减肥基础上生物炭与耕作不同对玉米产量影响

同旋耕相比，深翻配施生物炭处理在拔节期后提高了地上部氮素积累量，且在灌浆期和成熟期达显著差异水平，其中灌浆期和成熟期 DF1B1 较 SF1B1 分别提升 5.26%和 5.33%，DF1B2 较 SF1B2 分别提升 5.42%和 5.21%（p<0.05）。此外，成熟期深翻较旋耕配施生物炭处理提高了籽粒中氮、磷、钾素的积累量，但在钾素中未达显著差异水平（p>0.05），其中 DF1B1分别较 SF1B1 提高籽粒中氮、磷积累量 10.01%、7.14%，DF1B2 分别较 SF1B2 提高籽中氮、磷积累量 10.19%、6.13%（p<0.05）。与常规施肥水平相比，减量施肥在两种耕作下均提高了地上部氮素积累量和成熟期籽粒中养分积累量。其中深翻条件下， DF1 分别较 DF 提高籽粒氮、磷和钾积累量 7.43%、5.74%和 7.80%，旋耕条件下，SF1 比 SF 分别提高 4.30%、5.31%和 20.89%，除 DF1、DF 处理的籽粒钾素积累量差异不显著外，其他处理均达显著水平（p<0.05）。减肥条件下，配施生物炭提高了成熟期籽粒中养分的积累量。其中深翻条件下 DF1B1和 DF1B2 分别较 DF1 提升籽粒中氮、磷和钾素积累量 7.54%、19.07%，6.29%、12.51%和10.05%、13.32%（p<0.05）。旋耕条件下 SF1B1 和 SF1B2 分别较 SF1 提升 3.66%、14.59%，2.91%、9.98%和 5.22%、8.79%，除与 SF1B1 处理的磷素与钾素差异不显著外，其他处理均达显著差异水平（p<0.05）。

1 前言

但生物炭对作物产量并不都是正效应，当生物炭施用量过高也会引起作物的减产。Baronti 等[96]将 100 t/hm2和 200 t/hm2生物炭施入沙壤土中，发现作物生物量较对照降低 8%和 30%。邓万刚等[97]研究表明，当生物炭和土壤比例为 0.1%、0.5%、1.0%时降低了桂花草的产草量，同时品质也表现为下降。张晗之等[98]表明，生物炭的加入在不同程度上抑制了玉米在苗期的生长，这种影响在后期生长中不断解除，不同生物炭的株高差也逐渐减少。同时他在另一份研究中指出[99]：生物炭对红壤土上小麦和水稻土上玉米响应不同，在对红壤土小麦的研究中表明，不同生物炭用量对小麦植株的氮磷吸收无影响，但对钾素的吸收存在显著线性关系，且在 48 t/hm2施用量时钾素吸收量最高；不同用量生物炭对水稻土上玉米植株的磷钾元素吸收分别呈著、极显著关系。生物炭对作物的产量研究不尽相同，究其原因可能与生物炭用量、土壤类型、生物炭种类、作物品种、是否施用底肥等有关系，生物炭施入后与土壤产生的交互作用使处理结果大有不同。彭辉辉等[100]证明，将化肥与生物炭配施处理的肥料利用率较单施化肥处理提高 11%左右。房彬等[101]在贵州进行长期定位试验表明，相比于单施复合肥、氮肥相比，将不同量生物炭与之配施更能提高玉米产量、根茎叶生物量以及籽粒产量，后两者分别提高 8.6%~46.8%和 7.6%~20.3%。表明了将生物炭与有机肥、化肥配施更能发挥其促进作物生长的能力。

2 材料与方法

2.1 供试材料

试验于 2017 年 5 月~10 月在黑龙江省绥化市北林区高新技术农业示范基地进行（地理坐标 126°47'E，46°35'N，海拔 158 m）。供试土壤类型为草甸黑土，土壤基础肥力如下：解氮 177.0 mg/kg，速效磷 27.10 mg/kg，速效钾 134 mg/kg，土壤有机质 33.32 g/kg，pH 值 6.4。尿素（N：46%），磷酸二铵（N：18%；P2O5：46%），氯化钾（K2O：60%），供试生物炭由玉米秸秆制备（制备温度约为 450~600 ℃，由沈阳隆泰生物工程有限公司提供），物炭基本理化性质见表 2-1。

2.2 试验设计

采用田间大区试验，在常规秸秆还田的基础上，采用两种耕作方式：深翻（D）、旋耕（S），采用两种施肥水平：常规施肥（F）、减量施肥（F1），在减量施肥条件下设两个生物炭加水平：2500 kg/hm2（F1B1），5000 kg/hm2（F1B2），共计 8 个处理，并分别设置无肥区用于计算肥料利用率。其中，深翻是采用德国雷肯五铧翻转犁进行田间作业，翻土深度为 35 cm，旋耕耕深 15 cm；减量施肥是在常规施肥的基础上减少 20%的用量。各处理播种 6 垄，长75 m，垄宽 0.65 m，三次重复。大喇叭口期进行 1 次追肥，生物炭全部做种肥，DF、SF 为绥化地区玉米常规施肥用量及基追比例，减量施肥处理基追比为 4：6。具体施肥方案见表2-2。分别在苗期（6 月 6 日）、拔节期（6 月 27 日）、大喇叭口期（7 月 25 日）、浆期（8月 31 日）、成熟期（10 月 15 日），每小区中间 4 行随机抽选 9 株进行地上部植株样，用卷尺对玉米株高准确量测。后将植株按叶、茎杆、苞叶、穗轴、籽粒分开，洗净后于烘箱 105 ℃杀青 30 min，80 ℃烘干直至恒重，用电子天平测量各器官干物质重。

3 结果与分析.......................10

3.1 减肥条件下生物炭与耕作方式对玉米地上部干物质积累及分配的影响 ........................10

3.2 减肥条件下生物炭与耕作方式对玉米氮积累与分配的影响 ..........................................15

3.3 减肥条件下生物炭与耕作方式对玉米磷含量及积累的影响 ..........................................22
4 讨论 ..................................36

4.1 减施化肥对玉米生长的影响.........................................36

4.2 不同耕作方式对玉米生长的影响.................................36

4.3 施用生物炭对玉米生长的影响.....................................37

5 结论 ..................................40

5.1 减肥条件下生物炭与耕作方式对玉米养分吸收的影响..................................................40

5.2 减肥条件下生物炭与耕作方式对玉米干物质积累的影响..............................................40

5.3 减肥条件下生物炭与耕作方式对玉米产量的影响 ......41

5.4 减肥条件下生物炭与耕作方式对肥料利用率的影响 .......41

4 讨论

4.1 减施化肥对玉米生长的影响

减量施肥提高了玉米产量。深翻和旋耕条件下分别较常规施肥处理增产 1.59%和 8.10%，且旋耕条件下二者差异显著（p<0.05）。减量施肥提高了氮肥农学效率、偏生产力和肥料用率。其中深翻和旋耕条件下分别较常规施肥处理提高农学效率 31.35%、69.75%，分别提氮肥偏生产力 26.15%、34.27%，分别提高氮肥利用率 22.51%、19.03%。李焕春等[111]研究表明，在现有习惯施肥上适量减少氮肥的施用量 12%~24%对玉米产量的影响不大，但继续减施36%~48%会增加玉米秃尖长，降低籽粒产量。云鹏等[112]研究表明，在习惯施氮肥 240 kg/hm2，基础上减肥 40%仍可保证玉米产量。就本试验结果而言，采用减肥处理的产量相对稳定且提高了肥料利用率，可见在东北地区采用适量减少化肥施用量可以保障玉米产量。

4.2 不同耕作方式对玉米生长的影响

对比不同耕作方式对植株氮、磷、钾积累量的影响，发现深翻对提高植株养分积累有促进作用。这与李亭亭[113]研究结果相一致，土壤深翻提高了玉米氮、磷、钾养分总吸收量。本研究中深翻在生育后期提高了全株氮素积累量，且提高了成熟期籽粒中的氮素积累量。深翻提高了成熟期配施生物炭处理籽粒中的磷积累量，对促进磷吸收原因探讨，其原因可能是由于深翻改变了土壤的结构，促进土壤微生物繁殖，土壤中微生物固定了部分速效磷以及土壤中部分速效磷，导致可被作物吸收速效磷含量降低，从而影响深翻处理的总磷量积累[114]。与旋耕相比，深翻提高了玉米各部位的磷积累量，但不同时期不同处理下差异未达显著水平。不同耕作方式对地上部干物质量影响较小，在苗期深翻各处理较旋耕处理低，大喇叭口期开始深翻对干物质积累量呈促进作用，生育后期（灌浆期和成熟期）深翻较旋耕对玉米干物质积累量略有提高，但不存在显著差异（p>0.05）。本研究结果表明，深翻在生育后期较旋耕提高了玉米株高，但未达显著差异水平（p>0.05）。这与李亭亭[113]研究结果相一致，其对玉米进行深翻、深松、旋耕三种耕作研究，结果表明不同耕作方式玉米株高变化趋势相同，但差异不显著。

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