生物质炭对滴灌棉花氮磷养分吸收的影响机制

发布时间：2020-01-28 10:01

【摘要】：【目的】生物质炭能够提高土壤肥力,减少土壤养分损失,提高作物产量和养分利用率。制备生物质炭的原料来源广泛,不同原料生物质炭的性质和作用机制差异较大。以棉花秸秆、玉米穗轴和鸡粪为原料生产生物质炭,研究施用生物质炭土壤氮、磷养分形态及含量的变化,滴灌棉花根系生长对生物质炭的响应,探讨生物质炭对棉花养分吸收的影响及机制,为生物质炭的合理应用提供理论依据。【方法】2014-2015年连续开展两年不同原料生物质炭田间小区定位试验,采用生物质炭类型和施磷量4×2两因素试验设计,生物质炭类型设棉秸秆炭(CB)、玉米穗轴炭(MB)、鸡粪炭(PB)和对照(CK)四个处理;施磷量为0、105 kg P_2O_5/hm~2(分别以P0、P105表示)。2016年开展棉秸秆炭根袋试验,设置四种棉秸秆炭施用处理:(1)对照(CK):不施棉秸秆炭;(2)根际施用(CBN):根袋内施用棉秸秆炭;(3)根外施用(CBW):根袋外施用棉秸秆炭;(4)均匀施用(CB):根袋内外均施用棉秸秆炭。每个处理下设两个施磷量:0、105 kg P_2O_5/hm~2(分别记为P0和P105)。【主要结果】(1)施用鸡粪炭(PB)增加了棉花生长前期土壤0~40 cm硝态氮含量,棉秸秆炭(CB)提高了棉花生长中后期土壤0~40 cm硝态氮含量,玉米穗轴炭(MB)对棉花生长期间土壤0~40 cm硝态氮含量影响较小,但显著增加土壤硝态氮残留量。生物质炭可促进棉花氮素吸收,CB、PB和MB处理棉花氮素吸收量分别较对照增加34.3%、24.8%和15.5%。施用棉秸秆炭和鸡粪炭可显著降低土壤氮素表观损失量和氮素盈余量,尤其是CB处理土壤氮素表观损失量和氮素盈余量分别较CK减少63.2%和46.0%。(2)三种生物质炭显著提高土壤全磷、有效磷和水溶性磷含量;其中,PB处理土壤有效磷和水溶性磷含量最高,其次是CB和MB处理。施用生物质炭显著增加两个施磷水平下(P0和P105)的棉花根重和P0条件下的棉花根长密度,且三种原料生物质炭处理之间差异不显著。在P0条件下,PB处理棉花根系平均直径、表面积和体积显著高于对CK;而在P105条件下,CB处理棉花根系平均直径、表面积和体积显著增加。(3)三种生物质炭显著提高了两年试验中的棉花干物质重、磷素吸收量和产量。从三种原料生物质炭来看,PB和CB处理棉花干物质重显著高于MB处理。在P0条件下,PB和MB处理棉花磷素吸收量显著高于CB处理;而在P105条件下,三种原料生物质炭处理之间差异不显著。PB处理棉花产量最高,其次是CB和MB处理,CK处理棉花产量最低。施用生物质炭显著提高了棉花磷肥利用率;其中,CB处理磷肥利用率最高,2014和2015年分别较对照提高186%和95%。(4)棉秸秆炭根际施用、根外施用和均匀施用显著提高根际土壤Resin-P、Na HCO3-P和NaOH-P含量,而对HCl-P和Residue-P含量影响较小。在P0条件下,施用棉秸秆炭处理(CBN、CBW、CB)土壤Resin-P、NaHCO3-P和NaOH-P含量较CK平均分别增加17.6%、50.7%和27.2%;但三种施炭处理之间差异不显著。在P105条件下,不同处理土壤Resin-P、Na HCO3-P和Na OH-P含量均表现为CBN、CBCBWCK。(5)施用棉秸秆炭处理(CBN、CBW、CB)棉花根系干重、根长密度、平均直径、表面积和体积均显著高于CK处理。三种施炭处理棉花根重和根长密度表现结果为CB、CBNCBW;根系平均直径、表面积和体积表现为CBN处理最高,其次是CB,CBW处理最低。在P0水平下,CB、CBN和CBW处理棉花干物质重和磷素吸收量差异不显著,均显著高于CK;而在P105条件下,棉花干物质重和氮磷养分吸收量表现为CBN、CBCBWCK。施用棉秸秆炭显著提高了棉花磷肥利用率,CB、CBN和CBW处理棉花磷肥利用分别较CK处理增加了127%、120%和93%。【结论】三种原料生物质炭均可增加土壤氮磷养分含量,降低氮素表观损失,促进棉花根系生长和养分吸收,提高棉花产量。三种原料生物质炭相比,鸡粪炭和棉秸秆炭明显优于玉米穗轴炭。棉秸秆炭一方面提高根际土壤活性磷含量,同时增加棉花根重、根长密度等,从而促进根系生长和养分吸收,提高磷肥利用率。
【图文】：

示意图,示意图,土壤样品,棉花

图 2-3 棉花秸秆生物质炭根袋试验示意图Fig. 2-3 Layout of root bag experiment with different cotton straw biochar treatments在棉花花铃期采集棉花根系和地上部样品，自茎基部将棉花地上部剪下，去离子净擦干后，分为茎、叶和蕾铃三部分，105℃杀青 30 分钟，，75℃烘干至恒重。称重品粉碎过 1 mm 筛，用于测定养分含量。将根袋整体挖出，采用手拣的方法将棉花从土壤中筛分出来。同时，采集根袋内 0~20 cm 土壤样品，新鲜土壤样品采集后装料自封袋中立即带回实验室，在室温条件下自然风干，过 1 mm 筛，用于测定土壤形态和有机磷组分。.2 测试指标与方法.2.1 土壤样品测定土壤 NO3 - N 含量采用 2 mol/LKCl 溶液浸提，紫外分光光度计比色法；土壤全用 HClO4-H2SO4法；土壤有效磷：采用 0.5 mol/LNaHCO3法；土壤水溶性磷：通过比 25㑳1 进行浸提，25℃恒温条件下震荡 1h 后，进行高速离心 10 min（4000 r/min.45 μm 滤膜抽滤，钼锑抗比色法测定（鲍士旦, 2005）。

土壤硝态氮,垂直分布,土壤残留,土壤硝态氮残留量

图 3-1 不同生物质炭对土壤硝态氮含量的影响cts of different biochar on soil NO3 -N in the 0~20 and 20~残留播种后 160 d），不同生物质炭处理土壤残留硝态处理在 0~100 cm 土壤剖面上的残留硝态氮均显著和 PB 处理土壤硝态氮残留量与 CK 差异较小。从例来看，CB、MB 和 PB 的硝态氮残留在 0~20 cm%~26.7%；而 CK 处理土壤残留硝态氮主要分布在%。
【学位授予单位】：石河子大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S562;S141

【参考文献】