，年平均气温10℃，日照时数3230h，无霜期201.1d。土壤类型为灌淤土，耕层深度约25cm，主要种植小麦、玉米、水稻等作物，两年三熟制，主要种植模式为水稻−小麦轮作或小麦−玉米轮作。

供试土壤（0−20cm）基本理化性质为pH 8.00，全氮0.8g·kg−1，全磷0.6g·kg−1，土壤有机质含量12.73g·kg−1，碱解氮71.53mg·kg−1，速效磷22.80mg·kg−1，速效钾121.33mg·kg−1。试验使用的生物炭由山东某集团生产，经240～360℃高温厌氧裂解制成，为稻壳生物炭，即稻壳在高温缺氧条件下碳化生成，其基本理化性质如表1所示。

表1 试验用生物炭的基本理化性质

1.2 试验设计

试验采用裂区设计，设置3个施氮处理和4个生物炭水平，分别为C0（0kg·hm−2）、C1（4500kg·hm−2）、C2（9000kg·hm−2）、C3（13500kg·hm−2），N0（0kg·hm−2）、N1（240kg·hm−2，优化施氮）、N2（300kg·hm−2，常规施氮）。每个处理设置3个重复，即共36个试验小区，小区面积为65m²（13m×5m）。表2给出了各试验处理的养分情况和生物炭用量。试验于2017年5月20日开始，选用水稻品种为宁粳43号。于2017年4月28日育秧，5月29日插秧，9月28日收获。氮肥分3次施入，其中50%与磷肥、钾肥、生物炭在上茬秋季水稻收获后作为基肥均匀撒施地表后旋耕，旋耕深度15～20cm，30%和20%的氮肥分别在秧苗期（6月7日）和拔节期各追施一次（撒施）。所施氮肥为尿素（N，46%），磷肥为重过磷酸钙（P2O5，46%），钾肥为氯化钾（K2O，60%）。

表2 各处理生物炭和化肥用量（kg·hm−2）

1.3 样品采集与测定

1.3.1 样品采集方法

在水稻收获期，随机在小区内选择取样点，利用土钻取0−20cm的耕层土壤，装入自封袋后带回实验室，风干后磨碎过2mm筛，对土壤理化特性进行测定。

分别在水稻分蘖期、拔节期、灌浆期按随机取样的方法，在距水稻根部15cm处挖取断面，并取垂直深度为20cm，获得完整的根系和植株样品；将根系附着土壤洗净后，装入低温储存箱，带回实验室冷冻保存（−25℃），对植物根系形态指标和地上生物量进行测定。

在水稻成熟期采用五点取样法，在小区内随机选择5个1m2的样方，将秸秆和籽粒分开，在烘箱中70℃杀青20min后，105℃下烘干至恒重，进一步测定考种指标，并进行测产。

1.3.2 样品测定方法

土壤样品的检测方法按照《土壤农化分析》[14]进行，土壤全氮用半微量开氏法；全磷采用HClO4-H2SO4法；土壤总有机碳（TOC）测定方法采用外加热法；碱解氮采用碱解扩散法；速效磷采用0.5mol·L−1NaHCO3，用分光光度计进行测定；速效钾采用火焰光度计法；根系的指标测定及分析采用WinRHIZO(Pro2005c)根系扫描仪及其数据分析软件进行扫描和数据提取。

1.4 数据分析

试验数据用Origin9.0作图，并用SPSS22.0进行方差分析，采用LSD Duncan多重检验法进行显著性检验（P<0.05）。

2 结果与分析

2.1 优化施氮条件下添加生物炭对土壤养分含量的影响

表3给出了不同氮肥施用水平下添加生物炭水稻土壤总氮、总磷和土壤有机质含量的差异性分析。由表可知，氮肥的施用和生物炭的添加对稻田土壤中总氮、总磷含量均无显著性影响。对于土壤总氮，在同一施氮条件下，生物炭的添加对土壤总氮含量具有增加作用，但差异不显著，以N0水平为例，C3处理总氮含量高于C0处理8.7%，C2处理高于C0处理6.8%，C1处理高于C0处理4.7%；同一生物炭条件下，不同施氮量对土壤总氮的影响甚微。

由表3可见，生物炭的添加对土壤TOC含量影响较为明显。在所有处理中，土壤TOC含量以C3N0处理最高（25.55g·kg−1），以C0N1处理最低（11.22g·kg−1），二者相差2.28倍。同一施氮处理中，生物炭的添加可以增加稻田土壤TOC含量。在N0水平下，C1、C2、C3处理分别显著增加土壤TOC含量61.5%、86.5%、100.7%（P<0.05）；N1水平下，C1、C2、C3处理分别增加土壤TOC含量37.9%、64.2%、44.1%；N2水平下，C1、C2、C3处理分别增加土壤TOC含量37.8%、54.5%、71.2%，其中C2、C3处理下达到显著增加水平（P<0.05）。然而，同一生物炭水平下，优化施氮（N1）处理TOC含量降低，C0水平下N0、N2中TOC含量分别高于N1处理13.4%、18.5%，C1水平下分别高33.0%、18.5%，C2水平下分别高28.8%、11.5%，C3水平下分别高58%、40.8%。由此可见，生物炭的添加可以增加土壤有机碳含量，并且氮肥的施用量也会影响土壤有机碳含量。

表3 不同处理土壤TN、TP、TOC含量的比较（g·kg−1）

注：同列字母表示处理间在0.05水平上的差异显著性；数据为均值±标准差。下同。

Note：The letters in the same row indicate the significant differences among treatments at 0.05 level.The data is mean ± standard deviation. The same as below.

由图1可见，生物炭的添加可以增加土壤碱解氮的含量，而氮肥的施入对碱解氮含量的影响甚微。在N0处理中，各生物炭添加水平并没有引起碱解氮含量的显著性变化，与C0水平相比，C1水平增加6.36%，C2水平降低1.5%，C3水平增加5.1%；在N1、N2处理中，C2水平的碱解氮含量显著高于C0水平，其中N1处理含量高5.5%（P<0.05），N2处理高10.2%（P<0.05），其它处理间无显著差异。同一生物炭水平下，不同氮处理间的碱解氮含量无显著性差异。因此，氮肥的添加未对土壤中碱解氮含量产生显著影响，而生物炭的添加在N1、N2处理中会引起土壤碱解氮含量的变化，这可能是由于生物炭的吸附性和生物炭自身养分含量引起的。

生物炭的添加可以增加土壤速效磷含量。在N0处理中，随着生物炭施入量的增加速效磷含量增加，与C0水平相比，C3水平显著增加了47.2%（P<0.05），C2水平增加19.9%（P<0.05）。在N1处理中，各生物炭水平间不存在显著差异，但与C0水平相比添加生物炭处理中速效磷含量增加。在N2处理中，生物炭的添加显著增加了速效磷的含量，其中C1水平增加了65.1%（P<0.05），C2水平增加了1倍（P<0.05），C3水平增加了62.6%（P<0.05）。同一生物炭水平中，3个施氮处理不存在显著差异。由此可见，生物炭的添加能够增加土壤速效磷含量，但氮肥的施入对土壤速效磷含量无显著影响。

图1 不同处理土壤碱解氮、速效磷、速效钾含量的比较

注：小写字母表示处理间在0.05水平上的差异显著性。短线为标准差。下同。

Note: Lowercase indicates the difference significance among treatments at 0.05 level. The bars are standard deviations. The same as below.

生物炭的添加可以显著增加土壤速效钾含量，而氮肥的施入会降低土壤速效钾含量，可能与植物的吸收有关。N0处理下，C1处理与C0处理相比，速效钾含量增加32.97%（P<0.05），C2、C3处理中速效钾含量增加50%（P<0.05）。在N1处理下，虽然生物炭添加引起速效钾含量的增加作用不如N0处理，但与C0处理相比，9000kg·hm−2和13500kg·hm−2生物炭的施入分别显著增加速效钾含量15.9%、52.55%（P<0.05）。N2处理中，与C0处理相比，C3处理显著增加土壤速效钾含量51.02%（P<0.05）。同一生物炭水平下，氮肥的增加对土壤速效钾含量有降低作用，其中C1水平下，N1处理、N2处理与不施氮的N0处理相比，土壤速效钾含量分别显著降低38.33mg·kg−1、31.33mg·kg−1（P<0.05）；C2水平下，分别显著降低47.33mg·kg−1、69.33mg·kg−1（P<0.05）。可见，生物炭的添加能够显著增加土壤速效钾含量，而氮肥的添加可能是由于植物吸收作用增加而使土壤速效钾含量降低。

综上可知，同一施氮水平下，生物炭的添加对3种活性养分的含量均有不同程度的增加作用，且随着生物炭添加量的增加活性养分含量增加，以速效钾含量的增加作用最为明显。虽然不施氮肥条件下，添加生物炭处理土壤速效磷、速效钾含量最高，但是否不施氮能够完全满足植物生长的要求是不确定的，因此从植物根系入手，分析在不同施氮水平下添加生物炭研究植物生长的状态。

2.2 优化施氮条件下添加生物炭对水稻生长的影响

2.2.1 根系指标

植物体的氮素主要来源于根系的吸收作用，生长能力强的根系有利于作物的生长发育[15]。因此，选择3个水稻生长关键时期，即分蘖期、拔节期、灌浆期，进行根系生长的分析。如图2所示，N0处理中的4个生物炭水平中，水稻各个生长时期的总根长、根系表面积、根尖数等生长指标均表现为最低，可见，不施氮在农田生态系统无法保证作物的正常生长。

由图2可见，在水稻分蘖期，氮肥与生物炭的添加均促进了水稻根系的生长。在N0处理中，与C0水平相比，C2、C3、C1水平的根长分别高出88.1%、49.3%、48.7%；在N1处理中，根长分别高出85.4%、45.1%、23.8%；N2处理中，分别高出74.7%、58.1%、32.0%。因此，生物炭的添加对水稻分蘖期根系的生长具有促进作用，以C2水平最优。同一施碳水平下，施加氮肥对水稻根系生长同样具有促进作用。C0水平下，与N0处理相比，N1、N2处理根长分别增加1.25倍和1.17倍；C1水平下，分别增加0.87倍、1.31倍；C2水平下，分别增加1.19倍、0.92倍。由图还可见，优化施氮的所有处理水稻根长均显著高于不施氮处理，且与常规施氮处理（300kg·hm−2）不存在显著差异。可见，优化施氮处理下9000kg·hm−2的C2水平对水稻分蘖期根系生长最具促进作用，C3水平的促进作用减小。

图2 不同处理根系指标的比较

在水稻拔节期，生物炭的添加能够抑制根系的生长，而氮肥的添加能够促进根系的生长。在N0处理中，与C0水平相比，C1、C2、C3水平根长分别降低35.9%、21.6%、27.6%；N1处理中，分别降低41.1%、26.5%、8.5%；N2处理中，与C0水平相比，C1水平增加44.6%，C2、C3水平分别降低8.3%、11.0%。可见，施氮量增加的情况下，生物炭的添加对水稻根系的生长起负向作用。在同一施碳水平中，氮肥的添加有利于根系的生长。在C0水平中，与N0处理相比，N1、N2处理水稻根长分别增加93.5%、77.8%；C1水平中，分别增加0.78倍、3.01倍；C2水平中，分别增加81.5%、107.9%；C3水平中，分别增加1.44倍、1.18倍。

在水稻灌浆期，各处理对水稻根长的影响与分蘖期相似。在同一施氮处理中，生物炭的添加有利于灌浆期根系的生长。N0处理中，与C0水平相比，C1、C2、C3水平下根系长度分别增加0.38倍、1.31倍、1.16倍；N1处理中，分别增加0.40倍、1.42倍、1.01倍；N2处理中，C1水平下降低34.1%，C2、C3水平下分别增加35.5%、6.1%。在同一生物炭水平中，氮肥的添加能够增加灌浆期根系长度。在C0水平中，与N0处理相比，N1、N2处理根系长度分别增加1.06倍、2.56倍；C1水平中，分别增加1.07倍、0.69倍；C2水平中，分别增加1.16倍、1.09倍；C3水平中，N1、N2处理分别增加0.91倍、0.74倍。因此，在水稻灌浆期，施氮与生物炭的添加均有利于水稻根系的生长。

根系表面积与根尖数量均为根系生长指标，如图2所示，与根长的研究结果一致，即不施氮处理的水稻在各生长期中，根系的生长能力均较弱；在分蘖期，施氮处理中，9000kg·hm−2的C2水平最有利于根系生长，且两个施氮处理不存在显著性差异；在拔节期，生物炭的添加对根系生长有抑制作用，而高量氮的施入有利于根系的生长；在灌浆期，氮肥与生物炭的添加均对水稻根系生长具有促进作用。

2.2.2 植株生物量

根冠比是植株地下部分与地上部分干重或鲜重的比值，其大小反映了植株地下部分与地上部分的相关性，可代表植物的生物量分配。随着水稻生育期的推进，其根冠呈减小趋势。如图3a所示，水稻分蘖期，在C0、C1、C3水平下，氮肥的添加对根冠增加起促进作用。C3水平下，与N0处理相比，N1、N2处理根冠比分别增加0.01和0.04。而在C2水平下，氮肥的添加对根冠比有降低效应，与N0处理相比，N1处理下根冠比降低0.02，N2处理降低0.06。拔节期水稻根冠比大小表现为N0C0>N2C0>N0C1，其中同一氮肥处理中，生物炭的添加对根冠比有降低效应，以N2处理为例，与C0水平相比，C1、C2、C3水平下的根冠比分别降低0.44、0.57、0.42。各生物炭添加水平中，仅C3水平下氮肥的增加带来水稻根冠比增加，与N0处理相比，N1、N2处理根冠比增加0.02、0.01，其它生物炭添加水平下，氮肥的增加对根冠比起降低效应。

如图3b所示，各处理对地上部分生物量的影响主要表现为，不施氮处理中植株生物量低，而优化施氮（240kg·hm−2）、常规施氮（300kg·hm−2）处理中植株生物量稍高，且3个处理间不存在显著差异。在相同生物炭添加水平下，氮肥的施加有利于水稻地上生物量的积累，如在C2水平中，与N0处理相比，N1、N2处理水稻地上生物量分别增加5.13g、5.58g，且N1处理与N2处理不存在显著差异。由图可见，N1C2处理在水稻生长3个时期均保持了较高的地上生物量，尤其在灌浆期，地上生物量达到最高值。

图3 不同处理水稻根冠比、地上生物量的比较

2.3 优化施氮条件下添加生物炭对水稻产量的影响

表4是各处理水稻的测产结果。由表中可见，优化施氮处理与常规施氮间产量不存在显著差异。以C0水平为例，与N0处理相比，N1、N2处理分别是1.98倍、2.11倍。在N0、N1处理中，不同生物炭添加水平间水稻产量无显著差异，以N1处理为例，与C0水平相比，C1、C2、C3水平下水稻产量分别增加5.6%、15.5%、9.8%。N2处理中，生物炭添加的增加主要发生在C3水平。

在各氮素添加水平中，生物炭的添加可以增加植株的株高、穗长、穗粒数和千粒重。在N0处理中，与C0水平相比，C3水平显著增加了株高（11.2%）、穗长（8.5%）、穗粒数（35.3%），C2水平显著增加了13.0%的千粒重；N1处理中，与C0水平相比，C3水平显著增加了18.8%的株高和51.5%的穗粒数，C2水平显著增加了6.1%的株高、11.5%的穗长、62.0%的穗粒数以及9.8%的千粒重，C1水平显著增加了24.7%的穗粒数；在N2处理中，与C0水平相比，C3处理显著增加了12.1%的株高、14.7%的穗长、49.8%的穗粒数，C1处理显著增加了12.0%的千粒重。由表还可见，同一生物炭添加水平中，氮肥的添加可以增加各产量构成因素，且N1、N2处理间不存在显著差异。

表4 不同处理水稻测产结果的比较

3 讨论与结论

3.1 讨论

本研究表明，氮肥减量后土壤中总氮和碱解氮含量并没有减小，这与多项研究结果相一致[16−17]。通过水稻产量分析，氮肥的添加主要通过增加穗粒数引起作物产量的增加，而优化施氮处理与常规施氮间的水稻产量不存在显著差异，主要原因是常规施氮处理中千粒重的降低。常规施氮条件下大量氮素通过淋失、挥发等途径流失到环境中，并不会改善土壤养分的供应状况。赵士诚等[5]推测玉米大田减氮试验中产量没有降低的原因是土壤中养分可以满足作物生长，过量的氮素施入只能造成氮流失。Qiao等[18]研究认为216kg·hm−2的氮肥用量既可以降低环境污染的风险，又可以提高作物产量。

氮肥的添加在水稻生长各时期内对根系和地上部分的生长均具有促进作用，且240kg·hm−2的施氮量与300kg·hm−2间不存在显著差异，不少研究也得到了类似结论[19−20]。本研究中，在水稻不同生长期，优化施氮与常规施氮处理间根冠比不具有显著性差异，但与生物炭的添加水平有关。水稻分蘖期，9000kg·hm−2的C2水平下随着氮肥施加量的增加，根冠比降低，而在其它生物炭添加水平中根冠比增加。刘婷婷等[21]研究发现，随着氮肥施用量的增加水稻根冠比降低。根冠比的降低说明养分供应充足，保证了地上部分的充分生长从而表现为根系的生长抑制。在水稻拔节期，除C3水平外，其它生物炭添加水平下施加氮肥均导致了根冠比的减小。生物炭对根冠比的影响可能与引起的养分变化有关。

生物炭的添加可以增加碱解氮、速效磷、速效钾和土壤有机碳的含量，这与众多的研究结果有着一致性[22−24]。生物炭自身灰分含量高，拥有较大比表面积（200～400m2·g−1）[25]、较高的C/N以及较强的离子吸附能力[26−27]，能够增加土壤养分含量[26，28]，因此，也促进了水稻根系和地上部生长。本研究在同一氮肥施用处理中，C2水平下碱解氮、速效磷含量最高，且优化施氮与常规施氮间不存在显著差异。虽然生物炭添加水平越高，给予土壤灰分含量越多，但土壤中养分含量却降低，Yao等[29]研究结果说明过量的生物炭添加，使土壤中C/N过高，导致土壤微生物与作物竞争氮素。

基于生物炭对土壤养分含量的作用和生物炭的多孔吸附性，利于根系的延伸生长并延缓根系衰老[30]，Olmo等[31]以小麦为实验对象也得到了相似的结论。在水稻拔节期，生物炭添加对根长、根表面积、根尖数的降低作用，与降低了该生长期根冠比相吻合，生物炭的添加保证了充足的养分供应地上部分的生长，因此，根系的生长受到抑制，这与张伟明[30]的研究结果相一致。在产量结果中，生物炭的添加增加了穗粒数和千粒重，从而增加了水稻产量，这与生物炭对土壤养分和作物生长的影响作用是分不开的。

3.2 结论

（1）增施氮肥不会提高土壤养分含量，甚至由于加快作物的吸收而导致土壤速效钾、速效磷等含量的降低。添加生物炭增加了土壤中碱解氮、速效磷、速效钾的含量，有利于作物生长。

（2）优化施氮对水稻根系生长指标的影响与常规施氮无显著性差异，生物炭的添加有利于根系的生长和地上生物量的积累，以9000kg·hm−2的C2水平最优。

（3）优化施氮处理中水稻产量没有降低，且添加生物炭增加了千粒重和穗粒数从而使水稻产量增加，以9000kg·hm−2的生物炭添加水平最高。

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Effects of Biochar on Soil Conditions and Rice Growth in Ningxia Irrigated Area under Optimized Nitrogen Application Conditions

GAO Yue1, ZHANG Ai-ping1, DU Zhang-liu1, LIU Ru-liang2, HONG Yu2, HU Shi-min1, YANG Zheng-li1

(1.Institute of Environment and Sustainable Development in Agriculture, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081, China；2.Institute of Agricultural Resources and Environment, Ningxia Academy of Agriculture and Forestry Sciences, Yinchuan 750000)

Taking rice variety Ningjing43 as materials, the cracking test was carried out under nitrogen and biochar addition condition in Ningxia irrigation area. None nitrogen (0kg·ha−1), optimization of nitrogen (240kg·ha−1), routine nitrogen (300kg·ha−1) and three levels of biochar addition including C0(0kg·ha−1), C1(4500kg·ha−1), C2(9000kg·ha−1), C3(13500kg·ha−1), 12 treatments in total, were designed. Soil samples were collected in harvest stage of rice by soil-drills to determine basic properties. Plants samples were randomly selected in tillering stage, jointing stage and filling stage to measure the growth index such as root length, root surface area, root tips and root-shoot ratio, aboveground biomass. Rice production was tested in harvest stage through five-point sampling method. The 3 measurements aimed to study the effect of adding biochar under different nitrogen applications on soil conditions and rice growth in Ningxia irrigation area. The main results were as followed, (1) application of nitrogen fertilizer did not improve soil nutrient status, while biochar addition increased soil nutrient content. (2) Application of nitrogen fertilizer and addition of biochar both promoted root growth, and there was no significant difference between optimized nitrogen application and conventional nitrogen application. (3) There was no significant difference in rice yield between optimized nitrogen application and conventional nitrogen application, and biochar addition increased rice yield. 9000kg·ha−1of biochar addition in optimized nitrogen application increased the theoretical yield by 15.5%. Therefore, the addition of biochar improved soil nutrient status, promoted rice growth, and increased rice yield. And moreover, biochar addition can be applied to Ningxia rice fields in combination with nitrogen fertilizer reduction.

Nitrogen; Biochar; Soil condition; Rice roots; Rice production

10.3969/j.issn.1000-6362.2019.05.007

高悦,张爱平,杜章留,等.优化施氮条件下添加生物炭对宁夏灌区土壤条件和水稻生长的影响[J].中国农业气象,2019,39(5):327-336

2019−02−19

。E-mail：yangzhengli@caas.cn

国家自然基金青年基金项目（31601834）

高悦（1994−），女，硕士生，从事农业生态环境相关研究。E-mail：Gloria_gaoyue@163.com