生物炭配施不同肥類與土壤氮磷流失的研究

岳志強，史應仙，黃四華，李會華，萬惠芬，陶 潤

（1.玉溪市農業環境保護和農村能源工作站，云南 玉溪 653100；2.玉溪市江川區農業機械和農田建設管理站，云南 江川 652600；3.玉溪市農村社會事業發展中心，云南 玉溪 653100；4.新平縣農村環保能源工作站，云南 新平 653400；5.澄江市農村社會事務發展中心，云南 澄江 652500）

糧食作物增產最迅速有效的途徑和措施是施用化肥[1]，但不合理或過量施肥必然導致土壤硝態氮大量累積和磷素增高，土壤表層氮、磷在灌溉水和降雨地表徑流水作用下進入周圍渠、溝、河、湖。目前雖然對農田徑流氮磷流失影響因素已有研究報道，但田間施肥對農田徑流氮、磷污染負荷的控制研究還處于探索階段[2]。特別是不同施肥方法、不同肥料配方對農田地表徑流氮磷流失的定量研究鮮見報道[3]。在此研究生物炭配比不同肥料的施肥模式對蔬菜產量及與土壤氮磷流失的相互關系，為蔬菜種植提供一種環境友好肥料配施模式，減少土壤中氮磷流失量，從源頭上控制農業面源污染。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

項目研究地點位于玉溪市東風水庫九溪河徑流區九溪鎮小營村，海拔1 800 m，年降雨量689 mm，年平均氣溫15.3 ℃。土壤為紅壤、酸性土，有機質極缺，pH值6.86、含有機質1.46%、全氮1.03 g/kg、全磷 620 g/kg、有效磷37 mg/kg。

1.2 試驗材料

試驗品種為流域內農戶主栽的“京豐一號”甘藍，2019年10月1日開始育苗，10月28日移栽大田。生物炭為烤煙秸稈燒制而成，有機肥含量81.5 %，有機肥氮含量3.54%、磷含量0.82%、鉀含量13.45%、有機質含量27.1%。沼渣和沼液為正常沼氣池發酵后產出的肥料?；蔬x用普通過磷酸鈣（P2O516%）、尿素（N 46%）、硫酸鉀（K2O 50%）調配。所用肥料或添加物經檢測均無超標元素。

1.3 試驗設計

試驗共設6個處理（分設3個添加生物炭及對照處理）每個處理3次重復，共18個監測小區。每個小區長10 m、寬4 m，面積40 m2。每小區下設1個長1.5 m、寬0.8 m、高1 m的徑流水收集池。試驗期間對不同處理的土壤、作物、水樣按照相關技術要求采樣和監測（見表1）。

表1 試驗處理方案和肥料施用量表（kg）

1.4 數據處理及計算

采用Excel、Spss等軟件對監測記錄、檢測等數據進行處理分析。

2 結果與分析

2.1 不同處理對甘藍生長的影響

化肥處理添加生物炭后，甘藍幼苗期和蓮座期株高與對照處理（CK1）無顯著差異，結球后株高有顯著差異；沼肥添加生物炭后，整個生長周期內株高與對照處理（CK2）無顯著差異，生長趨勢及狀態相似；有機肥添加生物炭后，全程株高差異不大，但結球期球徑大于對照處理（CK3）。添加生物炭后不同處理甘藍整體株高近3個月內表現出較為一致的生長趨勢，雖然有機肥處理的株高和其他2個處理之間存在顯著差異（P＜0.05），但不同處理均經歷了急速增長、緩速增長、趨于平穩3個階段，不同階段持續時間、起止時間同步，符合結球甘藍正常的發育特征，說明3種施肥處理均未對甘藍生長周期有明顯的影響。球徑增長與株高類似，3個施肥方案的球徑均呈現平穩增長態勢。3種施肥模式均對甘藍正常生長有促進作用，沒有影響甘藍生長的自然節律。不同施肥方案配施生物炭可能出現不同的結果，說明施加生物炭促進單季作物增收還需進一步試驗。

2.2 不同處理對甘藍產量的影響（表2）

表2 不同施肥方式作物產量比較表

將甘藍地上部分整株收獲為生物學產量，再將非食用部分（爛葉、壞葉，嚴重蛀蝕）剝去得到經濟學產量，共采收甘藍球4 302顆，生物學產量合計6 048.51 kg，經濟學產量合計4 733.21 kg，產生蔬菜廢葉1 315.3 kg。各處理甘藍生物學產量與經濟學產量占比趨勢基本相同，最高為化肥配施生物炭處理達81.94%，最低為精制有機肥處理73.55%。化肥和沼肥添加生物炭后生物產量和經濟產量均比對照下降，精制有機肥添加生物炭后生物產量和經濟產量略有提升。初步認為添加生物炭對化肥和沼肥產生吸附作用，削弱了肥效，而添加生物炭加強作物對有機肥的吸收利用，提高了產量。

2.3 添加生物炭對氮流失的影響（圖1）

圖1 不同肥料處理土壤氮流失

田間土壤的氮磷散失主要以地表徑流、淋溶下滲作用和氨揮發為主，本試驗通過建設小區阻止淋溶下滲的作用，同時將地表徑流和淋溶下滲2種作用通過徑流水槽統一收集。種植結束后，試驗小區內土壤氮素總變化量為-350～106，變化率為-19.77%～11.6%。其中化肥處理氮損失量最大，沼肥處理次之；氮素固定量最大的是精制有機肥處理，其次是化肥配施生物炭處理，所有樣品均沒有檢測到硝態氮。通過添加生物炭可以明顯減少化肥及沼肥施肥方案中的氮素流失，甚至能夠在一定程度上提高氮素固定效果，對于沼肥而言生物炭起到了和化肥類似的作用。

2.4 添加生物炭對磷流失的影響（表3）

表3 不同肥料處理土壤磷流失情況表

整個種植過程全磷損失量最大的是化肥處理，其次是有機肥處理，而對于有效磷而言。雖然化肥依然是損失量最大的處理，但是有機肥是整個試驗過程中有效磷積累量最高的處理，說明經過一季度的緩慢分解，土壤總磷難以被利用的部分逐步被轉變成了可被植物直接利用的有效磷。整體來看，磷元素流失表現出和氮元素流失相似的情況，在化肥和沼肥施肥方案中添加生物炭對土壤有效磷流失起到了很好的遏制作用甚至在一定程度上起到了固定作用，而有機肥處理，同樣表現出添加生物炭后有效磷比例穩定，沒有進一步增加，但從全磷情況看，有機肥施肥方案在添加生物炭后全磷沒有損失且實現了少量的固定。

2.5 添加生物炭對全磷流失的影響（圖2）

圖2 全磷隨徑流水流失變化示意圖

3種施肥方案在配施生物炭后均有效減少了徑流水的全磷流失，徑流水全磷流失情況與土壤流失較一致，化肥全磷流失量＞有機肥＞沼肥處理，這與3種肥料性質有關聯，有機肥的緩釋特性導致肥塊分解、肥力發揮速率較慢，同時元素流失量也相應下降。添加生物炭彌補了化肥處理肥力易流失的缺陷，顯著降低了全磷流失量，為化肥更好的發揮作用提供了支持。同理沼肥和有機肥處理在添加生物炭后也出現了更少的元素流失，其中沼肥處理的減少量又優于有機肥處理。由此可以初步判斷添加生物炭對減少全磷元素以水為載體的流失具有一定的遏制作用。

2.6 氮素隨徑流水流失變化情況（圖3）

圖3 氮素隨徑流水流失變化示意圖

3種施肥方案在配施生物炭后均有效地減少了徑流水的總氮、氨氮流失（硝態氮未檢出）。未添加生物炭的徑流水總氮流失情況與土壤流失及總磷流失情況較一致，表現為化肥＞有機肥＞沼肥；銨態氮流失表現為沼肥＞化肥＞有機肥。添加生物炭后總氮、銨態氮流失量均表現為沼肥＞化肥＞有機肥。添加生物炭后，總氮流失量與對照組不一致，初步認為是因為—COOH和—OH等官能團的存在使生物炭表面存在大量負電荷，作為電子供體與土壤、水體等物質中的電子受體發生作用，通過電子供體-受體間的特殊作用力加強對土壤氮磷養分的吸附作用。沼肥是有機質在厭氧條件下分解的肥料，沼肥中—COOH和—OH等官能團主要以小分子存在，此特性導致生物炭對沼肥的吸附力低于其他2種肥料[4]。

3 結 論

（1）3種主要施肥方式在配施生物炭后均能保證作物正常生長，保證甘藍正常的生長節律，同時有機肥配施生物炭效果最佳，化肥次之，沼肥最差。添加生物炭能促進3種肥料肥力穩健釋放并提高作物經濟系數，但肥料和生物炭的最佳投放比例仍有待進一步研究。

（2）添加生物炭可以明顯減少化肥及沼肥施肥方案中的氮素流失，甚至能夠在一定程度上提高氮素固定效果。

（3）添加生物炭后，肥料氮流失趨勢基本與磷一致，但不同的肥料性質導致氮磷流失存在個體差異。