生物炭與不同肥料配施對玉米產(chǎn)質(zhì)量的影響

鄭 昊，徐 銳*，曾維慶，岳志強，徐繼偉，薛 澤，王 茹，楊 計，張 詩

(1.云南師范大學 太陽能研究所 云南 昆明 650500； 2.玉溪市農(nóng)業(yè)環(huán)境保護和農(nóng)村能源工作站 云南 玉溪 653100)

農(nóng)用地土壤環(huán)境狀況直接關(guān)系到農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全、生態(tài)安全和人體健康，自2016年《土壤污染防治行動計劃》頒布以來，土壤環(huán)境質(zhì)量問題受到廣泛關(guān)注，其重點監(jiān)測土壤中鎘、汞、砷、鉛和鉻等重金屬[1]。我國農(nóng)田土壤點位超標率為19.4%，以Cd、Ni和Cu等重金屬污染最為突出[2]，不僅造成農(nóng)民經(jīng)濟投入增加，同時造成大量的能源浪費，導致土壤惡化及環(huán)境污染，嚴重制約農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[3-4]。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中肥料利用率很低，氮、磷和鉀肥的利用率分別為30%～45%、10%～25%和35%～50%[5]。生物炭是農(nóng)林廢棄物、畜禽糞便和污泥等生物質(zhì)材料在無氧或限氧條件下，經(jīng)低中溫熱裂解得到的一種富碳產(chǎn)品，其具有疏松多孔、比表面積大、吸附能力強等特征[2]。生物炭與肥料配施，不僅可改善土壤結(jié)構(gòu)，還增大養(yǎng)分的持留[6]，其在降低土壤重金屬生物利用度和改善土壤質(zhì)量方面雖然有效，但受其自身特性和土壤性質(zhì)等影響較大[7]。大多數(shù)生物炭對土壤治理的研究多在實驗室進行，較少在田間進行大田試驗，而大田試驗與實驗室環(huán)境在溫度、環(huán)境、田間管理等方面相差甚遠。為此，采用大田試驗方法，研究生物炭與不同肥料配施對玉米產(chǎn)質(zhì)量的影響，以期為生產(chǎn)應用提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

供試品種為糯玉米品種雪妃9000，市購；沼肥，果木莊園沼氣池的沼渣沼液；化肥，尿素、普鈣及硫酸鉀，均為市購；有機肥(精制，450元/t)，購自當?shù)厥袌觥?/p>

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗設計 試驗于2020年6-9月在云南省玉溪市江川區(qū)的果木莊園中進行，共設6個處理：A，化肥；B，化肥+生物炭；C，沼肥；D，沼肥+生物炭；E，有機肥；F，有機肥+生物炭。3次重復，共18個小區(qū)，小區(qū)周圍設2 m寬保護行，小區(qū)面積36 m2，長9 m、寬4 m，每個小區(qū)設用于收集各個小區(qū)地表徑流的徑流池1個，長2 m、寬1 m、高1.5 m。

1.2.2 樣品采集 土樣：每個小區(qū)玉米采收后選取4個樣點各采集10～20 cm土壤樣2 kg，貼好標簽并記錄采樣時間、地點、樣品編號、監(jiān)測項目等，帶回實驗室用于檢測分析。

水樣：在記錄徑流量后即可進行徑流水樣采集，采樣前先用竹竿或木板等潔凈工具充分攪勻徑流池中的水，然后利用潔凈容器在徑流池不同深度各部位多點取樣置于清潔的塑料瓶中，每瓶水樣不少于500 mL，帶回實驗室用于檢測分析。如果不能當天進行水樣分析，立即將水樣儲存至冰箱冷凍保存。

玉米樣：玉米采收后，各小區(qū)每個處理隨機抽取玉米樣5～10株并貼好標簽，可食用部分(籽粒)用于檢測其養(yǎng)分及品質(zhì)，非食用部分(根、莖等)用于檢測其資源化利用狀況，并記錄檢測結(jié)果。

1.2.3 指標測定 鋅、銅，參照GB/T 17138-1997規(guī)定，采用火焰原子吸收分光光度法測定；鎘、鉛，參照GB/T 17141-1997規(guī)定，采用石墨爐原子吸收分光光度法測定；砷、汞，參照GB/T 22105.2-2008規(guī)定，采用原子熒光法測定；總氮、全鉀，參照NY/T 87-1988規(guī)定，采用土壤測定法進行；鉻，參照標準為HJ 491-2009[8]規(guī)定，采用火焰原子吸收分光光度法測定。

2 結(jié)果與分析

2.1 生物炭與不同肥料配施玉米的產(chǎn)量影響

試驗結(jié)果表明，在單施化肥、沼肥和有機肥中，以施用沼肥的玉米產(chǎn)量最高，為1 427.48 kg/667m2；施用化肥的玉米產(chǎn)量其次，為1 250.13 kg/667m2；施用有機肥的玉米產(chǎn)量最低，為1 233.03 kg/667m2；施用沼肥較化肥和有機肥分別提高14.18%和15.77%。生物炭與不同肥料配施，化肥+生物炭較單施化肥提高10.31%；沼肥+生物炭較單施沼肥提高13.33%；有機肥+生物炭較單施有機肥產(chǎn)量差異較小，有機肥+生物炭較單施有機肥降低1.23%。表明，不同肥料添加生物炭后有利于提高玉米的產(chǎn)量，可在生產(chǎn)推廣應用。

2.2 生物炭與不同肥料配施玉米的品質(zhì)

試驗結(jié)果表明，施用化肥+生物炭玉米中鋅、銅、鎘、鉛、砷、汞、鉻和鉀等重金屬含量均較單施化肥低。表明，化肥與生物炭配施可降低玉米重金屬的含量，有利于提高玉米的品質(zhì)。由于生物炭對鋅、銅、鎘和鉛等重金屬的吸附能力較好，對砷、汞、鉻和鉀等重金屬的吸附能力較弱。沼肥與生物炭配施可明顯降低玉米中鋅、銅、鎘和鉛等重金屬的含量，但玉米中砷、汞、鉻和鉀等重金屬含量變化不大，降低玉米中砷、汞、鉻和鉀等重金屬的效果不明顯。由于生物炭對銅、砷、汞、鉻、鉛和鉀等重金屬吸附能力較強，對鋅和鎘的吸附力較弱。有機肥與生物炭配施可明顯降低玉米中銅、砷、汞、鉻、鉛和鉀等重金屬的含量，但玉米中鋅和鎘的含量變化不大，降低玉米中鋅和鎘的效果不明顯。

3 結(jié)論

單施化肥、沼肥和有機肥，以施用沼肥的玉米產(chǎn)量最高，為1 427.48 kg/667m2；施用沼肥較化肥和有機肥分別提高14.18%和15.77%。化肥+生物炭較單施化肥提高10.31%；沼肥+生物炭較單施沼肥提高13.33%；有機肥+生物炭較單施有機肥降低1.23%。不同肥料添加生物炭后有利于提高玉米的產(chǎn)量，可在生產(chǎn)推廣應用。施用化肥+生物炭玉米中鋅、銅、鎘、鉛、砷、汞、鉻和鉀等重金屬含量均較單施化肥低，化肥與生物炭配施可降低玉米重金屬的含量，有利于提高玉米的品質(zhì)。沼肥與生物炭配施可明顯降低玉米中鋅、銅、鎘和鉛等重金屬的含量，但對降低玉米中砷、汞、鉻和鉀等重金屬含量的效果不明顯。有機肥與生物炭配施，可明顯降低玉米中銅、砷、汞、鉻、鉛和鉀等重金屬的含量，但對降低玉米中鋅和鎘含量的效果不明顯。