通过施用生物炭和有机肥料提高玉米产量：基于十年土壤氮库动态田间试验的证据

《Plant and Soil》：Enhancing maize productivity via biochar and organic fertilizer applications: evidence from decade-long field experiments on soil nitrogen pool dynamics

　　

摘要

背景与目的

在农业发展中应用生物炭和有机肥料是提升资源利用效率和作物产量的有效策略。然而，这两种物质共同对土壤-植物系统中的氮素供需平衡以及作物生产力的影响仍不明确。

方法

2013年至2024年，中国浏阳市开展了以玉米（Zea mays L.）和白菜轮作为主的田间试验。试验处理包括：（Ⅰ）不施肥料（对照组）；（Ⅱ）仅施化学肥料；（Ⅲ）化学肥料与生物炭混合施用；（Ⅳ）化学肥料部分替换为猪粪（20%的化学氮被替代）；（Ⅴ）猪粪与生物炭混合施用。

结果

根据十年间的数据，与仅施化学肥料的处理相比，施用生物炭、猪粪及其混合物的玉米平均产量分别提高了10%、24%和34%，而植株对氮素的吸收量则分别增加了24%、28%和51%。经有机质改良的土壤中，总氮、有效氮、无机氮（包括可转化氮和不可转化氮）以及有机氮（如微生物产生的氮）的含量均高于仅施化学肥料的土壤。不过，不同处理下各类氮素成分在总氮中的占比并无显著差异。玉米产量与植株氮素吸收量呈正相关关系（R²?=?0.67，p?<?0.001），且这两者都与土壤中的主要氮素成分密切相关。碳酸盐结合态氮、总氮和微生物生物量氮被确定为影响产量和植株氮素吸收的主要土壤氮形式。

结论

这些研究结果表明，生物炭与有机肥料协同施用能更有效地提升作物生产力，而这与其增强了土壤的氮素供应能力密切相关。