盧慧宇，杜文婷，張弘 弢，徐佳星，韓 燕，鄭景瑞，王仁杰，楊學(xué)云，張樹(shù)蘭

(西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院/農(nóng)業(yè)部西北植物營(yíng)養(yǎng)與環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 楊凌 712100)

磷素不僅是作物生長(zhǎng)的限制因子，也是造成環(huán)境污染的重要因素之一[1-2]。生產(chǎn)磷肥所用的磷礦并非可再生資源，許多學(xué)者認(rèn)為世界的磷礦資源即將耗竭[3]，但磷肥投入量仍逐年增加。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)農(nóng)田磷肥投入量從1980年的273.3 萬(wàn)t 上升至2018年的728.0 萬(wàn)t，約增加166.4% (http：//www.stats.gov.cn/tjsj./ndsj/)。中國(guó)北方平原磷素盈余量為年均53 kg·hm?2，約是美國(guó)中西部地區(qū)的63 倍[4]。據(jù)報(bào)道陜西關(guān)中地區(qū)冬小麥(Triticum aestivum)、夏玉米(Zea mays)磷肥施用量過(guò)高的農(nóng)戶分別占58.1%和19.7%[5]，而磷肥利用率僅為7.0%～18.4%[6]。肥料利用率低不僅增加了農(nóng)民的生產(chǎn)成本，而且造成了環(huán)境污染等一系列問(wèn)題[7]。過(guò)去認(rèn)為，北方土壤pH 較高、對(duì)磷的吸附能力強(qiáng)且土壤對(duì)磷的化學(xué)固定等作用使土壤磷素很難垂直向下移動(dòng)，磷酸根在土體中濃度很低，磷素主要以難溶性化合物的形態(tài)存在，磷素沒(méi)有淋失或磷素的淋失并不重要[8]； 但近年來(lái)，隨著磷肥和有機(jī)肥長(zhǎng)期過(guò)量施用，土壤耕層的磷素大量累積，若超過(guò)飽和吸附點(diǎn)時(shí)則會(huì)發(fā)生淋溶，尤其是在有機(jī)肥大量施用的情況下[9-11]。土壤中磷素淋失主要通過(guò)水分運(yùn)動(dòng)，在不合理的灌溉以及大量降雨時(shí)土壤水分達(dá)到飽和會(huì)發(fā)生淋溶損失[12]； 已有研究報(bào)道，隨灌溉量的增加，淋溶到120 cm 土體以下的磷素隨著增加[13]； 還有研究發(fā)現(xiàn)灌溉會(huì)引起中度活性磷向穩(wěn)定性磷的轉(zhuǎn)化，減少土壤磷素有效性，可以降低土壤磷流失風(fēng)險(xiǎn)[14]。在現(xiàn)有農(nóng)戶水肥管理模式下，減少灌溉量以及施肥量對(duì)北方冬小麥/夏玉米輪作體系作物產(chǎn)量、磷利用效率以及磷素淋失有何影響，目前還鮮有報(bào)道。因此，探明合理的水肥管理對(duì)保證冬小麥/夏玉米輪作體系作物產(chǎn)量、養(yǎng)分高效利用及維持農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展十分重要。

生物炭具有碳含量豐富、堿性、多孔性、吸附能力強(qiáng)等特性，能夠提高土壤肥力，促進(jìn)作物對(duì)養(yǎng)分的吸收，提高作物產(chǎn)量[15-16]。近年來(lái)，有關(guān)生物炭對(duì)作物產(chǎn)量和磷素淋失影響的研究逐漸增多，但研究結(jié)果不盡相同。如Uzoma 等[17]報(bào)道在沙質(zhì)土壤中施用生物炭(15 t·hm?2和20 t·hm?2)玉米產(chǎn)量分別提高150%和98%。而Jeffery 等[18]報(bào)道在黏粒含量較高土壤中施用生物炭對(duì)作物沒(méi)有增產(chǎn)作用。Laird等[19]報(bào)道，在添加豬糞的土壤中施用20 g·kg?1橡木(Quercus spp.)和山核桃(Carya cathayensis)混合生物炭后，可溶性全磷(TDP)的淋失量減少了69%。尹俊慧等[20]通過(guò)室內(nèi)土柱模擬試驗(yàn)表明，竹炭對(duì)土壤磷素淋失的抑制作用顯著優(yōu)于木炭，而將木炭和竹炭以1∶1 的比例混施能夠提高木炭對(duì)磷素淋失的抑制效果。但王承俊等[21]研究表明，在鹽堿土中分別添加5%和10%的玉米秸稈生物炭后，全磷(TP)的淋失量卻分別增加432%和438%。此外，生物炭對(duì)磷素淋失方面的影響還因土壤類型的不同而不同。如李江舟等[22]研究表明，在紫色土、赤紅壤和黃棕壤中添加生物炭后，紫色土和赤紅壤的磷素淋洗總量分別減少41%和32%，而黃棕壤磷素淋洗總量變化不明顯。因此，施用生物炭的效應(yīng)因環(huán)境條件和生物炭類型而變化。

褐土是我國(guó)半干旱、半濕潤(rùn)偏旱區(qū)的主要土壤類型，主要分布在山西、河北、山東、陜西等地區(qū)，占地面積約993 萬(wàn)hm2。冬小麥/夏玉米是該區(qū)主要的作物體系，但該作物體系也普遍存在施肥過(guò)量及由此導(dǎo)致的潛在磷素淋失的問(wèn)題。目前，有關(guān)褐土區(qū)磷素淋失的研究多集中在探究施肥、灌溉、土壤深度[13，23]以及秸稈還田[24]等方面，施用生物炭對(duì)褐土區(qū)作物產(chǎn)量、磷利用率以及磷素淋溶損失鮮有報(bào)道。基于此，本試驗(yàn)利用田間滲漏池設(shè)施，研究控水控肥以及施用生物炭對(duì)冬小麥和夏玉米產(chǎn)量、磷利用率以及磷素淋失的影響，以期為褐土區(qū)農(nóng)田土壤磷資源高效利用和阻控磷素淋溶損失提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

試驗(yàn)于2016—2019年在國(guó)家黃土肥力和肥料效益監(jiān)測(cè)基地進(jìn)行，該基地位于陜西省楊凌農(nóng)業(yè)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)示范區(qū)頭道塬(34°17′N，108°00′E)，海拔534 m，年平均氣溫13 ℃，年平均降水量550～600 mm，主要集中在6—9月。供試土壤為 塿土(土墊旱耕人為土)，黃土母質(zhì)。試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)0～20 cm 土層土壤含全氮0.612 g·kg?1、全磷0.446 g·kg?1和速效磷0.22 mg·kg?1，pH 8.44。

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

冬小麥/夏玉米輪作試驗(yàn)在滲漏池進(jìn)行，試驗(yàn)共設(shè)7 個(gè)處理： 1)習(xí)慣水肥1 處理(CP1)，施肥量和灌水量均為傳統(tǒng)農(nóng)戶用量。2)灌水優(yōu)化處理(CP1-W)，灌溉量視當(dāng)年的降雨情況而定： 2016—2017年冬小麥季和夏玉米季，灌溉量在CP1 處理的基礎(chǔ)上分別減少23.5%和21.7%； 2017—2018年冬小麥季和夏玉米季，灌溉量在CP1 處理的基礎(chǔ)上分別減少20.0%和25.0%； 2018—2019年冬小麥季和夏玉米季，灌溉量在CP1 處理的基礎(chǔ)上分別減少14.3%和25.0%。3)養(yǎng)分優(yōu)化處理(CP1-F)，在CP1 處理的基礎(chǔ)上施氮量減少28.6%，施磷量減少33.3%。4)水分養(yǎng)分優(yōu)化處理(OPT)，灌溉量同CP1-W 處理，施肥量同CP1-F處理。5)水分養(yǎng)分優(yōu)化+小麥秸稈生物炭處理(OPT+B)，在OPT 處理的基礎(chǔ)上增施15 t·hm?2的小麥秸稈生物炭。6)習(xí)慣水肥2 處理(CP2)，施肥量與灌水量與CP1 相同，但滲漏池深度不同。7)習(xí)慣水肥+小麥秸稈生物炭處理(CP2+B)，在CP2 處理的基礎(chǔ)上增施15 t·hm?2的小麥秸稈生物炭。習(xí)慣水肥處理中的施肥量參考該研究地區(qū)冬小麥/夏玉米體系農(nóng)戶施肥水平[1]。每個(gè)處理重復(fù)4 次。表1 為各處理施肥量、生物炭用量、灌水量以及滲漏池深度。試驗(yàn)所用氮肥為尿素(含N 46%)，磷肥為過(guò)磷酸鈣(含P2O512%)。試驗(yàn)期間小麥品種為‘小偃22’，玉米品種為‘鄭單958’。試驗(yàn)所用生物炭為小麥秸稈生物炭，制備溫度為550 ℃，有機(jī)質(zhì)和全氮含量分別為249.0 g·kg?1和8.46 g·kg?1，pH 9.8。2016―2017年，冬小麥播種時(shí)間為2016年10月3日，收獲時(shí)間為2017年6月2日； 夏玉米播種時(shí)間為2017年6月11日，收獲時(shí)間為10月4日。2017―2018年，冬小麥播種時(shí)間為2017年10月6日，收獲時(shí)間為2018年6月5日； 夏玉米播種時(shí)間為2018年6月8日，收獲時(shí)間為10月5日。2018―2019年，冬小麥播種時(shí)間為2018年10月7日，收獲時(shí)間為2019年6月7日； 夏玉米播種時(shí)間為2019年6月9日，收獲時(shí)間為10月13日。生物炭于2016年、2017年冬小麥播前施用，氮磷肥于冬小麥播前或夏玉米六葉期施用。

1.2 樣品采集與測(cè)定

在作物生長(zhǎng)期間降雨或灌溉后采集滲濾液，并稱量體積，取一定體積的樣品在 4 ℃貯存，用于分析不同磷組分。2016—2017年共采集17 次樣品，2017—2018年共采集11 次樣品，2018—2019年共采集13 次樣品。滲漏液全磷(TP)質(zhì)量濃度采用過(guò)硫酸鉀消解，鉬酸銨分光光度法測(cè)定(700 nm波長(zhǎng))； 可溶性全磷(TDP)質(zhì)量濃度，濾液經(jīng)過(guò)0.45 μm 濾膜后，再用過(guò)硫酸鉀消解，鉬酸銨分光光度法測(cè)定(700 nm 波長(zhǎng))； 鉬酸鹽反應(yīng)磷(MRP)質(zhì)量濃度，濾液經(jīng)過(guò)0.45 μm 濾膜后，直接用鉬銻抗比色法測(cè)定(700 nm 波長(zhǎng))； 顆粒磷(PP)質(zhì)量濃度由TP 與TDP 質(zhì)量濃度差值求得； 可溶性有機(jī)磷(DOP)質(zhì)量濃度由TDP 與MRP 質(zhì)量濃度差值求得。作物成熟后，調(diào)查穗數(shù)和穗粒數(shù)，然后每個(gè)滲漏池全部收割，風(fēng)干后稱質(zhì)量，脫粒計(jì)算籽粒產(chǎn)量，并測(cè)定千粒重。

式中： Y 為施磷處理作物籽粒產(chǎn)量，N 為磷肥用量，Ln為第n 次采集滲漏液量(mm)，Cn為第n 次淋失水樣中的磷素質(zhì)量濃度(mg·L?1)。

表1 2016―2019年不同處理灌水及氮磷肥和生物炭施用量Table 1 Application rates of water，fertilizer and biochar in different treatments during 2016―2019

1.3 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析

所有數(shù)據(jù)均為4 個(gè)重復(fù)的均值，CP1、CP1-W、CP1-F 和OPT 處理采用SPSS 18.0 軟件進(jìn)行單因素方差分析，差異達(dá)顯著水平(P<0.05)則進(jìn)一步進(jìn)行多重比較。CP2 與CP2+B 處理、OPT 與OPT+B 處理采用SPSS 18.0 軟件獨(dú)立樣本T 檢驗(yàn)進(jìn)行顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 水肥管理和生物炭施用對(duì)冬小麥/夏玉米輪作體系作物產(chǎn)量的影響

從3 個(gè)輪作年結(jié)果(圖1)可知，冬小麥產(chǎn)量的變化范圍為3099～6546 kg·hm?2，夏玉米產(chǎn)量的變化范圍為 6779～15 732 kg·hm?2。與 CP1 處理相比，2016—2017年和2018—2019年CP1-W、CP1-F 和O P T 處理的冬小麥產(chǎn)量均無(wú)顯著差異，而2017—2018年CP1-F 和OPT 處理冬小麥產(chǎn)量顯著減少10.4%和14.8%。就3年均值而言，CP1-W、CP1-F和OPT 處理冬小麥產(chǎn)量均與對(duì)照相似。與CP2 處理相比，2016—2019年CP2+B 處理的冬小麥產(chǎn)量均無(wú)顯著差異。在水分養(yǎng)分同時(shí)優(yōu)化的基礎(chǔ)上施用生物炭對(duì)冬小麥產(chǎn)量的影響結(jié)果不一致，其中2016—2017年，OPT+B 處理的冬小麥產(chǎn)量顯著提高39.1%，而2017—2018年和2018—2019年，與OPT處理相比，OPT+B 處理的冬小麥產(chǎn)量均顯著下降，降幅分別為19.0%和21.7%。就3年均值而言，在不同條件下施用生物炭對(duì)冬小麥產(chǎn)量均無(wú)顯著影響。與CP1 處理相比，CP1-W、CP1-F 和OPT 處理的夏玉米產(chǎn)量無(wú)顯著變化。CP2+B 處理2018年和3年均值的夏玉米產(chǎn)量較CP2 處理分別顯著提高26.1%和21.7%，而OPT+B 處理夏玉米產(chǎn)量較OPT 處理無(wú)顯著變化。與CP1 處理相比，CP1-W、CP1-F 和OPT處理2016—2017年和2017—2018年作物總產(chǎn)量均無(wú)顯著差異，CP1-F 處理2018—2019年作物總產(chǎn)量與CP1 處理相似，而CP1-W 和OPT 處理作物總產(chǎn)量較CP1 處理顯著下降。就3年均值而言，CP1-W、CP1-F 和OPT 處理作物總產(chǎn)量均與CP1 處理相似。與CP2 處理相比，CP2+B 處理2016—2017年和2017—2018年作物總產(chǎn)量顯著提高，增幅分別為17.9%和17.8%，而2018—2019年作物總產(chǎn)量無(wú)顯著變化。與 OPT 處理相比，OPT+B 處理 2016—2017年和2017—2018年作物總產(chǎn)量無(wú)顯著變化，但2018—2019年OPT+B 處理作物總產(chǎn)量顯著下降。就3年均值而言，不同水肥條件下施用生物炭對(duì)作物總產(chǎn)量也無(wú)顯著影響。

2.2 水肥管理和生物炭施用對(duì)冬小麥/夏玉米輪作體系作物磷偏生產(chǎn)力的影響

3 個(gè)輪作年周年磷肥偏生產(chǎn)力的變化范圍為54.2～142.2 kg·kg?1(圖2)。與CP1 處理相比，每個(gè)輪作年CP1-W 處理的磷肥偏生產(chǎn)力均無(wú)顯著變化，而CP1-F 和OPT 處理磷肥偏生產(chǎn)力均顯著提高，其中CP1-F 處理增幅分別為68.8%、68.7%和70.7%，OPT處理增幅分別為45.8%、61.5%和60.6%。就3年均值而言，CP1-W 處理的磷肥偏生產(chǎn)力與CP1 處理相似，而CP1-F 和OPT 處理磷肥偏生產(chǎn)力較CP1 處理分別顯著提高69.3%和56.4%。在3 個(gè)輪作年中，與CP2 處理相比，CP2+B 處理磷肥偏生產(chǎn)力分別顯著提高47.3%、47.2%和35.2%。與OPT 處理相比，OPT+B 處理2016—2017年和2017—2018年磷肥偏生產(chǎn)力無(wú)顯著變化，但2018—2019年OPT+B 處理磷肥偏生產(chǎn)力顯著下降15.0%。就3年均值而言，在不同水肥條件下施用生物炭對(duì)磷肥偏生產(chǎn)力的影響不一致，即 CP2+B 處理磷肥偏生產(chǎn)力平均提高43.6%，而OPT+B 處理的磷肥偏生產(chǎn)力與OPT 處理相似。

2.3 水肥管理和生物炭施用對(duì)冬小麥/夏玉米輪作體系磷素淋失的影響

由圖3 可知，在3 個(gè)輪作年中，與CP1 處理相比，CP1-W 和OPT處理的累積滲漏量均減少，CP1-F處理的累積滲漏量與CP1 處理相似。就3年均值而言，CP1處理與CP1-W、CP1-F 和OPT 處理累積滲漏量均相似。與CP2 處理相比，2016—2017年CP2+B 處理的累積滲漏量顯著減少了30.6%，后2017—2018年和2018—2019年CP2+B 處理的累積滲漏量無(wú)顯著變化。在水分養(yǎng)分同時(shí)優(yōu)化的基礎(chǔ)上施用生物炭對(duì)累積滲漏量的影響不一致，其中 2016—2017年和2018—2019年OPT+B 處理的累積滲漏量與OPT 處理相似，而2017—2018年OPT+B 處理的累積滲漏量較OPT 處理卻顯著增加。就3年均值而言，CP2+B處理的累積滲漏量較CP2 處理顯著減少26.4%，而OPT+B 處理的累積滲漏量與OPT 處理相似。

由圖4 可知，磷素淋失主要以可溶性磷為主，平均占TP 淋失量的66.3%，其中MRP 和DOP 平均各占34.9%和31.4%。2016—2019年，PP、MRP、DOP 和TP 淋失量分別為0.94～44.9 g·hm?2、2.8～32.3 g·hm?2、0.98～21.2 g·hm?2和 28.6～81.4 g·hm?2。2016—2017年CP1-W、CP1-F 和OPT 處理各形態(tài)磷素的淋失量與CP1 處理相似。2017—2018年CP1-W和OPT 處理的MRP 淋失量較CP1 處理分別顯著減少62.8%和77.9%，CP1-F 處理各形態(tài)磷素均與CP1處理相似。2018—2019年，與CP1 處理相比，CP1-W處理除DOP 的淋失量顯著減少44.7%，其他形態(tài)磷素淋失沒(méi)有顯著變化； CP1-F 處理各形態(tài)的磷素淋失量較CP1 處理無(wú)顯著差異。與CP1 處理相比，OPT處理TP、DOP 和PP 的淋失量均顯著減少，降幅分別為61.0%、40.7%和93.9%。就3年均值而言，CP1-W和CP1-F 處理各形態(tài)磷淋失量與CP1 處理相似，而OPT 處理的PP 淋失量顯著減少58.4%。在3 個(gè)輪作年中，在習(xí)慣水肥的基礎(chǔ)上施用生物炭(CP2+B)對(duì)各形態(tài)磷素淋失量均無(wú)顯著影響。在水分養(yǎng)分同時(shí)優(yōu)化的基礎(chǔ)上施用生物炭對(duì)磷素的淋失量影響不一致，其中在2016—2017年，OPT+B 處理較OPT 處理TP、DOP 和PP 的淋失量分別顯著減少62.4%、60.0%和57.1%； 2017—2018年，OPT+B 處理較OPT 處理TP 和 MRP 的淋失量卻分別顯著增加 44.1%和454.1%； 2018—2019年，與OPT 處理相比，OPT+B處理TP 和PP 的淋失量也分別顯著增加68.6%和649.7%。就3年均值而言，在不同水肥條件下施用生物炭對(duì)各形態(tài)磷素淋失量均無(wú)顯著影響。

3 討論

本研究結(jié)果表明，冬小麥/夏玉米輪作體系在習(xí)慣水肥的基礎(chǔ)上減水、減肥以及水肥同時(shí)優(yōu)化對(duì)年均作物總產(chǎn)量無(wú)顯著影響。說(shuō)明研究區(qū)農(nóng)戶水肥過(guò)量施用現(xiàn)象嚴(yán)重，這與Ju 等[25]和劉小利等[26]的研究結(jié)果一致。本試驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，就3年均值而言在不同水肥條件下施用生物炭對(duì)作物總產(chǎn)量無(wú)顯著影響，但是年際間變化不一致。以往有關(guān)生物炭對(duì)作物產(chǎn)量的影響結(jié)果也不一致，如Liu 等[27]對(duì)2013年以來(lái)發(fā)表的有關(guān)生物炭施用對(duì)作物產(chǎn)量影響的文章進(jìn)行綜合分析，發(fā)現(xiàn)生物炭施用量<30 t·hm?2時(shí)，作物產(chǎn)量平均提高11.0%； 當(dāng)生物炭施用量>40 t·hm?2時(shí)，對(duì)作物產(chǎn)量無(wú)顯著影響。這表明作物產(chǎn)量與生物炭的施用量并不呈正比。Jeffery 等[18]研究表明，在砂粒含量較高的土壤中施用生物炭顯著提高了作物產(chǎn)量，而在黏粒含量較高的土壤中施用生物炭對(duì)作物產(chǎn)量無(wú)顯著影響?？梢?jiàn)生物炭對(duì)作物產(chǎn)量的作用受土壤類型、生物炭用量的影響。高海英等[28]在與本試驗(yàn)相同的土壤類型中肥料配施木炭生物炭后發(fā)現(xiàn)，小麥產(chǎn)量顯著提高46.6%，這與本研究前兩個(gè)輪作年的結(jié)果一致。而Asai 等[29]研究表明，單獨(dú)使用生物炭后，作物無(wú)增產(chǎn)效應(yīng)，甚至減產(chǎn)。施用生物炭作物增產(chǎn)主要與其影響了土壤理化性質(zhì)，改善了作物生長(zhǎng)發(fā)育狀況有關(guān)，而施用生物炭后作物減產(chǎn)可能是由于生物炭本身碳素含量高[30]，礦質(zhì)養(yǎng)分含量低，施入后會(huì)提高土壤C/N，降低土壤養(yǎng)分有效性[31]。

從本試驗(yàn)3 個(gè)輪作年結(jié)果可知，在習(xí)慣水肥基礎(chǔ)上降低灌水量、減少施肥量，總磷(TP)的淋失量均減少； 就年平均結(jié)果而言，水肥優(yōu)化處理顆粒磷的淋失量顯著減少近60%。張翠榮等[32]在與本試驗(yàn)相同的土壤類型下進(jìn)行土壤磷素淋溶試驗(yàn)也得出相同結(jié)果。這可能是養(yǎng)分淋失總量由滲漏液總體積和滲漏液中養(yǎng)分濃度決定，施肥量和灌溉量減少后，累積滲漏液量隨之減少，磷淋失運(yùn)輸載體的數(shù)量和濃度均減少，導(dǎo)致磷素淋失量減少。本試驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，施用生物炭對(duì)磷素淋失量的影響結(jié)果不一致，即在習(xí)慣水肥的基礎(chǔ)上施用生物炭對(duì)磷素的淋失量無(wú)顯著影響，而在水分養(yǎng)分優(yōu)化的基礎(chǔ)上施用生物炭顯著增加了2017—2019年TP 的淋失量，但從3年平均結(jié)果來(lái)看，在不同條件下施用生物炭對(duì)TP 的淋失量均無(wú)顯著影響。Gao 等[33]綜合分析了有關(guān)生物炭施用對(duì)土壤磷含量影響的研究發(fā)現(xiàn)，生物炭施用后提高了表層土壤有效磷的含量，可能會(huì)增加磷素淋失的可能性。Yao 等[34]研究表明，在沙壤中施用2%椒木生物炭后，淋溶液TP 濃度降低20.6%，但施用2%花生殼生物炭后，淋溶液中TP 濃度卻增加39.1%。生物炭對(duì)磷淋失的影響可能取決于以下幾方面： 1)生物炭本身有效磷的含量較高，施用后會(huì)直接增加土壤有效磷的含量[35]； 2)生物炭大多呈堿性，施入土壤后會(huì)顯著增加土壤pH，隨著pH 升高，土壤對(duì)的吸附量降低，從而增加土壤中磷的生物有效性[36]； 3)生物炭能夠通過(guò)改變微生物群落結(jié)構(gòu)和活性，從而促進(jìn)難利用的磷素轉(zhuǎn)化生成無(wú)機(jī)礦物質(zhì)磷[37]； 4)生物炭表面的含氧官能團(tuán)以及金屬離子(Fe3+、Al3+、Ca2+、Mg2+)可以通過(guò)配位交換和吸附作用保持PO34-，從而減少滲漏液中磷的濃度[38]。前3 個(gè)途徑有利于增加土壤中磷的含量并促進(jìn)磷素淋失，而后者有利于減少磷素淋失。因此，生物炭施用后，磷的淋失量主要取決于這兩種作用的平衡。本試驗(yàn)中，在水分養(yǎng)分優(yōu)化的基礎(chǔ)上施用生物炭顯著減少了2016—2017年TP、DOP、PP 的淋失量，這可能是生物炭對(duì)磷素的吸附作用占主導(dǎo)作用。此外，還有研究發(fā)現(xiàn)不同生物炭的用量會(huì)影響其對(duì)磷素淋失的效果，如李卓瑞等[39]報(bào)道，添加2%和4%的生物炭后，TP 的淋失量分別減少了26%和12%。其原因可能是，在施磷量相同的情況下，生物炭施用量越多，土壤中磷含量的累積量越多，從而增加了磷素的淋失量。

4 結(jié)論

3年冬小麥/夏玉米輪作試驗(yàn)表明，灌水量減少約20%、施肥量減少約30%或者灌水量和施肥量同時(shí)減少均可保證冬小麥、夏玉米及其周年總產(chǎn)量。同時(shí)，減少施肥量可以顯著提高磷肥偏生產(chǎn)力。另外，降低灌水量、減少施肥量或者灌水量和施肥量同時(shí)減少均有減少磷素淋失的趨勢(shì)，其中同時(shí)減少水肥可以顯著降低顆粒磷的淋失量。今后需要加強(qiáng)推廣、培訓(xùn)，引導(dǎo)農(nóng)戶合理施肥和灌水。在不同水肥條件下施用小麥秸稈生物炭對(duì)年均作物總產(chǎn)量及各形態(tài)磷素的淋失量無(wú)顯著影響，但對(duì)磷肥偏生產(chǎn)力影響不一致。因此，今后需要進(jìn)一步研究其他類型生物炭及其用量對(duì)褐土區(qū)冬小麥/夏玉米輪作體系的產(chǎn)量、養(yǎng)分效率及養(yǎng)分淋失的影響。