氮磷鉀肥減量與生物炭配施對土壤性狀及玉米產量的影響

中圖分類號S513;S147 文獻標識碼A 文章編號 1007-7731（2025）15-0094-05

DOI號10.16377/j.cnki.issn1007-7731.2025.15.023

Effects nitrogen，phosphorus potassium fertilizer reduction biochar rationing on soil properties maize yield

LI Jinzhe ZHANG Jianhua QIGangqiang LU Shuo JIAO Zhiqi SONG MingWANG Tianen PAN YuzhenWANG Zhihui （ Lscape University， Daqing 163319， China）

AbstractFive treatments were setup in aromized block design for salinized maize fields in the Songnen Plain， Xianyu335maizewasusedasthe testvarietyconventional fertilization withnitrogen，phosphoruspotasum（CK）， NPK reduction by 20% + biochar （CF1）， N reduction by 20%+ conventional phosphorus potassium + biochar （CF2）， phosphorus reduction by 20%+ conventional NPK + biochar（CF3）， potassium reduction by 2O% + conventional NPK + （204號 biochar（CF4）weresettoinvestigate the effects nitrogen，phosphorus potassum fertilizerreduction biochar applicationonsoil physicochemical properties maize yield.The results showedthat the CF4 treatment had abeter improvement effectonsoil properties， itssoilorganiccarbon （SOC），total nitrogen （TN）efectivephosphorus （AP）were increased by 13.40% ， 5.93% 58.86% compared with that CK，the activities sucrase （SUC） alkalinephosphatase （ALP）were significantlyincreased.Atthe same time，the dosing treatment obviouslypromoted the accumulation N，P K inmaizeplants，the accumulationamounts nitrogen，phosphorus potassium increased by 3.32%-23.04% ， 31.93%-38.65% 5.51%-13.62% respectively compared with CK，indicating that the application biochar can effectively promote thenutrient uptakeby the plants.In conclusion，the combination nitrogen，phosphorus potassium fertilizerreduction biocharcanregulate soil nutrients，improveplantnutrient uptake， increase corn yield，in which the treatment 20% potassium reduction+conventional nitrogen phosphorus + biochar has more potential for fertilizer saving yield increase.

Keywords biochar; fertilizer reduction; soil nutrients; soil enzyme activity;maize yield

土壤能提供植物生長必需的養分和水分。鹽堿化土壤的肥力和水分保持能力明顯減弱，對作物生長和農業生產構成挑戰。黑龍江地區擁有豐富的土壤資源與適宜的農業環境，適宜玉米種植。實際生產中，部分地區存在化肥的過量施用情況，可能造成土壤中養分比例失衡，出現土壤鹽漬化、土壤板結等問題，在一定程度上阻礙了農業的可持續發展，因此需要采用新材料、新技術優化肥料應用模式。生物炭基肥是以生物炭與化肥為主要成分的一種新型肥料，其不僅可以改善土壤理化性質，還可以提高作物產量，但不同作物對養分的需求存在差異。孟凡彬等2、孫建飛等3研究表明，通過生物炭與化肥配施，結合作物需肥特點調控配比，可有效減少化肥的施入，提高作物產量。

胡慧影等研究證實，生物炭施入土壤后，可通過改善王壤結構、降低容重、調節水、熱、氣平衡、增加微生物數量、提升酶活性等途徑改良土壤質量。王典等5研究表明，生物炭與肥料配施技術在優化土壤理化性狀的基礎上，進一步提升了土壤養分含量及利用效率，促進了植物的養分積累、生長發育及產量的提升。

近年來，生物炭與肥料配合施用相關研究較多，但針對鹽堿化玉米田的生物炭與肥料減量配施研究仍有深化空間，尤其在改善土壤性質及玉米生長方面的研究。本研究以松嫩平原鹽堿化玉米田為研究對象，重點探討減施氮、磷、鉀肥與生物炭配施對土壤養分積累、土壤酶活性變化、玉米植株養分吸收及產量表現的影響。為鹽堿化土壤改良及玉米減肥增效生產提供新途徑，同時為生物炭在農業生產上的廣泛應用提供參考。

1材料與方法

1.1試驗地基本情況

試驗在黑龍江八一農墾大學試驗基地開展，該區域屬大陸性季風氣候，年日照率為 64.8% ，年均降水量 517.2mm 。供試土壤 pH8.32 ，堿化度 13.89% ，有機質 11.62g/kg 、堿解氮 130.67mg/kg 、有效磷6.22mg/kg 、速效鉀 273.32mg/kg

1.2試驗材料

供試生物炭為玉米秸稈炭（購于沈陽隆泰生物工程有限公司），其基本理化性質為 pH8.68， 全碳582.38g/kg. 全氮 8.42g/kg， 全磷 8.15g/kg， 全鉀29.63g/kg_o 供試肥料包括尿素（含] V46% 、磷酸二銨（含P₂O₅46%N18%） 、硫酸鉀（含 K₂050% ）。供試玉米品種為先玉 335 。肥料及種子購自當地農資市場。

1.3試驗設計

試驗采用隨機區組設計，設置5個處理，每個處理4次重復。各處理具體如下：常規施氮磷鉀肥（CK）氮磷鉀均減施 20%+ 生物炭（CF1）、氮減施 20%+ 磷鉀常規施用量 + 生物炭（CF2）、磷減施 20%+ 氮鉀常規用量 + 生物炭（CF3）鉀減施 20%+ 氮磷常規施用量 + 生物炭（CF4）。各試驗小區為6行區，行長 25m ，壟距 0.65m ，種植密度7.5萬株 /hm² 。各處理施肥量按照試驗設計相應減少，肥料作為基肥一次性施入。生物炭用量為 10t/hm² ，施用方式為開溝后條施于壟底。

1.4 測定項目與方法

1.4.1土壤養分含量及酶活性 在玉米成熟期取0～20cm 土樣，自然風干后測定土壤pH、養分含量及酶活性。土壤 pH 采用玻璃電極法（水土比為2.5：1.0）測定。土壤有機碳含量采用重鉻酸鉀氧化法測定；全氮含量采用濃硫酸-過氧化氫消煮，消煮液用SKD-200全自動凱氏定氮儀測定。土壤有效磷含量采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法測定；速效鉀含量采用醋酸銨溶液浸提-原子吸收光度法測定；緩效鉀采用硝酸浸提-原子吸收光度法測定。土壤蔗糖酶（SUC）活性采用3，5-二硝基水楊酸比色法測定；堿性磷酸酶（ALP）活性采用磷酸苯二鈉比色法測定；脲酶（URE）活性采用靛酚藍比色法測定；土壤過氧化氫酶（CAT）活性采用高錳酸鉀滴定法測定[7-8]。

1.4.2植株養分積累及玉米產量 營養元素積累總量為葉片、莖、鞘、苞葉、軸、籽粒積累量的總和。營養元素吸收效率計算如式（1）。玉米成熟期時，每個小區隨機抽取20穗進行考種。通過測定玉米產量構成因素，進一步計算出玉米產量。

營養元素吸收效率 （%）= 成熟期營養元素積累總量/營養元素施肥量 ×100 （1）

1.5 數據處理與分析

利用SPSS25軟件進行單因素方差分析和雙變量分析，采用Duncan法進行顯著性檢驗；使用GraphPadPrism9Origin2022軟件制圖。

2結果與分析

2.1對土壤 pH 、有機碳、全氮、C/N的影響

由圖1可知，各減施化肥配施生物炭處理（CF1、CF2、CF3、CF4）的土壤 pH 均略低于CK，各處理組間差異無統計學意義（ （Pgt;0.05） 。各配施處理的土壤有機碳均較CK有所提升，其中CF3、CF4處理明顯高于CK （Plt;0.05） ，分別提高了 12.14% 、 13.40% 。CF4處理的土壤全氮含量明顯高于CK （Plt;0.05） ，增幅5.93% ，其他處理與CK差異無統計學意義（ 。土壤C/N在各配施處理中均較CK有所提高，其中CF1、CF3處理明顯高于CK _{（Plt;0.05）} ，增幅分別為8.25%.7.63% 。

2.2對土壤有效磷、速效鉀、緩效鉀含量的影響

由圖2可知，化肥減量與生物炭配施各處理對土壤有效磷、速效鉀、緩效鉀含量均有促進作用。土壤有效磷含量均明顯高于CK （Plt;0.05） ，分別提高23.15% 、 40.06% 、 26.37% ） 58.86% 。土壤速效鉀、緩效鉀含量方面，均以CF3處理含量最高，分別較CK提高了 39.56%.16.51% 。同時CF1、CF2、CF4處理的土壤速效鉀、緩效鉀含量均高于CK。這表明減肥配施生物炭不僅能提高土壤速效鉀，還可提供長效鉀素。

2.3對土壤酶活性的影響

由圖3可知，化肥減量與生物炭配施各處理對玉米田SUC有不同程度提高，其中CF4處理明顯高于CK（ _{（Plt;0.05）} ，提高了 23.36% ，而CF1、CF2、CF3較CK分別提高了 11.68% 、 2.55% 、 13.14% ，差異無統計學意義（ ）。土壤ALP以CF4處理明顯高于CI ζ（Plt;0.05） ，其他處理間差異無統計學意義C 。化肥減量與生物炭配施各處理的土壤URE和CAT略有提高，差異均無統計學意義0 ）。

2.4對植株養分積累及吸收效率的影響

由表1可知，化肥減量與生物炭配施各處理對植株氮素積累總量及氮素吸收效率均有促進作用，其積累量較CK增加 3.32%～23.04% ，其中CF1、CF3處理明顯高于CK（ _{（Plt;0.05）} ，分別提高了 23.04% 、7.60% 。化肥減量與生物炭配施各處理的植株磷素積累量較CK增加 31.93%～38.65% ，均明顯高于CK1 （Plt;0.05） 。各處理植株鉀素的積累及鉀素吸收效率較CK有所提高，積累量較CK增加 5.51%～13.62% ，以CF2處理與CK差異存在統計學意義（ Plt;0.05 。

2.5對玉米產量影響

由圖4可知，化肥減量與生物炭配施各處理對玉米產量均有明顯提高 （Plt;0.05） 。其中CF4處理玉米產量最高，較CK提高了 23.38% ，其次是CF3處理，較CK提高了 20.43% 。CF1、CF2處理的產量略低于CF3、CF4，較CK分別提高了 11.48% 7.69% 。

2.6 相關性分析及冗余分析

由圖5可知，成熟期土壤、植株各項指標均與pH呈負相關，其他指標間存在不同程度正相關關系。玉米產量（YIELD）與土壤有機碳（SOC）相關性具有統計學意義 （Plt;0.01） ，與土壤的碳氮比（C/N）、蔗糖酶活性（SUC）相關性具有統計學意義（ （Plt;0.05） 。冗余分析結果表明，氮磷鉀減量與生物炭配施各處理（CF1、CF2、CF3、CF4）的玉米產量、土壤養分含量，土壤酶活性、植株養分積累量間均呈正相關。

（A）（B）分別為相關性分析和冗余分析;YEILD為玉米產量、SOC為土壤有機碳含量、TN為土壤全氮含量、C/N為土壤碳氮比、AP為土壤有效磷含量、AK為土壤速效鉀含量、SAK為土壤緩效鉀含量、CAT為土壤過氧化氫酶活性、ALP為土壤堿性磷酸酶活性、URE為土壤脲酶活性、SUC為土壤蔗糖酶活性、MNAT為氮素積累總量、NUPE為玉米對氮素吸收效率、MPAT為磷素積累總量、PUPE為玉米對磷素的吸收效率、MKAT為鉀素積累總量、KUPE為玉米對鉀素的吸收效率。

圖5土壤理化性質、玉米植株氮磷鉀養分積累、產量相關分析及冗余分析

3結論與討論

本研究中，各配施處理的土壤pH略有降低，造成此現象的原因可能是生物炭施入土壤中，使土壤孔隙變大、透水性增大，研究區當年降水量在517.2mm ，雨水淋溶了土壤中的鹽分，造成pH下降，同時施入的化肥中含有酸性肥料，也可能降低土壤pH ，這在一定程度上中和了堿性生物炭的效應，導致土壤 pH 變化不大。在土壤養分提升方面，CF4處理（減鉀 20% 配施生物炭）效果較顯著，其有機碳、全氮、有效磷含量分別較CK提高 13.40% 、 5.93% 、58.86% ，這與生物炭自身的養分特性及改良土壤微環境有關。黃巧義等[在水稻田相關研究中證實，減鉀配施生物炭處理可明顯提升土壤有機碳、有效磷含量，本研究結果與此一致。

土壤酶活性是反映其肥力水平的關鍵指標之一。其中URE影響土壤的供氮能力，CAT反映土壤腐殖化程度，ALP影響土壤中磷的利用效率，SUC影響生物體的糖類代謝和生長發育[I1-12]。本研究中，CF4處理顯著提高SUC和ALP活性，這可能是因為生物炭多孔結構為土壤微生物提供了適宜的環境，且其攜帶的碳、磷養分可作為酶促反應底物。高鳳等[13]研究表明，隨著生物炭施用量的增加，白菜根際土壤SUC活性顯著提高； Wang 等[14研究表明，生物炭添加量與土壤SUC活性呈正相關;Zhang等[15研究表明，生物炭對白槳土中蔗糖酶活性有促進作用；張藝等1研究表明，在水稻生長期施用生物炭和羰基緩釋肥能提高土壤ALP活性;郭書亞等[17研究表明，施入生物炭后能夠顯著增加 0～20cm 土層土壤ALP活性，并隨著生物炭施用量的增加而增加。因此，生物炭與氮磷鉀肥減量配施有效提高了土壤酶活性。

本研究結果表明，各配施處理均提高了玉米產量，其中CF4處理增幅最大（ 23.38% ），這可能是由于生物炭自身養分轉化或改善土壤結構，加速了王壤微生物繁殖代謝，有效增強了土壤中的 NH₄⁺，K⁺ 和PO₄^2- 等的轉化，進而提高了玉米對氮磷鉀的積累及吸收效率[18]。Partey等[19]研究表明，生物炭與化肥配施可通過提高氮利用效率增加玉米產量。本研究進一步證實了生物炭與化肥配施對玉米磷、鉀利用率及產量的促進作用。

綜上，在松嫩平原鹽堿化玉米田，減施化肥配施生物炭可改善土壤養分、提升土壤酶活性、促進玉米養分吸收及增產，其中以鉀減施 20%+ 氮磷常規施用量 + 生物炭 處理效果較優，具體表現為提高土壤有機碳、有效磷含量及蔗糖酶、堿性磷酸酶活性；促進玉米植株磷素積累及養分吸收效率；其產量較常規施肥提高 23.38% 。本研究為松嫩平原鹽堿化土壤改良及玉米減肥增產提供參考。

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（責任編輯：李媛）