生物炭配施氮肥改善表层土壤生物化学性状研究

引用本文

doi: http://dx.doi.org/10.11674/zwyf.18154

孟繁昊, 高聚林, 于晓芳, 王志刚, 胡树平, 青格尔, 孙继颖, 屈佳伟. 生物炭配施氮肥改善表层土壤生物化学性状研究[J]. 植物营养与肥料学报, 2018, 24(5): 1214-1226.

MENG Fan-hao, GAO Ju-lin, YU Xiao-fang, WANG Zhi-gang, HU Shu-ping, QING Ge-er, SUN Ji-ying, QU Jia-wei. Inprovent of biochemical property of surface soil by combined application of biochar with nitrogen fertilizer[J]. Journal of Plant Nutrition and Fertilizers, 2018, 24(5): 1214-1226.

生物炭配施氮肥改善表层土壤生物化学性状研究

孟繁昊^1,2, 高聚林¹, 于晓芳¹, 王志刚¹, 胡树平¹, 青格尔¹, 孙继颖¹, 屈佳伟¹

1. 内蒙古农业大学农学院，内蒙古呼和浩特 010019;
2. 内蒙古民族大学农学院，内蒙古通辽 028000

收稿日期：2018-05-03; 接受日期：2018-05-28

基金项目：国家重点研发计划项目(2017YFD0300800，2017YFD0300804，2017YFD0300802)；国家玉米产业技术体系 (CARS-02-63)；华北黄土高原地区作物栽培科学观测实验站（25204120）资助。

作者简介：孟繁昊E-mail：mengfanhao1980@126.com

通信作者：高聚林E-mail：nmgaojulin@163.com

摘要: 【目的】探讨生物炭配施氮肥对土壤碳氮、生物学性质及春玉米产量的影响，阐明生物炭配施氮肥后，土壤碳氮含量及生化性质变化规律，旨在为合理培肥、改善土壤环境、增加春玉米产量提供科学依据。【方法】在内蒙古西部 (包头) 和东部 (通辽) 2个试验点进行大田试验，设生物炭用量0、8、16、24 t/hm² 4个水平 (分别记作C₀、C₈、C₁₆、C₂₄) ，设施氮量 0、150、300 kg/hm² 3个水平 (分别记作N₀、N₁₅₀、N₃₀₀) ，于成熟期测产，并于收获后分3个土层 (0—10 cm、10—20 cm、20—40 cm) 测定土壤碳氮含量、微生物量及酶活性。【结果】生物炭和氮肥对2个试验点0—10 cm、10—20 cm和20—40 cm土层有机碳、碳氮比、微生物量及酶活性均有极显著影响 (P < 0.01) ，且两者交互作用极显著。3个土层有机碳含量以及0—10 cm和10—20 cm土层全氮含量在各施氮水平随生物炭施用量的增加而增加。施加生物炭和氮肥均能显著提高3个土层的微生物量碳、微生物量氮、蔗糖酶活性、脲酶活性以及总体酶活参数，且随炭、氮施入量的增加呈先增后减的趋势；施用生物炭后0—10 cm和10—20 cm土层的微生物量碳、微生物量氮以及蔗糖酶、脲酶活性均显著高于20—40 cm土层。生物炭配施氮肥可显著提高春玉米穗粒数、百粒重及产量，2试验点产量均以C ₈N₁₅₀最大，包头和通辽分别为15.51 t/hm²和16.43 t/hm²。通过相关分析可知，春玉米产量主要与0—10 cm和10—20 cm土层的微生物量及酶活性有关。【结论】适量生物炭配施氮肥能够增加土壤碳氮储量、微生物量和酶活性，改善土壤微生态环境。炭氮配施能够提高土壤肥力，减少氮肥用量，本试验中以8 t/hm²生物炭配施150 kg/hm²氮肥为最佳施肥量。

关键词: 生物炭氮肥土壤碳氮平衡

Inprovent of biochemical property of surface soil by combined application of biochar with nitrogen fertilizer

MENG Fan-hao^1,2, GAO Ju-lin¹, YU Xiao-fang¹, WANG Zhi-gang¹, HU Shu-ping¹, QING Ge-er¹, SUN Ji-ying¹, QU Jia-wei¹

1. College of Agronomy, Inner Mongolia Agricultural University, Hohhot 010019, China;
2. College of Agronomy, Inner Mongolia Nationality University, Tongliao 028000, China

Abstract: 【Objectives】 The objectives of this study were to investigate the influence of combined application of biochar with nitrogen (N) fertilizer on soil carbon and nitrogen, biological property and spring maize yield, to elucidate the changing rule of soil carbon (C) and N content and the biological character by combined application of biochar with N fertilizer, providing a scientific basis for reasonable fertilization, improving soil environment and increasing spring maize yield. 【Methods】 Field experiments were conducted in the west (Baotou) and east (Tongliao) region of Inner Mongolia. There were four biochar rates as 0, 8, 16, 24 t/hm² (expressed as C₀, C₈, C₁₆, C₂₄, respectively) and three N rates of 0, 150, 300 kg/hm² (expressed as N₀, N₁₅₀, N₃₀₀, respectively). Soil C, N content, microbial biomass and enzyme activity of three soil layers (0–10 cm, 10–20 cm and 20–40 cm) and maize yield were tested at harvest. 【Results】 Biochar and N fertilizer application significantly affected the organic carbon, C/N ratio, microorganism quantity and enzyme activity of 0–10 cm, 10–20 cm and 20–40 cm soil layers (P < 0.01), and their interaction was also significant in two experimental sites. With the increase of biochar application rate, organic C in three soil layers and total N in 0–10 cm and 10–20 cm soil layers were gradually increased in two sites. Applying biochar and N fertilizer could significantly improve microbial biomass C, microbial biomass N, sucrase activity, urease activity, catalase activity, total enzyme activity index in the three soil layers, and had the trend of increase first, then decrease with the increase of biochar and N application rates. The microbial biomass C, microbial biomass N and sucrose enzyme and urease activity in the 0–10 cm and 10–20 cm soil layers were significantly higher than those in the 20–40 cm soil layer. N fertilizer and biochar could significantly increase grain number per cob, 100-seed weight and the yield of spring maize in Baotou and Tongliao. The maximum yield of 15.51 t/hm ² and 16.43 t/hm² in Baotou and Tongliao, respectively, was from the treatment of C₈N₁₅₀. According to the correlation analysis, spring maize yield was mainly related to the microbial biomass and enzyme activity in 0–10 cm and 10–20 cm soil layers. 【Conclusions】 The appropriate rate of biochar combined with N fertilizer could increase the soil carbon and nitrogen reserves, microbial biomass and enzyme activity in Inner Mongolia, improve the soil micro-ecological environment, and finally increase the yield of spring maize. Combined application of biochar and N fertilizer could improve soil fertility and reduce chemical fertilizer input. From this experiment, the optimal combination was 8 t/hm² of biochar and 150 kg/hm² of N fertilizer.

Key words: biolchar nitrogen fertilizer soil carbon and nitrogen balance

生物炭 (biochar) 通常指农林废弃物等生物质在缺氧条件下不完全燃烧产生的富碳产物^[1]，炭化后具有多微孔结构和较大的比表面积^[2]，施入土壤后能够降低土壤容重，改善土壤结构性。生物炭的高度羧酸酯化、芳香化结构特征还使其具备了极强的吸附能力^[3]，可增加土壤中的有效水分、养分，提升肥料利用率，成为农业中改善土壤状况、节本增效的理想材料^[4–5]。

近年来，生物炭作为农业废弃物的再利用资源，因能够改善土壤水肥状况、增产增效受到广泛关注^[6–7]。由于土壤类型和气候环境的不同，生物炭对土壤和作物的影响也不尽相同，但生物炭改善土壤状况、促进作物生长方面的正向效应已受到国内外学者的普遍认可^[8–9]。生物炭施入土壤后可增加土壤有机碳库存^[10–11]，提高土壤供氮能力^[12–13]，增加微生物数量及活性^[14]，改善根际土壤环境，促进作物生长。战秀梅等^[15]通过4年连续定位试验，研究生物炭对棕壤理化性质的影响，发现土壤有机碳和全氮分别增加了27.6%和75.6%。Uzoma等^[16]通过研究生物炭对沙质土壤上玉米产量的影响表明，施入15 t/hm²和20 t/hm²生物炭时，产量分别提高150%和98%。

但众多研究表明，生物炭的过量施用降低土壤微生物量、酶活性^[14]，甚至导致减产^[17]。通过土壤微生物碳氮平衡原理可知^[18]，维持微生物正常活动的碳氮源存在固定比例，过量施炭有可能打破这种比例进而抑制微生物数量，本研究以此为切入点，探究生物炭配施氮肥后，土壤碳氮储量、微生物量及酶活性的变化规律，旨在为改善土壤微生态环境以及春玉米的增产增效提供科学依据。

1 材料与方法 1.1 试验地概况

本研究利用内蒙古自治区东部和西部不同的气候环境及土壤条件，于2017年在内蒙古东部 (通辽市开鲁县小街基镇范家窑村) 和西部 (包头市土默特右旗沟门镇北只图村) 进行试验。2个试验点位置和春玉米生育期 (4—10月) 内气候情况以及0—20cm土壤基本理化性质见表 1和表 2。

表1 试验地经纬度和春玉米生育期内的气候条件 Table 1 The geodetic latitude and climatic conditions in spring corn growth period of experimental sites

表2 试验地土壤基础肥力 Table 2 Soil basic fertility of the experimental sites

1.2 试验材料

本试验所用生物炭为玉米秸秆在缺氧条件下300～350℃烧制而成，由沈阳卡力玛生物炭科技开发有限公司生产，其pH为10.08，含碳71.23%、氮1.51%、磷 (P) 0.78%、钾 (K) 1.68%。

1.3 试验设计

试验采用裂区设计，主区设3个氮肥水平，副区设4个生物炭水平，3次重复，共36个小区，每小区长5 m、宽6 m。生物炭于播前撒于地表，同底肥 (P₂O₅ 90 kg/hm²、K₂O 45 kg/hm²) 一起均匀旋耕入土于耕层15 cm左右，氮肥按3∶7分别于拔节期、大口期追施尿素。本试验供试品种为先玉335，种植密度为75000株/hm²。包头于2017年4月20日统一机播，9月30日收获；通辽于2017年4月27日人工点播，10月3日收获。全生育期间灌水4次，每次灌水定额均为750 m³/hm²。其他管理同大田生产。各处理组合生物炭和氮用量见表 3。

表3 各处理生物炭和氮用量 Table 3 Biochar and nitrogen input in different treatments

1.4 样品采集及指标测定方法 1.4.1 样品的采集

于玉米播种前采集0—20 cm土壤样品，于收获时按每个小区0—10 cm、10—20 cm和20—40 cm分层取100 g左右保存于4℃冰箱中，用于土壤微生物量碳、氮的测定，其余50 g土样于阴凉处风干，供土壤有机碳、全氮和土壤酶活性的测定。

1.4.2 测定指标及方法

土壤基本生物化学性质采用鲍士旦《土壤农化分析》中的方法^[19]测试；土壤有机碳采用K₂Cr₂O₇氧化外加热法测定；土壤全氮采用全自动凯氏定氮仪测定；微生物量碳、氮用氯仿熏蒸灭菌—K₂SO₄浸提法测定^[20]；脲酶采用靛酚蓝比色法测定；过氧化氢酶和蔗糖酶采用比色法测定^[21]。

用同一土层整个供试土样酶活性的平均值为参比，分别计算各土样酶活性的相对值，然后累加即为各土样的总体酶活参数。

总体酶活参数 (Et) = ∑Xi/X

式中：Xi为供试样品第i种酶活性实测值；X为同种酶活性平均值^[22]。

于玉米生理成熟期，田间每小区选取无缺苗断垄且长势整齐的两行实收，待果穗风干后考种，逐穗测定穗粒数后全部脱粒，测定百粒重，并计算籽粒理论产量。

1.5 数据处理

采用SPSS 17.0统计软件对数据进行两因素方差分析，LSD法进行多重比较 (P = 0.05) ，采用Sigma Plot 12.0进行图表绘制。

2 结果与分析 2.1 生物炭配施氮对土壤有机碳、全氮及碳氮比的影响

对2个试验点相同处理的有机碳 (SOC)、全氮(TN)和碳氮比(C/N)取均值进行两因素方差分析，由表 4可知，生物炭和氮用量对0—10 cm、10—20 cm和20—40 cm土层的有机碳和碳氮比均有极显著影响 (P < 0.01) ，且二者间交互作用极显著；仅生物炭对0—10 cm和10—20 cm土层全氮有极显著影响。2个试验点3个土层土壤有机碳在各施氮水平下，随生物炭施用量的增加而增加，包头和通辽2个试验点均以C ₂₄为最大值，3个土层分别较C₀显著增加25.21%～31.12%、24.03%～29.87%和19.33%～49.42% (P < 0.05) 。2个试验点0—10 cm和10—20 cm土层土壤全氮在各施氮水平下随生物炭用量的增加而增加，包头和通辽2个试验点均以C ₂₄为最大值，分别较C₀处理显著增加3.39%～21.17%和11.36%～39.07%；20—40 cm土层，各施炭水平，包头施氮处理 (N₁₅₀、N₃₀₀) 较不施氮处理 (N₀) 显著增加2.16%～13.40%，通辽各施氮处理间差异不显著。包头的0—10 cm和20—40 cm土层，通辽的3个土层，同一施氮水平，施炭处理 (C₈、C₁₆、C₂₄) 均显著增加了土壤碳氮比；同一施生物炭水平下，各施氮处理间差异不显著。

表4 生物炭配施氮肥对土壤有机碳 (SOC) 、全氮 (TN) 和碳氮比 (C/N) 的影响 Table 4 Effects of combined application of biochar and nitrogen on soil organic carbon (SOC), total nitrogen (TN) and carbon/nitrogen (C/N)

地点 Site	处理 Treatment	SOC (g/kg)			TN (g/kg)			C/N
地点 Site	处理 Treatment	0—10 cm	10—20 cm	20—40 cm	0—10 cm	10—20 cm	20—40 cm	0—10 cm	10—20 cm	20—40 cm
包头 Baotou	N₀C₀	11.55 d	11.34 d	9.27 d	1.16 ab	0.90 b	1.00 a	9.99 c	12.54 a	9.24 d
	N₀C₈	12.75 c	12.08 c	11.05 c	1.07 c	0.96 b	1.01 a	11.92 b	12.58 a	10.89 c
	N₀C₁₆	13.89 b	13.09 b	12.05 b	1.12 bc	1.20 a	1.02 a	12.43 a	10.91 b	11.76 b
	N₀C₂₄	14.47 a	14.07 a	13.84 a	1.20 a	1.25 a	1.02 a	12.11 a	11.29 b	13.55 a
	N₁₅₀C₀	11.64 d	11.87 c	10.44 d	1.00 c	0.92 c	1.11 a	11.61 b	12.87 a	9.40 c
	N₁₅₀C₈	12.72 c	12.93 b	11.19 c	1.08 b	1.10 b	1.04 b	11.73 ab	11.79 b	10.80 b
	N₁₅₀C₁₆	13.93 b	14.81 a	12.06 b	1.14 ab	1.24 a	1.11 a	12.22 a	11.94 b	10.88 b
	N₁₅₀C₂₄	14.87 a	15.40 a	13.74 a	1.21 a	1.28 a	1.07 ab	12.24 a	12.00 b	12.79 a
	N₃₀₀C₀	11.54 c	11.11 c	10.91 c	1.02 c	0.94 d	1.13 a	11.35 b	11.82 a	9.61 b
	N₃₀₀C₈	13.03 b	11.71 bc	11.67 b	1.11 b	1.01 c	1.12 a	11.75 b	11.63 a	10.40 a
	N₃₀₀C₁₆	14.59 a	12.19 b	12.93 a	1.15 b	1.16 b	1.13 a	12.65 a	10.52 b	11.41 a
	N₃₀₀C₂₄	15.13 a	13.87 a	13.01 a	1.22 a	1.29 a	1.16 a	12.41 a	10.75 b	11.23 a
通辽 Tongliao	N₀C₀	11.51 d	11.29 c	10.26 c	1.05 b	1.07 b	1.13 a	10.92 b	10.54 b	9.12 d
	N₀C₈	12.64 c	12.68 b	11.10 b	1.05 b	1.12 b	1.13 a	12.04 a	11.29 a	9.86 c
	N₀C₁₆	13.45 b	13.94 a	12.67 a	1.13 a	1.20 a	1.14 a	11.87 a	11.62 a	11.15 b
	N₀C₂₄	14.68 a	14.49 a	13.27 a	1.19 a	1.25 a	1.12 a	12.31 a	11.58 a	11.85 a
	N₁₅₀C₀	12.02 d	11.71 d	10.59 c	1.06 b	1.08 b	1.14 ab	11.39 b	10.80 c	9.26 c
	N₁₅₀C₈	13.04 c	12.84 c	11.63 b	1.06 b	1.13 b	1.08 b	12.25 a	11.39 b	10.76 ab
	N₁₅₀C₁₆	13.90 b	14.02 b	12.20 ab	1.15 a	1.23 a	1.15 a	12.05 a	11.39 b	10.59 b
	N₁₅₀C₂₄	15.06 a	15.21 a	12.79 a	1.20 a	1.26 a	1.13 ab	12.59 a	12.03 a	11.34 a
	N₃₀₀C₀	12.23 d	11.78 d	10.57 c	1.06 b	1.09 b	1.18 a	11.54 b	10.76 b	8.94 c
	N₃₀₀C₈	13.04 c	13.24 c	11.73 b	1.07 b	1.14 b	1.16 a	12.18 a	11.61 a	10.11 b
	N₃₀₀C₁₆	14.64 b	13.80 b	12.22 b	1.18 a	1.22 a	1.16 a	12.40 a	11.30 a	10.56 ab
	N₃₀₀C₂₄	15.33 a	14.89 a	13.15 a	1.21 a	1.28 a	1.18 a	12.63 a	11.59 a	11.11 a
	C	**	**	**	**	**	NS	**	**	**
	N	**	**	**	NS	NS	NS	**	**	**
	C × N	**	**	**	NS	NS	NS	**	**	**
注（Note）：同列数据后不同小写字母表示同一土层相同施氮量下不同生物炭处理间差异达 0.05 显著水平 Values followed by different letters in the column are significantly different at the 0.05 probability level among different biocar treatments of same layer under same nitrogen rate. **—P < 0.01；NS—Not significant.

2.2 生物炭配施氮对土壤微生物量及微生物商的影响

对2个试验点相同处理的微生物量碳 (SMBC) 、微生物量氮 (SMBN) 和土壤微生物商 (SMQ) 取均值进行两因素方差分析，由表 5可知，生物炭和氮对0—10 cm、10—20 cm和20—40 cm土层的SMBC、SMBN和SMQ均有极显著影响 (P < 0.01)，且二者间交互作用极显著。2个试验点3个土层SMBC在同一施氮水平，随生物炭施用量的增加呈先增后减的趋势。0—10 cm和10—20 cm土层，各施氮水平下，包头施炭处理 (C ₈、C₁₆、C₂₄) 较不施炭处理 (C₀) 显著增加9.10%～32.78%和22.35%～128.82% (P < 0.05) ，通辽仅C ₈处理较C₀处理显著增加了20.04%～107.03%和1.61%～34.59%；各施炭水平下，仅N₁₅₀处理较N₀处理显著增加2.70%～58.20%和7.03%～58.29%。2个试验点3个土层SMBN在同一施氮水平，随生物炭量增加呈先增后减趋势，施炭处理 (C₈、C₁₆、C₂₄) 均显著大于不施炭处理 (C₀) 。0—10 cm和10—20 cm土层，仅C₈在各施氮水平较C₀显著增加20.00%～175.70%和28.84%～102.34%；各施炭水平，N₁₅₀处理和N₃₀₀处理较N₀处理显著增加2.70%～58.20%和7.03%～58.29%。SMQ是指SMBC与SOC的比值，用来表征土壤碳库的活性特征。2个试验点0—10 cm和10—20 cm的SMQ在各施氮水平，仅C₈处理较C₀处理显著增加了12.98%～54.08%和15.52%～97.93%；各施炭水平，仅N₁₅₀处理较N₀处理显著增加了6.75%～51.39%和3.43%～57.33%。

表5 生物炭配施氮对土壤微生物量碳 (SMBC) 、微生物量氮 (SMBN) 和微生物商 (SMQ) 的影响 Table 5 Effects of combined application of biochar and nitrogen on soil microbial biomass carbon (SMBC), soil microbial biomass nitrogen (SMBN), soil microbial quotient (SMQ)

地点 Site	处理 Treatment	SMBC (mg/kg)			SMBN (mg/kg)			SMQ
地点 Site	处理 Treatment	0—10 cm	10—20 cm	20—40 cm	0—10 cm	10—20 cm	20—40 cm	0—10 cm	10—20 cm	20—40 cm
包头Baotou	N₀C₀	89.87 c	117.66 d	103.27 c	31.32 b	23.49 c	21.69 b	8.52 b	10.37 c	11.15 a
	N₀C₈	111.17 a	175.00 a	107.76 bc	37.58 a	33.49 a	22.46 ab	8.72 a	14.49 a	9.75 b
	N₀C₁₆	106.41 ab	167.53 b	125.71 a	25.45 d	27.38 b	22.69 ab	7.66 c	12.80 b	10.43 ab
	N₀C₂₄	102.33 b	143.97 c	112.49 b	28.53 c	27.71 b	23.58 a	7.07 d	10.23 c	8.13 c
	N₁₅₀C₀	113.42 c	142.98 c	109.93 b	42.02 c	30.59 d	19.27 c	9.74 b	12.04 b	10.53 b
	N₁₅₀C₈	150.60 a	193.78 a	170.06 a	55.70 a	61.89 a	43.66 a	11.84 a	14.99 a	15.19 a
	N₁₅₀C₁₆	125.94 b	179.30 b	109.66 b	50.74 b	53.65 b	40.36 b	9.04 c	12.10 b	9.09 c
	N₁₅₀C₂₄	105.09 d	176.50 b	102.67 b	30.72 d	36.87 c	20.44 c	7.07 d	11.46 c	7.47 d
	N₃₀₀C₀	106.57 d	75.81 c	74.86 b	50.73 b	26.02 b	21.83 c	9.24 b	6.82 d	6.86 c
	N₃₀₀C₈	135.98 a	158.09 b	79.40 b	59.08 a	46.27 a	37.87 a	10.44 a	13.50 b	6.80 c
	N₃₀₀C₁₆	120.88 b	173.47 a	118.09 a	40.74 c	49.87 a	29.91 b	8.28 c	14.23 a	9.13 a
	N₃₀₀C₂₄	116.26 c	167.39 a	111.28 a	32.25 d	28.27 b	23.43 c	7.69 d	12.07 c	8.55 b
通辽 Tongliao	N₀C₀	64.29 d	96.73 b	55.82 c	14.44 c	27.54 b	11.04 d	5.59 d	8.57 b	5.44 c
	N₀C₈	108.78 c	130.19 a	66.55 b	39.82 a	35.48 a	18.51 c	8.61 b	10.27 a	6.00 b
	N₀C₁₆	133.10 a	98.37 b	89.95 a	32.25 b	36.09 a	28.44 a	9.90 a	7.06 c	7.10 a
	N₀C₂₄	119.64 b	90.91 c	64.39 b	31.32 b	28.90 b	26.48 b	8.15 c	6.27 d	4.85 d
	N₁₅₀C₀	101.71 c	117.48 c	69.26 c	37.59 c	39.95 c	18.32 c	8.46 c	10.03 c	6.54 c
	N₁₅₀C₈	148.83 a	157.53 a	99.81 a	52.32 a	59.63 a	36.08 a	11.41 a	12.27 a	8.59 a
	N₁₅₀C₁₆	131.12 b	155.71 a	94.01 a	50.05 a	57.71 ab	34.56 a	9.43 b	11.10 b	7.71 b
	N₁₅₀C₂₄	130.93 b	122.44 b	83.34 b	43.46 b	54.12 b	27.68 b	8.70 c	8.05 d	6.51 c
	N₃₀₀C₀	98.03 c	111.08 b	77.09 b	27.32 c	22.55 c	17.02 d	8.02 c	9.43 b	7.29 a
	N₃₀₀C₈	128.82 a	144.19 a	79.64 ab	66.00 a	36.19 a	33.45 b	9.88 a	10.89 a	6.79 b
	N₃₀₀C₁₆	132.01 a	114.61 b	84.81 a	42.10 b	38.95 a	37.04 a	9.02 b	8.31 c	6.94 ab
	N₃₀₀C₂₄	117.67 b	112.87 b	80.98 ab	40.42 b	29.11 b	20.69 c	7.68 d	7.58 d	6.16 c
	C	**	**	**	**	**	**	**	**	**
	N	**	**	**	**	**	**	**	**	**
	C × N	**	**	**	**	**	**	**	**	**
注（Note）：同列数据后不同小写字母表示同一土层同一施氮量下不同生物炭处理间差异达 0.05 显著水平 Values followed by different letters in the column are significantly different at the 0.05 probability level among different biocar treatments of same layer under same nitrogen fertilizer rate. **—P < 0.01.

各炭氮处理组合的SMBC和SMQ，包头10—20 cm土层显著大于20—40 cm土层，通辽0—10 cm和10—20 cm土层显著大于20—40 cm土层；各炭氮处理组合的SMBN，2个试点0—10 cm和10—20 cm土层均显著大于20—40 cm。

2.3 生物炭配施氮对土壤酶活性的影响

对2个试验点相同处理的蔗糖酶 (Su) 、脲酶 (Ur) 和过氧化氢酶 (Cat) 取均值进行两因素方差分析，由表 6可知，生物炭和氮肥对0—10 cm、10—20 cm和20—40 cm土层的三种酶活性均有极显著影响 (P < 0.01) ，且二者交互影响极显著。

表6 生物炭配施氮对土壤酶活性的影响 Table 6 Effects of combined application of biochar and nitrogen on soil enzyme activities

地点 Site	处理 Treatment	Su [mg/ (g·d)]			Ur [mg/ (g·d)]			Cat [mg/ (g·d)]
地点 Site	处理 Treatment	0—10 cm	10—20 cm	20—40 cm	0—10 cm	10—20 cm	20—40 cm	0—10 cm	10—20 cm	20—40 cm
包头 Baotou	N₀C₀	23.06 c	21.00 c	9.93 b	1.21 c	1.15 c	0.52 c	1.12 a	1.27 b	1.39 b
	N₀C₈	26.90 b	25.24 b	11.42 ab	2.35 a	1.63 a	0.91 b	1.04 b	1.99 a	2.11 a
	N₀C₁₆	28.11 ab	26.84 ab	11.83 a	2.38 a	1.50 b	0.92 b	1.08 ab	1.83 a	2.06 a
	N₀C₂₄	30.30 a	27.83 a	11.13 ab	1.90 b	1.43 b	1.19 a	1.02 b	1.31 b	2.02 a
	N₁₅₀C₀	30.38 c	31.13 b	10.59 b	2.47 c	1.01 c	0.65 c	1.09 d	1.18 b	1.01 d
	N₁₅₀C₈	39.59 a	36.18 a	12.93 a	4.61 a	2.19 b	1.13 a	1.73 b	1.97 a	1.31 c
	N₁₅₀C₁₆	40.63 a	37.36 a	12.51 a	4.18 b	2.44 a	1.12 a	2.61 a	1.34 c	1.97 a
	N₁₅₀C₂₄	35.02 b	37.48 a	12.18 a	2.49 c	2.35 a	0.73 b	1.45 c	1.16 d	1.46 b
	N₃₀₀C₀	31.45 b	29.46 c	10.76 c	1.81 c	1.06 b	0.74 b	1.67 b	0.64 c	1.38 b
	N₃₀₀C₈	38.21 a	35.14 a	12.87 a	3.96 a	1.18 a	1.01 a	1.29 c	1.57 a	2.05 a
	N₃₀₀C₁₆	38.21 a	35.33 a	11.85 b	3.09 b	1.20 a	1.04 a	2.07 a	1.26 b	1.29 c
	N₃₀₀C₂₄	37.93 a	32.82 b	11.72 c	1.46 d	1.16 a	1.03 a	1.62 b	1.57 a	1.00 d
通辽 Tongliao	N₀C₀	29.55 c	26.74 c	12.27 c	1.24 c	1.47 a	0.58 c	1.32 b	1.00 c	1.39 c
	N₀C₈	32.84 b	31.00 b	21.64 ab	1.33 c	1.49 a	0.71 b	1.30 b	1.90 a	2.02 b
	N₀C₁₆	34.97 b	34.70 a	20.99 b	1.88 a	1.29 b	0.75 b	1.54 a	1.66 b	2.64 a
	N₀C₂₄	41.16 a	31.44 b	22.49 a	1.68 b	1.22 b	0.91 a	1.23 b	1.57 b	0.80 d
	N₁₅₀C₀	38.43 b	29.44 d	17.92 c	1.34 c	1.53 c	0.66 d	1.15 d	1.58 b	1.93 b
	N₁₅₀C₈	51.73 a	38.94 a	32.49 a	2.40 a	2.49 a	1.47 a	2.93 b	2.41 a	2.11 a
	N₁₅₀C₁₆	50.14 a	35.28 b	23.40 b	2.41 a	1.69 b	1.06 b	3.64 a	1.26 c	2.00 ab
	N₁₅₀C₂₄	39.21 b	32.23 c	22.96 b	1.59 b	1.57 bc	0.71 c	1.95 c	0.75 d	1.54 c
	N₃₀₀C₀	24.46 c	28.88 b	21.17 b	1.29 b	1.04 b	0.56 b	1.23 c	1.02 b	1.50 c
	N₃₀₀C₈	37.69 b	31.10 a	26.00 a	1.54 a	1.67 a	1.05 a	2.01 a	1.78 a	1.81 b
	N₃₀₀C₁₆	42.35 a	32.13 a	25.90 a	1.33 b	1.50 a	1.07 a	2.01 ab	1.70 a	2.25 a
	N₃₀₀C₂₄	36.65 b	27.56 b	25.54 a	1.50 a	1.47 a	1.06 a	1.92 b	1.68 a	1.91 b
	C	**	**	**	**	**	**	**	**	**
	N	**	**	**	**	**	**	**	**	**
	C × N	**	**	**	**	**	**	**	**	**
注（Note）：同列数据后不同小写字母表示同一土层同一施氮量下不同生物炭处理间差异达 0.05 显著水平 Values followed by different letters in the column are significantly different at the 0.05 probability level among different biocar treatments of same layer under same nitrogen fertilizer rate. **—P < 0.01.

2个试验点3个土层蔗糖酶活性在各施氮水平下，随着施炭量的增加呈先增后减的趋势，C₈和C₁₆处理均显著大于C₀ 处理(P < 0.05) ；各施炭水平，N ₁₅₀和N₃₀₀处理均显著大于N₀处理，2个施氮量间差异不显著。包头3个土层分别以N₁₅₀C₁₆、N₁₅₀C₂₄、N₁₅₀C₈配施为最大值，通辽3个土层均以N₁₅₀C₈为最大值，较不施肥处理 (N₀C₀) 分别增加76.19%、77.90%、30.21%和75.06%、45.62%、164.79%。

2个试验点0—10 cm和10—20 cm土层脲酶活性在各施氮水平，随着施炭量的增加呈先增后减的趋势，施加生物炭处理 (C₈、C₁₆、C₂₄) 的脲酶活性较不施炭处理 (C₀) 显著增加3.10%～118.78%和9.43%～141.58%；各施炭水平，随着施氮量的增加呈先增后减趋势，均以N₁₅₀为最大值，较N₀显著增加8.06%～104.13%和4.08%～67.11%。20—40 cm土层，仅通辽在C₈和C₁₆处理，施氮处理 (N₁₅₀和N₃₀₀) 显著大于不施氮 (N₀) 。2个试验点0—20 cm (将0—10 cm和10—20 cm取均值) 和20—40 cm土层，各炭氮配施处理均以N₁₅₀C₈土壤脲酶活性为最大值，包头较不施肥 (N₀C₀) 显著增加188.14%、117.31%，通辽显著增加80.44%、153.45%。

2个试验点0—10 cm土层过氧化氢酶活性在施加生物炭处理 (C₈、C₁₆、C₂₄) 时，施氮处理 (N₁₅₀和N₃₀₀) 较不施氮处理 (N₀) 显著增加24.07%～141.67%。10—20 cm和20—40 cm土层在各施氮水平，随着生物炭用量的增加呈先增后减趋势，均以C₈处理为最大值，C₈较C₀处理显著增加52.53%～145.31%和9.33%～51.80%；各施炭水平，包头N₁₅₀和N₃₀₀处理均小于N₀处理。

土壤总体酶活参数 (Et) 用来表征供试土壤中土壤总体酶活性的大小，通过将实测值转化为相对值，综合评价了不同量纲酶活性的总体变化规律^[23]。由图 1可知，2个试验点0—10cm、10—20cm和20—40cm土层土壤总体酶活参数在同一施氮水平，随生物炭量的增加呈先增后减趋势，施加生物炭处理 (C₈、C₁₆、C₂₄) 较不施炭处理 (C₀) (P < 0.05) 显著增加5.80%～94.30%、2.69%～59.91%和6.11%～64.33%。0—10cm和10—20cm土层，包头的各施炭水平，N ₁₅₀较N₀显著增加28.28%～84.53%和19.36%～29.27%；通辽仅在C₈水平，N₁₅₀较N₀处理显著增加85.46%和38.68%；20—40cm土层随炭氮用量变化不一致。

图1 生物炭配施氮对春玉米土壤总体酶活性参数(Et)的影响 Fig. 1 Effects of combined application of biochar and nitrogen on total enzyme activity index (Et)

2.4 土壤碳氮与生物学性质的相关分析

由表 7可知，SOC与TN、C/N、SMBC、SMBN、Su、Ur呈极显著正相关 (P < 0.01) ；C/N与SMBC、SMBN、Su、Ur呈极显著正相关；SMBC与SMBN、SMQ、Su、Ur、Et极显著正相关；SMBN与SMQ、Su、Ur、Cat、Et极显著正相关；SMQ与Su、Ur、Et极显著正相关；Su与Ur极显著正相关，与Et显著正相关( P < 0.05)；Ur与Et极显著正相关，与Cat显著正相关；Cat与Et极显著正相关。

表7 土壤碳氮与生物学性质的相关分析 Table 7 Correlation analysis of soil carbon, nitrogen and biological property

项目Item	SOC	TN	C/N	SMBC	SMBN	SMQ	Su	Ur	Cat	Et
SOC	1
TN	0.700**	1
C/N	0.763**	0.074	1
SMBC	0.498**	0.237	0.478**	1
SMBN	0.466**	0.141	0.515**	0.701**	1
SMQ	0.038	–0.124	0.161	0.883**	0.547**	1
Su	0.631**	0.245	0.655**	0.702**	0.827**	0.472**	1
Ur	0.494**	0.102	0.592**	0.621**	0.891**	0.443**	0.886**	1
Cat	0.089	0.04	0.087	0.231	0.479**	0.219	0.193	0.369*	1
Et	0.311	0.16	0.287	0.565**	0.730**	0.475**	0.417*	0.598**	0.820**	1
注（Note）：—P < 0.05; *— P < 0.01.

2.5 生物炭配施氮肥对春玉米产量的影响以及产量与土壤生物化学性质的相关分析

由表 8可知，生物炭配施氮肥可显著增加春玉米穗粒数、百粒重及产量 (P < 0.05) ，且两者的交互作用达到显著水平。2个试验点穗粒数在各施氮水平，施炭处理 (C ₈、C₁₆、C₂₄) 较不施炭处理 (C₀) 显著增加1.01%～5.17%；在各施炭水平，施氮处理 (N₁₅₀、N₃₀₀) 较不施氮处理 (N₀) 显著增加7.15%～12.64%，但两个施氮水平间差异不显著。包头百粒重在各施氮水平，施炭处理较不施炭处理显著增加1.60%～5.52%，通辽仅在N₁₅₀，施炭处理显著大于不施炭处理。2个试验点产量均以N₁₅₀C₈为最大值，包头和通辽分别较不施肥处理 (N₀C₀) 显著增加26.06%和22.48%，较单独施氮处理 (N₁₅₀C₀) 显著增加20.07%和15.59%。同一施氮水平，产量随生物炭用量的增加先增后减，以C₈处理为最大值，3个氮水平 (N₀、N₁₅₀、N₃₀₀) ，包头和通辽分别较C₀处理增加4.99%、10.31%、4.99%和5.96%、7.83%、2.79%；同一施炭水平，施氮处理 (N₁₅₀、N₃₀₀) 产量均显著大于不施氮 (N₀) ，且均以N₁₅₀处理为最大值，包头和通辽分别较N₀处理显著增加14.28%～20.86%和13.58%～15.59%。

表8 生物炭配施氮肥对包头和通辽春玉米产量及构成因素的影响 Table 8 Effects of combined application of biochar and nitrogen on grain yield and component factor of Baotou and Tongliao

地点 Site	处理 Treatment	亩穗数 (穗/hm²) Ears number per hectare	穗粒数 (粒/穗) Grains per spike	百粒重 (g) 100-seed weight	产量 (t/hm²) Yield
包头Baotou	N₀C₀	74250.34	565.20 bc	34.51 b	12.31 c
	N₀C₈	73875.36	579.33 a	35.52 a	12.92 a
	N₀C₁₆	73778.10	570.90 b	35.64 a	12.76 ab
	N₀C₂₄	74667.00	562.27 c	35.20 a	12.56 bc
	N₁₅₀C₀	73444.79	613.67 c	36.70 c	14.06 c
	N₁₅₀C₈	74861.45	642.33 a	37.94 b	15.51 a
	N₁₅₀C₁₆	74305.93	625.87 b	38.72 a	15.31 ab
	N₁₅₀C₂₄	74097.57	625.40 b	38.55 a	15.18 b
	N₃₀₀C₀	73972.55	612.07 bc	36.79 c	14.16 b
	N₃₀₀C₈	73569.78	625.40 a	38.01 a	14.86 a
	N₃₀₀C₁₆	74105.90	619.20 ab	38.02 a	14.83 a
	N₃₀₀C₂₄	75417.03	611.33 c	37.38 b	14.65 a
通辽Tongliao	N₀C₀	75411.52	588.20 c	35.57 a	13.41 b
	N₀C₈	75555.96	618.60 a	35.76 a	14.21 a
	N₀C₁₆	74611.49	617.67 ab	35.86 a	14.05 ab
	N₀C₂₄	75167.08	610.07 b	35.76 a	13.94 ab
	N₁₅₀C₀	75667.00	662.47 b	35.77 c	15.24 c
	N₁₅₀C₈	75983.65	683.93 a	37.19 a	16.43 a
	N₁₅₀C₁₆	76500.40	681.40 a	36.08 b	15.99 b
	N₁₅₀C₂₄	74911.52	687.20 a	36.36 b	15.91 b
	N₃₀₀C₀	75222.61	654.93 b	35.95 a	15.05 a
	N₃₀₀C₈	74555.91	673.33 a	36.23 a	15.46 a
	N₃₀₀C₁₆	74722.61	671.47 a	36.04 a	15.37 a
	N₃₀₀C₂₄	75367.08	653.67 b	36.04 a	15.09 a
	C	NS	**	**	**
	N	NS	**	**	**
	C × N	NS	**	**	*
注（Note）：同列数据后不同小写字母表示同一施氮量下不同生物炭处理间差异达 0.05 显著水平 Values within a column followed by different letters are significantly different at the 0.05 probability level among different biocar treatments under same nitrogen fertilizer rate. —P < 0.05；*— P < 0.01；NS—Not significant.

由表 9可知，产量与0—10 cm土层的SMBC、SMBN、Su、Cat、Et极显著正相关 (P < 0.01) ，与SMQ、Ur显著相关 ( P < 0.05) ；产量与10—20 cm土层的SMBN、Su极显著正相关，与SMBC、Ur显著相关；产量与20—40 cm土层的Su极显著正相关，与SMBN显著相关。

表9 各层土壤有机碳、全氮、微生物生物量、酶活性与产量的相关分析 Table 9 Correlation analysis of soil organic carbon, total nitrogen, microbial biomass, enzyme activity and yield of different soil layers

3 讨论 3.1 生物炭配施氮肥对土壤碳、氮的影响

生物炭和氮肥均可显著增加SOC含量，其中生物炭起主导作用。生物炭一般含有60%以上的碳元素^[2]，且具有稳定的芳香烃结构，施入土壤后成为土壤中最难分解的SOC^[23]，在短期内不会发生明显的化学变化，起到碳封存的作用^[24–26]。生物炭显著增加TN含量主要因为多孔结构和较大的比表面积使其具备了极强的吸附力^[27]，可吸附大量的铵离子，降低氮素损失，进而提高土壤全氮含量^[15]。高德才等^[28]通过大田试验表明，生物炭配施氮肥较单独施氮显著降低了各种形式的氮素径流流失，并且通过土柱试验^[29]证明，生物炭可推迟NO₃^– 和总氮淋失达到高峰的时间，起到缓释氮肥的作用，这对提高氮肥利用效率具有重要意义。本试验中，在0—10 cm和10—20 cm施炭土层，生物炭显著增加了C/N，是由于生物炭性质稳定一般不发生垂直方向的迁移，施入后直接提高了0—20 cm土层SOC含量，而生物炭对氮素的吸附作用小于对SOC的直接补充，对全氮提升幅度小于SOC导致C/N的增加。

3.2 生物炭配施氮肥对土壤生物学性质的影响

生物炭和氮肥在增加土壤碳氮储量的同时，也提供了微生物生存和繁殖所需的碳氮养分来源，但碳氮源单一过量会使微生物的碳氮比例失衡，因一方的缺失而不能满足微生物正常活动，抑制了微生物的数量和活性。研究表明^[18]，维持微生物正常活动需要消耗20～25份碳和1份氮，当碳源过剩而氮源相对不足，土壤固有的碳氮比例失衡时，微生物只能根据氮的数量来形成细胞物质，微生物数量达不到最高值，有机质的分解也受到影响，如果此时向土壤加入无机氮以补充氮的不足，则微生物数量可有所增加。在本研究中，单独施加生物炭可显著提高SMBC和SMBN。这是由于生物炭较大的表面积和极强的吸附力能够保存更多可供微生物利用的能量物质^[30–31]；生物炭的多孔结构为微生物提供了物理保护^[32]。但生物炭过量时C/N比过大，SMBC和SMBN有所下降 (图 2) ，这是由于碳源过量打破了微生物碳氮平衡。根据本试验结果，在配施150 kg/hm²氮肥后，SMBC和SMBN均显著大于单独施炭，说明补充的氮源重新满足了微生物活动所需的碳氮比例，同时碳氮源数量的增多显著提高了微生物数量。另外，施用16 t/hm²和24 t/hm²生物炭降低了0—10 cm和10—20 cm土层SMQ，是因为生物炭可以直接提高SOC，而SMBC是SOC中可以被微生物利用的少数活性有机碳，当SMBC增幅小于SOC增幅时，它们的比值SMQ开始下降。

图2 微生物量碳、微生物量氮与土壤碳氮比的关系 Fig. 2 Relationship between soil microbial biomass carbon, soil microbial biomass nitrogen and carbon/nitrogen

土壤酶是微生物的主要产物，也是土壤微生态环境的重要组成部分，其活性能够反映土壤中各种生物化学过程的强度和方向，被认为是可以表征土壤肥力的重要指标。当前，生物炭和氮肥对于土壤酶活性的研究主要集中在与土壤碳、氮循环以及微生物活性有关的几种酶上。Su参与SOC循环，且能够促进糖类的水解；Ur催化尿素水解成氨，可表征土壤的供氮强度；Cat通过酶促反应水解过氧化氢，一定程度上可以反映土壤生物氧化过程的强弱以及土壤腐质化强度。陈心想等^[33]研究指出，生物炭可显著提高小麦–玉米轮作两季作物土壤Ur和Cat活性，但对Su影响不显著。顾美英等^[34]通过生物炭对新疆沙土土壤酶活性的研究表明，添加67.5～112.5 t/hm²生物炭能够显著提高沙土土壤Su和Cat活性，但对Ur影响不明显。也有研究表明，玉米秸秆生物炭对提高Ur活性影响显著^[35]。前人研究结果不尽相同，这主要由于生物炭对土壤酶活性的影响受其制备过程、土壤类型以及生物活性因子等众多因素共同决定。

本研究结果表明，2个试验点施加生物炭和氮肥均可显著提高土壤Su、Ur活性以及Et。这是由于生物炭显著增加了土壤的活性有机碳含量^[36–37]，碳源的增加加快了微生物的繁殖，加速了有机质分解，进而为土壤酶提供了更多底物；施加氮肥使Ur水解的氮源增加进一步提高了Ur活性。炭氮配施提高了0—10 cm土层Cat活性是由于表层土壤是微生物最活跃的地方，Cat是表征生物活性的关键酶，微生物活动增加影响了Cat活性。炭氮配施较单独施炭或氮对土壤酶活性的提升更明显，这是由于碳氮源的增加促进了微生物数量和活性，且合理的炭氮配施使土壤碳氮比满足了微生物生长和繁殖的需求，从而提高了作为微生物产物的土壤酶活性。另外，本研究中Su和Ur活性随着土层的加深逐渐减少是因为本试验生物炭主要存在于0—20 cm土层，且一般不发生垂直方向的移动，而20—40 cm土层土壤养分较少，水分和较大的容重也不利于微生物的生长，最终导致土壤酶活性下降。近年来的研究主要集中在单独施炭对土壤酶活性的影响，而炭氮配施的研究鲜有报道，本试验中，生物炭在配施氮肥后，Su、Ur活性以及Et均大于单独施炭处理，这说明过量施炭而氮源不足打破了微生物的碳氮平衡，当配施氮肥补充了土壤氮素，重新达到平衡，微生物数量显著增加，土壤酶活性也随之增加。通过对土壤碳氮与微生物量和酶活性的相关分析发现，由于生物炭配施氮肥直接提高了SOC和TN含量，进而影响了土壤C/N，C/N与多数土壤生物化学性质极显著正相关，说明生物炭配施氮肥通过直接影响土壤C/N，从而间接增加了土壤微生物量及酶活性，这与上述结论基本一致。

3.3 生物炭配施氮肥对春玉米产量的影响

当前研究普遍认为，生物炭配施氮肥对作物产量表现为正效应，适量生物炭配施氮肥可提高作物产量，但其最佳施用量因生物炭的制备过程以及试验土壤性质不同而有所差异^[38–40]。本研究表明，生物炭和氮肥均能够显著提高春玉米穗粒数、百粒重及产量，但N₁₅₀和N₃₀₀间差异不显著。春玉米产量随生物炭和氮肥施用量的增加呈先升高后降低的趋势，2个试验点均以8 t/hm²生物炭配施150 kg/hm²氮对产量提升最为明显，高量施炭会导致减产是因为生物炭含碳量高，施入后土壤中的C/N过高，降低了土壤氮素的有效性，进而导致了作物减产^[41]；另外，生物炭过多会导致SOC增加，微生物活性增加与作物根系竞争土壤氮^[42]。通过产量与各土层的相关分析表明，产量与0—10 cm和10—20 cm施炭土层的多数生物性质极显著正相关，说明，生物炭配施氮肥主要通过提高0—20 cm土层微生物量及酶活性而影响春玉米产量。另有研究表明，生物炭对作物产量的提升随时间的延长有一定的累加效果，Major等^[43]通过生物炭施加对玉米大豆轮作的多年试验发现，20 t/hm²生物炭在第1年对产量影响并不显著，但在第2～4年产量逐年提升，在第4年提升了140%，本研究为一年两点试验，仅考虑了地域差异，而对于生物炭配施氮肥是否具有累加效应有待进一步研究。

4 结论

生物炭和氮肥配施可显著提高土壤碳氮储量，进而改变土壤碳氮比；生物炭配施氮肥可显著增加土壤微生物量、微生物商、蔗糖酶、脲酶、过氧化氢酶活性以及土壤总体酶活，但炭或氮过量会使微生物数量及土壤酶活性降低；炭氮配施可显著增加春玉米穗粒数、百粒重及产量，以8 t/hm²生物炭配施150 kg/hm²氮肥增产效果最明显。生物炭和氮肥合理配施是提升土壤肥力、增加春玉米产量的关键。

[1]	Jr M J A, Gronli M. The art, science and technology of charcoal production[J]. Industrial & Engineering Chemistry Research, 2003, 42(8): 1619–1640.
[2]	陈温福, 张伟明, 孟军. 农用生物炭研究进展与前景[J]. 中国农业科学, 2013, 46(16): 3324–3333. Chen W F, Zhang W M, Meng J. Advances and prospects in research of biochar utilization in agriculture[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2013, 46(16): 3324–3333. DOI:10.3864/j.issn.0578-1752.2013.16.003
[3]	Braida W J, Pignatello J J, Lu Y, et al. Sorption hysteresis of benzene in charcoal particles[J]. Environmental Science & Technology, 2003, 37(2): 409–417.
[4]	Kleiner K. The bright prospect of biochar[J]. Nature Reports: Climate Change, 2009, 3(6): 72–74.
[5]	Novak J M, Busscher W J, Laird D L, et al. Impact of biochar amendment on fertility of a southeastern coastal plain soil[J]. Soil Science, 2009, 174: 105–112. DOI:10.1097/SS.0b013e3181981d9a
[6]	张爱平, 刘汝亮, 高霁, 等. 生物炭对宁夏引黄灌区水稻产量及氮素利用率的影响[J]. 植物营养与肥料学报, 2015, 21(5): 1352–1360. Zhang A P, Liu R L, Gao Q, et al. Effects of biochar on rice yield and nitrogen use efficiency in the Ningxia Yellow River irrigation region[J]. Journal of Plant Nutrition and Fertilizer, 2015, 21(5): 1352–1360.
[7]	Zwieten L V, Kimber S, Morris S, et al. Effects of biochar from slow pyrolysis of papermill waste on agronomic performance and soil fertility[J]. Plant & Soil, 2010, 327(1-2): 235–246.
[8]	Robertso F A, Thorbum P J. Management of sugarcane harvest residues: consequences for soil carbon and nitrogen[J]. Australian Joumal of Soil Research, 2006, 45(1): 13–23.
[9]	Steiner C, Teixeira W G, Lehmann J, et al. Long term effects of manure, charcoal and mineral: fertilization on crop production and fertility on a highly weathered central amazonian upland soil[J]. Plant & Soil, 2007, 291: 275–290.
[10]	宋大利, 习向银, 黄绍敏, 等. 秸秆生物炭配施氮肥对潮土土壤碳氮含量及作物产量的影响[J]. 植物营养与肥料学报, 2017, 23(2): 369–379. Song D L, Xi X Y, Huang S M, et al. Effects of combined application of straw biochar and nitrogen on soil carbon and nitrogen contents and crop yields in a fluvo-aquic soil[J]. Journal of Plant Nutrition and Fertilizer, 2017, 23(2): 369–379.
[11]	Lehmann J, Gaunt J, Rondon M. Biochar sequestration in terrestrial ecosystems—A review[J]. Mitigation & Adaptation Strategies for Global Change, 2006, 11(2): 395–419.
[12]	高德才, 刘强, 张玉平, 等. 添加生物黑炭对玉米产量、品质、肥料利用率及氮磷径流损失的影响[J]. 中国土壤与肥料, 2015, (5): 72–76. Gao D C, Liu Q, Zhang Y P, et al. Effects of adding biochar on yield, quality, fertilizer utilization of summer maize and nitrogen and phosphorus runoff losses from field[J]. Soil and Fertilizer Sciences in China, 2015, (5): 72–76.
[13]	高德才, 张蕾, 刘强, 等. 生物黑炭对旱地土壤CO₂、CH₄、N₂O排放及其环境效益的影响 [J]. 生态学报, 2015, 35(11): 3615–3624. Gao D C, Zhang L, Liu Q, et al. Effects of biochar on CO₂, CH₄, N₂O emission and its environmental benefits in dryland soil [J]. Acta Ecologica Sinica, 2015, 35(11): 3615–3624.
[14]	Kolb S E, Fermanich K J, Dornbush M E. Effect of charcoal quantity on microbial biomass and activity in temperate soils[J]. Soil Science Society of America Journal, 2009, 73(4): 1173–1181. DOI:10.2136/sssaj2008.0232
[15]	战秀梅, 彭靖, 王月, 等. 生物炭及炭基肥改良棕壤理化性状及提高花生产量的作用[J]. 植物营养与肥料学报, 2015, 21(6): 1633–1641. Zhan X M, Peng J, Wang Y, et al. Influences of application of biochar and biochar-based fertilizer on brown soil physiochemical properties and peanut yields[J]. Journal of Plant Nutrition and Fertilizer, 2015, 21(6): 1633–1641.
[16]	Uzoma K C, Inoue M, Andry H, et al. Effect of cow manure biochar on maize productivity under sandy soil condition[J]. Soil Use & Management, 2011, 27(2): 205–212.
[17]	尚杰, 耿增超, 陈心想, 等. 生物炭对土壤酶活性和糜子产量的影响[J]. 干旱地区农业研究, 2015, 33(2): 146–158. Shang J, Geng Z C, Chen X X, et al. Effects of biochar on soil enzyme activities and millet yield[J]. Agricultural Research in the Arid Areas, 2015, 33(2): 146–158.
[18]	黄巧云, 林启美, 徐建明. 土壤生物化学[M]. 北京: 高等教育出版社, 2015. Huang Q Y, Lin Q M, Xu J M. Soil biochemistry[M]. Beijing: Higher Education Press, 2015.
[19]	鲍士旦. 土壤农化分析[M]. 北京: 中国农业出版社, 2003. Bao S D. Soil and agricultural chemistry analysis[M]. Beijing: China Agriculture Press, 2003.
[20]	吴金水, 林启美. 土壤微生物生物量测定方法及其应用[M]. 北京: 气象出版社, 2006. Wu J X, Lin Q M. Determination of soil microbial biomass and its application[M]. Beijing: China Meteorological Press, 2006.
[21]	关松荫. 土壤酶及其研究法[M]. 北京: 农业出版社, 1987. Guan S Y. Soil enzymes and their research methods[M]. Beijing: Agriculture Press, 1987.
[22]	何文祥, 谭向平, 王旭东, 等. 土壤总体酶活性指标的初步研究[J]. 土壤学报, 2010, 47(6): 1232–1236. He W X, Tan X P, Wang X D, et al. Preliminary study on the soil total enzyme activity index[J]. Acta Pedologica Sinica, 2010, 47(6): 1232–1236.
[23]	Poirier N, Derenne S, Rouzaud J N, et al. Chemical structure and sources of macromolecular, resistant, organic fraction isolated from a forest soil[J]. Organic Geochemistry, 2000, 31: 813–827. DOI:10.1016/S0146-6380(00)00067-X
[24]	张旭东, 梁超, 诸葛玉平, 等. 黑碳在土壤有机碳生物地球化学循环中的作用[J]. 土壤通报, 2003, 34: 349–355. Zhang X D, Liang C, Zhuge Y P, et al. The role of black carbon in soil organic carbon biogeochemical cycle[J]. Chinese Journal of Soil Science, 2003, 34: 349–355. DOI:10.3321/j.issn:0564-3945.2003.04.028
[25]	Sohi S, Lopez-Capel E, Krull E, Bol R. Biochar, climate change and soil: A review to guide future research [R]. CSIRO Land and Water Science Report, 2009: 1–56.
[26]	Schmidt M W I, Noack A G. Black carbon in soils and sediments: Analysis, distribution, implications, and current challenges[J]. Global Biogeochemical Cycles, 2000, 14(3): 777–794. DOI:10.1029/1999GB001208
[27]	Lehmann J, Silva J P D, Steiner C, et al. Nutrient availability and leaching in an archaeological anthrosol and a ferralsol of the Central Amazon basin: fertilizer, manure and charcoal amendments[J]. Plant & Soil, 2003, 249(2): 343–357.
[28]	高德才, 张蕾, 刘强, 等. 不同施肥模式对旱地土壤氮素径流流失的影响[J]. 水土保持学报, 2014, 28(3): 209–213. Gao D C, Zhang L, Liu Q, et al. Effects of different fertilization modes on soil nitrogen runoff in dryland field[J]. Journal of Soil and Water Conservation, 2014, 28(3): 209–213.
[29]	高德才, 张蕾, 刘强, 等. 旱地土壤施用生物炭减少土壤氮损失及提高氮素利用率[J]. 农业工程学报, 2014, 30(6): 54–61. Gao D C, Zhang L, Liu Q, et al. Application of biochar in dryland soil decreasing loss of nitrogen and improving nitrogen using rate[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2014, 30(6): 54–61. DOI:10.3969/j.issn.1002-6819.2014.06.007
[30]	Downie A, Crosky A, Munroe P. Physical properties of biochar[M]. London: Earthscan, 2009.
[31]	刘小虎, 赖鸿雁, 韩晓日, 等. 炭基缓释花生专用肥对花生产量和土壤养分的影响[J]. 土壤通报, 2013, 44(3): 698–702. Liu X H, Lai H Y, Han X R, et al. Effects of charcoal-based solow release peanut specific fertilizer application on peanut yield and soil nutrients[J]. Chinese Journal of Soil Science, 2013, 44(3): 698–702.
[32]	Ogawa M. Symbiosis of people and nature in the tropics[J]. Farming in Japan, 1994, 128: 10–34.
[33]	陈心想, 耿增超, 王森, 等. 施用生物炭后土土壤微生物及酶活性变化特征[J]. 农业环境科学学报, 2014, 33(4): 751–758. Chen X X, Geng Z C, Wang S, et al. Effects of biochar amendment on microbial biomass and enzyme activities in loess soil[J]. Journal of Agro-Environment Science, 2014, 33(4): 751–758.
[34]	顾美英, 葛春辉, 马海刚, 等. 生物炭对新疆沙土微生物区系及土壤酶活性的影响[J]. 干旱地区农业研究, 2016, 34(4): 225–230. Gu M Y, Ge C H, Ma H G, et al. Effects of biochar application amount on microbial flora and soil enzyme activities in sandy soil of Xinjiang[J]. Agricultural Research in the Arid Areas, 2016, 34(4): 225–230.
[35]	郭俊娒, 姜慧敏, 张建峰, 等. 玉米秸秆炭还田对黑土土壤肥力特性和氮素农学效应的影响[J]. 植物营养与肥料学报, 2014, 33(4): 751–758. Guo J M, Jiang H M, Zhang J F, et al. Effects of biochar amendment on microbial biomass and enzyme activities in loess soil[J]. Journal of Plant Nutrition and Fertilizer, 2014, 33(4): 751–758.
[36]	尚杰, 耿增超, 陈心想, 等. 施用生物炭对旱作农田土壤有机碳、氮及其组分的影响[J]. 农业环境科学学报, 2015, 34(3): 509–517. Shang J, Geng Z C, Chen X X, et al. Effects of biochar on soil organic carbon and nitrogen and their fractions in a rainfed farmland[J]. Journal of Agro-Environment Science, 2015, 34(3): 509–517.
[37]	Biederman L A, Harpole W S. Biochar and its effects on plant productivity and nutrient cycling: a meta-analysis[J]. Global Change Biology Bioenergy, 2013, 5(2): 202–214. DOI:10.1111/gcbb.12037
[38]	袁晶晶, 同延安, 卢绍辉, 等. 生物炭与氮肥配施对土壤肥力及红枣产量、品质的影响[J]. 植物营养与肥料学报, 2017, 23(2): 468–475. Yuan J J, Tong Y A, Lu S H, et al. Effects of biochar and nitrogen fertilizer application on soil fertility and jujube yield and quality[J]. Journal of Plant Nutrition and Fertilizer, 2017, 23(2): 468–475.
[39]	Topoliantz S, Ponge J F, Ballof S. Manioc peel and charcoal: a potential organic amendment for sustainable soil fertility in the tropics[J]. Biology & Fertility of Soils, 2005, 41(1): 15–21.
[40]	Glaser B, Lehmann J, Zech W. Ameliorating physical and chemical properties of highly weathered soils in the tropics with charcoal: A review[J]. Biology & Fertility of Soils, 2002, 35(4): 219–230.
[41]	Laird D A, Fleming P, Davis D D, et al. Impact of biochar amendment on the quality of a typical Midwestern agricultural soil[J]. Geoderma, 2010, 158: 443–449. DOI:10.1016/j.geoderma.2010.05.013
[42]	Yao F X, Arbestain M C, Virgel S, et al. Simulated geochemical weathering of a mineral ash-rich biochar in a modified Soxhlet reactor[J]. Chemosphere, 2010, 80(7): 724–732. DOI:10.1016/j.chemosphere.2010.05.026
[43]	Major J, Rondon M, Molina D, et al. Maize yield and nutrition during 4 years after biochar application to a Colombian savanna oxisol[J]. Plant & Soil, 2010, 333(1-2): 117–128.


植物营养与肥料学报 2018, Vol. 24 Issue (5): 1214-1226		0	PDF