生物炭与氮肥对中国东北黑土水稻系统中土壤腐殖化及粳稻产量的协同效应

《Journal of Soil Science and Plant Nutrition》：Synergistic Effects of Biochar and Nitrogen Fertilizer on Soil Humification and Japonica Grain Yield in Black Soil Paddy Systems of Northeast China

　　

摘要

目的：本研究旨在明确生物炭与氮肥不同施用梯度对中国东北吉林省中部黑土稻田中优质粳稻的土壤腐殖化过程、腐殖质组成、腐殖酸结构特征以及谷物产量的相互作用。研究结果为可持续养分管理及高效水稻生产体系提供了理论依据。方法：采用双因素完全随机区组设计开展了为期两年的田间试验，生物炭施用量设为3个水平（0、7.5和15 Mg ha^??1），氮肥施用量设为4个水平（0、80、160和220 kg ha^??1）。检测了土壤化学性质、腐殖质组成、腐殖酸分子结构以及谷物产量，并通过双因素方差分析和主成分分析对数据进行处理。结果：生物炭与氮肥共同施用显著提升了土壤pH值、有机质含量、碱解氮含量以及磷钾含量。在MN–Bc15处理组（160 kg ha^??1氮肥+15 Mg ha^??1生物炭）下，谷物产量达到最高值，为7.91 Mg ha^??1。生物炭是提升C_HA/C_FA比值、降低HA的?logK、H/C和O/C比值、增强腐殖酸芳香性及促进土壤腐殖化的关键因素，这得益于生物炭带来的芳香碳输入及其多孔结构对腐殖质前体的物理保护作用。主成分分析显示，MN–Bc15处理组的综合评分最高。结论：适度氮肥施用与高剂量生物炭配合使用，可协同提升土壤肥力、腐殖化程度及谷物产量。该施肥方案有望成为该地区优质粳稻种植的可行养分管理策略，不过仍需通过更多地点的长期田间试验来验证其在更广泛农业生态系统中的适用性。