芦荻生物炭对水稻生长与氮磷损失及土壤理化性状的影响

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农业生产过程中过量施用化肥导致土壤氮磷经地表流失或地下淋失进入水体,使得化肥利用率严重降低,且引起水体富营养化等一系列农业面源污染问题。施用生物炭来治理农业面源污染问题已成为当前研究热点。而芦荻作为水生植物,对洞庭湖区域环境生态问题产生重要影响。因此,本研究采用洞庭湖芦荻秸秆制备的生物炭,选用第四纪红土母质发育的红黄泥和花岗岩母质发育的麻砂泥两种南方典型水稻土,设置不同梯度用量的芦荻生物炭处理,于2020年开展水稻盆栽试验,探究芦荻生物炭添加量对稻田土壤氮磷损失、土壤理化性质、水稻生长发育及养分吸收的影响。主要研究结果如下:(1)在麻砂泥水稻土中,施用生物炭能显著降低土壤氨挥发12.7%~46.8%;施用生物炭能增加土壤表面水平均p H值,但差异不显著;施用生物炭显著降低表面水铵态氮和硝态氮浓度分别达3.8%~65.4%和17.0%~32.4%;施用生物炭显著降低渗漏水全氮、铵态氮和硝态氮累积渗漏量分别达2.1%~26.4%、11.2%~54.5%和11.2%~26.2%。在红黄泥水稻土中,施用芦荻生物炭会提高表面水p H值0.56~1.25个单位,增加水稻生长前期土壤氨挥发程度。生物炭添加量在4%及以下时可降低两种土壤的表面水和渗漏水中全氮、铵态氮和硝态氮浓度,减少氮素流失量;生物炭添加量在6%及以上时会提高两种土壤的表面水和渗漏水中全氮、铵态氮和硝态氮浓度,增加氮素流失风险。(2)生物炭添加量在4%及以下时均会降低不同类型水稻土表面水和渗漏水全磷、可溶性磷和颗粒态磷浓度,减少磷素流失量。生物炭添加量在6%及以上时会显著提高表面水全磷和可溶性磷浓度,增加磷素流失风险。(3)施用芦荻生物炭显著提高麻砂泥和红黄泥水稻土0~40 cm土层养分含量,其中全氮含量分别提高6.7%~29.5%和14.4%~130.2%;全磷含量分别提高2.4%~41.9%和1.3%~138.9%;有效磷含量分别提高3.0%~127.2%和0~40.0%;速效钾含量分别提高56.1%~2650.0%和237.2%~6129.0%;有机质含量分别提高8.9%~93.8%和141.2%~987.3%。施用生物炭对土壤全钾含量影响不大。施用芦荻生物炭显著增加两种水稻土土壤p H值,且随着生物炭施用量的增加而增加。生物炭显著降低两种水稻土0~20 cm根层土壤容重分别达2.6%~13.1%和2.7%~16.1%,且随着生物炭施用量的增加而降低。(4)施用生物炭分别显著提高不同类型水稻土种植水稻株高6.5%~15.9%和3.3%~20.0%,但降低了水稻SPAD值和分蘖数;显著提高水稻地上部干物质总量分别达0.6%~18.6%和15.6%~42.4%,并增加实际产量,其中2%~4%生物炭添加量对水稻生长效果最佳;显著提高水稻植株氮磷钾累积吸收量。综上所述,添加2%~4%生物炭能有效减少麻砂泥和红黄泥土壤氮磷损失,同时显著增加土壤养分含量及其有效性,改善土壤结构,促进水稻生长与养分吸收,达到增产的效果。因此,在实际生产过程中,充分考虑化肥施用与经济成本等问题的前提下,生物炭施用量在2%~4%之间能产生良好的环境效益与经济效益。
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