摘要：為探究生物炭與有機(jī)無機(jī)肥配施對土壤以及作物產(chǎn)量的影響， 在溫室中以小麥為栽培對象， 以化肥與有機(jī)肥、 生物炭配施的不同比例安排7個(gè)處理： CK1（不施肥）、 CK2（化肥）、 T1（100%化肥+生物炭）、 T2（80%化肥+有機(jī)肥）、 T3（80%化肥+有機(jī)肥+生物炭）、 T4（60%化肥+有機(jī)肥）和T5（60%化肥+有機(jī)肥+生物炭）， 探究土壤基本理化性質(zhì)、 酶活性以及微生物代謝功能對不同施肥方式的響應(yīng)． 結(jié)果表明， 不同施肥方式對土壤養(yǎng)分影響顯著． 添加了有機(jī)肥、 生物炭可顯著提高養(yǎng)分含量， 且T3養(yǎng)分含量幾乎均為最高． 添加了有機(jī)肥與生物炭的處理， 土壤蛋白酶與蔗糖酶的活性得到顯著提升， 而對于過氧化氫酶的活性提升效果不明顯． 隨著施加有機(jī)物料比例提升， 土壤微生物的群落多樣性及其對碳源代謝能力也有顯著升高． 根據(jù)土壤質(zhì)量指數(shù)（Soil Quality Index， SQI）的排序： T3＞T4=T5＞T1＞CK2=T2＞CK 施加有機(jī)物料能夠提升土壤質(zhì)量和作物產(chǎn)量， 提升強(qiáng)度隨著比例升高呈先增加后降低的趨勢． 綜上， 施加有機(jī)物料能提升土壤養(yǎng)分含量、 酶活性及土壤微生物碳源代謝能力， 且影響強(qiáng)度均與施加比例相關(guān)． 在N，P2O5，K2O施用量分別為225， 90 ， 90 kg/hm2條件下， 20%減量化肥與有機(jī)肥（3 000 kg/hm2）和生物炭（10 000 kg/hm2）配施能夠有效改良土壤并增產(chǎn)．

關(guān) 鍵 詞：施肥比例； 生物炭； 土壤質(zhì)量； 土壤酶； 微生物代謝

中圖分類號：

X53

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：16739868（2024）07011512

The Effect of Biochar Combined with Organic and Inorganic

Fertilizers on Soil Biological Characteristics and Quality

MA Qun， LIU Ming， ZHOU Yuling， WANG Yuqing，

YE Chengyu， YANG Pingping， LI Shaoxing， WANG Longchang

College of Agronomy and Biotechnology， Southwest University， Chongqing 400715， China

Abstract： In order to explore the effects of biochar combined with organic and inorganic fertiliers and ratio on soil and crop yield， this study used wheat as the cultivation object in the greenhouse， and arranged seven treatments with different proportions of chemical fertilizer， organic fertilizer and biochar： CK1 （no fertilization）， CK2 （chemical fertilizer）， T1 （100% chemical fertilizer+biochar）， T2 （80% chemical fertilizer+organic fertilizer）， T3 （80% chemical fertilizer+organic fertilizer+biochar）， T4 （60% chemical fertilizer+organic fertilizer） and T5 （60% chemical fertilizer+organic fertilizer+biochar）． The response of soil basic physical and chemical properties， enzyme activity and microbial metabolic function to different fertilization methods was explored． The results showed that different fertilization methods had significant effects on soil nutrients． The treatment with organic fertilizer and biochar can significantly promote the nutrient content and the nutrients contents of T3 were almost at the highest． The activities of soil protease and sucrase were significantly enhanced by adding organic fertilizer and biochar， while the activity of catalase was not significantly enhanced． With the increase of the proportion of organic materials， the diversity of soil microbial community and its ability to metabolize carbon sources also increased significantly． The application of organic materials can improve soil quality （according to the soil quality index （SQI）， the order is： T3＞T4=T5＞T1＞CK2=T2＞CK1） and crop yield． The intensity increased first and then decreased with the increase of the proportion． In summary， the application of organic materials can improve soil nutrient content， enzyme activity and soil microbial carbon source metabolism ability， and the influence intensity is related to the proportion of application． Under the conditions of N， P2O5 and K2O application rates of 225 kg/hm2， 90 kg/hm2 and 90 kg/hm2， respectively， 20% reduced chemical fertilizer combined with organic fertilizer （3 000 kg/hm2） and biochar （10 000 kg/hm2） can effectively improve soil and increase yield． This study provides a reference for the combined use of organic fertilizer， biochar and chemical fertilizer．

Key words： fertilization ratio； biochar； soil quality； soil enzymes； microbial metabolism

目前化肥已經(jīng)成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中不可或缺的物資， 在作物增產(chǎn)過程中發(fā)揮重要作用． 但是化肥的使用對于環(huán)境造成了不容忽視的危害． 目前化肥的低效使用所造成的環(huán)境危害已經(jīng)成為制約我國農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重大誘因［1］． 在這種嚴(yán)峻形勢下， 化肥的減量與高效使用已經(jīng)成為我國肥料使用中的重要課題［2］．

生物炭是由包括有機(jī)物料在內(nèi)的生物質(zhì)在限氧環(huán)境下經(jīng)高溫作用而產(chǎn)生的物質(zhì)， 一般為比表面積大的固體顆粒， 具有較高的穩(wěn)定性［3-4］． 它可改善土壤理化性質(zhì)， 提高土層以及作物地上和地下部分養(yǎng)分含量， 顯著提高土壤肥力［5］． 有機(jī)肥具有豐富的營養(yǎng)物質(zhì)， 能夠?yàn)樽魑锾峁┴S富的有機(jī)質(zhì)， 同時(shí)可以顯著地改善土壤理化性狀， 增加微生物活性， 提升耕地質(zhì)量和作物產(chǎn)量、 品質(zhì)［6］． 它們已經(jīng)成為農(nóng)業(yè)高效優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)中的重要應(yīng)用材料［7-8］．

農(nóng)田土壤微生物代謝能力與土壤營養(yǎng)元素循環(huán)聯(lián)系緊密， 是表征土壤生物活性及其肥力的重要指標(biāo)． 上述指標(biāo)和土壤理化性質(zhì)具有相關(guān)性， 可以綜合考量以衡量土壤質(zhì)量［9-10］． 有機(jī)肥與生物炭均能在提升養(yǎng)分含量及活性等基礎(chǔ)上改良土壤， 促進(jìn)有機(jī)碳固存， 增強(qiáng)透氣性， 提升土壤酶及微生物活性， 促進(jìn)土壤團(tuán)粒膠結(jié)［11-17］， 但是有關(guān)兩者結(jié)合起來施用對土壤質(zhì)量影響的研究還不多見．

研究生物炭及有機(jī)肥的施用對土壤的影響， 對于農(nóng)田肥料高效低害使用、 促進(jìn)土壤改良具有重要意義． 因此， 本試驗(yàn)以小麥為栽培對象， 重點(diǎn)研究生物炭與有機(jī)肥、 無機(jī)肥的不同配施方式對于土壤肥力的影響， 以期為化肥增效減量使用提供科學(xué)依據(jù)．

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)地位于重慶市北碚區(qū)西南大學(xué)二號溫室， 以小麥為研究對象開展溫室試驗(yàn)． 試驗(yàn)所用土壤主要理化性質(zhì)為： pH值6.47， 有機(jī)質(zhì)28.00 g/kg， 全氮1.68 g/kg， 全磷1.46 g/kg， 速效磷18.13 mg/kg， 堿解氮35.23 mg/kg．

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

小麥品種為渝麥 13 號， 由西南大學(xué)農(nóng)學(xué)與生物科技學(xué)院小麥育種團(tuán)隊(duì)提供． 于2022年 11 月下旬種植， 次年5月下旬收獲．

試驗(yàn)設(shè)置7個(gè)處理， 每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)， 隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)， 共21個(gè)小區(qū)． 小區(qū)面積為5.2 m2（1.3 m×4 m）， 每個(gè)重復(fù)有小麥15 行， 每行 12 穴． 按生物炭、 有機(jī)肥與無機(jī)肥的不同配施比例設(shè)置不同處理， CK1： 不施肥； CK2： 100%化肥（即常規(guī)施肥量）； T1： 100%化肥+生物炭； T2： 80%化肥+有機(jī)肥； T3： 80%化肥+有機(jī)肥+生物炭； T4： 60%化肥+有機(jī)肥； T5： 60%化肥+有機(jī)肥+生物炭， 具體用量如表1所示． 其中， 氮肥、 磷肥、 鉀肥分別采用尿素（含N 46%）、 過磷酸鈣（含P2O512%）、 氯化鉀（含K2O 60%）； 有機(jī)肥采用重慶市萬植巨豐生態(tài)肥業(yè)有限公司生產(chǎn)的商品有機(jī)肥（有機(jī)質(zhì)含量≥45%， N，P，K總含量≥5%）； 生物炭采用南京勤豐秸稈科技有限公司生產(chǎn)的水稻秸稈生物炭（pH值8.70， 有機(jī)碳537.97 g/kg， 全氮0.61 g/kg， 全磷1.99 g/kg， 全鉀27.15 g/kg）．

1.3 測定內(nèi)容及方法

1.3.1 土壤樣品采集

在小麥?zhǔn)斋@前（2023年5月上旬， 蠟熟期）以“五點(diǎn)取樣法”進(jìn)行土壤樣品采集． 其中， 一部分未經(jīng)擠壓擾動(dòng)的土樣風(fēng)干后挑出1 cm以上土塊后進(jìn)行土壤粒徑結(jié)構(gòu)測定． 其余剔除根系及石礫， 將一部分鮮樣過1 mm篩后保存于4 ℃冰箱以進(jìn)行微生物代謝功能測定， 另一部分烘干后進(jìn)行基本理化性質(zhì)測定．

1.3.2 土壤理化性質(zhì)測定

土壤電導(dǎo)率采用電導(dǎo)率儀（方舟 DDS-308+， 中國上海）測定； 土壤含水率采用烘干法測定； 土壤酶活性∶蔗糖酶采用3，5-二硝基水楊酸比色法測定； 蛋白酶活性采用茚三酮比色法測定； 過氧化氫酶活性采用高錳酸鉀滴定法測定［18］．

土壤有機(jī)質(zhì)含量采用重鉻酸鉀—硫酸溶液氧化， 硫酸亞鐵標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定方法測定； 土壤全氮含量采用濃 H2SO4消煮， 全自動(dòng)凱氏定氮儀（海能K1100F， 中國濟(jì)南）測定； 堿解氮含量采用堿解擴(kuò)散法測定； 土壤全磷含量采用氫氧化鈉高溫熔融， 鉬銻抗比色法測定； 速效磷含量采用 NH4F-HCl 溶液浸提， 鉬銻抗比色法測定［19］．

1.3.3 土壤微生物代謝功能測定

土壤微生物代謝能力采用Biolog-ECO板法測定．

1.3.4 土壤質(zhì)量指數(shù)（Soil Quality Index， SQI）

使用本研究中有關(guān)土壤的指標(biāo)（各養(yǎng)分含量、 酶活性與微生物多樣性指標(biāo)）進(jìn)行主成分分析， 篩選指標(biāo)后構(gòu)建最小數(shù)據(jù)集（Minimum Data Set， MDS）以計(jì)算土壤質(zhì)量指數(shù)， 并以此評價(jià)各處理對于土壤質(zhì)量的影響， 最終選取較為合理的處理．

在主成分分析過程中選取特征值＞1的主成分， 并選取相應(yīng)主成分下各指標(biāo)成分載荷值≥0.5的指標(biāo)進(jìn)入下一步計(jì)算． 如果每個(gè)主成分下存在多個(gè)符合標(biāo)準(zhǔn)的指標(biāo)， 則選取其中載荷值在最大載荷值90%范圍內(nèi)， 且與具有最大載荷值的指標(biāo)無極強(qiáng)顯著相關(guān)性（p＜0.05， cor＞0.7）的指標(biāo)．

質(zhì)量指數(shù)為數(shù)據(jù)集各指標(biāo)得分與權(quán)重乘積的和． 由于本研究涉及的土壤指標(biāo)均屬于一定程度內(nèi)越大越好的類型， 故而得分計(jì)算公式為：

Si=x-LH-L（1）

式中： Si為土壤質(zhì)量得分（0～1）； x為土壤指標(biāo)數(shù)值； L和H分別為對應(yīng)指標(biāo)的最小值與最大值． 根據(jù)此得分， 計(jì)算SQI公式．

QSQI=∑ni=1WiSi（2）

式中： n為變量的數(shù)量； Wi為指標(biāo)權(quán)重． 其中權(quán)重為指標(biāo)公因子方差在模型所解釋的各指標(biāo)方差中所占比例．

最后使用Nash有效系數(shù)（Ef）和相對偏差系數(shù)（ER）來評價(jià)最小數(shù)據(jù)集的精確程度［20-21］． 計(jì)算公式為：

Ef=1-∑（R0-Rm）2∑（R0-R0）2（3）

ER=｜∑ni=1R0i-∑ni=1Rmi｜∑ni=1R0i（4）

式中： R0與R0為基于全量數(shù)據(jù)集計(jì)算得出的土壤質(zhì)量指數(shù)值和土壤質(zhì)量指數(shù)平均值； Rm為基于最小數(shù)據(jù)集計(jì)算得出的土壤質(zhì)量指數(shù)值． 有效系數(shù)（Ef）越接近 表示基于最小數(shù)據(jù)集計(jì)算的土壤質(zhì)量指數(shù)與基準(zhǔn)值越接近， 精度越高． 相對偏差系數(shù)（ER）越接近0， 表示基于最小數(shù)據(jù)集計(jì)算的土壤質(zhì)量指數(shù)相對于基準(zhǔn)值偏差越小， 精度越高．

1.3.5 小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素測定

在2023年5月底收獲時(shí)， 對各處理中小麥隨機(jī)取10株， 測定其單株穗數(shù)、 穗粒數(shù)以及千粒質(zhì)量， 計(jì)算不同處理下的小麥產(chǎn)量．

1.4 數(shù)據(jù)分析

使用Microsoft Office 2019版Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)整理， 使用SPSS 26軟件進(jìn)行單因素方差分析， 使用R語言（version 4.1.1）進(jìn)行多重比較（agricolae包， version 1.3.5）， 并進(jìn)行相關(guān)性分析、 主成分分析、 聚類分析， 使用ggplot2包（version 3.4.1）作圖．

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤基本理化性質(zhì)

如表2所示， 在蠟熟期時(shí)， 不同處理的土壤理化指標(biāo)均發(fā)生了顯著的變化． 結(jié)果表明， 未曾施肥的處理（CK1）下的指標(biāo)數(shù)據(jù)幾乎均最低． 就土壤含水率而言， T3處理數(shù)值最高， 接近20%． 而且施加生物炭的處理較相應(yīng)的未施加生物炭的處理表現(xiàn)好， 如T1略高于CK2， T5略高于T4． 就土壤電導(dǎo)率而言， T1與T4處理數(shù)值較高， 其次是CK2， T3略高于CK1． 土壤中的氮素含量以T3， T4和T5較高， 其次是T1和T2， 兩者差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義， 但均顯著高于對照． T3與T4處理下土壤堿解氮含量較高， T2高于對照， 但T5，T1與CK2差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義． T2與T3處理下土壤磷素含量較高， 而T T4和T5與CK2數(shù)值相近． 就土壤有機(jī)質(zhì)含量而言， T1最高， 且顯著高于CK1和CK2； T2， T3， T4和T5略高于CK2（p＞0.05）， 且顯著高于CK1． 整體來看， 施加有機(jī)物料能夠明顯提升土壤理化性質(zhì)， 顯著增加其中養(yǎng)分含量， 且以T3處理總體表現(xiàn)最好．

2.2 土壤酶活性

圖1所示為蠟熟期土壤24 h內(nèi)蔗糖酶與蛋白酶活性以及20 min內(nèi)過氧化氫酶活性． 與蔗糖酶相較， 各處理下土壤中過氧化氫酶與蛋白酶活性雖存在顯著差異， 但總體來看差距不大．

CK1的過氧化氫酶活性與T5之間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義， 并顯著低于其他處理． CK2與T T2及T3之間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義． CK1的蛋白酶活性顯著低于其他處理， CK2與T T5之間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義． 同時(shí)， T2， T3與T4蛋白酶活性顯著高于其他處理． T4的過氧化氫酶活性顯著高于其他處理， 較CK2顯著提高了14.75%． CK1的蔗糖酶活性與CK2差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義， 且顯著低于其他處理， T3顯著高于其他處理， 且較CK2顯著提高了120.74%．

2.3 土壤微生物代謝功能

圖2表示各處理下土壤中微生物對不同碳源代謝利用的平均顏色變化率（Average Well Color Development， AWCD）隨時(shí)間的變化軌跡． 可以看到在初期（0～72 h）， AWCD上升較快， 到后期尤其是120 h后則趨于平緩． 總體表現(xiàn)為T5最大， CK1最?。?現(xiàn)采取120 h的數(shù)據(jù)進(jìn)行后續(xù)分析．

如表3所示， 在120 h時(shí)， 微生物功能多樣性指數(shù)在不同處理間表現(xiàn)不一． AWCD以及各多樣性指數(shù)均以T5為最高， 且均以CK1為最低． T2， T3的Simpson優(yōu)勢度指數(shù)（D）與T4， T1和CK2差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義， 但是T4顯著高于CK2． T1與T3的Shannon多樣性指數(shù)（H）與T5差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義， 而T1略低且與T2， T4差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義， 但以上處理都顯著高于CK2． T5的均勻度指數(shù)（E）與T T2與T3差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義， 但顯著高于T4和CK2．

如圖3所示， 根據(jù)各處理對31種碳源利用強(qiáng)度影響的不同， 可以將其分為6大類． 可以看到相對于CK 其余各處理能不同程度提升土壤微生物代謝能力． 其中， T5與T1的提升效果較為明顯． 而T5處理除對“L-苯丙氨酸、 D-纖維二糖”與“α-D-乳糖、 β-甲基-D-葡萄糖苷、 D-蘋果酸、 L-精氨酸、 吐溫40、 D-甘露醇、 N-乙酰-D-葡萄糖胺”兩類碳源的利用強(qiáng)度較低外， 對其余類碳源利用強(qiáng)度的提升效果相對較強(qiáng)； 而對“L-蘇氨酸、 2-羥基苯甲酸、 α-丁酮酸”這一類碳源的利用強(qiáng)度的影響尤為明顯．

主成分雙序圖4所體現(xiàn)出的處理與各碳源的相關(guān)關(guān)系與前文類似． 根據(jù)主成分分析所得的新綜合指標(biāo)對各處理的影響效果進(jìn)行評價(jià)， 可以發(fā)現(xiàn)T5和大多碳源代謝強(qiáng)度具有明顯相關(guān)性， 提升效果最強(qiáng)， CK1幾乎與所有碳源代謝強(qiáng)度箭頭相背， 提升效果最弱， 而T4與CK2相近．

31種碳源可被分為碳水化合物類、 氨基酸類、 羧酸類、 胺類、 酚酸類和多聚物類共6類． 不同處理對這6類碳源的利用強(qiáng)度如圖5所示． 可以看出， 各處理對酚酸類碳源的利用強(qiáng)度相對最低， 對多聚物類的利用強(qiáng)度相對最高． 而各處理中， T5對各不同碳源的利用強(qiáng)度幾乎皆顯著高于其他處理， CK1則幾乎皆顯著低于其他處理． T4對于胺類碳源的利用強(qiáng)度略低于T5（p＞0.05）， 且與T2差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義， 但它們皆顯著高于其他處理． T1對于氨基酸類碳源的利用強(qiáng)度顯著低于T5， 顯著高于CK2， T2， T3和T4． 施用了生物炭的處理對于碳水化合物類的利用強(qiáng)度顯著高于相應(yīng)未施用生物炭的處理， 如T5高于T4， T3高于T2， T1高于CK2． 相同的趨勢也體現(xiàn)在各處理對于羧酸類與酚酸類碳源的利用強(qiáng)度， 但是各處理對于后者的利用強(qiáng)度的影響大多不顯著．

2.4 土壤質(zhì)量指數(shù)

將上述有關(guān)土壤性質(zhì)的指標(biāo)進(jìn)行主成分分析， 獲得的4個(gè)主成分的解釋度分別為34%，27%，23%，17%， 特征值分別為4.51，3.56，3.09，2.24， 均＞1． 后在每個(gè)主成分下分別選取碳源豐富度指數(shù)（S）、 蔗糖酶活性、 過氧化氫酶活性及土壤有機(jī)質(zhì)含量構(gòu)建土壤質(zhì)量指數(shù)最小數(shù)據(jù)集（SQI-MDS）．

最終SQI-MDS與土壤質(zhì)量指數(shù)全量數(shù)據(jù)集（SQI-TDS）的關(guān)系如圖6a所示， 可見兩者幾乎成正比， 且關(guān)系緊密． Nash有效系數(shù)（Ef）為0.973 3， 相對偏差系數(shù)（ER）為0.116 4， 總體來看， SQI-MDS構(gòu)建成功．

根據(jù)SQI-MDS進(jìn)行聚類分析， 結(jié)果如圖6b所示． 可知各處理下土壤質(zhì)量可分為5類， 排序?yàn)椋?T3＞T4＞T5=T2=T1＞CK2＞CK1． T3土壤質(zhì)量最高， T5，T2，T1居中， CK1最差．

2.5 小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素

如表4所示， T3處理下的小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素均為最高， T1，T2產(chǎn)量與其差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義； T2略低， 且與CK2差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義； T4與T5的產(chǎn)量次之， CK1的產(chǎn)量最低． 各處理下小麥千粒質(zhì)量差異尤為明顯， 有添加生物炭的處理較相應(yīng)未添加生物炭的處理高．

3 討論與結(jié)論

3.1 討論

3.1.1 土壤理化性質(zhì)對不同施肥方式的響應(yīng)

土壤養(yǎng)分是植株進(jìn)行生命活動(dòng)的主要物質(zhì)來源， 其在土壤中的含量與形態(tài)對于植物吸收利用有顯著影響及重要意義［22-23］． 而施用有機(jī)肥和生物炭可以在不同程度上改變土壤中的養(yǎng)分形態(tài)， 并通過本身性質(zhì)（如生物炭具有較大孔隙度和比表面積）改良土壤結(jié)構(gòu)， 促進(jìn)元素循環(huán)， 抑制養(yǎng)分流失， 進(jìn)而提升土壤養(yǎng)分含量［24-25］． 而且其本身也能緩慢而持續(xù)地向土壤中釋放養(yǎng)分［26］． 本研究中， 相較于對照， 通過增加施入土壤的肥料中有機(jī)肥及生物炭比例， 土壤的氮素、 磷素以及有機(jī)質(zhì)含量均有不同程度升高， 這與前人的研究一致［27］． 同時(shí)， 這些處理下土壤中堿解氮與有效磷的含量也顯著增加， 這代表著施加有機(jī)肥與生物炭能夠提升養(yǎng)分有效性［28］． 而相對于T4， 添加了生物炭的T5處理土壤堿解氮含量略低， 可能是因?yàn)榫哂卸嗫仔再|(zhì)的生物炭能夠吸附元素， 以此降低其有效性［29］．

土壤酶可以催化分子反應(yīng)， 直接參與土壤的新陳代謝， 便于作物與微生物吸收養(yǎng)分， 在土壤中的元素循環(huán)過程中扮演重要角色， 其活性是土壤評價(jià)體系中的重要生物學(xué)指標(biāo)［30-31］． 同時(shí)， 不同的栽培措施以及土壤改良措施在影響土壤中元素含量以及化學(xué)計(jì)量比的前提下， 將會(huì)給不同種類的土壤酶活性帶來不同的影響［32-33］． 總體來看， 在本研究中， 施加有機(jī)肥與生物炭均能較對照提升蛋白酶、 蔗糖酶與過氧化氫酶的活性， 這與前人的研究相似［34］． 這是因?yàn)樘砑佑袡C(jī)肥與生物炭可以增加土壤中的營養(yǎng)元素含量， 增強(qiáng)其有效性與移動(dòng)性， 整體上改良土壤環(huán)境， 促進(jìn)生物量增加， 從而提高了酶活性［ 35］． 同時(shí)， 有機(jī)物料的豐富比表面積與孔隙利于微生物附著， 可以促進(jìn)酶的分泌［36］． 不過， 當(dāng)有機(jī)物料的添加比例過大時(shí)（如T5）， 土壤酶活性略有降低， 這可能是因?yàn)橛袡C(jī)物料吸附過多底物， 并導(dǎo)致土壤酸堿度上升， 對土壤元素循環(huán)造成了消極影響［37-38］．

3.1.2 土壤微生物代謝功能對不同施肥方式的響應(yīng)

通過分析土壤微生物對于Biolog生態(tài)板上碳源底物的利用情況可以探知其代謝特征， 而AWCD是表征土壤微生物代謝活性的重要指標(biāo)， AWCD越大， 表明其活性越高［39］． 在本研究所測定的微生物多樣性、 均勻度以及AWCD指標(biāo)（包括不同類別碳源底物）中， T3及T5數(shù)值表現(xiàn)最好， 而且添加生物炭的處理相對較優(yōu)． 說明添加一定量的有機(jī)物料（生物炭）能提升土壤微生物的代謝活性， 這與前人的研究結(jié)果一致［40］． 這可能是因?yàn)橛袡C(jī)物料的加入可以改良土壤結(jié)構(gòu)， 增強(qiáng)土壤通氣性， 調(diào)節(jié)pH值， 提升養(yǎng)分含量， 營造有利于微生物生長代謝的環(huán)境［41］． 同時(shí)， 本研究發(fā)現(xiàn)不同比例的生物炭投入對于不同類別的微生物提升情況不同， 可能是因?yàn)樯锾吭诖龠M(jìn)一些微生物種群繁殖的同時(shí)， 會(huì)抑制另一些微生物種群的繁殖［42］． 具體作用機(jī)制可能和具體的生物炭材質(zhì)、 耕作環(huán)境相關(guān)， 還有待于進(jìn)一步深入研究．

3.1.3 土壤質(zhì)量對不同施肥方式的響應(yīng)

在構(gòu)建土壤質(zhì)量指數(shù)最小數(shù)據(jù)集的過程中， 選取了有關(guān)微生物代謝特性、 酶活性以及土壤養(yǎng)分的4個(gè)指標(biāo)， 基本涵蓋了本研究涉及的土壤指標(biāo)． 最終結(jié)果顯示， 添加有機(jī)物料的處理下土壤質(zhì)量指數(shù)較高． 而且SQI數(shù)值最高的T3處理產(chǎn)量也最高， 整體與產(chǎn)量指標(biāo)趨勢相吻合． 值得注意的是， T4與T5土壤質(zhì)量指數(shù)雖高， 但產(chǎn)量表現(xiàn)不佳． 這可能是因?yàn)镾QI主要依據(jù)生長后期土樣數(shù)據(jù)構(gòu)建， 但小麥的生長過程中前期土壤的表現(xiàn)也尤為重要， 而化肥養(yǎng)分釋放效率較高， 導(dǎo)致產(chǎn)量一定程度上較高． 土壤的改良過程是漫長的， 具體表現(xiàn)還需較長時(shí)間來驗(yàn)證， 土壤質(zhì)量對肥料施用的響應(yīng)規(guī)律還有待進(jìn)一步深入研究．

3.1.4 小麥產(chǎn)量對不同施肥方式的響應(yīng)

有機(jī)物料的施加對于作物產(chǎn)量的影響效果往往因具體作用環(huán)境的不同而不同． 有試驗(yàn)顯示， 配合化肥施加生物炭能夠改善酸性土壤的性質(zhì)， 進(jìn)而提升水稻的產(chǎn)量［43］． 但是也有一些試驗(yàn)表明， 施加生物炭或?qū)⒁种谱魑镉酌绲纳L， 對于植物生物量的積累并無促進(jìn)作用［44-45］． 在本研究中， 一定量的生物炭、 有機(jī)肥配施化肥將提升小麥產(chǎn)量， 但是有機(jī)物料的比例進(jìn)一步加大時(shí)， 作物的產(chǎn)量反而下降， 說明當(dāng)有機(jī)物與化肥的比例過大時(shí)將抑制作物生長， 這與前人的研究結(jié)果一致［46-47］． 這可能是由于有機(jī)物料的適量添加有利于改良土壤理化性質(zhì)， 增強(qiáng)保水保肥能力， 提高養(yǎng)分含量， 利于作物的吸收利用［48］． 此外， 添加了有機(jī)物料的處理千粒質(zhì)量較高， 且占比過大的處理穗粒數(shù)較少． 這可能是由于養(yǎng)分在土壤中釋放較為緩慢且持久， 更能促進(jìn)在作物生育后期形成的干物質(zhì)向籽粒分配轉(zhuǎn)運(yùn)， 作物粒質(zhì)量由此得以提高［49］．

3.2 結(jié)論

1） 化肥減量配施有機(jī)肥與生物炭能夠有效提升土壤養(yǎng)分含量， 增強(qiáng)土壤酶活性及微生物代謝能力．

2） 肥料改良土壤的效果與有機(jī)物料的施加比例相關(guān)． 僅就本研究結(jié)果來看， 在N，P2O5，K2O施用量分別為225，90，90 kg/hm2條件下， 化肥減量20%與有機(jī)肥（3 000 kg/hm2）和生物炭（10 000 kg/hm2）配施能較好提升土壤質(zhì)量， 顯著提升作物產(chǎn)量．

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責(zé)任編輯 包穎