温馨提示:
1. 部分包含数学公式或PPT动画的文件,查看预览时可能会显示错乱或异常,文件下载后无此问题,请放心下载。
2. 本文档由用户上传,版权归属用户,汇文网负责整理代发布。如果您对本文档版权有争议请及时联系客服。
3. 下载前请仔细阅读文档内容,确认文档内容符合您的需求后进行下载,若出现内容与标题不符可向本站投诉处理。
4. 下载文档时可能由于网络波动等原因无法下载或下载错误,付费完成后未能成功下载的用户请联系客服处理。
网站客服:3074922707
生物
施用
节水
灌溉
稻田
土壤
养分
影响
纪仁婧
2023 年 1 月 灌溉排水学报 第 42 卷 第 1 期 Jan.2023 Journal of Irrigation and Drainage No.1 Vol.42 47 文章编号:1672-3317(2023)01-0047-07 生物炭施用对节水灌溉稻田土壤养分的影响 纪仁婧1,胡梦阳2,和玉璞1*,时元智1,宋皓晨3,冯政超3(1.南京水利科学研究院 水文水资源与水利工程科学国家重点实验室,南京 210029;2.河海大学 农业科学与工程学院,南京 211100;3.南京市高淳区水务局,南京 211300)摘 要:【目的】探究施用生物炭对节水灌溉条件下稻田土壤养分的影响,为提升稻田土壤肥力、制定稻田水碳调控策略提供技术指导。【方法】在控制灌溉条件下,设置 0、10、20、40 t/hm2共 4 个生物炭施用水平,分别记为 CK、CL、CM、CH 处理,分析不同生物炭施用水平对节水灌溉条件下稻田土壤养分特征的影响。【结果】施用生物炭后,各处理稻田土壤有机质、有机碳量由大到小依次为:CH 处理CM 处理CL 处理CK。2018 年,CH、CM、CL 处理下的水稻生育期土壤平均铵态氮量分别比 CK 增加 1.52、0.61、0.39 g/kg,2019 年分别比 CK 处理减少 2.01、1.71、0.99 g/kg;施用分蘖肥后,CK 条件下的稻田土壤铵态氮量上升速率最高,CH、CM、CL 处理下的稻田土壤铵态氮量变化速率差异较小;施用穗肥后,2018 年各处理土壤铵态氮量上升速率较为接近,2019 年上升速率为 CKCL 处理CM 处理CH 处理。综合 2 a 试验结果,CH、CM、CL 处理下的稻田土壤硝态氮量的平均值比 CK 降低了 32.34%、19.45%、9.21%。【结论】施用生物炭对节水灌溉条件下的稻田土壤有机质、有机碳量的提升效果与生物炭施用量呈正相关,且随水稻生育进程的推进而逐渐下降;新鲜生物炭可增加稻田土壤铵态氮量,而老化生物炭的作用效果则相反;施用生物炭可降低稻田土壤硝态氮量,且硝态氮量与生物炭施加量呈负相关;施用生物炭可在一定程度上减缓施肥后稻田土壤铵态氮量的上升速度,对施肥后关键期内稻田氮素损失量的控制具有积极作用。关 键 词:节水灌溉;生物炭;稻田;土壤养分 中图分类号:S278 文献标志码:A doi:10.13522/ki.ggps.2022376 OSID:纪仁婧,胡梦阳,和玉璞,等.生物炭施用对节水灌溉稻田土壤养分的影响J.灌溉排水学报,2023,42(1):47-53.JI Renjing,HU Mengyang,HE Yupu,et al.Effects of Biochar Amendment on Bioavailable Nutrients in Paddy SoilJ.Journal of Irrigation and Drainage,2023,42(1):47-53.0 引 言 【研究意义】中国作为水稻生产大国,水稻种植面积约占全国粮食作物种植面积的 26%,产量占国内粮食总产量的 32%1。水稻生产过程中耗水量较大,其用水量约占农业用水总量的 65%2。随着水稻节水灌溉的快速发展和大规模推广,稻田灌溉用水量不断下降。在长期高强度耕作下,稻田土壤肥力的保育与提升对保障水稻稳产、高产具有重要意义。如何在节水灌溉条件下进一步提升稻田土壤肥力,从而提高水稻产量,已成为研究的热点问题。【研究进展】施用生物炭是提升农田土壤肥力的有效方法3-4。生物炭施用可以改善土壤环境,提高土壤持水、保肥能力,减排温室气体排放5-8。添加生物炭可以提高土壤中有机质、有机碳量9-11,但对土壤铵态氮、硝态氮量 收稿日期:2015-03-04 基金项目:国家自然科学基金项目(51609141);江苏省水利科技项目(2021052);南京水利科学研究院中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金项目(Y920009)作者简介:纪仁婧(1989-),女。工程师,主要从事农田高效灌溉排水理论与环境效应研究。E-mail: 通信作者:和玉璞(1987-),男。高级工程师,主要从事农田高效灌溉排水理论与环境效应研究。E-mail: 的影响却存在争议。高德才等12、周志红等13研究结果表明,添加少量生物炭对土壤氮素无明显影响。Sun 等14、吴玉洁等15发现,添加生物炭会降低土壤脲酶活性,抑制尿素的硝化,降低土壤铵态氮、硝态氮量。【切入点】以往围绕生物炭对节水灌溉条件下稻田土壤养分影响的研究中,对于生物炭不同施用水平下的稻季土壤养分的变化过程和响应方面关注较少,施肥后不同生物炭施用量对稻田土壤养分的影响效果尚不明确。【拟解决的关键问题】鉴于此,本研究基于田间原位观测试验,研究不同生物炭施用水平对节水灌溉条件下稻田土壤养分动态变化过程的影响,探讨施肥后关键期内生物炭施用对稻田土壤养分的影响效果及机制,为科学制定稻田水碳调控策略提供技术指导。1 材料与方法 1.1 试验区概况 试 验 区 位 于 南 京 市 高 淳 区 桠 溪 镇 尚 义 村(312442N,119940E)。该区属于北亚热带和中亚热带过渡地区,年平均气温 16,年平均降水量1 190.8 mm。当地传统的农业生产模式为稻麦轮作,灌溉排水学报 http:/ 48 耕层土壤为黏壤土,土壤有机质量 34.2 g/kg,全氮量2.01 g/kg,全磷量 0.46 g/kg,全钾量 12.87 g/kg,pH值 7.2。020、2030、3040 cm 土层的土壤饱和体积含水率分别为 52.0%、50.1%、47.9%。1.2 试验设计 所有处理的灌溉模式均为控制灌溉,灌水下限控制在土壤饱和含水率的 60%80%。生物炭施用量设置 4 个水平,分别为对照 0(CK)、低生物炭施用量10 t/hm2(L)、中等生物炭施用量 20 t/hm2(M)和高生物炭施用量 40 t/hm2(H),共计 4 个处理(CK、CL、CM、CH),每个处理重复 3 次。各小区的灌溉、施肥、植保等农艺管理措施一致。2018 年在稻田泡田前将生物炭按照设定的施用量均匀撒入各小区,并充分翻耕。施用的生物炭为南京勤丰秸秆科技有限公司生产的小麦秸秆生物炭,其理化性质如表 1 所示。表 1 生物炭理化性质 Table 1 Physicochemical properties of biochar 碳/%氢/%氮/%比表面积/(m2g-1)孔容/(cm3g-1)孔径/nm 灰分/%38.523 2.375 1.325 40.483 0.049 15.745 39.305 1.3 试验布置 20182019 年,在配套有独立灌排系统和机械水表的田间小区内开展试验,各小区面积均为 60 m2(12 m5 m)。小区之间使用砖砌混凝土埂进行分隔,砖砌混凝土埂埋设深度为田面以下 80 cm,沿砖砌混凝土埂两侧布设同样埋深的防水农膜,以减少小区之间的水分侧向交换,在砖砌混凝土埂的田面以上部分覆土夯实作为田埂。2018 年,水稻于 6 月 16 日插秧,10 月 20 日收割;2019 年,水稻于 6 月 5 日插秧,10 月 12 日收割。水稻品种为南粳 5505,各处理稻田均沿用农民传统施肥方式,施肥过程如表 2 所示。1.4 观测指标与方法 2018 年,在水稻返青期、分蘖中期、拔节孕穗期、抽穗开花期、乳熟期采样,2019 年在 2018 年的基础上增加分蘖后期采样,采用五点取样法采集各小区 020 cm 土层土样,测定土壤有机质、有机碳、铵态氮(NH4+-N)、硝态氮(NO3-N)量,测定方法详见土壤农业化学分析方法16,取部分鲜土样分别采用 KCL 浸提-靛酚蓝比色法、CaSO42H2O 浸提-酚二黄酸比色法测定土壤 NH4+-N 量和 NO3-N 量,将剩余土样自然风干,研磨过筛后采用水合热重铬酸钾氧化-比色法测定土壤有机碳量,采用重铬酸钾容量法测定土壤有机质量。表 2 施肥过程 Table 2 Fertilization process 年份 施肥 种类 化肥种类 施肥时间 施氮量/(kghm-2)2018 基肥 碳酸氢铵,含氮量17.1%20180613 85 分蘖肥 尿素,含氮量46.2%;复合肥,含氮量17%20180704 52.2 穗肥 尿素,含氮量46.2%;复合肥,含氮量17%20180730 65.5 合计 202.7 2019 基肥 碳酸氢铵,含氮量17.1%20190601 93.5 分蘖肥 尿素,含氮量46.2%;复合肥,含氮量17%20190625 40.2 穗肥 尿素,含氮量46.2%;复合肥,含氮量17%20190724 75.5 合计 209.2 1.5 数据分析 用 Microsoft Excel 2016 分析数据并绘制图表。2 结果与分析 2.1 生物炭施用对节水灌溉条件下稻田土壤有机质量的影响 不同生物炭施用量下的节水灌溉稻田土壤有机质量如图 1 所示。施用生物炭提高了节水灌溉条件下稻田土壤有机质量,且土壤有机质量与生物炭的施用量呈正相关。纵观整个水稻季,各处理稻田土壤有机质量总体呈先快后慢的下降趋势,不同生物炭施用量下的稻田土壤有机质量的差距随着水稻生育进程的推进逐渐缩小。20182019 年,与 CK 相比,CH、CM、CL 处理下的稻田土壤有机质量平均增幅分别为26.33%、14.20%、6.81%。(a)2018 年 10203040返青期分蘖中期拔节孕穗前期拔节孕穗后期抽穗开花期乳熟期土壤有机质量/(g kg-1)水稻生育阶段处理:CKCLCMCH纪仁婧 等:生物炭施用对节水灌溉稻田土壤养分的影响 49 (b)2019 年 图 1 不同生物炭施用量下的稻田土壤有机质量 Fig.1 Soil organic matter content in water-saving irrigated paddy fields with different biochar application在水稻返青期,施用生物炭处理与 CK 之间的差异较大。与 CK 相比,CH、CM、CL 处理下的稻田土壤有机质量增加了 6.278.87 g/kg。各处理土壤有机质量下降,且呈先快后慢的趋势。在水稻分蘖中期,施用生物炭的稻田土壤有机质量相比 CK 增加了0.387.22 g/kg,至水稻乳熟期,处理间的差异逐渐减小,CH、CM、CL 处理下的土壤有机质量相比 CK增加了 1.253.28 g/kg。2.2 生物炭施用对节水灌溉条件下稻田土壤有机碳量的影响 不同生物炭施用量下的稻田土壤有机碳量如图 2所示。施用生物炭提高了稻田土壤有机碳量,且土壤有机碳量与生物炭的施用量呈正相关。纵观整个水稻季,各处理稻田土壤有机碳量呈先快后慢的下降趋势,不同生物炭施用量下的稻田土壤有机碳量的差距随着水稻生育进程的推进而逐渐缩小。20182019 年,与 CK 相比,CH、CM、CL 处理下的稻田土壤有机碳量平均增幅分别为 25.57%、10.09%、1.65%。在水稻返青期,施用生物炭处理与 CK 之间的差异较大。与 CK 相比,CH、CM、CL 处理下的稻田土壤有机碳量增加了 2.335.81 g/kg。随着水稻生育进程的推进,各处理土壤有机碳量逐渐下降。在水稻分蘖中期,CH、CM、CL 处理下的稻田土壤有机碳量相比 CK 增加了 0.433.54 g/kg,至水稻乳熟期,施用生物炭处理与 CK 的土壤有机碳量差距缩小至0.382.31 g/kg。(a)2018 年 (b)2019 年 图 2 不同生物炭施用量下的稻田土壤有机碳量 Fig.2 Soil organic carbon content in water-saving irrigated paddy fields with different biochar additions2.3 生物炭施用对节水灌溉条件下的稻田土壤NH4+-N 量的影响 不同生物炭施用量下的稻田土壤 NH4+-N 量如图3 所