【摘 要】
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华北平原农田面临土壤有机质含量下降和土壤肥力降低等问题,提升农田土壤的质量迫在眉睫。生物炭是一种新兴的土壤添加剂,在改善土壤肥力与提高作物产量等方面亟待进一步探究。本研究以华北平原夏玉米-冬小麦轮作农田土壤为研究对象,采用田间试验的方法,研究不同生物炭施用水平下土壤有机碳组分（物理、化学、生物组分）、养分以及作物产量的变化,采用通径分析方法确定土壤有机碳组分影响养分的主要因素,进一步探求生物炭影响
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华北平原农田面临土壤有机质含量下降和土壤肥力降低等问题,提升农田土壤的质量迫在眉睫。生物炭是一种新兴的土壤添加剂,在改善土壤肥力与提高作物产量等方面亟待进一步探究。本研究以华北平原夏玉米-冬小麦轮作农田土壤为研究对象,采用田间试验的方法,研究不同生物炭施用水平下土壤有机碳组分（物理、化学、生物组分）、养分以及作物产量的变化,采用通径分析方法确定土壤有机碳组分影响养分的主要因素,进一步探求生物炭影响土壤肥力的原因,明确生物炭的合理施用量,为生物炭在华北平原夏玉米-冬小麦轮作土壤的应用提供理论依据。主要研究结果如下:（1）在生物炭施用量为 0（BOF）、5（B5F）、10（B10F）、20（B20F）t/hm2 条件下,0～20 cm土层土壤总有机碳（TOC）含量呈现B20F>B10F>B5F>B0F趋势。轮作体系下,B10F和B20F处理TOC含量较B0F处理可显著提高20.62%～49.13%。生物炭施用使土壤有机碳物理、化学、生物组分均得到提高。其中,物理组分的土壤大团聚体有机碳（MAC）、微团聚体有机碳（MIC）和未成团粉黏粒有机碳（NAC）含量均呈现B20F>B10F>B5F>B0F的趋势,B20F处理与B0F处理相比显著提高34.23%～49.87%。土壤轻组游离态有机碳（LFOC）、大团聚体重组有机碳（MAH）、微团聚体重组有机碳（MIH）、未成团粉黏粒重组有机碳（NAH）含量也均呈现B20F>B10F>B5F>B0F的趋势,其中MIH含量增幅最大,施用生物炭较不施生物炭平均提高41.12%。化学组分的土壤可溶性有机碳（DOC）含量随生物炭施用量的加大呈现单峰形变化规律,在B5F处理达到最大值,较B0F处理显著提高70.83%～77.21%。土壤不同活性易氧化有机碳（LOC）含量则呈现B20F>B10F>B5F>B0F的趋势,B20F处理较B0F处理显著提高16.51%～72.41%。生物组分的土壤微生物量碳（MBC）含量与TOC含量变化规律基本相同,B20F处理较B0F处理显著提高56.89%～57.70%。（2）夏玉米-冬小麦轮作条件下,0～20 cm 土层土壤全氮、全磷、全钾含量主要表现为B20F>B10F>B5F>B0F的趋势,施用生物炭处理土壤全氮、全磷、全钾含量在夏玉米和冬小麦的成熟期分别增长7.95%～29.55%、3.70%～14.81%、3.61%～12.82%。0～100 cm 土体中土壤硝态氮、铵态氮、有效磷、速效钾含量在夏玉米和冬小麦不同生育期内主要呈现B5F>B10F>B20F>B0F的趋势,土壤硝态氮、铵态氮、速效钾主要在40～60 cm 土层出现累积,土壤有效磷主要在40～60 cm和60～80 cm 土层出现累积。（3）土壤有机碳组分之间（除DOC外）均存在明显的正相关,各组分之间存在共性。通径分析表明,土壤NAC是土壤全氮、全磷、全钾的主要影响因素;而土壤MAC是土壤硝态氮、铵态氮、有效磷、速效钾的主要影响因素。（4）生物炭施用均提高了夏玉米和冬小麦的产量,添加量不同的条件下,夏玉米和冬小麦产量呈现单峰形变化规律,夏玉米产量于B10F处理达到最大值11 480.44 kg/hm2,B5F处理为11 217.72 kg/hm2,两处理之间无显著差异,与B0F处理相比分别显著提高14.38%、1 1.76%;冬小麦产量在B5F处理达到最大值8 221.99 kg/hm2,与BOF处理相比显著增产17.02%。综上,施用生物炭有效提高土壤TOC及物理、化学、生物组分,同时提高土壤养分并促使作物增产。土壤NAC是华北平原农田土壤全量养分的主要影响因素,土壤MAC是有效态养分的主要影响因素。从作物增产角度看,华北平原农田土壤施用5 t/hm2生物炭较为合适。
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