生物炭用量与免耕协同作用对田间洋葱营养吸收及产量提升的机制研究

本研究通过田间试验系统评估了生物炭(biochar)用量(0-100 t ha?1)与免耕系统(NTS)协同作用对洋葱(Allium cepa L.)营养吸收及产量的影响。结果表明，在Humic Dystrudepts土壤中，53.2 t ha?1生物炭可使裸地栽培洋葱产量达29.43 t ha?1，而NTS系统中每吨生物炭可线性增产29.6 kg。研究揭示了覆盖作物与生物炭联用能显著提升N、P、K等营养元素吸收，增强作物抗旱性，为可持续农业提供重要实践依据。

　　

引言

洋葱作为全球重要蔬菜作物，传统耕作方式导致土壤有机质流失等问题日益突出。研究聚焦巴西圣卡塔琳娜州Humic Dystrudepts土壤，通过对比裸地栽培与免耕系统(NTS)下生物炭的长期效应，揭示其对洋葱营养吸收及产量的调控机制。生物炭因其芳香族结构和功能基团特性，能显著提升土壤阳离子交换容量(CEC)，而NTS系统通过覆盖作物改善土壤物理化学性质，二者协同可能产生"1+1>2"效应。

材料与方法

实验设计包含7个生物炭梯度(0-100 t ha^?1)，在2016-2018年间持续监测。裸地实验将生物炭翻入12 cm土层，NTS实验则结合黑麦草与萝卜覆盖作物。采用Empasc 352洋葱品种，测定营养元素(N、P、K等10种)在鳞茎和全株的积累量。土壤分析显示生物炭pH达9.9，CEC为37.5 cmol_c kg^?1，含498 g kg^?1有机碳。

结果

土壤改良效应：PCA分析显示80-100 t ha^?1生物炭使裸地土壤pH、P、K提升23%-41%，NTS系统下40-100 t ha^?1处理组Ca、Zn含量显著增加。

营养吸收：2017年干旱季，NTS系统使N、P、K吸收量比裸地高18%-35%，其中P吸收峰值出现在49.4 t ha^?1处理。但Cu、Fe等微量元素呈现剂量依赖性降低，可能与生物炭吸附作用相关。

产量表现：2017年生物炭在NTS中呈现线性增产效应(R²=0.89)，而裸地栽培最佳产量出现在53.2 t ha^?1，证实覆盖作物可缓冲生物炭的边际效应递减。

讨论

营养拮抗现象值得关注：Fe与P、Ca与K的负相关(r=-0.62)反映离子竞争机制。NTS系统通过覆盖作物缓释养分，使2017年干旱季产量仍达31.76 t ha^?1，较裸地高9.3%。生物炭孔隙结构提升土壤持水量13%-17%，是其抗旱关键。研究创新性证实：

1. 生物炭老化过程使其氧化态官能团逐年增加，CEC提升29%

2. 豆科覆盖作物促进磷酸酶分泌，解决生物炭对P的固定问题

3. 20 t ha^?1为经济最优用量，兼顾成本与生态效益

结论

生物炭与免耕系统协同创建"碳封存-养分循环-水分保持"三位一体模式，使洋葱干旱季产量波动降低42%。该模式为热带地区可持续蔬菜栽培提供标准化方案，其中40 t ha^?1生物炭配合禾-豆轮作可实现最佳投入产出比。研究为《巴黎协定》农业减排目标提供了可量化的实践路径。