豬糞炭基肥替代化肥對土壤肥力與水稻產量的影響

摘要：畜禽廢棄物可以制成生物炭來改良土壤，提高土壤肥力。本文通過開展田間試驗，研究豬糞炭基肥部分替代化肥對土壤肥力和水稻產量的影響。試驗結果表明，施用豬糞炭基肥部分替代化肥，可以有效增加土壤肥力，提高水稻產量。不同處理的效果存在差異，其中炭基肥80%替代化肥的處理效果最顯著，相較于CK處理增產10.42%，全氮、速效磷、速效鉀、有機質分別增長5.80%、15.45%、13.47%和5.78%。

關鍵詞：豬糞；炭基肥；水稻產量；土壤肥力；化肥替代

中圖分類號：S506 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2023）08-00-03

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2023.08.006

effect of pig manure Biochar-based fertilizer replacing chemical fertilizer on soil fertility and rice yield

FU Jianzhou1， XIE Boyi1， ZHUANG Haifeng2， LU Yunpeng2

（1. Zhoushan Agricultural Science Research Institute， Zhoushan 316004， China; 2. School of Environment and Natural Resources， Zhejiang University of Science amp; Technology， Hangzhou 310023， China）

Abstract： Animal waste can be made into biochar to improve soil and enhance soil fertility. Through field experiments， this study investigates the effects of partially replacing chemical fertilizer with pig manure biochar-based fertilizer on soil fertility and rice yield. The experimental results indicate that using pig manure biochar-based fertilizer as a partial substitute for chemical fertilizer can effectively increase soil fertility and increase rice yield. There are differences in the effects of different treatments， among which the treatment of 80% biochar-based fertilizer replacing chemical fertilizer has the most significant effect， increasing yield by 10.42% compared to CK treatment， and increasing total nitrogen， available phosphorus， available potassium， and organic matter by 5.80%， 15.45%， 13.47%， and 5.78%， respectively.

Keywords： pig manure; biochar-based fertilizer; rice yield; soil fertility; fertilizer replacement

近年來，利用生物炭改良土壤，提高土壤肥力已經成為循環農業研究的熱點。利用高溫炭化技術，可將畜禽廢棄物燒制成生物炭，它屬于生物難降解性物質[1]，可作為一種持久性土壤改良劑直接還田，具有提高土壤蓄水容量、保護土壤微生物群落、調節土壤酸堿度[2]、保持營養物質并有效供給植物根莖[3]、鈍化土壤污染物[4]、固碳減排等作用。國內外已開始用豬糞、雞糞等畜禽廢棄物制備農用生物炭產品，畜禽糞便炭基肥可以代替化肥來恢復土壤肥力。目前，針對不同作物和土壤的畜禽糞便炭基肥還缺乏深入研究，影響產品的廣泛應用和推廣。因此，本文以豬糞為試驗材料，將豬糞炭基肥開發利用與水稻種植有機結合，開展精準施用技術研究，形成豬糞炭基肥精準施用技術，有效解決畜禽廢棄物資源化利用問題，達到減肥增效的目的，為豬糞炭化利用提供技術支撐。

1 試驗流程

1.1 試驗地點

試驗地點位于舟山市定海區馬岙街道，地理坐標為30°7′49″N，122°5′23″E。年平均氣溫為17.1 ℃，年均降水量為1 472.5 mm。經檢測，試驗地點土壤的基本理化性質如表1所示。

1.2 試驗設計

利用高純氮氣作為保護氣體，將預處理的畜禽糞便固形物放于炭化爐（溫度350 ℃）熱解炭化，獲得的豬糞炭與商品化肥混合后添加黏結劑，按總養分含量36%（N、P、K質量比為18∶9∶9）的標準造粒，制備豬糞炭基肥。對照安徽道爾化肥有限公司生產銷售的水稻專用復合肥，其總養分含量為45%（N、P、K質量比為15∶15∶15）。根據炭基肥替代復合肥的不同比例，試驗共設計6個處理：CK（100%復合肥，對照組）、A1（80%復合肥+20%炭基肥）、A2（60%復合肥+40%炭基肥）、A3（40%復合肥+60%炭基肥）、A4（20%復合肥+80%炭基肥）、A5（100%炭基肥），各處理間養分含量相同，每個處理重復3次，試驗共分為18個小區，每個小區面積為20 m2。試驗所用豬糞炭的基本理化性質如表2所示。

1.3 樣品采集與分析方法

水稻收獲后，采用五點取樣法，每個小區采集表層（距地表0～20 cm）土壤樣品約2 kg。按照《土壤質量 土壤理化分析樣品的預處理》（GB/T 42363—2023）[5]，對土壤樣品進行預處理。土壤pH的測定采用電位法，有機質的測定采用外加熱-重鉻酸鉀容量法，全氮的測定采用半微量開氏法，有效磷的測定采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法，速效鉀的測定采用乙酸銨浸提-火焰光度法。

2 結果與分析

2.1 炭基肥施用對土壤養分含量的影響

如表3所示，豬糞炭基肥代替化肥可以顯著提高土壤肥力，其中A4處理效果最佳，全氮、速效磷、速效鉀分別比CK處理提高5.80%、15.45%和13.47%，效果顯著；炭基肥的使用能夠促進土壤有機質和pH的提高，相比于CK處理，增幅分別為5.78%和3.20%，但無顯著變化。研究表明，生物炭具有豐富的孔隙結構和極強的吸附性能，施用炭基肥可以提高養分在土壤中的滯留時間，固定添加的肥料養分，并且有效地提高土壤肥力[6]。

2.2 炭基肥施用對水稻產量的影響

如圖1所示，使用炭基肥能夠提高水稻和秸稈的產量。相比CK處理，水稻產量增長3.14%～10.42%，秸稈產量則增加2.94%～9.38%，在所有處理中，A4效果最為顯著。炭基肥對提高水稻產量具有顯著效果，其主要原因在于其能夠吸附并固定肥料養分，從而提高肥料的緩釋性，降低淋溶風險[7]。此外，炭基肥本身富含磷素，可以活化土壤中的不可用磷，如鐵磷（Fe-P）、鈣磷（Ca-P）和鋁磷（Al-P），從而使這部分磷素變得可被植物利用。與使用化肥尿素相比，炭基肥能夠緩慢釋放氮素，并保持較高可利用氮素的水平。因此，使用炭基肥替代尿素能夠有效減少施肥過程中氮素的流失[8]。

3 結語

施加豬糞炭基肥可以顯著增加土壤肥力，提高水稻產量。在相同養分的投入條件下，80%豬糞炭基肥替代化肥的改良效果最顯著。研究表明，豬糞炭基肥可以廣泛應用于農業生產，為畜禽廢棄物資源化利用提供新的途徑。

參考文獻

1 尹昌斌，周 穎，劉利花.我國循環農業發展理論與實踐[J].中國生態農業學報，2013（1）：47-53.

2 勾芒芒，屈忠義.生物炭對改善土壤理化性質及作物產量影響的研究進展[J].中國土壤與肥料，2013（5）：1-5.

3 Yanardag I H，Zornoza R，Cano A F，et al.Evaluation of carbon and nitrogen dynamics in different soil types amended with pig slurry，pig manure and its biochar by chemical and thermogravimetric analysis[J].Biology and Fertility of Soils，2014（2）：183-196.

4 侯艷偉，池海峰，畢麗君.生物炭施用對礦區污染農田土壤上油菜生長和重金屬富集的影響[J].生態環境學報，2014（6）：1057-1063.

5 國家市場監督管理總局，國家標準化管理委員會.土壤質量 土壤理化分析樣品的預處理：GB/T 42363—2023[S].北京：中國標準出版社，2023.

6 王曉玲，趙澤州，任樹鵬，等.生物炭基肥在我國的制備和應用研究進展[J].中國土壤與肥料，2022（1）：230-238.

7 趙澤州，王曉玲，李鴻博，等.生物質炭基肥緩釋性能及對土壤改良的研究進展[J].植物營養與肥料學報，2021（5）：886-897.

8 Shi W，Ju Y，Bian R，et al.Biochar bound urea boosts plant growth and reduces nitrogen leaching[J].Science of the Total Environment，2020（1）：134424.