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秸秆及生物炭作为生物改良剂和有机肥源,对土壤修复、培肥土壤及农作物生产具有较高的直接和间接价值。为明确秸秆炭化还田及直接还田在培肥改土中的效果差异,本研究以沈阳农业大学植物营养与肥料研究所玉米、花生棕壤渗滤池定位微区为平台,以秸秆和用等量秸秆为原料炭化制成的生物炭为试验材料,连续进行了4年的田间微区(2m~2)试验。试验采用氮磷钾等养分设计,共设6个处理,分别为不施肥(CK)、氮磷钾配施(NPK)、单施生物炭(C)、生物炭+NPK(CNPK)、单施秸秆(S)、秸秆+NPK(SNPK)。通过比较在等秸秆量与等氮磷钾养分条件下,生物炭及秸秆对土壤酸度改良及活性有机碳的影响,旨在探明秸秆炭化还田及其直接还田在培肥地力及土壤改良方面的理化机制,为循环农业秸秆资源综合化利用提供理论参考。主要研究结果如下:(1)与试验前相比,秸秆直接还田及炭化还田后,土壤物理性质及养分产生显著影响。施用生物炭及秸秆均显著降低了土壤容重,增加了土壤孔隙度,提高了土壤含水量、田间持水量和有机质含量,且生物炭对提高土壤有机质的作用优于秸秆还田。玉米试验中,秸秆炭化还田较其直接还田提高土壤含水量和氮素含量的效果更为显著;秸秆直接还田对提高土壤田间持水量和土壤全量钾的效果更明显。(2)经过连续4年的不同施肥处理,施用生物炭及秸秆均显著提高了土壤pH,降低了土壤交换性酸总量和交换性铝含量,但各处理间交换性H~+含量差异不显著。相较于试验前土壤(pH=6.05),单施生物炭和单施秸秆分别使玉米试验土壤pH提高了0.55和0.45个单位,使花生试验土壤pH提高了0.32和0.46个单位。与不施肥对照相比,秸秆炭化还田及其直接还田均使土壤交换性酸降低了25%以上,但二者之间无显著差异。在等秸秆量和等养分条件下,秸秆炭化还田对提高土壤盐基离子总量及ECEC的效果显著优于秸秆直接还田。在玉米试验中,秸秆炭化还田对土壤pH的调节作用更为明显。在花生试验中,单施生物炭对土壤CEC的提升作用更为显著。(3)施用生物炭和秸秆显著增加了土壤有机碳及活性有机碳,且秸秆炭化还田提高土壤总有机碳的作用更明显,秸秆直接还田提高土壤活性有机碳的效果更为显著。在等养分条件下,秸秆炭化还田对提高玉米、花生试验土壤LROC的效果要显著高于秸秆直接还田;秸秆直接还田对提高玉米试验土壤MROC的效果显著高于秸秆炭化还田;秸秆直接还田对提高花生试验土壤HROC及MROC的效果显著高于秸秆炭化还田。施用生物炭及秸秆显著提高了土壤碳库管理指数,在等氮磷钾养分条件下,秸秆炭化还田及直接还田分别使玉米试验土壤CMI较试验前上升了51.17和54.47个单位;使花生试验土壤CMI较试验前上升了68.61和89.59个单位。相关性分析发现,有机碳及活性有机碳,活性有机碳及其各组分间均存在显著或极显著相关关系;土壤有机碳和活性有机碳与CEC、ECEC及交换性盐基离子含量也呈现出显著或极显著相关关系(4)秸秆及其炭化还田对作物生长发育和产量有不同影响。在等氮磷钾养分条件下,生物炭、秸秆配施化肥及单施化肥都能有效增加玉米、花生作物产量,其中玉米产量以CNPK处理最高,达12458.36 kg/hm~2,花生产量以NPK处理最高,达6051.36 kg/hm~2,且秸秆炭化还田及直接还田与单施化肥之间对产量的影响无显著性差异,其增产效果基本一致。单施生物炭及秸秆对玉米、花生无显著増产效应。单施生物炭及单施秸秆均可以增加花生叶片CCI值及花生主茎高和玉米株高,且生物炭较秸秆对玉米株高和花生叶片CCI值的促进作用更为明显,二者之间对花生主茎高的影响无明显差异。在等养分条件下,生物炭配施化肥较秸秆配施化肥对提高玉米及花生CCI值的效果更具有优势。