王世斌，高佩玲,*，相龍康，郭祥林，呂慶鑫，孟慶梅

生物炭、河沙對鹽堿土水鹽、氮素及玉米產(chǎn)量的影響

王世斌1，高佩玲1,2*，相龍康1，郭祥林1，呂慶鑫1，孟慶梅2

（1.山東理工大學 農(nóng)業(yè)工程與食品科學學院，山東 淄博 255000；2.山東理工大學 資源與環(huán)境工程學院，山東 淄博 255000）

【】探究連續(xù)施用生物炭與河沙1 a和3 a對黃河三角洲地區(qū)中度鹽堿土的改良效果、氮素及夏玉米產(chǎn)量的影響。采用田間小區(qū)試驗，共設(shè)置CK、C1[5 t/(hm2·a)生物炭]、C2[10 t/(hm2·a)生物炭]、C3[20 t/(hm2·a)生物炭]、S1（5%沙）、S2（10%沙）、S3（15%沙）7個處理。①施加生物炭對摻炭層土壤含水率提升效果顯著，施用1 a較CK增加2.20%～7.34%，第3年較CK增加5.08%～16.38%。其中，C3處理效果較優(yōu)；隨施沙量增加，摻沙層的土壤含水率呈降低趨勢。②3 a累積效應下，摻沙處理土壤降鹽效果要優(yōu)于生物炭處理，摻沙10%～15%的脫鹽效果較好，較CK脫鹽率達15.52%，且3 a累積效果優(yōu)于1 a。③施加生物炭能明顯提高0～40 cm土層的硝態(tài)氮（第1年：10.34%～60.60%；第3年：14.24%～41.92%）、銨態(tài)氮量（第1年：0.96%～16.96%；第3年：-4.56%～7.37%），其中，C3處理增幅顯著，摻沙處理則僅提升了20～40 cm土層氮素量。④生物炭處理對夏玉米產(chǎn)量的提升優(yōu)于摻沙處理，第3年較第1年增幅為2.40%～19.86%，且隨施炭量增加而增大。添加生物炭對鹽堿地的改良效果、氮素量及作物產(chǎn)量的提升要優(yōu)于摻沙，且3 a的累積效果較優(yōu)，因此，建議對黃河三角洲地區(qū)的中度鹽堿地長期摻加20 t/(hm2·a)的生物炭。

中度鹽堿土；土壤改良劑；生物炭；河沙；土壤含鹽量；硝態(tài)氮；銨態(tài)氮

0 引言

【研究意義】黃河三角洲地處渤海之濱黃河入?？谘匕?，自然條件優(yōu)越，土地資源豐富[1]，但常年受海潮淹沒，地下水水位偏高、礦化度大，外加降水時空分布不均、蒸降比大，加重了土壤鹽堿化，鹽堿化土地面積高達44.29萬hm2[1-3]。土壤鹽堿化會造成土壤板結(jié)、養(yǎng)分比例失衡、肥效下降及作物減產(chǎn)等后果，已成為阻礙該地區(qū)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的重要制約因子[3]。因此，合理調(diào)控鹽堿土的水、肥、鹽分布狀況，對改善農(nóng)業(yè)土壤環(huán)境、提高作物產(chǎn)量具有重要的理論及現(xiàn)實意義。

【研究進展】近些年，學者們聚焦于如何利用改良劑降低鹽堿土壤的鹽分、提高土壤肥力、改善土壤環(huán)境[4]。生物炭和河沙作為常用的土壤改良劑，具有來源廣、價格低廉等特點，備受國內(nèi)外學者的關(guān)注[4]。有研究表明，鹽堿土中施用生物炭后能夠起到降低土壤體積質(zhì)量，促進團聚體形成，改善土壤環(huán)境的作用[4-5]；高海英等[6]發(fā)現(xiàn)施炭量低于80 t/hm2時，土壤入滲率隨著施炭量增加而減小，飽和質(zhì)量含水率、毛管持水率隨之增加，土壤的持水性能增強。朱成立等[7]研究發(fā)現(xiàn)，生物炭具有多孔構(gòu)造、大比表面積、強吸附特性，在鹽堿土改良方面能有效調(diào)控土壤鹽分，減緩鹽脅迫，為濱海鹽漬區(qū)的作物生長提供良好的土壤環(huán)境。劉美菊等[8]發(fā)現(xiàn)，在貧瘠的山坡地中施加生物炭，可有效提高作物產(chǎn)量、產(chǎn)值和氮素的利用效率，減少氮素的淋失，且土壤氮素表觀損失量隨施炭量的增加呈降低趨勢。物理摻沙用于鹽堿地改良，能夠起到蓄水保墑，降鹽壓堿的作用，王熒等[9]、宋日權(quán)等[10]研究發(fā)現(xiàn)土壤摻砂能提高摻砂層以下土壤含水率和水分利用效率，且隨著摻砂比例增加而增大。Mathur等[11]認為土壤摻沙可以提高深層土壤含水率、抑制表層土壤水分蒸發(fā)、減緩表層土壤的返鹽程度、降低土壤鹽分。葉茂等[12]、馬彥霞等[13]對涼山地區(qū)的紅壤進行摻砂性客土改良發(fā)現(xiàn)，摻砂改良具有改善土壤質(zhì)地，提高土壤通透性，平衡養(yǎng)分的作用，當摻砂土量為10%時，有利于土壤速效磷和速效鉀的釋放，對促進烤煙的生長發(fā)育效果顯著，產(chǎn)量最高，但隨著砂土量的增加，土壤有機質(zhì)和堿解氮量呈下降趨勢。【切入點】綜上所述，前人對摻沙和摻生物炭改良鹽堿地有了一定的研究，但多集中在單一摻沙或摻生物炭方面，缺乏二者對鹽堿土改良效果的對比分析；且以往的研究主要針對單一水鹽或氮素方面，缺乏2種改良劑對鹽堿土水、鹽及氮素的綜合改良效果研究。

【擬解決的關(guān)鍵問題】我國年產(chǎn)作物秸稈約8億t，其中40%被用于焚燒，若將其生物質(zhì)炭化可有效緩解環(huán)境與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)之間的矛盾[14]。黃河三角洲地區(qū)的鹽堿地為典型濱海鹽漬土類型，具有分布廣泛、鹽、堿、板、瘦等特點[15]，且該區(qū)河沙資源儲量豐富、開發(fā)利用較少，因此，將黃河三角洲地區(qū)的農(nóng)業(yè)秸稈及黃河泥沙進行資源化再利用，對該區(qū)鹽堿地實現(xiàn)節(jié)水-降鹽-增肥的綠色改良具有重要意義?；诖耍渣S河三角洲地區(qū)中度鹽堿土為研究對象，參照土柱、盆栽試驗的2種改良劑添加量進行田間小區(qū)試驗，研究了鹽堿土壤連續(xù)施用河沙和生物炭對土壤含水率、土壤含鹽量、硝態(tài)氮及銨態(tài)氮量的影響，對比分析了2種改良劑對夏玉米的增產(chǎn)效果，以期為黃河三角洲地區(qū)鹽堿土壤水-肥-鹽綜合調(diào)控、農(nóng)業(yè)環(huán)境改善、作物增產(chǎn)及改良劑的長期施用提供理論依據(jù)和數(shù)據(jù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗于2016年在山東省濱州市濱城區(qū)中裕產(chǎn)業(yè)園內(nèi)（北緯37°29′，東經(jīng)118°03′）進行，該地區(qū)為溫帶大陸性季風氣候，年均降水量為564.8 mm，多集中在7—8月，年平均氣溫12.7 ℃，該研究區(qū)自20世紀70年代就開始冬小麥-夏玉米輪作耕種。試驗前利用Mastersizer3000型激光粒度儀（英國Malvern）測定土壤砂粒、黏粒、粉粒占比為20.26%、2.96%、76.78%，根據(jù)國際制土壤質(zhì)地分類對試驗土壤質(zhì)地進行劃分，屬于粉砂質(zhì)壤土。試驗前土壤體積質(zhì)量為1.39 g/cm3，田間持水率為28.62%，pH值為8.19，其余基本理化性質(zhì)見表1；2016年與2018年5—9月濱城區(qū)降水量對比見圖1。

表1 試驗前土壤的基本理化性質(zhì)

1.2 試驗材料

為了減少河沙中雜質(zhì)對試驗的影響，將河沙進行淘洗、晾干及過篩處理，利用Mastersizer3000型激光粒度儀測定河沙顆粒組成為砂粒：87.74%，粉粒：12.2%，黏粒：0.06%。

生物炭為山東省銘宸環(huán)衛(wèi)設(shè)備有限公司生產(chǎn)，為棉花秸稈在800 ℃經(jīng)72 h熱解而成，是不完全燃燒生成的黑色粉末，pH：8.6，密度：0.297 g/cm3，含碳量：73%，含氮量：0.9%。

1.3 試驗設(shè)計

試驗于2016年6月—2018年10月進行（冬小麥于每年的10月播種，次年6月收獲，夏玉米于每年的6月播種，10月收獲）。試驗設(shè)置對照CK、C1[5 t/(hm2·a)生物炭]、C2[10 t/(hm2·a)生物炭]、C3[20 t/(hm2·a)生物炭]、S1(5%沙)、S2(10%沙)、S3(15%沙)7個處理，每個處理重復3次，共計21個小區(qū)，小區(qū)面積為14.5 m×8 m=116 m2，其中河沙為質(zhì)量比[16]。耕作前將河沙、生物炭均勻撒施在土表后，立即旋耕，深度為20 cm。生物炭、河沙在每一生育季均施加。每個生育季施肥：土壤中K+量較高，不施鉀肥，所有處理氮肥、磷肥用量均為：N: 550 kg/(hm2·a)、P2O5: 120 kg/(hm2·a)，生物炭和有機肥處理N、P不足部分由尿素和磷酸二銨補充[15]。磷肥及1/3的尿素作基肥在播種前1次性施入，其余2/3的尿素用于追肥。所有處理的其余管理與當?shù)毓芾砟Ｊ揭恢?。根?jù)夏玉米的生育期進行取樣[15]，取土深度為40 cm[15]，每20 cm分層取擾動土和原狀土，原狀土取回后測定土壤體積質(zhì)量和田間持水率，擾動土取回后，一部分鮮土用于測定土壤含水率、NH4+-N和NO3--N，另一部分經(jīng)風干、碾壓、過1 mm篩測定土壤含鹽量，在成熟后測定各處理的玉米產(chǎn)量。

1.4 測定項目及方法

土壤含水率：烘干法[15]測定，在已稱質(zhì)量的鋁盒中放入20 g左右的鮮土，在105 ℃的烘箱中烘干12 h，冷卻至常溫立即稱質(zhì)量。

土壤含鹽量：將風干土樣碾壓、過1 mm篩，制得水土比為5∶1的土壤浸提液，利用電導率儀（DDS-11A，上海）測定土壤浸提液的電導率值，并根據(jù)擬合公式[16]將電導率值轉(zhuǎn)化為土壤含鹽量，計算式為：

=2.1605:1+0.303，（1）

式中：為土壤含鹽量（g/kg）；5:1為25 ℃下土壤浸提液的電導率值（水土比為5∶1）（mS/cm）；

NH4+-N、NO3--N量：稱取10 g的新鮮土樣，置于裝有50 mL 0.01 mol/L的Ca2Cl溶液的塑料瓶中，振蕩1 h后過濾，利用AA3流動分析儀（Braun and Lübbe, Norderstedt, Germany）測定[14]。

玉米產(chǎn)量：每個小區(qū)隨機選3個2 m×2 m的小區(qū)，放在105 ℃殺青30 min，于75 ℃下烘干至恒質(zhì)量。

1.5 數(shù)據(jù)分析

利用Excel進行數(shù)據(jù)整理，利用Origin 9.0進行繪圖，利用單因素方差分析比較各處理的差異。

2 結(jié)果與分析

2.1 表層摻沙、生物炭對土壤含水率的影響

玉米屬于鹽分中度敏感作物，耐鹽性較差，苗期是整個生育期的關(guān)鍵期，對鹽脅迫較敏感，易導致苗弱或成活率低，影響后期的作物產(chǎn)量，三葉期是玉米苗期的第一階段，因此三葉期、收獲期的土壤狀況研究具有重要意義[17]。圖2中不同字母均表示同一生育期內(nèi)不同處理間差異性顯著（<0.05）。2016年、2018年玉米三葉期及收獲期土壤表層摻沙、生物炭條件下0～40 cm土層土壤含水率如圖2所示。

圖2 2016年和2018年各處理土壤含水率

由圖2（a）可以看出，生物炭處理的土壤含水率均大于CK，且隨著施炭量增加而增大，與CK相比，2016年的C1、C2、C3處理平均值分別提升2.20%、3.77%、7.34%，2018年提升5.08%、10.01%、16.38%；摻沙處理的土壤含水率則呈相反趨勢，下層土壤含水率高于表層，其原因是土壤表層摻沙增加了土壤孔隙度，改善了土壤結(jié)構(gòu)，促使水分向下層土壤運移。圖2（b）中，生物炭處理的土壤含水率略低于CK，但差異性不顯著，其原因是生物炭施加后提升了0～20 cm土層保水性能，減少了水分的深層滲漏；摻沙處理因提升了表層土壤的入滲性能，水分大量下移，使得20～40 cm土層S1、S2、S3處理2016年的土壤含水率較CK分別提升了0.09%、0.82%、6.81%，2018年分別提升2.41%、3.52%、10.73%。數(shù)據(jù)表明施炭后有效地提升了摻加層土壤的保水性能，摻沙處理則對20～40 cm土層土壤含水率有所提升，且2種改良劑施用的累積效果明顯。綜上表明，摻生物炭處理對0～20 cm土層土壤含水率提升效果顯著，C3處理效果較優(yōu)。

2.2 表層摻沙、生物炭對土壤含鹽量的影響

2016、2018年玉米三葉期及收獲期土壤表層摻沙、生物炭條件下0～40 cm土層土壤含鹽量如圖3所示。由圖3可知，隨著時間延長各處理的土壤含鹽量均呈降低趨勢，在2018年的玉米季末達到最低值。圖3（a）中，生物炭處理的土壤含鹽量在生育季前期大于CK，具體表現(xiàn)為：C3處理>C2處理>C1處理>CK，在生育季末期土壤含鹽量小于CK，其原因是生物炭自身帶有一定鹽分，施入之后使土壤含鹽量增加，在季末時，作物生長將土壤中部分鹽分帶走，外加降雨淋濾，使得表層土壤含鹽量降低；摻沙處理的土壤含鹽量在2016年與CK相比，S1、S2、S3處理平均值降低了10.03%、12.54%、10.82%，2018年較CK分別降低15.27%、18.99%、19.66%，2018年的降幅明顯高于2016年，其原因是土壤摻沙改善了土壤結(jié)構(gòu)，增加了土壤入滲性能，外加2018年降水量較大，使表層土壤鹽分降幅較大。圖3（b）中，生物炭處理的土壤含鹽量與CK差異不明顯，總體表現(xiàn)為C3處理>C1處理>C2處理>CK；摻沙處理的土壤含鹽量均小于CK，但由于0～20 cm土層土壤鹽分隨水向下運移，使得該層摻沙處理的含鹽量的降低幅度小于0～20 cm土層。綜上所述，生物炭處理的土壤含鹽量在2018年季末均低于1.38 g/kg，但降低效果略差于摻沙處理，摻沙處理對0～40 cm土層土壤含鹽量降低效果顯著且3 a累積降低幅度較大，S3處理降鹽效果較優(yōu)，能為作物提供良好的生長條件。

圖3 2016年和2018年各處理土壤含鹽量

2.3 表層摻沙、生物炭對銨態(tài)氮量變化的影響

圖4為0～40 cm土層NH4+-N量變化，因在每個生育季播種前均會施加尿素，故所有處理的NH4+-N量在玉米生育季前期較高，在生育季末達到較低值。圖4（a）中，生物炭處理的土壤NH4+-N量要高于CK，且呈隨著施炭量增加而增大，與CK相比，C1、C2、C3處理分別增加4.20%、8.44%、13.32%，其中2016年分別增加-5.40%、17.71%、14.87%，2018年分別增加14.79%、-1.76%、11.63%；摻沙處理呈反趨勢，隨著摻沙比例增加而減少。圖4（b）中，各處理土壤NH4+-N量隨時間變化趨勢與0～20 cm土層一致，各處理平均表現(xiàn)為：C2處理>C1處理>C3處理>CK>S3處理>S1處理>S2處理。圖4（c）中，生物炭處理顯著增加了土壤NH4+-N量，對0～20 cm土層的增幅大于20～40 cm，且隨施炭量增加而增大，摻沙處理則呈相反趨勢。生物炭處理能夠顯著提高0～40 cm土層土壤NH4+-N量，且在降水量較多的情況下仍可保證NH4+-N量一定的提升，為提高作物對NH4+-N的利用提供了保障，C3處理平均最高，較CK提升了9.12%。

圖4 施加生物炭和河沙條件下土壤NH4+-N量

2.4 表層摻沙、生物炭對硝態(tài)氮量變化的影響

圖5為施加生物炭和河沙條件下土壤NO3--N量，圖5（a）中，摻沙處理的土壤NO3--N量在玉米生育期初高于生育期末，且隨著摻沙比例的增加呈下降趨勢，與CK相比，S1、S2、S3處理分別降低1.56%、21.92%、43.60%；摻生物炭處理則呈相反趨勢，這與玉米季水熱條件良好，生物炭施加后有利于土壤微生物和農(nóng)作物的利用，促進了土壤硝化作用有關(guān)[14]，C1、C2、C3處理比CK分別增加3.24%、26.56%、48.85%，其中2016年分別增加10.31%、44.61%、53.08%，2018年分別增加-12.46%、-13.40%、39.40%，2016年整體大于2018年，其原因為：NO3--N帶有負電荷，因負吸附而易存在于土壤溶液中，外加2018年降雨量較大，易造成NO3--N流失。圖5（b）中，各處理土壤NO3--N量在生育季初期大于CK，其中，摻沙處理的NO3--N量隨摻沙比例增加呈增大趨勢，且2018年NO3--N量較CK增幅顯著高于2016年，原因是摻沙能提升0～20 cm土層的通透性，在降水的淋濾作用下，部分NO3--N運移至20～40 cm土層。由圖5（c）可知摻沙處理僅對20～40 cm土層土壤NO3--N量提升顯著，而生物炭處理能提升0～40 cm土層的土壤NO3--N量，且隨施炭量增加而增大，其中，C3處理在降雨量較大情況下仍可保證NO3--N量的提升，較CK提升了50.13%。

圖5 施加生物炭和河沙條件下土壤NO3--N量

2.5 表層摻沙、生物炭對玉米產(chǎn)量的影響

表2為2016年和2018年的玉米產(chǎn)量，2016年各處理的玉米產(chǎn)量在9 726.6～10 350.1 kg/hm2之間，較CK相比，生物炭處理增產(chǎn)0.92%～2.96%，摻沙處理增產(chǎn)2.02%～6.41%；2018年各處理的玉米產(chǎn)量在10 007.4～11 255.3 kg/hm2之間，C3處理產(chǎn)量最高，較CK提高19.95%，摻沙處理較CK增產(chǎn)3.65%～12.47%，且隨施炭量和摻沙比例增加而增大。由表中增產(chǎn)率可知，摻生物炭和摻沙均可提升夏玉米的產(chǎn)量，且隨著施炭量增加呈增大趨勢，其中C3處理產(chǎn)量最大，增產(chǎn)率為19.86%，高于其他處理，摻沙處理的增產(chǎn)率分別為4.53%、3.90%、8.85%。綜上所述，摻生物炭處理對夏玉米的增產(chǎn)效果優(yōu)于摻沙處理，C3處理增產(chǎn)效果顯著。

表2 施加生物炭和河沙下的夏玉米產(chǎn)量

3 討論

本試驗研究發(fā)現(xiàn)，生物炭處理顯著提升了0～20 cm土層土壤含水率，降低了20～40 cm土層土壤含水率，減少了水分的深層滲漏和流失，且隨施炭量增加呈增大趨勢，這與勾芒芒等[19]研究的生物炭能夠提升表層土壤持水性能結(jié)論一致。摻沙處理能夠降低土壤體積質(zhì)量、增大土壤孔隙度，能夠降低表層土壤含水率，提升深層土壤含水率，且隨著施沙量增加而增大，這與宋日全等[9-12]研究結(jié)論一致。本試驗發(fā)現(xiàn)摻生物炭后明顯提升了表層土壤的持水性能，減少水分的深層滲漏，且長時間施用的累積效果顯著，這對缺水地區(qū)水資源的高效利用具有一定的指導意義，其中C3處理的效果較優(yōu)。

研究表明，摻沙后明顯減少了表層鹽分的積累，提高了土壤脫鹽效率，能有效促進灌溉水及降雨對上層土壤鹽分的淋洗，這與張宇航等[16]對黃河三角洲地區(qū)的中度鹽堿土摻沙試驗研究結(jié)論一致；試驗發(fā)現(xiàn)，摻生物炭后在生育期初提升了土壤含鹽量，且隨施炭量增加而增大，其原因是生物炭本來含有一定的鹽分，根據(jù)質(zhì)量守恒原則，施加后提升0～20 cm土層土壤含鹽量，在生育期末各處理均呈降低趨勢，這與朱成立等[7]研究摻加生物炭在生育季末期降低了土壤含鹽量的結(jié)論一致。結(jié)果表明，摻沙處理的土壤含鹽量略小于生物炭處理，且隨摻沙量增加而降低，S3處理的脫鹽效果較優(yōu)，較生物炭處理低10.97%～14.57%。

本研究發(fā)現(xiàn)生物炭處理的NH4+-N在玉米生育季前期較高，在生育期末較低，而NO3--N量則在玉米生育季前期低于生育期末，這與玉米季土壤水熱條件適宜，促進了土壤微生物及農(nóng)作物對氮素的利用有關(guān)[14,20]；生物炭施加促進了土壤氮素的礦化，增加了土壤無機氮量，且隨施炭量增加呈增大趨勢[14,21-22]。摻沙處理的NO3--N和NH4+-N量在生育期末呈下降趨勢，且隨著施加量增加而減少，其原因是摻沙改變了土壤的顆粒組成，增加了土壤入滲性能[23]，加速了氮素的淋洗及滲漏，最終呈現(xiàn)生育季末摻沙處理的表層土壤NO3--N、NH4+-N量均小于CK。綜合來看，生物炭處理對提高土壤氮素量，減少氮素的流失效果要優(yōu)于摻沙，且C3處理效果較優(yōu)。

本研究發(fā)現(xiàn)，與CK相比，摻沙和生物炭3 a后提升玉米產(chǎn)量0.60%～19.95%顯著高于施用1 a的0.92%～6.41%，這與Niazi等[24]發(fā)現(xiàn)摻沙可提高小麥和水稻的產(chǎn)量，與劉世杰等[25]、車艷鵬等[26]發(fā)現(xiàn)在黑土中施炭能夠提高大豆產(chǎn)量的結(jié)論一致；2016年與2018年各處理產(chǎn)量對比發(fā)現(xiàn)摻生物炭處理的增產(chǎn)效果優(yōu)于摻沙處理，且20 t/(hm2·a)生物炭增產(chǎn)效果最優(yōu)，達19.86%。

4 結(jié)論

1）與CK相比，摻沙處理0～20 cm土層土壤含水率下降，但對20～40 cm土層土壤含水率提升效果明顯，生物炭則提高了0～20 cm土層蓄水能力，減少了水分的深層滲漏，其中C3處理效果較優(yōu)，增幅達11.81%。

2）摻沙處理對0～40 cm土層的脫鹽效果略優(yōu)于生物炭處理，二者在生育季末均降低了土壤含鹽量，能為作物提供良好的土壤環(huán)境。

3）與CK相比，施生物炭對NO3--N和NH4+-N量提升效果顯著，能減少氮素的流失，而摻沙僅能提升20～40 cm土層土壤氮素量，且提升效果不及生物炭處理；C3處理效果較優(yōu)，較CK增幅達50.13%（NO3--N）、9.12%（NH4+-N）。

4）摻沙和生物炭處理均能提高玉米產(chǎn)量，生物炭處理增產(chǎn)（2.40%～19.86%）顯著高于摻沙處理（3.90%～8.85%），其中，C3處理的增幅最大。

5）生物炭處理對鹽堿土壤的改良、土壤氮素量及作物產(chǎn)量的提升效果優(yōu)于摻沙處理，且多年累積效果顯著，其中C3處理效果較優(yōu)。因此，對黃河三角洲地區(qū)的中度鹽堿土建議長期施用20 t/(hm2·a)的生物炭進行改良。

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Amending Saline-Alkali Soils with Biochar or Fluvial Sand to Improve Bioavailable Nitrogen and Yield of Summer Maize

WANG Shibin1, GAO Peiling1, 2*, XIANG Longkang1, GUO Xianglin1, LYU Qingxin1, MENG Qingmei2

(1. School of Agricultural Engineering and Food Science, Shandong University of Technology, Zibo 255000, China;2. School of Resources and Environmental Engineering, Shandong University of Technology, Zibo 255000, China)

【】Soil salinity and alkalinity is a common abiotic stress affecting crop growth worldwide. The objective of this paper is to investigate the efficacy of amending the soil with biochar or fluvial sand to improve nitrogen bioavailability and yield of summer maize.【】A three-year plot experiment was conducted at a field in the Yellow River delta. There were three biochar treatments: 5 t/(hm2·a) (C1), 10 t/(hm2·a) (C2), 20 t/(hm2·a) (C3), and three sand amendment treatments (w/w): 5%(S1), 10% (S2) and 15% (S3); the control (CK) was no amendment. In each treatment, we measured the changes in soil water content, soil salinity, nitrate and ammonium, as well as the final maize yield.【】①Amending the soil with biochar, especially C3, was more effective than with sand to improve the 0～20 cm soil water content; compared with CK, it increased the soil content by 2.20%～7.34% in the first year and 5.08%～16.38% in the third year. ②Amendment with sand, especially S2 and S3, was more effective than with biochar to desalinize the soils; compared with CK, it increased soil desalination by up to 15.52% three years after the amendment. ③Compared with CK, amendment with biochar increased nitrate content in 0～40 cm soil by 10.34%～60.60% in the first year and 14.24%～41.92% in the third year, while in the meantime increased ammonium content by 0.96%～16.96% and -4.56%～7.37% in the first and third year respectively. Overall, C3 was most effective in improving mineral nitrogen content. In contrast, amendment with sand increased mineral nitrogen in 20～40 cm soil but at the expense of mineral nitrogen in the top 0～20 cm soil. ④Amendment with biochar was more effective in improving maize yield, with the yield in the third year increasing by 2.40%～19.86% compared with that in the first year. It was found that the yield increase was proportional to the biochar application.【】Amending the saline-alkali soil with biochar improved mineral nitrogen and its bioavailability to crop, and the improvement increased as time elapsed. For the experiments conducted at the field in the Yellow River delta, the most effective amendment was adding 20 t/(hm2·a) of biochar to the soil.

moderate saline-alkali soil; soil amendment; biochar; fluvial sand; desalination; nitrate; ammonium

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S156.4；S27

A

10.13522/j.cnki.ggps.2021080

1672 – 3317（2021）09 - 0017 - 07

2021-03-03

山東省自然科學基金項目（ZR2020ME251）；國家自然科學基金項目（41703099）；淄博市校城融合項目（2019ZBXC245）

王世斌（1997-），男，山東青島人。碩士研究生，主要從事農(nóng)業(yè)水土工程研究。E-mail: 924859407@qq.com

高佩玲（1973-），女，新疆石河子人。教授，博士，主要從事水文、水資源及農(nóng)業(yè)水土研究。E-mail: gaoplxj@163.com

責任編輯：白芳芳