新疆农业科学, 2025, 62(3): 556-571 DOI: 10.6048/j.issn.1001-4330.2025.03.005

作物遗传育种·耕作栽培·生理生化

不同碳源物质输入对板结黏土特性及棉花苗期生长的影响

赵玉鹏,1,2, 陈波浪,1, 王治国2, 付彦博2,3, 扁青永2,3

1.新疆农业大学资源与环境学院,乌鲁木齐 830000

2.新疆维吾尔自治区农业科学院农业资源与环境研究所,乌鲁木齐 830091

3.国家土壤质量阿克苏观测试验站,新疆阿克苏 843000

Effects of different carbon source inputs on the characteristics of compacted clay and the growth of cotton seedlings

ZHAO Yupeng,1,2, CHEN Bolang,1, WANG Zhiguo2, FU Yanbo2,3, BIAN Qingyong2,3

1. College of Resources and Environment,Xinjiang Agricultural University, Urumqi 830052, China

2. Institute of Agricultural Resources and Environment,Xinjiang Uygur Antonomovs Region Acadeny of Agricultural Sciences, Urumqi 830091, China

3. National Soil Quality Aksu Observation Experimental Station, Aksu Xinjiang 843000, China

通讯作者: 陈波浪(1979-),男,湖南汨罗人,教授,硕士生导师,研究方向为养分资源高效利用,(E-mail)1506851236@qq.com

收稿日期: 2024-08-17  

基金资助: 新疆维吾尔自治区重大科技专项项目(子课题)“板结黏质农田结构重塑技术及配套产品研发”(2022A02007-2-3)

Corresponding authors: CHEN Bolang(1979-),male,from Miluo,Hunan,professor,master's supervisor,research direction:high-efficiency nutrient resource utilization,(E-mail)1506851236@qq.com

Received: 2024-08-17  

Fund supported: "Research and Development of Reinforcement Technology and Supporting Products for Hardened Clay Farmland Structure"(2022A02007-2-3)

作者简介 About authors

赵玉鹏(1998-),男,硕士研究生,研究方向为板结黏质土壤改良,(E-mail)1422289169@qq.com

摘要

【目的】研究不同碳源物质输入对板结黏土特性及棉花苗期生长的影响。【方法】通过采用大田试验的方法,设计对照组(CK)、农家肥(N组)、生物炭(T组)、生物菌肥(J组)、商品有机肥(J组)、矿源黄腐酸钾(H组),每组3个梯度处理,探讨5种碳源物质对黏质土壤理化性质和植株农艺性状的影响。【结果】(1)5种碳源物质输入对土壤容重和土壤孔隙度均有显著性影响,其中生物炭改良效果最显著。(2)5种碳源物质输入对各个粒径土壤团聚体均有一定的改良作用,1~2 mm土壤团聚体改良中T2处理效果最佳,N3处理对0.5~1 mm土壤团聚体改良效果最佳,J3处理对0.1~0.25 mm土壤团聚体改良效果最佳;相较CK分别增加了455.70%、504.01%、207.41%、65.55%和41.70%;(3)5种碳源物质输入可以显著提高棉花植株的株高和茎粗,对株高和茎粗的改良效果为N>T>S>J>H和S>J>T>N>H。(4)5种碳源物质对植株干鲜重均有显著性提高,在对棉花农艺性质的改良中农家肥效果最佳。【结论】不同碳源物质输入对黏质土壤的理化性质和植株农艺性状有益,并以农家肥推荐量+50%的添加量最佳。黏质土壤中添加碳源物质,通过调节土壤结构和生化机质,促进土壤团粒结构的形成,减轻板结对土壤的胁迫作用。

关键词： 碳源物质; 黏质土壤; 棉花苗期; 土壤改良

Abstract

【Objective】Soil compaction and caking can lead to a significant decrease in soil quality in agricultural farmland, and a serious lack of comprehensive agricultural production capacity. Carbon source materials may have the ability to improve the structure of clayey soil. 【Methods】By using field experiments, a control group (CK), farmyard fertilizer (N group), biochar (T group), biological bacterial fertilizer (B group), commercial organic fertilizer (J group), and mineral potassium humate (H group) were designed, with three gradient treatments in each group. The aim was to explore the effects of five carbon source substances on the physicochemical properties of clayey soil and plant agronomic traits. 【Results】(1) The input of five carbon source substances had a significant impact on soil bulk density and soil porosity, with biochar having the most significant improvement effect. (2) The input of five carbon source substances had a certain improvement effect on soil aggregates of various particle sizes. Among the 1-2 mm and 1mm soil aggregates, T2 treatment had the best improvement effect, N3 treatment had the best improvement effect on 0.5-1 mm soil aggregates, and J3 treatment has the best improvement effect on 0.1-0.25 mm soil aggregates; Compared to CK, it increased by 455.70%, 504.01%, 207.41%, 65.55%, and 41.70% respectively; (3) The input of five carbon source substances could significantly improve the plant height and stem diameter of cotton plants. In terms of the improvement effect on plant height and stem diameter, the pattern presented was N>T>S>J>H and S>J>T>N>H; (4) The five carbon source substances had a significant effect on improving the dry and fresh weight of plants, and the effect of farmyard fertilizer was the best in improving the agronomic properties of cotton. 【Conclusion】In the overall evaluation, different carbon source inputs are beneficial for the physicochemical properties and plant agronomic traits of clayey soil, and the recommended amount of farmyard fertilizer+50% is the best. In summary, adding carbon source substances to clay soil can promote the formation of soil aggregates and alleviate the stress of compaction on soil by regulating soil structure and biochemical organic matter.

Keywords： carbon source material; clayey soil; cotton seedling stage; soil improvement

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本文引用格式

赵玉鹏, 陈波浪, 王治国, 付彦博, 扁青永. 不同碳源物质输入对板结黏土特性及棉花苗期生长的影响[J]. 新疆农业科学, 2025, 62(3): 556-571 DOI:10.6048/j.issn.1001-4330.2025.03.005

ZHAO Yupeng, CHEN Bolang, WANG Zhiguo, FU Yanbo, BIAN Qingyong. Effects of different carbon source inputs on the characteristics of compacted clay and the growth of cotton seedlings[J]. Xinjiang Agricultural Sciences, 2025, 62(3): 556-571 DOI:10.6048/j.issn.1001-4330.2025.03.005

0 引言

【研究意义】土壤不仅是孕育食物的重要物质基础,而且对环境质量、动植物健康有重要影响[1-4]。土壤板结是土壤退化的一种具体表现, 重机械使用产生的土壤压实作用、不合理的耕作、化肥使用过多引起的酸化、盐渍化等均会引起土壤结构破坏, 导致土壤硬化板结[5-7]。土壤板结会提高土壤的硬度,造成土壤蓄水、保水和导水的能力下降,土壤板结通过降低水分和养分的储存与供应可降低土壤的生产力,最终导致更多的肥料投入,增加生产成本。土壤板结会影响有机质碳氮的循环和矿化过程[8],使土壤中二氧化碳的浓度增加[9]、微生物的活性下降[10]。同时,土壤板结还会引起土壤侵蚀[11]。土壤板结导致农业耕地土壤质量大幅下降[6]。因此,土壤质量改良成为土地利用亟待解决的问题。通过土壤改良剂的使用,能够有效的改善土壤结构,降低土壤容重[12],提高土壤持水性[13,14]、通气性和土壤养分状况,从而提高板结土壤的生产力,增加作物产量[15,16]。【前人研究进展】有机肥在改善土壤理化性状、促进作物生长、提高产品品质上效果显著。长期施用畜禽肥能够改善土壤贮水性能、提高耕层土壤饱和导水率[17];生物炭能使土壤结构更加稳定,通过平衡含水量和空气孔隙率提高物理性质,促进土壤大团聚体的形成,并增强其稳定性[18]。生物炭所含有的微量元素能直接被植物生长利用[19],生物炭可以通过改变土壤的机械组成和土壤的物理化学性质来改善土壤[20];合理使用生物菌肥,能够使有机质在土壤中分解形成腐殖质,最终促进团粒结构形成的主要动力来自于土壤微生物;施用有机肥可以提高土壤营养元素含量,降低营养流失,提高有益微生物数量,对作物生产具有明显的增效作用。以黄腐酸为主要原料的土壤改良剂,在土壤脱盐、抑盐、作物增产等方面效果均较为明显[21]。【本研究切入点】土壤板结黏质化会导致农业耕地土壤质量大幅下降,农业综合生产能力不足。碳源物质具有改善黏质土壤结构的能力,需研究不同有机改良剂对黏质土壤的改良效果,探寻最佳碳源物质输入量。【拟解决的关键问题】选取5种有机碳源物质(农家肥、生物炭、生物菌肥、商品有机肥和黄腐酸)以不同梯度施入黏质土壤进行大田试验,分析其对黏质土壤物理性质和植株农艺性状指标的影响,综合评价不同处理对板结黏质土壤和棉花幼苗整体的影响,筛选有效改良土壤板结的碳源物质及其施入量,研究其对改善土壤板结的作用机制,为提高板结黏质土壤上农作物产量提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 试验区概况

试验于新疆阿克苏地区库车市,阿克苏地区为典型暖温带大陆性干旱气候特征,降水少、降水量年季变化大,年降水量53.2~120.6 mm;年日照时数2 670~3 022 h,太阳的总辐射量为5 340~6 220 MJ/m2,光照充足,光热资源较丰富,气温年较差及昼夜温差大,无霜期长,全年为168~225 d,年平均气温7.9~13.7℃。表1

表1   土壤和供试材料基本理化性质

Tab.1  Physical and chemical properties of experimental soil

供试土壤
Soil for test
(cm)		有机质
Organic
matter
(g/kg)		土壤含水率
Soil moisture
content
(%)		土壤容重
Soil bulk
density
(g/cm3)		水解性氮
Hydrolyzed
nitrogen
(mg/kg)		有效磷
Available
phosphorus
(mg/kg)		速效钾
Rapidly
available
potassium
(mg/kg)		水溶性盐分
Water-soluble
salt
(g/kg)
0~1511.30.161.50105.216.423511.4
15~3011.70.141.5586.721.122613.2

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1.1.2 肥料

供试材料分别为N:农家肥(腐熟牛粪),有机质含量为77.2%;T:生物炭,有机质含量为62%和25%腐植酸;J:生物菌肥,有机质含量为60%和2%海藻提取物;S:商品有机肥,有机质含量为50%;H:黄腐酸钾:有机质含量为70%和少量腐植酸。

1.2 方法

1.2.1 试验设计

试验地选择在阿克苏地区库车市墩阔坦镇,小区试验设计5个处理1个对照,每个处理分别为推荐量-50%(1)、推荐量(2)、推荐量+50%(3)3个梯度,每个试验小区规格为10 m×9 m,面积为90 m2,总共16个小区。

1.2.2 测定指标
1.2.2.1 土壤团聚体组成

于2023年5月20日(棉花苗期)在每个处理取0~30 cm土壤样品,每15 cm为1层,每个处理各层次均取3次重复。土壤团聚体采用湿筛法进行测定,将样品放置于孔径自上而下为2、1、0.5、0.25和0.1 mm的各级套筛之上,振荡筛分 5 min(30 次/min),最后将各级筛层团聚体洗入铝盒中,烘干称重,根据公式(1)计算所得各粒径团聚体质量百分比[22]。

Ai=Gi/MT× 100%.

式中,Ai为某粒级团聚体的质量百分数(%);Gi为该粒级团聚体的烘干质量(g);MT为团聚体总质量(g)。

1.2.2.2 土壤容重和孔隙度

于2023年5月20日(棉花苗期)在每个处理取0~30 cm土壤容重样品,每15 cm为1层,每个处理各层次均取3次重复,取样时间与团聚体取样时间相同。根据式(2)计算容重[23],式(3)为土壤总孔隙度的计算方法。

pd =M/V.

式中,pd 为某层土壤的容重(g/cm3);M 为质量(g);V 为单位体积(cm3)。

土壤孔隙度 =(1-容重/比重)× 100%.

式中,土壤比重近似2.65 g/cm3。

1.2.2.3 棉花植株株高、茎粗以及干鲜重

于2023年5月20日棉花苗期时从每个处理中按照五点法每个点取3株棉花植株,然后将各部分样品带回室内,测量称取植株的株高和茎粗以及地上部和地下部的鲜重,于105℃杀青30 min后,70℃烘干至恒重,称量地上部和地下部的干重。

2 结果与分析

2.1 黏质土壤改良对土壤物理性质的影响

2.1.1 不同碳源物质输入对土壤容重的影响

研究表明,随着不同碳源物质的输入,各处理0~30 cm土壤容重均有显著降低趋势。农家肥、生物炭、生物菌肥、商品有机肥以及黄腐酸对于土壤结构改良有明显作用,且不同碳源物质对土壤结构改良效果不同。不同碳源物质以及不同梯度之间存在着差异性,其中N组和T组中的N2和T2处理对容重改良效果比较明显,而随着施用量的增加,N3和T3处理的容重反而增加,呈负相关关系。J组、S组以及H组的容重随着施用量的增加而降低,3种碳源物质对容重的改良效果与添加量呈正相关关系。生物炭对于土壤容重改良效果最佳,其中T2处理改良效果最佳,与CK处理相比,T2处理中0~15 cm容重降低了12.78%;15~30 cm容重降低了10.71%。其次为黄腐酸,黄腐酸中H3处理对土壤改良效果较佳,较之CK分别降低了11.11%和13.97%。生物菌肥和农家肥对于土壤容重改良效果相对较低,其中J3处理和N2处理改良效果相比与J1、J2、N1及N3处理较优,J3处理容重分别降低了9.49%和14.07%,N2处理容重分别降低了12.78%和10.71%,对土壤容重改良效果由优到差依次表现为T组>H组>S组>N组>J组。图1,表2~3

图1

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图1   不同碳源物质下土壤容重的变化

注:不同小写字母表示差异显著(P<0.05),下同

Fig.1   Changes of different carbon source substances on soil bulk density

Notes:Different lowerease letters represent signifficant differdnces (P<0.05),the same as below


表2   0~30 cm土壤容重试验结果方差

Tab.2  Variance of soil bulk density test results for 0-30 cm soil

项目
Items		变异来源
Source of
variation		平方和
Sum of
squares		自由度df
Degree of
freedom df		均方
Mean
square		比值F
Ratio F		显著性
Significance
0~15 cm容重
0-15cm
Bulk density		N组组间0.01620.00812.633P <0.01
组内0.00460.001
总数0.0208
T组组间0.00620.00310.513P <0.01
组内0.00260.000
总数0.0088
J组组间0.00620.00320.523P <0.01
组内0.00160.000
总数0.0078
S组组间0.00520.00221.563P <0.01
组内0.00160.000
总数0.0068
H组组间0.00520.00314.119P <0.01
组内0.00260.000
总数0.0078
15~30 cm容重
15-30 cm
Bulk density		N组组间0.00120.00110.102P <0.05
组内0.00060.000
总数0.0018
T组组间0.00120.0015.180P <0.05
组内0.00060.000
总数0.0018
J组组间0.00620.00332.037P <0.01
组内0.00160.000
总数0.0078
S组组间0.00220.0016.947P <0.05
组内0.00160.000
总数0.0038
H组组间0.00420.00211.361P <0.01
组内0.00160.000
总数0.0058

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表3   0~30 cm土壤孔隙度试验结果方差

Tab.3  Variance for the results of 0-30 cm soil porosity tes

项目
Items		变异来源
Source of
variation		平方和
Sum of
squares		自由度df
Degree of
freedom df		均方
Mean
square		比值F
Ratio F		显著性
Significance
0~15 cm孔隙度
0-15 cm
Porosity		N组组间19.30029.6502.906P =0.131
组内19.92563.321
总数39.2558
T组组间7.49123.7451.372P =0.323
组内16.37462.729
总数23.8648
J组组间4.35322.1760.826P =0.482
组内15.81762.636
总数20.1698
S组组间2.28621.1430.481P =0.640
组内14.26262.377
总数16.5488
H组组间0.64520.3220.173P =0.845
组内11.20761.868
总数11.8528
15~30 cm孔隙度
15-30 cm
Porosity		N组组间3.53821.7690.340P =0.725
组内31.21865.203
总数34.7568
T组组间9.83024.9151.686P =0.262
组内17.49562.916
总数27.3258
J组组间28.111214.0563.713P =0.089
组内22.71463.786
总数50.8258
S组组间21.268210.6345.353P <0.05
组内11.91961.987
总数33.1878
H组组间32.959216.4797.252P <0.05
组内13.63462.272
总数46.5938

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2.1.2 不同碳源物质输入对土壤孔隙度的影响

研究表明,施入不同碳源物质对0~30 cm土壤的孔隙度均有显著性影响,且各组之间均表现出差异性。在0~15 cm土壤中,N组和T组中的N2和T2处理对土壤孔隙度改良效果最佳,相较于CK处理,孔隙度分别增大了14.97%和15.22%。J组、S组以及H组中随着碳源物质输入量的增加,土壤孔隙度也依次增大,3种碳源物质对土壤孔隙度的改良呈正相关关系。其中J3、S3和H3处理相比较于CK分别增加了11.87%、13.86%和13.88%。

在15~30 cm土壤中,其他处理相比较于CK处理均呈明显的差异性,N组和T组中N2和T2处理改良效果要优于N1和N3处理以及T1和T3处理。较之CK处理分别增加了14.22%和19.81%;其他3个组中,J3、S3、H3处理均与其他2个梯度处理显出明显差异。而且匀组的土壤孔隙度随着施用量的增加而增加。较之CK处理,J3、S3以及H3分别增加了17.34%、18.02%和18.14%。添加碳源物质能提高土壤总孔隙度,增加土壤的透气性。图2,表3

图2

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图2   不同碳源物质下土壤孔隙度的变化

Fig.2   Changes of different carbon source materials on soil porosity


表4   不同碳源物质下土壤团聚体的变化

Tab.4  Changes of different carbon source substances on soil aggregates

土层
Soil layer
0~15 cm		处理
Treatments		粒径Particle size(mm)
>21~20.5~10.25~0.50.1~0.25
N12.043 3i0.603 3i6.160 0f26.286 7p20.440 7h
NN23.726 7d0.860 0h10.453 3b30.720 0k21.435 6e
N34.950 0b1.750 0b11.753 3a36.760 0h24.676 7c
T13.663 3de0.500 0k6.134 2f28.126 7n19.916 7i
TT28.446 7a3.483 3a11.658 9ab28.656 7m20.513 4g
T33.660 0de1.193 3d6.185 4e35.433 3i25.043 5b
J11.586 7k0.763 4h10.086 7c32.462 2j20.940 0f
JJ21.746 7j0.503 3k5.953 4g44.406 7e21.560 7d
J32.483 3h1.100 0f4.843 6h50.430 0a26.460 0a
S13.620 0g1.150 0e8.235 6d46.050 0d17.965 4m
SS23.813 3f1.060 0f2.636 7k46.340 0c18.160 0l
S34.070 0c1.330 0c2.760 0j48.320 0b18.936 6j
H13.643 3l1.000 0g10.635 4b27.466 7o15.740 0o
HH23.246 7e1.750 0b8.030 0e37.652 4g16.306 7n
H34.943 3b1.790 0b2.466 7l42.135 6f20.436 7h
CK1.520 0k0.576 7j3.823 3i30.462 7l18.673 3k
N11.953 9l0.539 3m6.096 3h26.028 4k26.030 1e
NN23.561 8g0.810 6j10.405 3d30.224 2i27.093 0d
N34.840 6c1.706 4c11.700 5a34.815 8g29.475 7c
T13.511 9h0.496 7n6.100 9h25.232 2l24.276 7g
TT28.207 2a3.404 5a11.598 9b27.535 7j25.403 9f
T33.423 5i1.153 0e6.107 4h33.648 6h30.361 0b
J11.506 9n0.700 6k10.001 2e30.860 2i25.326 7f
JJ21.706 9m0.499 5n5.902 3i40.728 3e26.428 6e
J32.479 7k1.053 8g4.805 7j45.795 0a31.297 9a
S13.538 6g1.113 7f3.704 5l41.652 7d22.464 5i
SS23.791 8e0.993 9h2.704 5m42.632 9c23.549 6h
S33.999 8d1.303 4d8.199 1f44.225 8b24.766 5g
H13.647 5f0.953 4i2.398 8n23.238 9n20.554 3k
HH23.112 8j1.702 7c7.990 0g32.942 9h21.734 0j
H34.900 9b1.752 5b10.601 0c37.231 5f25.959 9e
CK1.493 8o0.552 4l3.527 3k24.551 4m23.719 5h

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2.1.3 土壤水稳定大团聚体

研究表明,在0~15 cm土壤中,除了施入生物菌肥中的J1、T1和J2处理之外,其它各个处理相比较CK均显著增加了>2 mm和1~2 mm的土壤团聚体粒,其中N3、T2、J3、S3和H3处理在各组碳源物质中效果最显著,相比较于CK处理分别增加了225.66%、455.70%、63.38%、167.76%、225.22%和203.45%、504.01%、90.74%、130.62%、210.39%;而除了生物炭处理,其他碳源物质随着施用量的增加效果也逐渐明显,呈正相关关系;而施入的5种碳源物质中,N3、T2、J1、S1、H1处理则对0.5~1 mm土壤团聚体的改良效果最明显,相较于CK处理分别增加了207.41%、204.94%、163.82%、115.41%和178.17%;其中除了S2、S3以及H3处理之外,其他处理对1~2 mm土壤团聚体也有显著影响;在0.1~0.25 mm土壤团聚体改良中发现,随着碳源物质的施入量增加,改良效果也逐渐增加,呈正相关关系,在0.1~0.25 mm土壤团聚体改良中,除N2、J1和S1、S2、S3、H1和H2处理之外,其他处理相较于CK处理均有显著性差异,其中效果最明显的N3、T3、J3、S3和H3处理相比CK分别增加了20.67%、16.32%、65.55%、58.62%、38.32%、32.15%、34.11%、41.70%、1.55%和9.44%。

15~30 cm土壤中,N组中的N3处理显著增加了0.1~2 mm粒径土壤水稳性团聚体,N3处理中的>2 mm、1~2 mm、0.5~1 mm、0.25~0.5 mm、0.1~0.25 mm粒径水稳性团聚体相较于CK处理分别增加了224.05%、208.91%、231.71%、41.81%和24.27%;T组中的T2和T3处理显著增加了0.5~2 mm和0.1~0.5 mm粒径土壤水稳性团聚体,T2处理中的>2 mm、1~2 mm、0.5~1 mm和T3处理中的0.25~0.5 mm、0.1~0.25 mm粒径水稳性团聚体相较于CK处理分别增加了455.70%、516.31%、228.83%和37.05%、28%;J组中的J3处理和J1处理显著增加了各粒径土壤水稳性团聚体,J3处理中的>2 mm、1~2 mm、0.25~0.5 mm、0.1~0.25 mm和J1处理中的0.5~1 mm粒径水稳性团聚体相较于CK处理分别增加了66%、90.77%、86.53%、31.95%和183.54%;S和H组中的S3和H3显著增加了各粒径土壤水稳性团聚体,相较于CK处理分别增加了167.76%、135.95%、132.45%、80.14%、4.4%和144.18%、217.25%、200.54%、51.65%和9.4%。

表4
5

表5   0~30 cm团聚体试验结果方差

Tab.5  Variance of 0-30 cm aggregate test results

项目
Items		变异来源
Source of
variation		平方和
Sum of
squares		自由度df
Degree of
freedom df		均方
mean
square		比值F
Ratio F		显著性
Significance
0~15 cm团聚体
0-15cm
Aggregate		N组组间6 178.45514441.318581 487.275P <0.01
组内0.023300.001
总数6 178.47844
T组组间5 698.22414407.016225 831.039P <0.01
组内0.054300.002
总数5 698.27944
J组组间11 886.08914849.0061 095 873.834P <0.01
组内0.023300.001
总数11 886.11244
S组组间13 158.98614939.9281 990 539.751P <0.01
组内0.014300.000
总数13 159.00044
H组组间7 573.12414540.937601 090.102P <0.01
组内0.027300.001
总数7 573.15144
15~30 cm团聚体
15-30 cm
Aggregate		N组组间6 957.77214496.98426 993.571P <0.01
组内0.554300.018
总数6 958.32544
T组组间6 132.35314438.02546 419.118P <0.01
组内0.283300.009
总数6 132.63644
J组组间11 099.45014792.81889 759.660P <0.01
组内0.265300.009
总数11 099.71544
S组组间11 492.76014820.91118 496.957P <0.01
组内1.331300.044
总数11 494.09244
H组组间6 549.79614467.8434 589.134P <0.01
组内3.058300.102
总数6 552.85444

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表6   株高和茎粗试验结果方差

Tab.6  Variance of plant height and stem diameter test results

项目
Items		变异来源
Source of
variation		平方和
Sum of
squares		自由度df
Degree of
freedom df		均方
mean
square		比值F
Ratio F		显著性
Significance
株高
Height		N组组间7.20923.604885.126P<0.01
组内0.02460.004
总数7.2338
T组组间3.21621.608133.747P<0.01
组内0.07260.012
总数3.2888
J组组间1.00620.50311.897P<0.01
组内0.25460.042
总数1.2608
S组组间3.90921.95591.403P<0.01
组内0.12860.021
总数4.0388
H组组间2.55621.278192.297P<0.01
组内0.04060.007
总数2.5968
茎粗
Stem diameter		N组组间0.12620.0639.486P<0.01
组内0.04060.007
总数0.1658
T组组间0.63620.31833.351P<0.01
组内0.05760.010
总数0.6938
J组组间1.035214.05658.179P<0.01
组内0.05360.009
总数1.0888
S组组间0.351210.63414.366P<0.01
组内0.07360.012
总数0.4248
H组组间0.07720.03910.854P<0.01
组内0.02160.004
总数0.0998

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2.2 黏质土壤改良对棉花苗期农艺性状的影响

2.2.1 不同碳源物质输入对植株株高和茎粗的影响

研究表明,不同组碳源物质输入中除了H1处理外,其它处理相较于CK处理棉花株高均表现出显著性上升的趋势。5种碳源物质对于棉花的生长有一定的帮助作用,不同组的碳源物质对棉花株高的影响呈N组>T组>S组>J组>H组>CK的规律,且各组之间均表现出差异性(P<0.01),其中农家肥的改良效果最佳,黄腐酸的改良效果相对较小。5种碳源物质随着施用量的增加株高也在增加,其中N3、T3、J3、S3和H3相较于CK处理株高分别增加了42.11%、36.23%、28.51%、28.56%和16.89%。5种碳源物质对棉花株高的改良效果与其添加比例呈正相关关系。

与CK处理相比,N组、T组、J组、S组以及H组中的3个处理中除了J1处理外的其他处理的棉花茎粗均显著增加,并且伴随着碳源物质施用量的增加茎粗也在增加,N组、T组、J组、S组以及H组碳源物质对棉花茎粗的改良效果与其添加比例呈正相关关系,且各组之间均表现出差异性(P<0.01)。而J组中J2和J3处理对茎粗有显著增加作用,J1处理的茎粗反而下降了,其中N3、T3、J3、S3和H3相较于CK处理的茎粗分别增加了18.53%、23.94%、23.95%、28.19%和14.29%。各处理中S处理中的S3对于棉花茎粗改良效果最佳。图3,表6

图3

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图3   不同碳源物质下株高和茎粗的变化

Fig.3   Changes of different carbon source substances on plant height and stem diameter


2.2.2 不同碳源物质输入对植株鲜重的影响

研究表明,5种碳源物质在不同梯度下对于棉花植株的地上部鲜重和地下部鲜重均有显著性提升,5种碳源物质之间也表现出差异性(P<0.01),并且植株鲜重随着施用量的增加而增加,其中N组处理对棉花地上部及地下部鲜重的改良效果最为明显,S组处理和H组处理对于地上部鲜重和地下部鲜重改良效果次之。N组中的N3处理对地上部和地下部鲜重改良效果最优,相较于CK处理分别增加了104.76%和185.71%,T3、J3、S3、H3处理相较于CK分别增加了65.48%、63.10%、73.81%和46.43%,不同组碳源物质输入对棉花地上部鲜重改良效果呈N组>S组>T组>J组>H组的规律,对棉花地下部鲜重改良效果呈N组>H组>S组>T组>J组的规律。表7,图4

表7   植株鲜重试验结果方差

Tab.7  Variance of plant fresh weight test results

项目
Items		变异来源
Source of variation		平方和
Sum of
squares		自由度Df
Degree of
freedom Df		均方
mean
square		比值F
Ratio F		显著性
Significance
地上部鲜重
Fresh weight of
aboveground
parts		N组组间1.78320.89284.369P<0.01
组内0.06360.011
总数1.8478
T组组间1.50120.750265.371P<0.01
组内0.01760.003
总数1.5178
J组组间1.79820.899366.291P<0.01
组内0.01560.002
总数1.8138
S组组间1.83920.920244.646P<0.01
组内0.02360.004
总数1.8628
H组组间0.04820.02410.904P<0.01
组内0.01360.002
总数0.0618
地下部鲜重
Fresh weight
underground		N组组间0.01520.00825.967P<0.01
组内0.00260.000
总数0.0178
T组组间0.00720.0048.764P<0.01
组内0.00360.000
总数0.0108
J组组间0.01820.00960.731P<0.01
组内0.00160.000
总数0.0198
S组组间0.01720.009107.762P<0.01
组内0.00160.000
总数0.0188
H组组间0.00820.00453.950P<0.01
组内0.00060.000
总数0.0088

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图4

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图4   不同碳源物质下植株鲜重的变化

Fig.4   Changes of different carbon source substances on plant fresh weight


2.2.3 不同碳源物质输入对植株干重的影响

研究表明,相比于CK处理,施入不同碳源物质的大多数处理植株干重均存在显著增加趋势。其中改良效果最明显的是N组,而S组中的S1、S2处理的地上部干重小于CK处理,并且S1处理与CK处理存在显著性差异。地下部干重中,除了J组中的J1处理,其他处理相比较于CK处理均存在显著性差异。并且植株干重随着施用量的增加地上部和地下部干重亦在增加,呈正相关关系。不同处理中,改良效果较优的是N3、T3、J3、S3和H3处理,相比于CK处理,地上部干重分别增加了129.21%、83.38%、80.50%、98.43%和66.10%;地下部干重分别增加了141.47%、80.44%、82.14%、94.75%和89.71%。不同组碳源物质输入对棉花地上部干重的改良效果呈N组>T组>J组>H组>S组的规律,对棉花地下部干重改良效果呈N组>H组>S组>T组>J组的规律。表8,图5

表8   植株干重试验结果方差

Tab.8  Analysis of variance of plant dry weight test results

项目
Items		变异来源
Source of
variation		平方和
Sum of
squares		自由度Df
Degree of
freedom Df		均方
Mean
square		比值F
Ratio F		显著性
Significance
地上部干重
Aboveground
dry weight		N组组间0.05020.02540.460P<0.01
组内0.00460.001
总数0.0548
T组组间0.03920.02043.216P<0.01
组内0.00360.000
总数0.0428
J组组间0.04520.02360.988P<0.01
组内0.00260.000
总数0.0478
S组组间0.13120.066219.056P<0.01
组内0.00260.000
总数0.1338
H组组间0.00320.00122.165P<0.01
组内0.00060.000
总数0.0038
地下部干重
Underground
dry weight		N组组间0.00120.001111.258P<0.01
组内0.00060.000
总数0.0018
T组组间0.00120.00064.440P<0.01
组内0.00060.000
总数0.0018
J组组间0.00120.00095.137P<0.01
组内0.00060.000
总数0.0018
S组组间0.00020.00086.916P<0.01
组内0.00060.000
总数0.0008
H组组间0.00020.00022.211P<0.01
组内0.00060.000
总数0.0008

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图5

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图5   不同碳源物质下植株干重的变化

Fig.5   Changes of different carbon source substances on plant dry weight


2.3 各指标主成分分析和相关性

研究表明,有机质含量与0~15 cm土壤容重呈极显著负相关关系(P<0.001),与15~30 cm土壤容重呈负相关关系(P<0.05),随着有机质的增加,土壤容重在不断减小;有机质含量与X3(0~15 cm土壤孔隙度)、X9(植株地上部干重)、X10(植株地下部干重)呈显著正相关(P<0.01);与X4(15~30 cm土壤孔隙度)、X5(株高)、X6(茎粗)、X7(植株地上部鲜重)、X8(植株地下部鲜重)呈极显著正相关(P<0.001)。土壤中有机质的增加能够改善土壤结构,促进棉花生长。图6

图6

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图6   主成分分析

注:X1:0~15 cm土壤容重;X2:15~30 cm土壤容重;X3:0~15 cm土壤孔隙度;X4:15~30 cm土壤孔隙度;X5:株高;X6:茎粗;X7:植株地上部鲜重;X8:植株地下部鲜重;X9:植株地上部干重;X10:植株地下部干重;X11:有机改良剂中有机质含量

Fig.6   Principal component analysis

Notes:X1:0-15 cm Soil capocity;X2:15-30 cm Soil capacity;X3:0-15 cm Soil porosity;X4:15-30 cm Soil porosity;X5:Plant height;X6:Stem thickness;X7:Fresh weight of abovegroand part of the plant;X8:Fresh weight of underground part of plant;X9:Dry weight of plant aboveground;X10:Dry weight of underground part of plant;X11:Organic mutter content in organic amendments


主成分PC1解释了总变量的71.0%,PV2解释了16.7%。即表达了87.7%解释量。碳源物质有助于缓解板结对土壤的胁迫。图7

图7

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图7   相关性分析

Fig.7   Correlation analysis


3 讨论

3.1 土壤容重是土壤重要的物理性质之一,它不仅直接影响到土壤孔隙度与孔隙大小分配、土壤的穿透阻力及土壤水肥气热变化,而且影响植物生长及根系在土壤中的穿插和活力大小[24]。作为土壤结构的基本单位,土壤团聚体的数量和质量是土壤性质和肥力的决定性因素[25]。根据多级团聚理论,直径<0.25 mm 称为微团聚体,直径>0.25 mm 称为大团聚体,微团聚体聚合形成大团聚体,相反大团聚体会破碎形成小团聚体,二者相辅相成[26]。土壤容重以及土壤孔隙度是反映土壤紧实、充气状况和土壤物理质量的重要指标[27]。研究表明,随着生物炭施入量的增加,土壤容重、比重呈明显降低趋势,0~20 cm土壤容重、比重分别降低了13.2%和1.90%,20~40 cm土壤容重、比重分别降低了10.9%和1.54%[28]。胡敏等[29]研究表明,施加生物炭有利于降低土壤容重,提高盐碱地耕层土壤的通透性,容重降低了6.11%,孔隙度提升率为13.92%。陈文涛等[30]研究表明,单施生物炭能降低土壤容重,提高土壤孔隙度。在试验中,生物炭中的T2处理(推荐量)显著降低了土壤容重,其它4种碳源物质也不同程度降低了土壤容重,T2处理以及T3处理对0~15和15~30 cm的土壤孔隙度改良效果最佳,较之CK处理,T2处理中0~15 cm容重和孔隙度分别显著降低和提高了12.78%和15.22%,15~30 cm容重降低了10.71%;T3处理中土壤孔隙度提高了19.81%。原因可能是碳源物质中的腐殖质是土壤中的主要胶结剂,能促近土壤良好结构的形成,可以增加吸热能力,提高土壤肥力,还可以适当降低土壤的紧实度以及增加土壤的孔隙度,有利于水分快速移动和土壤气体交换,从而使土壤容重降低。

3.2 机械稳定性团聚体是能够抵抗外力破坏的团聚体,是土壤自然状态下稳定的团聚体,水稳性团聚体则是可以抵抗水力分散的团聚体,可灵敏地反映土壤潜在的抗蚀能力[31]。王永平等[32]研究表明生物炭可以显著提高土壤>0.25 mm的团聚体含量。庞津雯等[33]研究发现,生物炭连续添加2年后,各覆膜处理能显著提高0~60 cm土层土壤大粒级(>0.25 mm)团聚体的机械稳定性(6.1%~8.7%)及水稳性团聚体的百分含量(15.9%~83.6%),玉米产量可显著(P<0.05)提高35.0%~41.8%。长期施用有机肥有利于土壤有机碳和活性有机碳含量的增加,促进团聚体的形成,尤其是有利于增加1~2 mm和0.5~1 mm水稳性团聚体的形成,从而改善土壤的孔隙状况[34-35]。加入不同碳源物质之后,一定程度上增加了土壤的抗侵蚀能力。其中,生物炭对土壤团聚体的改良效果较佳,其他碳源物质也有一定的改良效果,可能是施入的碳源物质中均富含有机质,且比表面积大,吸附螯合能力强,为团聚体形成提供了有利条件。在试验中也得到相似结论。

3.3 增加有机质能够促进棉花苗期的生长并且有利于棉苗株高以及茎粗的增加[36],杨凯等[37]研究结果表明施加有机物使土壤有机质增加后,玉米植株的养分含量和积累量得到提升,提高了玉米产量。试验中,相比较于CK处理,5种碳源物质的施用量不断增加对棉花株高、茎粗以及干鲜重均具有显著影响。其中农家肥中的N3处理对棉花的农艺性状改良效果最为明显,其中株高较CK处理增加了42.11%,茎粗增加了18.53%;地上部与地下部鲜干重分别增加了104.76%、185.71%和129.21%、141.47%。

4 结论

5种碳源物质输入均能一定程度上改善土壤结构以及促进棉花生长,其中生物炭的T2处理中0~30 cm容重分别降低了12.78%和10.71%;孔隙度增加了15.22%和19.81%;0~30 cm土壤中>2 mm、1~2 mm、0.5~1 mm粒径水稳性团聚体相较于CK处理增加了455.70%,504.01%,204.94%和455.70%、516.31%和228.83%;0.25~0.5 mm、0.1~0.25 mm粒径水稳性团聚体在T3处理中相较于CK处理增加了16.32%、34.11%和37.05%、28%。农家肥中的N3处理对于棉花植株株高以及地上地下部鲜干重的改良效果最佳,相较于CK处理分别增加了42.11%和104.76%、185.71%以及129.21%和141.47%,在对与棉花植株茎粗的改良中,商品有机肥中的S3处理效果最佳相比CK处理增加了28.19%。生物炭对于改善土壤物理性质效果最佳,农家肥对于植株农艺性状改良效果最佳。

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YUN Xuefeng, WANG Youke, WU Pute, et al.

Effects and mechanism of PAM on soil physical characteristics

[J]. Journal of Soil Water Conservation, 2005, 19(2): 37-40.

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马军勇, 吴普特, 冯浩, 等.

土壤改良剂节水增产效应的田间试验研究

[J]. 水土保持通报, 2009, 29(4): 72-75.

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MA Junyong, WU Pute, FENG Hao, et al.

Field experimental study of the water-saving and production-increase effects of soil conditioner

[J]. Bulletin of Soil and Water Conservation, 2009, 29(4): 72-75.

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Deibert E J. Utter R a.

earthworm (lumbricidae) survey of North dakota fieldsplaced in the u. s. conservation reserve program

[J]. Soil and Water Conservation, 2003, 58(1): 39-45.

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邵玉翠, 张余良, 李悦, 等.

天然矿物改良剂在微咸水灌溉土壤中应用效果的研究

[J]. 水土保持学报, 2005, 19(4): 100-103.

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SHAO Yucui, ZHANG Yuliang, LI Yue, et al.

Study of effect on using natural minerals to improve soil in irrigating brackish water

[J]. Journal of Soil Water Conservation, 2005, 19(4): 100-103.

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李江涛, 钟晓兰, 赵其国.

施用畜禽粪便和化肥对土壤活性有机碳库和团聚体稳定性影响

[J]. 水土保持学报, 2010, 24(1): 233-238.

[本文引用: 1]

LI Jiangtao, ZHONG Xiaolan, ZHAO Qiguo.

Soil active organic carbon pool and aggregate stability as affected by application of livestock and poultry excrement and chemical fertilizer

[J]. Journal of Soil and Water Conservation, 2010, 24(1): 233-238.

[本文引用: 1]

王丽娜, 杨瑛, 杜苏.

生物炭施入对盐碱土壤影响的研究现状

[J]. 中国农学通报, 2022, 38(8): 81-87.

DOI      [本文引用: 1]

盐碱土壤是中国重要的一种中低产土壤类型,由于土壤退化,盐碱地成了重要的后备耕地资源。生物炭作为农业的土壤改良剂、碳封存体和肥料的缓释载体越来越被广泛地认识和关注,在促进农业可持续发展中前景重大。通过综合分析生物炭的施加对盐碱土壤的物理化学性质、养分含量变化、微生物方面及作物生物量的研究进展,分析生物炭在盐碱地的改良效果,总结了生物炭在盐碱地改良的可能机制,以期为盐碱地的治理提供参考。

WANG Lina, YANG Ying, DU Su.

Effects of biochar application on saline-alkali soil: research status

[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2022, 38(8): 81-87.

DOI      [本文引用: 1]

Saline-alkali soil is an important type of low and medium yielding soil in China, and due to soil degradation, saline-alkali land has become an important reserve arable land resource. Biochar has been more and more widely recognized as a soil conditioner, carbon sequester and slow-release carrier of fertilizers in agriculture, and has great application prospects in promoting the sustainable development of agriculture. By comprehensively analyzing the research progress of biochar application on physicochemical properties, content change of nutrients, soil microorganisms and crop biomass of saline-alkali soil, we studied the improvement effects of biochar on saline-alkali soil and summarized its possible mechanism of soil improving, with a view to providing support for saline-alkali land management.

Dahlawis, Naeem A, Rengel salt-affected soils: Challenges and environment, 2018, 625: 320-335.Z, et al.

Biochar applicationfor the remediation of opportunities

[J]. Science of the total environment, 2018, 625: 320-335.

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李谦维, 高俊琴, 梁金凤, 等.

生物炭添加对不同水氮条件下芦苇生长和氮素吸收的影响

[J]. 生态学报, 2021, 41(10): 3765-3774.

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LI Qianwei, GAO Junqin, LIANG Jinfeng, et al.

Effects of biochar addition on growth and nitrogen absorption of Phragmites australis under different water and nitrogen conditions

[J]. Acta Ecologica Sinica, 2021, 41(10): 3765-3774.

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王斌, 马兴旺, 单娜娜, 等.

新疆盐碱地土壤改良剂的选择与应用

[J]. 干旱区资源与环境, 2014, 28(7): 111-115.

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WANG Bin, MA Xingwang, SHAN Nana, et al.

The selection and application of saline alkali soil amendment in Xinjiang

[J]. Journal of Arid Land Resources and Environment, 2014, 28(7): 111-115.

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B/ T4100 P90001.1-001.10. Pingdingshan City Soil and Water Conservation Engineering Standards[S].

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李婕, 黎青慧, 李平儒, 等.

长期有机肥施用、秸秆还田对塿土团聚体及其有机碳含量的影响

[J]. 土壤通报, 2012, 43(6): 1456-1460.

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LI Jie, LI Qinghui, LI Pingru, et al.

Effects of long-term organic inputs on distribution of aggregate size and its organic carbon content on Lou soil

[J]. Chinese Journal of Soil Science, 2012, 43(6): 1456-1460.

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杨如萍, 郭贤仕, 吕军峰, 等.

不同耕作和种植模式对土壤团聚体分布及稳定性的影响

[J]. 水土保持学报, 2010, 24(1): 252-256.

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YANG Ruping, GUO Xianshi, LYU Junfeng, et al.

Affects of distribution and stability on soil aggregate in different patterns of tillage and cropping

[J]. Journal of Soil and Water Conservation, 2010, 24(1): 252-256.

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孙涛, 冯晓敏, 赵财, 等.

西北绿洲区间作模式对土壤团聚体组成及其有机碳含量的影响

[J]. 农业资源与环境学报, 2021, 38(5): 874-881.

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SUN Tao, FENG Xiaomin, ZHAO Cai, et al.

Effects of intercropping regimes on soil aggregate composition and their organic carbon content in an oasis area of northwest China

[J]. Journal of Agricultural Resources and Environment, 2021, 38(5): 874-881.

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张旭. 生物炭土壤改良剂对白浆土理化性质及其微观结构的影响[D]. 哈尔滨: 东北农业大学, 2021.

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ZHANG Xu. Effects of biochar soil amendments on the physicochemical properties and microstructure of white soil[D]. Harbin:Northeast Agricultural University, 2021.

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胡敏, 屈忠义, 王丽萍, 等.

不同改良剂对河套灌区盐渍化土壤性状和葵花生长特性的影响

[J]. 水土保持学报, 2019, 33(5): 316-322.

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HU Min, QU Zhongyi, WANG Liping, et al.

Effects of different amendments on the properties of salinized soil and sunflower growth in Hetao irrigation district

[J]. Journal of Soil and Water Conservation, 2019, 33(5): 316-322.

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陈文涛, 郭丽琢, 剡斌, 等.

改良剂对盐碱地燕麦生长及土壤物理性状的调控效应

[J]. 甘肃农业大学学报, 2024, 59(5): 136-144.

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CHEN Wentao, GUO Lizhuo, YAN Bin, et al.

Effects of amendments on oat growth and soil physical properties in saline-alkali soils

[J]. Journal of Gansu Agricultural University, 2024, 59(5): 136-144.

[本文引用: 1]

蒲玉琳, 林超文, 谢德体, 等.

植物篱-农作坡地土壤团聚体组成和稳定性特征

[J]. 应用生态学报, 2013, 24(1): 122-128.

[本文引用: 1]

基于植物篱控制水土流失的长期定位试验，研究植物篱-农作坡地土壤团聚体组成和稳定性特征.结果表明： 与常规等高农作模式相比，植物篱-农作复合农业模式下土壤&gt;0.25 mm机械稳定性和水稳性团聚体含量分别显著增加13.3%~16.1%和37.8%~55.6%，明显提高了各坡位粒级&gt;0.25 mm土壤水稳性团聚体含量，改善了粒级&gt;0.25 mm土壤水稳性团聚体在下坡位的相对富集和上坡位相对贫乏的状况.植物篱显著提高了土壤团聚体平均质量直径和几何平均直径，降低了土壤团聚体分形维数和&gt;0.25 mm土壤团聚体破坏率，进而增强了土壤团聚体的稳定性和抗蚀性.坡度与植物篱类型对土壤团聚体组成、稳定性和坡面变化无显著影响.

PU Yulin, LIN Chaowen, XIE Deti, et al.

Composition and stability of soil aggregates in hedgerow-crop slope land

[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2013, 24(1): 122-128.

PMID      [本文引用: 1]

Based on a long-term experiment of using hedgerow to control soil and water loss, this paper studied the composition and stability of soil aggregates in a hedgerow-crop slope land. Compared with those under routine contour cropping, the contents of > 0.25 mm soil mechanical-stable and water-stable aggregates under the complex mode hedgerow-crop increased significantly by 13.3%-16.1% and 37.8% -55.6%, respectively. Under the complex mode, the contents of > 0.25 mm soil water-stable aggregates on each slope position increased obviously, and the status of > 0.25 mm soil water-stable aggregates being relatively rich at low slope and poor at top slope was improved. Planting hedgerow could significantly increase the mean mass diameter and geometric mean diameter of soil aggregates, decrease the fractal dimension of soil aggregates and the destruction rate of > 0.25 mm soil aggregates, and thus, increase the stability and erosion-resistance of soil aggregates in slope cropland. No significant effects of slope and hedgerow types were observed on the composition, stability and distribution of soil aggregates.

王永平, 王岩, 涂德辉.

生物炭和氮肥配施对椒园土壤团聚体结构及作物产量的影响

[J/OL]. 分子植物育种: 1-18[2024-03-07].

[本文引用: 1]

WANG Yongping, WANG Yan, TU Dehui, et al.

Effects of combined application of biochar and nitrogen fertilizer on soil aggregate structure and crop yield in pepper orchards

[J]. Molecular Plant Breeding: 1-18[2024-03-07].

[本文引用: 1]

庞津雯, 王钰皓, 陶宏扬, 等.

生物炭不同添加量对旱作覆膜农田土壤团聚体特性及有机碳含量的影响

[J]. 中国农业科学, 2023, 56(9): 1729-1743.

DOI      [本文引用: 1]

【目的】研究西北旱作区长期地膜覆盖农田添加不同量生物炭对土壤团聚体稳定性和有机碳含量的影响，为旱作覆膜农田地力提升、作物的可持续生产提供科学依据。【方法】在连续多年双垄沟覆膜农田基础上，采用裂区设计，主区为全膜双垄沟覆盖种植和传统平作不覆膜种植2个处理，副区为生物炭添加水平，分别为不添加（N）、低量添加（L）：3 t·hm<sup>-2</sup>、中量添加（M）：6 t·hm<sup>-2</sup>和高量添加（H）：9 t·hm<sup>-2</sup>。测定生物炭不同添加量对覆膜农田不同粒级土壤团聚体含量、团聚体稳定性、团聚体有机碳含量及玉米产量的影响。【结果】生物炭连续添加两年后，各覆膜处理能显著提高0—60 cm土层土壤大粒级（&gt;0.25 mm）团聚体的机械稳定性（6.1%—8.7%）及水稳性团聚体的百分含量（15.9%—83.6%），玉米产量可显著（P&lt;0.05）提高35.0%—41.8%。在覆膜条件下，添加生物炭能显著提高土壤大粒级团聚体百分含量及其稳定性，干筛&gt;0.25 mm 粒级团聚体含量（MR<sub>0.25</sub>）和湿筛&gt;0.25 mm 粒级团聚体含量（WR<sub>0.25</sub>）分别平均提高6.8%和29.6%，且随生物炭添加量的增加增幅逐渐增大。此外，生物炭添加提高了覆膜农田土壤有机碳及团聚体有机碳含量，其中以高量添加（9 t·hm<sup>-2</sup>）效果最好，分别提高13.9%和25.9%。玉米产量与生物炭添加量显著相关（λ=0.42，P&lt;0.001），且在覆膜条件下产量最大（12.8 t·hm<sup>-2</sup>）。【结论】生物炭添加可提高覆膜农田土壤团聚体含量及稳定性，增加玉米产量，还可以显著增加土壤有机碳含量，促进有机碳固存，且添加量为9 t·hm<sup>-2</sup>时效果较好。

PANG Jinwen, WANG Yuhao, TAO Hongyang, et al.

Effects of different biochar application rates on soil aggregate characteristics and organic carbon contents for film-mulching field in semiarid areas

[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2023, 56(9): 1729-1743.

DOI      [本文引用: 1]

【Objective】The aim of this study was to investigate the effects of long-term plastic film mulching farmland combined with different biochar input rates on soil aggregate stability and organic carbon in northwest China, in order to provide a scientific basis for improving the soil fertility and maintaining the sustainability of crop production for film-mulching field in semiarid regions. 【Method】Based on continuous years of double ridge furrow film mulching (D), the full film double ridge furrow mulching planting and traditional flat without film mulching planting were set as the main treatment, and four biochar input rates (no returning (N), 3 t·hm-2 (L), 6 t·hm-2 (M), and 9 t·hm-2 (H) ) were set as the secondary treatment respectively to investigate the effects of different biochar input rates on soil aggregate distribution, aggregate stability, aggregate organic carbon and maize yield.【Result】The film mulching could significantly (P<0.05) increase the soil mechanical stable (6.1%-8.7%) and water-stable macro-aggregate contents (15.9%-83.6%) and maize yield (35.0%-41.8%). Under the film mulching planting, biochar inputs treatments could significantly (P<0.05) increase mechanical macro-aggregate and water macro-aggregate by 6.8% and 29.6% on average, respectively, and the effects gradually increased with the increase of biochar inputs rate. In addition, biochar inputs could also increase the soil organic carbon and aggregate organic carbon content in film mulching farmland, and the effects under DH (9 t·hm-2) were better than other treatments, with an average increased by 13.9% and 25.9%, respectively. Maize yield was significantly correlated with biochar addition rates ( λ=0.42, P<0.001 ), and DH had the highest yield with 12.8 t·hm-2. 【Conclusion】Biochar input could significantly improve soil aggregrate characteristics and organic carbon content in plastic film mulching farmland, thus increase the maize yield and promote soil carbon sequestration, especially with 9 t·hm-2.

李辉信, 袁颖红, 黄欠如, 等.

不同施肥处理对红壤水稻土团聚体有机碳分布的影响

[J]. 土壤学报, 2006, 43(3): 422-429.

[本文引用: 1]

LI Huixin, YUAN Yinghong, HUANG Qianru, et al.

Effects of fertilization on soil organic carbon distribution in various aggregates of red paddy soil

[J]. Acta Pedologica Sinica, 2006, 43(3): 422-429.

[本文引用: 1]

王改兰, 段建南, 贾宁凤, 等.

长期施肥对黄土丘陵区土壤理化性质的影响

[J]. 水土保持学报, 2006, 20(4): 82-85, 89.

[本文引用: 1]

WANG Gailan, DUAN Jiannan, JIA Ningfeng, et al.

Effects of long-term fertilizatton on soil physical and chemical property in loess hilly area

[J]. Journal of Soil and Water Conservation, 2006, 20(4): 82-85, 89.

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李润清, 王志领, 王翠玲.

有机肥对棉花出苗、生长发育及产量的影响

[J]. 农业科技通讯, 2020,(7): 128-129, 133.

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LI Runqing, WANG Zhiling, WANG Cuiling.

The effect of organic fertilizer on cotton emergence, growth and development, and yield

[J]. Bulletin of Agricultural Science and Technology, 2020,(7): 128-129, 133.

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杨凯, 杜延全, 张西兴, 等.

有机物料与化肥配施提升土壤肥力、养分利用和玉米产量研究

[J]. 中国土壤与肥料, 2024,(4): 76-82.

[本文引用: 1]

YANG Kai, DU Yanquan, ZHANG Xixing, et al.

Experimental study on combined application of organic materials and chemical fertilizers to improve soil fertility, nutrient utilization and maize yield

[J]. Soil and Fertilizer Sciences in China, 2024,(4): 76-82.

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