棉花秸稈生物炭基肥養(yǎng)分釋放特征及對棉花苗期的影響研究

中圖分類號：TQ441;X705 文獻標識碼：A DOI編碼：10.3969/j.issn.1006—6500.2025.02.014

Study on the Characteristics of Nutrient Release from Cotton Straw Biochar-Based Fertilizer and Its Effects on Cotton Seedling Stage

HOU ，WANG Wei12， SHI Lihong1，2， TANG Guangmu3， JIA Hongtao ， ZHOU Jianqin （20號 （1.CollgeofsocdEviont，ingAgiculturalUvesityUruiingO，na;.har TechnologyReseachnteriagiculralUiesityUuiijgO，ina;siuteofgiural andEnvironment，XinjiangcademyofAgiculturalieces，Urumqi，Xinjiang3Oo1hina;4.XinjangKeyaboratofl and Plant Ecological Processes，Urumqi，Xinjiang 83oo52，China）

Abstract：Tosreeoutteoabasdfertlierichisenefiialtocottongowthighttyesofoarbsedfelee preparedfromcoonstrawbiocharbydry（A）andwet（B）proces，thecharacteristicsofertilizersereexamiedyindoalysis andleachingtest，andthefectsoffertilizerswereinvestigatedviapotexperiment.Teresultsshowedthatgoodsloreleasefects weredemonstratedbytheightbiochar-basedfertilizers，comparedwiththeordinaryureatreatment，theiitialreleaseratesof dry method biochar-based fertilizers （ A1 ， A2 ， A3 ， A4 ） and wet-method biochar-based fertilizers（B1，B2，B3，B4） were reduced by 89.68 % ， 9 5 . 3 1 % ， 9 3 . 9 2 % 9 4 . 5 2 % ， 9 6 . 4 0 % ， 9 5 . 3 4 % ， 9 1 . 2 4 % and 9 2 . 7 0 % ，respectively.In soil application，under A2 treatment （dry-method biochar-based fertilizer with biochar - t o - fertilizerratio of1：2.5），available nitrogen content and available phosphorus content were observed to be 1 2 . 5 7 % and 44.69 % greater than those of the ordinary urea treatment.In terms of biological effects，plant height，SPAD，totalrotlength，totalootsurfaceareaandumberofroottisofotontreatedwith2（ymethodbioarbased fertilizerwithbiochar-to-fertilizerratio of1：2.5）were found to be 1 4 . 4 6 % ， 6 . 2 8 % ， 6 2 . 4 6 % ， 4 8 . 7 1 % and 407.69% greater than those oftheordinaryueatreatmentat6Othdayafterthecotonemergene.Insummary，superiorsloeleaseefectissowedbyBl（wet method biochar-based fertilizer with biochar -fertilizer ratio of1：1） intheleaching test.Thephysiological indexes such as plant height，SPADandotparametersofotonaresignificantlypromotedbyA2treatment（drymethodbiochar-basedfertlierwith biochar-tofertileratiof：2.）sellasoetofvilablerogndvlableososiilireadyat ment （dry-methodbiochar-based fertilizer with biochar-to-fertilizerratioof1：2.5）toacertain extent.

Keywords：biochar-based fertilizer;soil;application

在全球氣候變化和環(huán)境污染問題備受關注的背景下，我國提出了“雙碳”戰(zhàn)略，積極推進產(chǎn)業(yè)的綠色化和低碳化轉型。農(nóng)林廢棄物是一種可降解、可再生的環(huán)境友好型生物質資源，主要包括秸稈、玉米芯、稻殼、果渣等。然而，生物質熱解技術能夠將可再生的秸稈資源轉化為能源，也可利用生物質生產(chǎn)生物炭，由于秸稈富含有機碳，熱解后產(chǎn)生的生物炭結構穩(wěn)定，可作為肥料載體用于土壤，減少化肥的使用，間接減少化石資源的消耗，促進農(nóng)林廢棄物的有效利用，但營養(yǎng)含量不高，施用量大，有大量粉塵產(chǎn)生。

當前化肥產(chǎn)業(yè)正面臨挑戰(zhàn)，需要將肥料科學合理地用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，保障糧食供應，減少環(huán)境影響。我國作物平均氮肥利用率為 3 5 % ，流失比例為 ，過量的氮肥施用和較低的作物利用率造成氮素的流失，引發(fā)環(huán)境水體富營養(yǎng)化和大氣 和 污染間氮素肥料的生產(chǎn)是溫室氣體 排放的主要來源之一，過量的氮素化肥施用不僅污染環(huán)境，而且影響我國經(jīng)濟發(fā)展和阻礙碳減排目標的實現(xiàn)。因此，通過生物炭負載氮素肥料所得到生物炭基緩釋肥，可以緩解氮素在土壤中的流失與揮發(fā)，從而達到有效控制環(huán)境污染、減少資源浪費和促進固碳減排的目標。

生物炭基肥是以生物炭為基質，根據(jù)不同作物的需肥規(guī)律，添加無機或有機肥料而制備的環(huán)保肥料，其中生物炭基氮肥可降低氮揮發(fā)，減少氮流失，提高氮有效性。生物炭基肥的制備方法對生物炭基肥的理化性質、緩釋效果等性質有著直接影響。生物炭可以直接與氮肥摻混施用，制備方法簡單，可根據(jù)土壤本底值和植物所需養(yǎng)分進行炭肥比例的調整，從而及時補充土壤養(yǎng)分。然而，這種方法的緩釋能力有限，易造成大量粉塵，不利于環(huán)境清潔。LustosaFilho等通過將生物炭與化肥混勻后進行造粒，有效減少了粉塵污染問題。

在造粒過程中，所選用的粘結劑種類（淀粉、聚乙烯醇、凹凸棒土、膨潤土等）或采用的造粒方法（圓盤造粒、擠壓造粒等）也會對生物炭基肥的緩釋效果產(chǎn)生不同程度的影響。Xie等根據(jù)生物炭的物理化學性質以及養(yǎng)分吸附和釋放規(guī)律進行生物炭對養(yǎng)分的吸附，將生物炭浸泡在肥料溶液中，實現(xiàn)對養(yǎng)分的富集，從而形成緩釋或控釋肥料。盡管目前生物炭基肥料各有不同，但對不同生物炭基肥施用下棉花生長的研究相對有限。

因此，本研究以棉花秸稈炭和尿素為原料，將其與粘結劑混合造粒，得到不同種類的生物炭基肥，并通過盆栽試驗對棉花株高、相對葉綠素含量（SPAD值）根系指標等生理性狀進行觀測，測定土壤堿解氮、有效磷、速效鉀等土壤速效養(yǎng)分指標，探究不同生物炭基肥對棉花生長和土壤養(yǎng)分的影響，從而篩選出能夠促進棉花生長和改善土壤質量的炭基肥種類及最適配方，實現(xiàn)廢棄資源循環(huán)利用，降低環(huán)境污染和促進作物生長的目標。同時，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，施用生物炭基肥可以減少施用肥料量和次數(shù)，提高土壤肥力，增加農(nóng)民收人，為我國棉花產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗材料

供試棉花種子為新陸早53號，棉花秸稈生物炭購自新疆石河子121團炮臺實驗站，供試尿素肥料（ N 4 6 % 購自充礦新疆煤化工有限公司，過磷酸鈣中 ）購自云南省昆明市海口宏寶磷肥廠，硫酸鉀（ ）購自國投新疆羅布泊鉀鹽有限責任公司。

1.2試驗設計

1.2.1生物炭基肥的制備摻混造粒法制備干法炭基肥（A）：棉花秸稈生物炭作為制備炭基肥的載體（ 條件下、保溫時間為 熱解制得），設置棉桿生物炭與尿素混合比例為1：1、1：2.5、1：4、1：5.5，將棉稈生物炭、尿素與粘結劑（膨潤土）混勻（質量占比3 0 % ），以上材料粒徑均小于 0 . 2 5 m m ，加入去離子水并攪拌成團狀，裝入造粒機中壓制出炭基肥顆粒，在 下烘干 2 4 h ，封存?zhèn)溆谩Ｎ綋交煸炝７ㄖ苽錆穹ㄌ炕剩˙）：按上述炭肥比將尿素放入純水中溶解至完全，加入棉稈生物炭，攪拌 3 0 m i n ，使之充分混勻浸泡，在 下烘十 2 4 h ，得到負載有尿素的生物炭，粉碎后與膨潤土摻混，造粒方法同干法炭基肥。

參考李璐等3相關研究，生物炭與化肥常見混合比例為1：1＼～1：3，混合造粒制成炭基肥，本研究通過設置4個混合比例來探究不同炭含量對肥料性質的影響和對棉花適用的炭肥比。

1.2.2盆栽試驗所用土壤基本理化性狀如下：有機質含量 ，堿解氮含量為 有效磷含量為 ，速效鉀含量為211.89 ，總鹽含量 值為8.12，電導率 。

盆栽試驗于2024年6月在新疆農(nóng)業(yè)大學試驗地開展。將土壤過 5 . 0 0 m m 篩，去除大塊石塊等雜物。試驗采用高 3 3 . 0 0 c m ，上直徑 下直徑3 0 . 0 0 c m 的圓形塑料盆，每盆土質量為 本研究設不施尿素處理（CK）普通尿素處理（U）、A1處理（1：1）A2處理（1：2.5）A3處理（1：4）A4處理（1：5.5）、B1處理（1：1）B2處理（1：2.5）B3處理（1：4）、B4處理（1：5.5），共計10個處理組，每個處理組3個重復，每盆定苗4株。

1.3測定指標與方法

1.3.1生物炭基肥基本性能的測定肥料粒徑采用游標卡尺測定[14]，肥料抗壓強度采用HD-B609B-S材料拉力試驗儀測定，肥料 值采用 酸度計（METTLERTOLEDOFE28，中國）測定，電導率用電導率儀（DDSJ-308F，上海儀電科學儀器股份有限公司，中國）測定，生物炭基肥氮素釋放性能通過淋溶試驗測定。

1.3.2土壤指標本研究采用堿解擴散法測定堿解氮，采用鉬銻抗比色法測定土壤有效磷，使用火焰光度計測定土壤速效鉀。

1.3.3棉花指標本研究使用卷尺測定棉花株高，采用葉綠素儀測定葉片SPAD值（相對葉綠素含量），通過EpsonPerfection V8 5 0 P r o 掃描儀掃描棉花根系樣品，使用WinRhizo2017ManualHR根系分析軟件測定根系長度、根表面積、根系體積、根系平均直徑和根尖數(shù)。

1.4數(shù)據(jù)分析

本研究采用MicrosoftExcel2010軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計整理，使用IBMSPSSStatistics22.0軟件對數(shù)據(jù)進行單因素方差分析（LSD法），采用Origin2022軟件進行圖形繪制。

2 結果與分析

2.1生物炭基肥理化性能評價

2.1.1生物炭基肥粒徑和抗壓性能肥料顆粒均勻度是評價肥料質量的重要指標之一。粒徑統(tǒng)計綜合反映出不同生物炭基肥均值差異較小，均勻度較高。測量得到的粒徑符合GB/T24891—2010《復混肥料粒度的測定》4規(guī)定的復混肥料粒度范圍（3.35＼～5.60mm）。

肥料抗壓強度越高，其硬度越大，越利于儲存和運輸。復混肥顆粒平均抗壓強度 ，代表肥料具有較高的硬度。由表1可知，炭基肥抗壓強度均超過 1 2 . 0 0 N 。干法炭基肥中，A1處理的最大抗壓力值為 ）N，最大抗壓力隨著炭肥比的降低而降低，A4處理的最大抗壓力值相較于A1處理顯著降低 2 7 . 2 0 % 。濕法炭基肥最大抗壓力值也隨著炭肥比的降低而降低，B4處理的最大抗壓力值相較于B1處理降低 4 5 . 1 8 % 。原因是生物炭在肥料成型中有支撐作用，炭含量減少不利于顆?？箟盒阅艿奶嵘?/p>

2.1.2生物炭基肥pH值和電導率由表2可知，隨著炭肥比的增加，干法炭基肥的pH值先上升后降低，A2處理的 值最大，為9.25，相比于A1處理，A2處理的 值顯著增加 2 9 . 1 9 % ；隨著炭肥比的增加，濕法炭基肥的 值逐漸降低，B4處理較B1處理顯著降低 2 . 8 9 % 。濕法炭基肥 值顯著高于同炭肥比的干法炭基肥，與A1處理相比，B1處理的 值顯著提高 3 5 . 7 5 % ，并且顯著高于其他各種肥料。生物炭基肥A1處理顯著低于其他炭基肥。

隨著炭肥比的增加，干法炭基肥電導率逐漸降低，A1處理的電導率最高，為（1124.50±106.77） 相比于A1處理，A4處理的降低幅度最大，為6 7 . 9 7 % 。濕法炭基肥電導率隨炭肥比的降低而先降低后上升，B3處理的電導率最低，為（ 8 9 9 . 7 0 ± 141.85） ，相較于B3處理，B1處理的電導率增加幅度最大，為 1 1 0 . 2 3 % ，并且B1處理顯著高于其他生物炭基肥，濕法炭基肥的電導率普遍高于干法炭基肥。

2.1.3生物炭基肥緩釋性能如圖1-B、圖1-C所示，在整個淋溶的過程中，所有處理的尿素釋放率均呈先上升后趨于平緩趨勢。由圖1-A可知，與普通尿素的初期養(yǎng)分釋放率相比，2種方法制備得到的8種生物炭基緩釋肥料均有較好的緩釋效果，A1、A2、A3、A4、B1、B2、B3、B4處理的初期釋放率顯著降低8 9 . 6 8 % 9 5 . 3 1 % 9 9 . 9 3 . 9 2 % 9 4 . 5 2 % 9 6 . 4 0 % 9 5 . 3 4 % 、9 1 . 2 4 % . 9 2 . 7 0 % 。第1次淋溶時，普通尿素處理的釋放率為 84 % 處理的釋放率分別為 8 . 6 7 % . 3 . 9 4 % . 5 . 1 1 % . 4 . 6 0 % . 3 . 0 2 % 3 . 9 1 % . 7 . 3 6 % . 6 . 1 3 % 。除普通尿素外，A1處理在8種生物炭基肥中釋放率最高，為 8 . 6 7 % ，B1處理在8種生物炭基肥中釋放率最小，為 3 . 0 2 % ，較普通尿素降低 9 6 . 4 % 。除了A1處理外，其他生物炭基肥處理的尿素釋放率相差較小，養(yǎng)分釋放率范圍為 3 . 0 2 % ～ 7 . 3 6 % 。由圖1-B、圖1-C可知，淋溶第1天到第3天，各生物炭基肥處理的釋放率曲線均呈上升趨勢。在干法炭基肥中，A1處理的釋放率高于其他處理。在濕法炭基肥中，B3處理的釋放率高于其他處理，其次是B4處理。淋溶第3天，A1、A2、A3、A4處理的釋放率隨著炭肥比的降低而逐漸降低，釋放率為2 0 . 8 1 % . 1 6 . 9 6 % . 1 7 . 4 4 % . 1 7 . 2 1 % 原因可能是A1處理的生物炭占比高，肥料中孔隙增多，淋溶時，炭基肥易破碎，肥料中養(yǎng)分隨水流失，導致養(yǎng)分釋放量增加。淋溶第3天到第7天，各炭基肥處理的尿素釋放率仍有上升趨勢，但較為緩慢，第7天后趨于穩(wěn)定。以上結果表明，炭肥比為1：1的濕法生物炭基肥B1處理對尿素的緩釋效果較好，能夠保持較低的養(yǎng)分釋放速率。

2.2不同生物炭基肥對土壤速效養(yǎng)分的影響

如圖2-A所示，不同肥料種類處理對土壤堿解氮含量均有影響。A4處理的土壤堿解氮含量最高，較CK顯著增加 4 0 8 . 8 7 % ，B4處理最低，較CK增加 6 9 . 0 9 % 。A4處理的堿解氮含量較普通尿素處理增加 2 9 . 0 0 % 。與普通尿素處理相比，A2、B1處理的土壤堿解氮含量增加 1 2 . 5 7 % . 1 3 . 3 6 % ，但不顯著。而 處理的土壤堿解氮含量隨著炭肥比的降低而逐漸下降。

如圖2-B所示，不同施肥處理對土壤有效磷含量均有影響。A2處理的有效磷含量在炭基肥處理中最高，為 ，與CK相比，A2處理的有效磷含量顯著增加 5 4 . 9 9 % ；與普通尿素處理相

A.各類肥料淋溶初期的尿素釋放率；B.干法炭基肥基肥淋溶期間的累積尿素釋放率曲線;C.濕法炭基肥淋溶期間的累積尿素釋放率曲線；D.尿素化肥淋溶期間的累積尿素釋放率曲線。不同小寫字母表示不同處理間差異顯著（ ? P lt; 0 . 0 5 。下同。

Fig.1Initial and cumulative urea releaserateof biochar-based fertilizer with diferent preparation methods比，A2處理的有效磷含量顯著增加 4 4 . 6 9 % 。與普通尿素處理相比，A1、A3、A4、B1、B2、B3、B4處理的有效磷含量增加 2 9 . 1 5 % . 2 4 . 1 5 % . 1 4 . 1 6 % ） 1 9 . 1 6 % 、3 2 . 4 8 % . 3 5 . 8 1 % ，但不顯著。而B1、B2、B3、B4處理的土壤有效磷含量隨著炭肥比的降低而逐漸增加。如圖2-C所示，不同肥料種類處理對土壤速效鉀含量均有顯著影響。相較于CK和普通尿素處理，各種炭基肥處理（無論是干法、濕法）均能有效提升王壤速效鉀含量。與普通尿素處理相比，B1、B2、B3、B4處理的土壤速效鉀含量顯著增加，B3處理表現(xiàn)尤為突出，顯著增加 1 2 . 3 0 % 。干法炭基肥中，A1、A2、A3、A4處理的速效鉀含量較普通尿素處理增加 7 . 6 6 % /1 . 6 0 % . 4 . 6 3 % . 2 . 8 5 % 。濕法炭基肥處理中，B1、B2、B3、B4處理的速效鉀含量均高于干法炭基肥處理。

A.各處理下土壤堿解氮含量;B.各處理下土壤有效磷含量;C.各處理下土壤速效鉀含量。

Fig.2Effectofdifferent typesof fertilizer treatmentsonsoil availablenutrients

2.3炭基肥對棉花苗期根系參數(shù)的影響

如圖3-A所示， 處理的根系總根長較CK均有顯著增加，A2處理的棉花總根長為（ 2 0 3 . 0 3 ± 3 8 . 4 6 ） c m ，較CK顯著增加 8 0 . 4 2 % ，較普通尿素處理顯著增加 6 2 . 4 6 % ，并且顯著高于其他炭基肥處理。A1處理的棉花根長為 （ 1 8 2 . 4 0±5 . 6 2 ） c m 較CK顯著增加 6 2 . 0 9 % ，較普通尿素處理顯著增加4 5 . 9 6 % 。普通尿素處理的總根長為（ ）cm，略高于CK，但增加不顯著。干法炭基肥處理（A1、A2、A3、A4）的總根長普遍較高，尤其是A2處理達到最高水平，說明干法炭基肥對棉花根系生長有明顯的促進作用。而濕法炭基肥處理（B1、B2、B3、B4）的總根長普遍較低，與CK和尿素處理相當或更低，表明濕法炭基肥對棉花根系生長的促進作用不明顯，

如圖3-B所示，CK的棉花根系表面積為（ ） ，普通尿素處理的根系表面積為（ ） ，略高于CK，但增加不顯著。A1、A2、A3處理的根系表面積較CK均有顯著增加，A1處理較CK顯著增加 5 9 . 0 2 % ，較普通尿素處理顯著增加 4 1 . 7 7 % ，A2處理較CK顯著增加 6 6 . 8 0 % ，較普通尿素處理顯著增加 4 8 . 7 1 % ，A3處理較CK顯著增加 3 9 . 1 6 % ，較普通尿素處理顯著增加 2 4 . 0 6 % 。干法炭基肥處理（A1、A2、A3、A4）的根系表面積普遍較高，A2處理達到最高水平，說明干法炭基肥能顯著增加棉花根系的表面積。濕法炭基肥處理（B1、B2、B3、B4）的根系面積普遍較低，與CK和尿素處理相當或更低。

如圖3-D所示，CK的平均直徑為（ ））mm ，尿素處理的平均直徑為（ ）mm，略低于CK，但差異不顯著。各處理與CK相比無顯著增加，B2處理較普通尿素處理顯著增加 1 . 4 0 % 。而干法炭基肥處理（A1、A2、A3、A4）的平均直徑普遍較低，但差異不大，說明干法炭基肥對棉花根系平均直徑的影響不明顯。濕法炭基肥處理（B1、B2、B3、B4）的平均直徑普遍較高，尤其是B2處理達到較高水平，表明濕法炭基肥有利于棉花根系增粗。

如圖3-C所示，CK的根系總體積為（ 0 . 1 0 ± 0.03） ，低于其他處理，表明在沒有施氮肥的情況下，棉花根系生長相對較弱。普通尿素處理的根系總體積為（ ）） ，較CK有所增加，但不顯著。尿素作為傳統(tǒng)氮肥，對棉花根系生長有一定的促進作用，但效果相對有限。A1、A2、A3、A4處理的根系總體積較普通尿素處理顯著增加 3 4 . 7 3 % . 3 4 . 1 7 % 、

2 9 . 7 3 % . 3 5 . 2 8 % ，在各炭基肥處理中，A4處理處理的增幅達到 3 5 . 2 8 % 。所有干法炭基肥處理（A1、A2、A3、A4）的根系總體積相近，均在 左右，且顯著高于CK和普通尿素處理，表明干法炭基肥對棉花根系生長有明顯的促進作用。濕法炭基肥處理（B1、B2、B3、B4）根系總體積普遍低于干法炭基肥處理，但高于CK。

如圖3-E所示，較普通尿素處理，A1、A2處理的根尖數(shù)量顯著增加 7 4 . 6 0 % . 1 9 9 . 2 0 % ，其余處理根尖數(shù)低于尿素處理。CK的棉花根系根尖數(shù)為（ ）個，除了B4處理外，其余處理的根尖數(shù)均顯著高于CK，其中A1、A2、A3、A4、B1、B2、B3處理較CK增幅 2 5 8 . 3 3 % （20號 . 4 0 7 . 6 9 % . 1 5 8 . 0 1 % 、

1 4 3 . 5 9 % . 5 1 . 8 2 % . 1 1 1 . 5 4 % . 1 4 . 7 4 % ，其中A2處理的顯著增幅最大，為 4 0 7 . 6 9 % ，其次為A1處理，顯著增幅為 2 5 8 . 3 3 % 。干法生物炭基肥中，根尖數(shù)隨著炭肥比的增加而升高，在A2處理下達到最高值，隨后根尖數(shù)隨著炭肥比的升高而升高，濕法炭基肥與其趨勢相似，在B2處理下達到最高值后，隨著炭肥比的降低而降低。干法炭基肥中，最小根尖數(shù)高于濕法炭基肥中最大根尖數(shù)?？傮w而言，與濕法炭基肥處理（B1、B2、B3、B4）相比，干法炭基肥處理（A1、A2、A3、A4）具有更高的根尖數(shù)量。

綜上所述，干法炭基肥對棉花根系生長有明顯的促進作用，尤其是在增加總根長和根系表面積方面效果顯著，對棉花根系生長（根系總體積）的促進作用最為顯著，并且不同處理間差異不大。濕法炭基肥對棉花根系生長的影響不明顯或有一定的抑制作用，但在增加根系直徑方面有一定效果。總之，干法和濕法炭基肥對棉花根系生長的促進效果普遍優(yōu)于普通尿素處理。其中，干法炭基肥A2處理較普通尿素處理的根系總根長顯著增加 6 2 . 4 6 % ，表面積顯著增加 4 8 . 7 1 % ，根尖數(shù)顯著增加 4 0 7 . 6 9 % 。

2.4炭基肥對棉花苗期株高的影響

如表3所示，棉花出苗后第30天，CK（不施肥）處理的平均株高為 1 3 . 8 9 c m ，尿素處理的平均株高為1 2 . 1 9 c m ，各炭基肥處理的平均株高均低于CK，僅B4處理的株高稍高，但不顯著。原因可能是肥料本身具有堿性（ 值范圍為7.16＼～9.72），施加于土壤后，土壤 增加，抑制了棉花生長。第60天，CK的平均株高為 1 7 . 5 0 c m ，尿素處理為 1 6 . 5 7 c m， A2 ， B3 ， B4 處理較普通尿素處理顯著增加 1 4 . 4 6 % ， 1 1 . 0 4 % ， 1 1 . 8 5 % 。

2.5炭基肥對棉花苗期葉片SPAD的影響

如圖4所示，不同肥料種類處理對相對葉綠素含量（SPAD值）影響顯著。所有施肥處理相較CK和普通尿素處理均提高了SPAD值。A1、A2、A3、A4、B1、B4處理的苗期SPAD值較普通尿素處理顯著提高 5 . 9 9 % 1 6 . 2 8 % . 7 . 7 0 % 6 . 8 7 % . 5 . 1 4 % 5 . 4 1 % 、8 . 4 6 % 。干法炭基肥中，A3處理的增幅最大，為7 . 7 0 % ，與其他干法炭基肥處理間差異不大，A3處理的SPAD值較B3處理顯著提升 7 . 6 9 % 。濕法生物炭基肥中，B4處理的棉花苗期葉片SPAD值最大，較B3處理顯著增加 8 . 4 5 % 。

3討論與結論

3.1討論

3.1.1肥料制造工藝對肥料性質的影響生物炭的占比對肥料的物理性狀有一定的影響，從而造成炭基肥的不同緩釋和應用效果。研究表明，隨著生物炭粉占比的增加，成品肥料的粒徑增大，其最大抗壓力值逐漸降低[15]。本研究中，干法炭基肥中生物炭粉占比大小為 ，但A1、A2、A3處理的粒徑逐漸增大，A3處理達到最大值，為 4 . 9 4 m m 。原因是與圓盤造粒法不同，搓丸板造粒制備法須將炭肥混合物揉至團狀，壓制成的肥料顆粒的粒徑受到原料性質的影響，A3處理的炭含量少，使得料團的粘結性提高，導致成品肥料粒徑變大。在抗壓性能方面，趙杭研究表明，炭肥比值范圍為0.17＼～0.5時，隨著炭占比的增加，抗壓性越差。王微認為，炭肥比值范圍為1＼～4時，隨著炭肥比的增加，肥料最大抗壓力值達到最大值，為 1 5 . 0 0 N 。而本研究中，炭肥比值范圍為0.18＼～1時，隨著生物炭占比的減少，B1、B2、B3、B4處理的最大抗壓力逐漸降低。原因可能是生物炭浸泡尿素溶液的過程相當于對生物炭進行改性，孔隙結構發(fā)生變化，使得炭粉之間更容易聚合，有利于顆粒肥料的成型。因此，生物炭占比越大，肥料的抗壓性能越好。反之，抗壓性能越差。趙杭[7]研究表明，膨潤土作為輔料隨著生物炭占比的增加而減少，而膨潤土自身具有粘結性，導致生物炭占比高的炭基肥粘結性不高，抗壓性差，甚至低于復混肥顆粒肥標準規(guī)定強度。

在實際應用中，炭基肥的酸堿度是不可忽視的指標，炭基肥施加到土壤將直接影響土壤pH值，間接影響植物生長。研究表明，炭基肥可改善酸性土壤pH值，促進蜜柚生長，提高產(chǎn)量[。新疆地區(qū)土壤酸堿度普遍偏高，施用炭基肥前要考慮肥料pH值，以免作物受到堿害。陳志安2將尿素與玉米秸稈炭復配造粒后，肥料 值范圍為8.90＼～10.20。本研究中，2種方法制備的生物炭基肥pH值均偏堿性，超出生物炭基肥料行業(yè)標準規(guī)定的 Δ p H 值范圍（ 6 . 0 0 ～ 8.50）。原因是僅用生物炭和膨潤土等作為配料時，肥料pH值會偏高，可將酸改性生物炭用作配料或添加適量木醋液等酸性物質來緩解炭基肥的酸堿度。由于本研究的重點是比較不同工藝和配方制備的炭基肥在基本肥料性能和應用上的差異，為了減少干擾因子，筆者只添加了膨潤土作為必要的粘結劑，并未調節(jié)肥料 值。

肥料的緩釋性能受種種因素制約，如生物炭的粒徑、炭肥比、制備方法等。研究發(fā)現(xiàn)，隨著生物炭粒徑的減小，生物炭基肥緩釋效果變弱，但差別不大[8]。本研究中，考慮到篩選生物炭的成本和緩釋效果，筆者將生物炭粒徑統(tǒng)一為 0 . 2 5 m m 。研究表明，炭肥比值范圍為1＼～4時，初期氮累積釋放率隨著炭肥比值的增大而逐漸降低，高炭肥比緩釋養(yǎng)分效果較好[18]。本研究中，A1處理的緩釋性能較差。原因是生物炭占比較高時，肥料中孔隙增加，導致肥料在淋溶過程中容易破裂，對養(yǎng)分的吸附固持能力較弱。

3.1.2生物炭基肥料對土壤養(yǎng)分的影響土壤速效氮、有效磷、速效鉀是土壤中可被植物吸收利用的營養(yǎng)元素，可以用于評價土壤供應養(yǎng)分的能力。已有研究表明，相比于普通化肥，生物炭基肥可以提高土壤養(yǎng)分和有機質含量2。胡苗苗2研究發(fā)現(xiàn)，與普通化肥處理相比，炭基肥處理的棉田土壤有機質含量提高 1 5 . 0 0 % ，堿解氮含量提高 3 9 . 7 1 % ，有效磷含量提高 2 2 . 8 7 % ，速效鉀含量提高 5 . 7 5 % 。本研究發(fā)現(xiàn)，與尿素化肥處理相比，各生物炭基肥處理均可提升土壤養(yǎng)分含量。不同肥炭配比的生物炭基肥在養(yǎng)分含量、緩釋性能、應用效果和作用功能等方面都有差異。姜麗娜24發(fā)現(xiàn)，與普通尿素對比，利用摻混生物炭和尿素（1：0.5）制得的炭基肥增加了大白菜耕層王攘電導率值 值、堿解氮、速效鉀和有效磷含量，其中堿解氮含量增加 1 . 0 0 % ，增幅不顯著。本研究中，與普通尿素處理相比，A4處理的堿解氮顯著增加 2 9 . 0 0 % 。原因是普通尿素肥料雖然在生育前期養(yǎng)分充分釋放，但在露天條件下，養(yǎng)分可能因雨水沖刷和蒸發(fā)等自然因素流失，導致土壤堿解氮含量降低。而生物炭基肥中，生物炭具有吸附養(yǎng)分元素的特性，從而減少了養(yǎng)分在同樣條件下的損失。生物炭基肥對棉花土壤養(yǎng)分含量的提升作用還受控于生物炭基肥中生物炭和肥料用量比例。隨著生物炭基肥中炭肥比值的增加，在造粒制肥過程中，顆粒間縫隙增多，會造成粘結效果降低，導致干法炭基肥顆粒耐壓性變差，在土壤中易于破碎，養(yǎng)分流失于外界，所以養(yǎng)分緩釋效果會受到影響。只有合理搭配生物炭與肥料的比例，才能發(fā)揮二者的協(xié)同作用，達到最佳的應用效果。對生育期較長的作物，生物炭基肥的緩釋效果將更加明顯。

3.1.3炭基肥對棉花生理指標的影響不同炭基肥對植物生長有顯著的促進作用25]。植物光合作用與葉片內葉綠素含量緊密相關，對植物的干物質積累起到重要作用2。潘潤等2發(fā)現(xiàn)，炭基肥可顯著提高蔬菜葉片SPAD值。胡苗苗2研究結果顯示，炭基肥處理下，棉花光合作用和干物質積累速率得到提高，SPAD值在生育期內呈先升高后降低趨勢，苗期生物炭基肥處理的SPAD值均大于普通化肥。因此，炭基肥對植物生理生長有促進作用。本研究發(fā)現(xiàn)，各類生物炭基肥對葉片SPAD值均有增加。原因是炭基肥會增加棉株葉片開度，促使葉片受光充分，促進了葉片SPAD值增加。劉文秀[28研究發(fā)現(xiàn)，施用炭基肥對菠菜根系形態(tài)生長的促進作用高于復合肥，其根系長度、表面積、體積、根尖數(shù)、分叉數(shù)等根系形態(tài)指標均顯著提升。本研究中，大部分炭基肥對棉花根系生長均有促進作用，干法炭基肥對根系指標的促進作用明顯。原因是炭基肥施用后，生物炭多孔隙結構和負載的肥料優(yōu)化了王壤氣、水分、養(yǎng)分條件，為棉花生理代謝和根系形態(tài)構建提供了良好的生態(tài)環(huán)境[29-30。張榜3研究發(fā)現(xiàn)，炭基有機肥對烤煙的根系具有顯著促進效果，炭基有機肥處理下，植株根系平均直徑顯著高于復合肥。本研究中，濕法炭基肥處理對棉花根系平均直徑有明顯的促進作用。劉琪琪[32]發(fā)現(xiàn)，施用炭基肥對水稻株高具有促進作用，同時能夠提高水稻的生物量。而胡苗苗2認為，施用生物炭基肥的短時間內，對棉花株高的影響并不顯著。本研究中，施用炭基肥對棉花出苗后第60天株高有一定的促進作用，A2處理的植株高度較普通尿素處理顯著增加 1 4 . 4 6 % 。原因是干法炭基肥對棉花根系具有促進作用，有助于棉花生長，從而促使棉花株高增加。

綜上所述，炭基肥在一定程度上增加了植株葉片SPAD值、株高等指標，干法炭基肥對棉花根系生長有顯著促進作用，尤其在增加總根長和根系表面積上效果突出；濕法炭基肥對根系生長影響不明顯，甚至可能有抑制作用，但在增加根系直徑方面有一定的效果。

3.2 結論

8種肥料均有良好緩釋效果，B1處理（炭肥比為1：1的濕法炭基肥）的緩釋效果最優(yōu)；A2處理（炭肥比為1：2.5的干法炭基肥）有利于提高土壤有效磷、堿解氮，顯著增加棉花苗期SPAD、根系參數(shù)等指標。

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《華北農(nóng)學報》2025年征訂啟事

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