膜下滴灌條件下生物質(zhì)炭對(duì)土壤水熱肥效應(yīng)的影響①

高利華，屈忠義

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膜下滴灌條件下生物質(zhì)炭對(duì)土壤水熱肥效應(yīng)的影響①

高利華，屈忠義*

(內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木建筑工程學(xué)院，呼和浩特 010018)

通過(guò)田間小區(qū)試驗(yàn)，研究膜下滴灌條件下農(nóng)田施用生物炭0 t/hm2(A0)、15 t/hm2(A15)、30 t/hm2(A30)和45 t/hm2(A45)后玉米各生育期土壤含水率、溫度和有機(jī)質(zhì)及速效養(yǎng)分含量的變化規(guī)律。試驗(yàn)結(jié)果表明：在每個(gè)生育期，各處理耕層土壤含水率均隨生物炭施用量增加呈先增加后減少的趨勢(shì)，且均高于對(duì)照。在玉米拔節(jié)期、抽雄期和灌漿期差異性顯著，且顯著相關(guān)，其中A30處理增幅最大，達(dá)13.74%；在玉米三葉期和拔節(jié)初期，施用生物炭顯著提高土壤表層溫度，且呈正相關(guān)；在抽雄期、灌漿期和成熟期，土壤表層溫度依次為A30>A0>A45>A15，與施炭量沒(méi)有表現(xiàn)出顯著相關(guān)；耕層土壤有機(jī)質(zhì)和有效磷含量隨施炭量增加而顯著增加，且均高于對(duì)照，與施炭量表現(xiàn)出極顯著相關(guān)；整個(gè)玉米生育期，相比對(duì)照A0，處理A15、A30和A45有機(jī)質(zhì)最大增幅分別為：14%、20% 和58%，有效磷最大增幅分別為：62%、99% 和113%；施用生物炭后，各處理均顯著提高了耕層土壤堿解氮和速效鉀含量，相比對(duì)照A0，處理A15、A30和A45堿解氮的最大增幅分別為13%、17% 和10%，速效鉀的最大增幅分別為：35%、48% 和63%。綜上所述，膜下滴灌條件下適量施用生物炭可有效增加耕層土壤含水率、土壤溫度和有機(jī)質(zhì)及速效養(yǎng)分，生物炭具有一定的保水、保溫、保肥特性，有利于提高土壤水、肥利用率。

膜下滴灌；生物炭；含水率；土壤溫度；有機(jī)質(zhì)；速效養(yǎng)分

內(nèi)蒙古地處干旱半干旱地區(qū)，降雨量少、蒸發(fā)量大，水資源嚴(yán)重匱乏，是水土流失較嚴(yán)重的區(qū)域[1]，伴隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展、持續(xù)加大的農(nóng)業(yè)集約化壓力，化肥施用數(shù)量和強(qiáng)度不斷增加，導(dǎo)致土壤板結(jié)酸化、面源污染問(wèn)題等不斷加重，而且在未來(lái)的一段時(shí)間內(nèi)可能還會(huì)繼續(xù)惡化[2]，因此如何提升土壤的保水、保肥能力是迫切需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題之一。近年來(lái)的研究表明，生物炭在土壤改良[3–8]和固碳減排[9–10]方面具有一定效果，在土壤中施用生物炭也許是解決上述問(wèn)題的途徑之一。

生物炭(biochar)主要是指植物或其他有機(jī)物在限氧或無(wú)氧條件下經(jīng)高溫裂解形成的穩(wěn)定的富碳產(chǎn)物，元素組成主要包含C、H、O等，其次是灰分，其性質(zhì)穩(wěn)定，孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)，比表面積巨大，具有大量的表面負(fù)電荷以及高電荷密度的特性，能較多地吸附土壤陽(yáng)離子[11]。因此，生物炭施入土壤后可能會(huì)提高土壤的保水、保肥能力，進(jìn)而提高土壤的水肥利用效率。周桂玉等[12]和勾芒芒等[13]通過(guò)室內(nèi)土柱試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)添加生物炭以后土壤中的速效養(yǎng)分均不同程度增加。Chan等[14]通過(guò)盆栽試驗(yàn)也得出了相同的結(jié)論。高海英等[15]發(fā)現(xiàn)隨著生物炭施用量的增多，土壤持水能力在一定范圍內(nèi)有所增強(qiáng)。

在內(nèi)蒙古河套灌區(qū)，玉米是主要農(nóng)作物之一，大部分廢棄秸稈都被直接焚燒，對(duì)環(huán)境造成了嚴(yán)重的影響。如果能將其應(yīng)用到生物炭技術(shù)中來(lái)，不僅能夠解決環(huán)境污染問(wèn)題，而且可以促進(jìn)資源的可持續(xù)利用。應(yīng)用生物炭技術(shù)是利用現(xiàn)有資源、節(jié)約水資源、改善土壤肥力、修復(fù)農(nóng)田生態(tài)環(huán)境、實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的一個(gè)新思路。然而目前的研究大都集中于室內(nèi)及大棚試驗(yàn)[12–14]，而大田試驗(yàn)農(nóng)田的灌溉方式多數(shù)為地面灌溉[3, 9]。膜下滴灌是近年來(lái)新興的節(jié)水灌溉方式，滴灌可使作物主要根系區(qū)的土壤始終保持在最優(yōu)含水狀態(tài)，地膜覆蓋則進(jìn)一步減少了作物棵間水分的蒸發(fā)[16–17]。且能提高耕層土壤的溫度[18]，然而有關(guān)生物炭與膜下滴灌相結(jié)合的農(nóng)田效應(yīng)研究幾乎為空白。因此本文旨在膜下滴灌條件下設(shè)置不同生物炭施用量梯度，通過(guò)研究土壤水、肥、熱的變化規(guī)律，為生物炭在內(nèi)蒙古地區(qū)的推廣利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2015年5月初到10月中旬在內(nèi)蒙古河套灌區(qū)臨河區(qū)雙河鎮(zhèn)進(jìn)步村九莊農(nóng)業(yè)合作社(107°18′E，40°41′N(xiāo)，海拔1 041 ~ 1 043 m)進(jìn)行。該地屬于中溫帶半干旱大陸性氣候，其特點(diǎn)是云霧少、降水量少、風(fēng)大氣候干燥，多年年均降水量140 mm左右，平均氣溫6.8℃，晝夜溫差大，日照時(shí)間長(zhǎng)，平均日照時(shí)間3 229.9 h，無(wú)霜期為130 d左右，地勢(shì)東高西低，地面坡降1/6 000。

1.2 供試材料

供試生物炭為遼寧金和福農(nóng)業(yè)開(kāi)發(fā)有限公司的玉米秸稈生物炭產(chǎn)品，該產(chǎn)品選用當(dāng)年玉米秸稈在炭化溫度為400℃于缺氧條件下燃燒8 h后制成。生物炭及供試土壤主要性質(zhì)見(jiàn)表1。

表1 供試土壤和生物炭基礎(chǔ)理化性狀

1.3 試驗(yàn)處理

將生物炭施于土壤表面，用旋耕機(jī)將生物炭與耕層土壤均勻混合。本試驗(yàn)采用單因素4水平設(shè)計(jì)，生物炭施用量分別為0 t/hm2(A0)、15t/hm2(A15)、30 t/hm2(A30)、45 t/hm2(A45)，每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)，共12個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)面積為90 m2(15 m × 6 m)。供試作物為玉米，品種為西蒙6號(hào)，株距30 cm，行距60 cm，種植密度為55 556株/hm2?；适┯昧浚毫姿岫@(N: P2O5: K2O = 14: 39: 0)450 kg/hm2，復(fù)合肥(N: P2O5: K2O = 30: 5: 5)337.5 kg/hm2。共追施尿素((CO (NH2)2) = 46.67%)375 kg/hm2(在拔節(jié)前、中、后期追肥3次，抽雄期1次，灌漿期1次，共5次，每次75 kg/hm2)，施肥方式為隨水施肥。灌水方式為膜下滴灌，通過(guò)張力計(jì)監(jiān)測(cè)土壤水分狀況，灌水下限為–35 kpa，灌水定額為225 m3/hm2。

1.4 觀(guān)測(cè)項(xiàng)目及方法

在玉米的各主要生育期(三葉期、拔節(jié)期、抽雄期、灌漿期、成熟期)對(duì)不同處理分別多點(diǎn)取0 ~ 10 cm和10 ~ 20 cm的土層樣品，混勻后，取部分土樣測(cè)定土壤含水率；在每個(gè)生育期對(duì)各處理通過(guò)直角地溫計(jì)連續(xù)3 d讀取表層土壤溫度(10 cm)，從每天早上6:00到晚上8:00，每隔2 h讀一次，最后將3 d同一時(shí)間地溫求平均值；在各生育期對(duì)不同處理用土鉆分別于0 ~ 15 cm和15 ~ 30 cm土層取樣，經(jīng)自然風(fēng)干、過(guò)篩后，測(cè)定堿解氮、有效磷、速效鉀和有機(jī)質(zhì)含量。土壤含水率測(cè)定采用烘干稱(chēng)重法[19]，堿解氮測(cè)定采用堿解擴(kuò)散法[19]，有效磷和速效鉀測(cè)定采用聯(lián)合浸提–比色法[20]，有機(jī)質(zhì)測(cè)定采用重鉻酸鉀容量法[21]。

1.5 數(shù)據(jù)分析與處理

數(shù)據(jù)通過(guò)Microsoft Excel 2003進(jìn)行整理并作圖，使用SPSS 19.0進(jìn)行單因素方差分析和相關(guān)性分析，采用LSD方法進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)(<0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 生物炭對(duì)土壤含水率的影響

0~ 10 cm(圖1A)和10 ~ 20 cm(圖1B)土層土壤含水率的變化趨勢(shì)基本一致，隨著施炭量的增加呈先增加后減少的趨勢(shì)，且均高于對(duì)照。0 ~ 10 cm土層土壤含水率在三葉期各處理間差異均不顯著；拔節(jié)期處理A15、A30和A45土壤含水率分別比對(duì)照A0提高11.95%、13.74%、9.60%，差異達(dá)到顯著水平；抽雄期處理A30土壤含水率比對(duì)照A0提高10.42%，差異達(dá)到顯著水平，處理A15和A45差異未達(dá)到顯著水平；灌漿期，處理A30和A45的土壤含水率分別比對(duì)照A0提高：8.94%、8.06%，差異達(dá)到顯著水平，A15差異不顯著；成熟期，各處理差異均不顯著。10 ~ 20 cm 土層土壤含水率觀(guān)測(cè)結(jié)果如圖1B所示，三葉期各處理的土壤含水率差異均不顯著；拔節(jié)期處理A15和A30的土壤含水率比對(duì)照增加11.43%、12.39%，差異顯著，A45與A0差異不顯著；抽雄期處理A30和A15比對(duì)照A0分別增加5.27%、4.79%，差異顯著，而A45與對(duì)照差異不顯著；灌漿期處理A30和A45的土壤含水率比對(duì)照分別增加7.84%、4.31%，差異達(dá)到顯著水平，處理A15與A0差異不顯著；成熟期，各處理的差異均不顯著。通過(guò)分析可知，施用生物炭后可有效增加耕層土壤含水率，但是并不是生物炭越多增加的幅度就越大，這種增加效應(yīng)有一定的限度。

2.2 生物炭對(duì)土壤肥力的影響

玉米三葉期測(cè)得不同處理土壤堿解氮、速效鉀、有機(jī)質(zhì)和有效磷的含量(圖2)均隨著生物炭施用量的增加呈逐漸增加的趨勢(shì)，且均高于對(duì)照。較大生物炭用量處理(A30、A45)增幅效果較大，兩處理堿解氮增幅均為6%，有機(jī)質(zhì)增幅超過(guò)20%，速效鉀和有效磷增幅超過(guò)48%。

在拔節(jié)期，土壤堿解氮含量從大到小依次為A30>A15>A45>A0，其中，A30和A15分別比A0提高了14% 和13%。土壤速效鉀含量從大到小依次為A30>A45>A15>A0，其中A30、A45、A15分別比 A0 提高了 130%、63% 和21%。有機(jī)質(zhì)和有效磷隨生物炭施用量增加而增加，且均大于對(duì)照，其中A45和A30有機(jī)質(zhì)分別增加23% 和9%，有效磷分別增加108% 和83%。

在抽雄期，土壤堿解氮含量從大到小為A30> A15>A45>A0，其中A30和A15分別比A0增加了14% 和12%。土壤速效鉀含量從大到小依次為A30>A15>A45>A0，其中A30、A15、A45分別比A0提高了109%、21% 和11%。有機(jī)質(zhì)和有效磷隨生物炭施用量增加而增加，其中A45和A30有機(jī)質(zhì)增加18% 和17%，有效磷增加85% 和70%。

在灌漿期，土壤堿解氮含量從大到小依次為A30>A15>A45>A0，其中A30和A15分別增加17% 和11%。土壤速效鉀、有機(jī)質(zhì)和有效磷含量隨生物炭施用量增加呈遞增趨勢(shì)，其中A45和A30效果最佳，速效鉀增幅超過(guò)31%，有機(jī)質(zhì)增幅超過(guò)20%，有效磷增幅超過(guò)70%。

在成熟期，土壤速效鉀含量從大到小依次為A30>A15>A45>A0，其中A30和A15分別增加46% 和16%。堿解氮、有機(jī)質(zhì)和有效磷隨生物炭施用量增加呈逐漸增加的趨勢(shì)，其中A45和A30增幅最大，堿解氮增幅超過(guò)5%，有機(jī)質(zhì)增幅超過(guò)14%，有效磷增幅超過(guò)99%。

2.3 生物炭對(duì)土壤溫度的影響

如圖3所示，在三葉期和拔節(jié)期，隨著生物炭施用量的增加，土壤溫度呈逐漸增加的趨勢(shì)，不同處理的土壤溫度依次為A45>A30>A15>A0。在抽雄期、灌漿期和成熟期，不同處理土壤溫度呈現(xiàn)相同規(guī)律，均為A30>A0>A45>A15。

2.4 生物炭與土壤水、肥、熱指標(biāo)相關(guān)性分析

通過(guò)土壤含水率與生物炭相關(guān)性分析可知(表2)，在0 ~ 10 cm土壤深度，拔節(jié)期和抽雄期土壤含水率與生物炭施用量相關(guān)性顯著，灌漿期達(dá)到極顯著，而三葉期和成熟期未表現(xiàn)出顯著相關(guān)；在10 ~ 20 cm土壤深度，拔節(jié)期、抽雄期和灌漿期土壤含水率與生物炭施用量顯著相關(guān)，而三葉期和成熟期未表現(xiàn)出顯著相關(guān)。

表2 耕層土壤含水率、有機(jī)質(zhì)、速效養(yǎng)分、地溫與生物炭施用量的相關(guān)分析

注：* 表示在<0.05水平上顯著相關(guān)；** 表示在<0.01水平上顯著相關(guān)(= 12)。

土壤耕層養(yǎng)分與生物炭相關(guān)分析如表2，堿解氮含量與生物炭施用量在三葉期和成熟期表現(xiàn)出極顯著相關(guān)；在拔節(jié)期、抽雄期和灌漿期相關(guān)性不顯著。速效鉀含量與生物炭施用量在三葉期、拔節(jié)期和灌漿期表現(xiàn)出極顯著相關(guān)，在抽雄期和成熟期相關(guān)不顯著。有機(jī)質(zhì)含量和有效磷含量與生物炭施用量在玉米整個(gè)生育期均表現(xiàn)出極顯著相關(guān)。

在三葉期和拔節(jié)期，表層土壤溫度與生物炭施用量表現(xiàn)出顯著相關(guān)；在抽雄期、灌漿期和成熟期相關(guān)性未達(dá)到顯著水平。

3 討論

3.1 生物炭對(duì)耕層土壤含水率的影響

試驗(yàn)研究表明，施入生物炭可有效提高土壤含水率，這與尚杰等[22]和 Edward 等[23]的研究結(jié)果相吻合。施入生物炭后減小土壤的體積質(zhì)量，進(jìn)而增大土壤的孔隙度[22]，有利于土壤含水率的增加；另一方面生物炭具有多孔結(jié)構(gòu)和一定的親水性，吸附力大，從而提高土壤的保水能力。生物炭本身含有較高的鹽分含量，施入土壤后土壤鹽分的增加會(huì)加大土壤的吸濕能力，減緩?fù)寥浪终舭l(fā)[24]。在整個(gè)玉米生育期，隨生物炭施用量進(jìn)一步增加，土壤含水率逐漸降低，這與高海英等[15]的研究結(jié)果一致，可能是因?yàn)檩^大生物炭施用量導(dǎo)致土壤通氣孔隙增加，保水能力降低。

3.2 生物炭對(duì)耕層土壤肥力的影響

大量的室內(nèi)室外試驗(yàn)研究表明，施用生物炭可有效提高土壤中的有機(jī)質(zhì)含量[3–4, 12–13, 25]，本試驗(yàn)研究結(jié)果表明，施用生物炭后，在玉米的全生育期均提高了耕層土壤有機(jī)質(zhì)含量，且呈正相關(guān)，這一方面是因?yàn)?，生物炭本身碳含量非常高，可以增加土壤中有機(jī)質(zhì)的含量[26]；另一方面是因?yàn)樯镔|(zhì)中的碳主要由生物質(zhì)通過(guò)熱解生成，以惰性的芳香環(huán)狀結(jié)構(gòu)存在，因此生物炭很難被分解[27]，據(jù)報(bào)告生物炭可以封存上千年。生物炭表面豐富的含氧官能團(tuán)所帶的負(fù)電荷及其復(fù)雜的孔隙結(jié)構(gòu)賦予了其較大的陽(yáng)離子交換量和強(qiáng)大的吸附力，因此生物炭可作為肥料緩釋載體，延緩肥料養(yǎng)分在土壤中的釋放，降低肥料養(yǎng)分的淋失及固定等損失，提高肥料養(yǎng)分利用率[26]。在玉米全生育期耕層土壤各生物炭處理的堿解氮、速效鉀和有效磷含量均高于對(duì)照，這一方面是因?yàn)樯锾吭龃笸寥狸?yáng)離子交換量，減少土壤中氮、磷、鉀的淋溶損失；另一方面是因?yàn)樯锾烤哂袕?qiáng)大的吸附能力，可吸附銨離子、鉀離子，還可吸附磷和其他水溶性鹽離子，具有保肥性能[28]。然而本試驗(yàn)中，高施炭量處理土壤堿解氮和速效鉀含量較中低施炭量處理在部分生育期降低，且相關(guān)性不顯著，可能是高生物炭施用量導(dǎo)致土壤高的C/N，從而引起土壤堿解氮的生物固定[29]，具體原因有待進(jìn)一步研究。

3.3 生物炭對(duì)土壤溫度的影響

土壤溫度是決定作物生長(zhǎng)優(yōu)劣的重要指標(biāo)，受土壤含水率和土壤顏色的影響，太陽(yáng)輻射和土壤微生物生命活動(dòng)是其熱量的主要來(lái)源。各處理表層土壤溫度在三葉期和拔節(jié)期隨施炭量的增加而升高，且呈顯著正相關(guān)，這與李昌見(jiàn)等[30]的試驗(yàn)結(jié)果一致，這是因?yàn)楦邼舛鹊纳锾繒?huì)加深土壤顏色[4]。Briggs 等[31]通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，添加生物炭后孟塞爾色度值隨著施炭量增加降幅增大，而孟塞爾色度值與土壤反射率呈線(xiàn)性相關(guān)[32]，且此段時(shí)期植株較小，各處理差異較小，植株對(duì)太陽(yáng)光遮擋的作用不大，高濃度生物炭處理土壤顏色較深，有利于吸收更多太陽(yáng)的輻射，從而引起表層土壤溫度增加。也有可能是生物炭的多孔結(jié)構(gòu)為微生物繁殖和生存提供了有利場(chǎng)所，而在微生物的生命活動(dòng)過(guò)程中會(huì)釋放出大量熱量，從而增加土壤溫度；在抽雄期、灌漿期和成熟期，土壤表層溫度與生物炭沒(méi)有表現(xiàn)出顯著相關(guān)，與李昌見(jiàn)等[30]的研究結(jié)果不一致，原因可能是供試的作物不同，李昌見(jiàn)等[30]研究的番茄在整個(gè)生育期株高較小，太陽(yáng)光對(duì)地面輻射所受影響較小，而玉米在抽雄期及以后株高將近3 m，嚴(yán)重遮擋太陽(yáng)光對(duì)地面的輻射，削弱了土壤顏色對(duì)土壤溫度的影響。試驗(yàn)中，A30處理表層土壤溫度最高，可能是因?yàn)锳30更加有利于土壤孔隙尤其是持水孔隙的增加，有利于土壤水、氣協(xié)調(diào)，促進(jìn)土壤微生物活動(dòng)及土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化，有利于作物根系生長(zhǎng)與養(yǎng)分吸收等。本試驗(yàn)中，生物炭施用量30 t/hm2綜合作用效果較優(yōu)。

4 結(jié)論

1) 隨著生物炭施用量的增加，耕層土壤含水率先增加后減小，說(shuō)明土壤的保水能力與施炭量有密切的聯(lián)系，本試驗(yàn)中30 t/hm2施炭量可較大幅度提高土壤含水率，有利于提高土壤水分利用率和減少水分損失。

2) 施用生物炭能在一定程度上提高土壤肥力，在玉米整個(gè)生育期，其中有機(jī)質(zhì)和有效磷含量隨施炭量增加呈逐漸增加的趨勢(shì)，堿解氮和速效鉀呈先增加后減少的趨勢(shì)。利用生物炭提高土壤肥力同樣需適當(dāng)考慮生物炭施用量。

3) 生物炭具有增強(qiáng)土壤保溫的性能，且保溫效果與作物種類(lèi)及生物炭施用量有一定關(guān)系，本試驗(yàn)中，30 t/hm2的生物炭施用量對(duì)土壤增溫效果最明顯。

[1] 劉艷慧. 內(nèi)蒙古水資源供求狀況分析及評(píng)價(jià)[J]. 內(nèi)蒙古統(tǒng)計(jì), 2008(2): 21–22

[2] 張鋒. 中國(guó)化肥投入的面源污染問(wèn)題研究[D]. 南京: 南京農(nóng)業(yè)大學(xué), 2011

[3] 陳紅霞, 杜章留, 郭偉, 等. 施用生物炭對(duì)華北平原農(nóng)田土壤容重、陽(yáng)離子交換量和顆粒有機(jī)質(zhì)含量的影響[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2011, 22(11): 2930–2934

[4] 武玉, 徐剛, 呂迎春, 等. 生物炭對(duì)土壤理化性質(zhì)影響的研究進(jìn)展[J]. 地球科學(xué)進(jìn)展, 2014, 29(1): 68–79

[5] Busscher W J, Novak J M, Evans D E, et al. Influence of pecan biochar on physical properties of a norfolk loamy sand[J]. Soil Science, 2010, 175(1): 10–14

[6] Oguntunde P G, Abiodun B J, Ajayi A E, et al. Effects of charcoal production on soil physical properties in Ghana[J]. Journal of Plant Nutrition & Soil Science, 2008, 171(4): 591–596

[7] 王梅勛, 陳利軍, 王家民, 等. 玉米秸稈生物炭對(duì)煙田褐土水分庫(kù)容及烤煙生物量的影響[J]. 土壤, 2015, 47(6): 1076–1084

[8] 劉園, Jamal Khan M, 靳海洋, 等. 秸稈生物炭對(duì)潮土作物產(chǎn)量和土壤性狀的影響[J]. 土壤學(xué)報(bào), 2015, 52(4): 850–858

[9] 秦曉波, 李玉娥, Wang H, 等.生物質(zhì)炭添加對(duì)華南雙季稻田碳排放強(qiáng)度的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2015, 31(5): 230–231

[10] Angst T E, Six J, Reay D S, et al. Impact of pine chip biochar on trace greenhouse gas emissions and soil nutrient dynamics in an annual ryegrass system in California[J]. Agriculture Ecosystems & Environment, 2014, 191: 17–26

[11] 劉玉學(xué), 劉微, 吳偉祥, 等. 土壤生物質(zhì)炭環(huán)境行為與環(huán)境效應(yīng)[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2009, 20(4): 977–982

[12] 周桂玉, 竇森, 劉世杰. 生物質(zhì)炭結(jié)構(gòu)性質(zhì)及其對(duì)土壤有效養(yǎng)分和腐殖質(zhì)組成的影響[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2011, 30(10): 2075–2080

[13] 勾芒芒, 屈忠義, 楊曉, 等. 生物炭對(duì)砂壤土節(jié)水保肥及番茄產(chǎn)量的影響研究[J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào), 2014, 45(1): 137–142

[14] Chan K Y, Van Zwieten L, Meszaros I. Agronomic values of green-waste biochar as a soil amendment[J]. Australian Journal of Soil Research, 2007, 45(8): 629–634

[15] 高海英, 何緒生, 耿增超, 等. 生物炭及炭基氮肥對(duì)土壤持水性能影響的研究[J]. 中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào), 2011, 27(24): 207–213

[16] 艾先濤, 李雪源, 孫國(guó)清, 等. 新疆棉花膜下滴灌技術(shù)研究與存在問(wèn)題[J]. 新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2004, 27(增刊), 69–71

[17] 顧烈烽. 新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)棉花膜下滴灌技術(shù)的形成與發(fā)展[J]. 節(jié)水灌溉, 2003(1): 27–29

[18] 劉洋, 栗巖峰, 李久生, 等. 東北半濕潤(rùn)區(qū)膜下滴灌對(duì)農(nóng)田水熱和玉米產(chǎn)量的影響[J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào), 2015, 46(10): 93–104

[19] 鮑士旦. 土壤農(nóng)化分析[M]. 3版. 北京: 中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社, 2000

[20] 中華人民共和國(guó)農(nóng)業(yè)部. 中性、碳性土壤銨態(tài)氮、有效磷、速效鉀的測(cè)定聯(lián)合浸提——比色法(NY/T 1848-2010) [S]. 北京: 標(biāo)準(zhǔn)出版社, 2010

[21] 中華人民共和國(guó)農(nóng)業(yè)部. 土壤檢測(cè)第6部分: 土壤有機(jī)質(zhì)的測(cè)定(NY/T 1121.6-2006) [S]. 北京: 標(biāo)準(zhǔn)出版社, 2006

[22] 尚杰, 耿增超, 趙軍, 等. 生物炭對(duì)塿土水熱特性及團(tuán)聚體穩(wěn)定性的影響[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2015, 26(7): 1969–1976

[23] Edward Y, Ohene A B, Obosu E S, et al. Biochar for soil management: Effect on soil available N and soil water storage[J]. Journal of Life Sciences, 2013, 7(2): 202–209

[24] 王浩, 焦曉燕, 王勁松, 等.生物炭對(duì)土壤水分特征及水脅迫條件下高粱生長(zhǎng)的影響[J]. 水土保持學(xué)報(bào), 2015, 29(2): 253–257

[25] Kimetu J M, Lehmann J. Stability and stabilisation of biochar and green manure in soil with different organic carbon contents[J]. Australian Journal of Soil Research, 2010, 48(7): 577–585

[26] 何緒生, 耿增超, 佘雕, 等. 生物炭生產(chǎn)與農(nóng)用的意義及國(guó)內(nèi)外動(dòng)態(tài)[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2011, 27(2): 1–7

[27] Gaunt J L, Johannes L. Energy balance and emissions associated with biochar sequestration and pyrolysis bioenergy production[J].Environmental Science & Technology, 2008, 42(11): 4152–4158

[28] 張文玲, 李桂花, 高衛(wèi)東. 生物質(zhì)炭對(duì)土壤性狀和作物產(chǎn)量的影響[J]. 中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào), 2009, 25(17): 153–157

[29] 曾愛(ài), 廖允成, 張俊麗, 等. 生物炭對(duì)塿土土壤含水量、有機(jī)碳及速效養(yǎng)分含量的影響[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2013, 32(5): 1009–1015

[30] 李昌見(jiàn), 屈忠義, 勾茫茫, 等. 生物炭對(duì)土壤水肥熱效應(yīng)的影響試驗(yàn)研究[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào), 2014, 23(7): 1141–1147

[31] Briggs C M, Breiner J, Graham R, et al. Contributions of pinus ponderosa charcoal to soil chemicaland physical properties[C]. USA: The ASACSSA-SSSA International Annual Meetings Salt Lake City, 2005

[32] Post D F, Fimbres A, Matthias A D, et al. Predicting Soil Albedo from Soil Color and Spectral Reflectance Data[J]. Soil Science Society of America Journal, 2000, 64(3): 1027–1034

Effects of Biochar on Soil Water-Heat-Fertility Behavior Effect Under Mulched Drip Irrigation

GAO Lihua, QU Zhongyi*

(Water Conservancy and Civil Engineering College, Inner Mongolia Agricultural University, Huhhot 010018, China)

Field plot experiments were conducted to study the effects of biochar on the hehavior of soil moisture, temperature, organic matter and available nutrient contents in different growth periods of maize under mulched drip irrigation conditions. The dosages of biochar were set at 0 t/hm2(A0), 15 t/hm2(A15), 30 t/hm2(A30) and 45 t/hm2(A45), respectively. Results showed that, with the increase of biochar use, soil moisture increased first and then decreased in plough layer during the growth period of maize. Soil moisture in the treatments with biochar were higher than that in control (A0), significant differences were observed in the jointing, tasseling and filling stages of maize and the highest increase rate (13.74%) was found in A30. At three-leaf stage and early jointing stage, biochar application increased the temperature of surface soil layer remarkably. At tasseling, filling and maturity stages, the temperature of surface soil layer followed an order of A30>A0>A45>A15, with no significant correlation to biochar rate. Moreover, organic matter and available phosphorus contents in plough soil layer increased with biochar rate. During the growth period of maize, as compared with control (A0), soil organic matter contents in A15, A30 and A45 increased by 14%, 20% and 58%, while available phosphorus by 62%, 99% and 113%, respectively. The application of biochar significantly increased alkali-hydrolyzable nitrogen and rapidly available potassium contents in plough soil layer. In comparison with control (A0), alkali-hydrolyzable nitrogen of A15, A30 and A45 increased by 13%, 17% and 10%, while rapidly available potassium increased by 35%, 48% and 63%, respectively. In conclusion, biochar use under mulched drip irrigation effectively increased soil moisture, temperature, organic matter and rapidly available nutrients in plough soil layer, which indicate that biochar could maintain soil water-heat-fertility, is of great significance in improving soil water and fertilizer use efficiency.

Mulched drip irrigation; Biochar; Soil moisture; Temperature; Organic matter; Rapidly available nutrients

10.13758/j.cnki.tr.2017.03.027

S15

A

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41161038)、內(nèi)蒙古自治區(qū)科技廳應(yīng)用項(xiàng)目(201501061)和“十三五”國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2016YFC0501301)資助。

(quzhongyi@imau.edu.cn)

高利華(1990—)，女，內(nèi)蒙古呼和浩特人，碩士研究生，主要研究方向?yàn)檗r(nóng)業(yè)水土資源利用與水土環(huán)境調(diào)控。E-mail: 1436082044 @qq.com