生物炭基肥对盐碱地改良的田间试验报告

摘要：本研究旨在评估生物炭基肥对典型盐碱化土壤的改良效果及其对作物生长的影响。通过为期两年的田间定位试验，设置了不同生物炭添加比例的施肥处理，系统监测了土壤理化性质、盐分动态、养分有效性及作物产量与品质的变化。结果表明，生物炭基肥能有效降低土壤盐碱化程度，改善土壤结构，提升土壤肥力，并显著增加作物产量，为盐碱地可持续改良与利用提供了有效途径。

引言：盐碱化是制约全球农业生产和生态安全的重要环境问题之一。我国盐碱地面积广阔，其改良利用对于保障国家粮食安全和生态安全具有重要意义。传统的物理和化学改良方法往往成本高、易复发，且可能带来二次污染。近年来，以生物炭为核心的土壤改良技术因其环境友好、效果持久等优点受到广泛关注。生物炭是由农林废弃物等生物质在限氧条件下热解产生的富碳固体材料，具有丰富的孔隙结构、巨大的比表面积、较高的阳离子交换量（CEC）和良好的化学稳定性。将其与肥料复合制成生物炭基肥，既能发挥生物炭改良土壤的物理、化学及生物学特性的作用，又能实现养分的缓释与高效利用，是一种极具潜力的盐碱地综合改良产品。

材料与方法

1. 试验地概况：试验于2022-2023年在黄河三角洲某典型中度盐碱化农区进行。试验前土壤基本性质见表1。

测定项目	数值	单位
土壤pH值（1:5水土比）	8.65	-
电导率（EC，1:5水土比）	1.82	dS/m
全盐含量	2.31	g/kg
有机质	10.5	g/kg
碱解氮	62.3	mg/kg
有效磷	8.7	mg/kg
速效钾	185	mg/kg
钠吸附比（SAR）	12.6	(mmol/L)^(1/2)
土壤容重	1.48	g/cm³

2. 试验材料：供试生物炭以玉米秸秆为原料，在500℃下限氧热解制备，其基本性质：pH 9.8，比表面积 320 m²/g，CEC 35.6 cmol/kg，全碳含量 65%。生物炭基肥由生物炭与常规复合肥（N-P₂O₅-K₂O：15-15-15）按一定比例机械混合造粒制成。

3. 试验设计：试验采用随机区组设计，设5个处理，每个处理3次重复，小区面积40 m²。供试作物为耐盐碱棉花品种。各处理如下：

处理代号	处理说明	生物炭用量 (kg/ha)	折合纯养分用量 (N-P₂O₅-K₂O kg/ha)
CK	常规施肥（不施生物炭）	0	150-150-150
T1	常规施肥 + 低量生物炭基肥	1500	150-150-150
T2	常规施肥 + 中量生物炭基肥	3000	150-150-150
T3	常规施肥 + 高量生物炭基肥	6000	150-150-150
T4	仅施用高量生物炭（不施肥）	6000	0-0-0

4. 测定项目与方法：于作物关键生育期（播种前、蕾期、花铃期、收获后）采集0-20 cm耕层土壤样品。测定项目包括：土壤pH、EC、可溶性盐离子（Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Cl⁻、SO₄²⁻、CO₃²⁻、HCO₃⁻）含量、有机质、碱解氮、有效磷、速效钾、土壤容重、孔隙度。作物收获时，分区测产，并测定棉花纤维品质。

结果与分析

1. 生物炭基肥对土壤盐碱性质的影响：施用生物炭基肥两年后，土壤盐碱指标发生显著变化（表2）。与CK相比，各生物炭处理均能不同程度降低土壤pH和EC值，其中T3处理（高量生物炭基肥）效果最显著，pH降低0.82个单位，EC降低42.6%。土壤钠吸附比（SAR）是反映土壤碱化危害的关键指标，T3处理使SAR从12.6降至7.1，降幅达43.7%，表明土壤交换性钠比例大幅下降，碱化风险显著降低。生物炭的碱性虽可能短期内轻微提升pH，但其多孔结构和表面官能团能吸附盐分离子，并通过提升土壤CEC促进Na⁺的淋洗和Ca²⁺、Mg²⁺等有益离子的保留，长期来看有利于土壤盐碱度的综合降低。

处理	pH	EC (dS/m)	全盐含量 (g/kg)	SAR
CK	8.71	1.75	2.28	11.9
T1	8.52	1.41	1.95	10.2
T2	8.33	1.18	1.68	8.5
T3	7.89	1.00	1.42	7.1
T4	8.58	1.55	1.88	9.8

2. 生物炭基肥对土壤物理性质与养分状况的影响：生物炭的添加显著改善了盐碱土壤的不良物理结构（表3）。随着生物炭用量增加，土壤容重呈下降趋势，总孔隙度和毛管孔隙度相应增加。T3处理使土壤容重降低12.8%，这主要归因于生物炭本身低密度和多孔的特性，从而增强了土壤通透性，有利于根系下扎和水分入渗。在养分方面，生物炭基肥处理（T1-T3）的土壤有机质、碱解氮、有效磷和速效钾含量均显著高于CK和仅施炭的T4处理。这得益于生物炭对养分的吸附持留作用，减少了养分淋失，同时生物炭与肥料协同可能改变了养分转化过程，提高了养分有效性。T4处理（仅施炭）的养分含量最低，说明在盐碱地改良中，生物炭必须与肥料配合施用，才能实现既改土又培肥的双重目标。

处理	容重 (g/cm³)	总孔隙度 (%)	有机质 (g/kg)	碱解氮 (mg/kg)	有效磷 (mg/kg)	速效钾 (mg/kg)
CK	1.46	44.9	11.2	65.8	9.5	192
T1	1.39	47.5	13.5	78.4	12.8	235
T2	1.32	50.2	15.8	85.6	15.2	268
T3	1.27	52.1	18.3	92.1	18.7	305
T4	1.35	49.0	14.1	58.2	7.8	210

3. 生物炭基肥对作物产量与品质的影响：土壤性质的改善直接促进了作物生长。棉花籽棉产量结果（表4）显示，施用生物炭基肥的处理产量均显著高于CK，并呈现随生物炭用量增加而增加的趋势。T3处理产量最高，两年平均增产率达31.5%。仅施用生物炭的T4处理产量略高于CK但未达显著水平，再次证明生物炭与肥料配施的必要性。在品质方面，T2和T3处理的棉花纤维长度、比强度等指标均有改善，这可能与生物炭改善土壤水肥条件、缓解盐胁迫、促进棉株稳健生长有关。

处理	2022年籽棉产量 (kg/ha)	2023年籽棉产量 (kg/ha)	两年平均产量 (kg/ha)	较CK增产率 (%)
CK	2850	2910	2880	-
T1	3250	3320	3285	14.1
T2	3580	3650	3615	25.5
T3	3780	3790	3785	31.5
T4	2950	3020	2985	3.6

讨论

本试验结果证实了生物炭基肥在盐碱地改良中的积极作用，其机理主要体现在以下几个方面：

物理改良：生物炭的多孔性直接降低了土壤容重，增加了孔隙度，改善了盐碱土通常存在的板结、通气不良等问题，为作物根系创造了更适宜的生长环境。

化学改良：生物炭的高比表面积和表面电荷使其能够吸附土壤溶液中的Na⁺、Cl⁻等盐分离子，并通过灌溉或降雨将其带离根区。其较高的CEC有助于增强土壤保肥保水能力，并促进Na⁺与Ca²⁺等离子的交换，从而降低SAR。生物炭的碱性需辩证看待，在酸性土壤中可中和酸度，在碱化土壤中，其改良作用主要通过吸附和离子交换而非单纯调节pH实现。

养分调控与生物学效应：生物炭对氮、磷、钾等养分有较强的吸附和缓释作用，减少了盐碱地中养分易于淋失的问题。生物炭作为微生物的栖息地，可能促进土壤微生物群落的活动与多样性，加速有机质周转和养分循环，间接改善土壤健康状况。

成本效益与可持续性：虽然高用量的生物炭基肥（如T3处理）效果最佳，但需考虑其经济成本。在实际推广中，应结合当地土壤盐碱化程度、作物类型及经济效益，确定最经济的施用量。将农业废弃物转化为生物炭并制成肥料，符合资源循环利用和农业绿色发展的理念。

结论与建议

本田间试验表明，施用生物炭基肥能有效改良盐碱土壤，降低土壤pH、电导率和钠吸附比，改善土壤物理结构，提高土壤养分有效性，并最终显著提高作物产量。其中，以每公顷施用6000公斤生物炭的生物炭基肥处理（T3）综合效果最为显著。

建议在今后的盐碱地改良实践中：1) 根据土壤盐碱化程度和肥力状况，科学确定生物炭基肥的适宜用量与配比；2) 将生物炭基肥的施用与灌溉管理、耐盐作物品种选择等措施相结合，形成综合改良技术模式；3) 开展长期定位试验，研究生物炭在土壤中的稳定性及其对土壤性质的长期效应；4) 加强生物炭基肥生产技术的标准化和成本控制，以促进其大面积推广应用。

生物炭基肥为盐碱地的绿色、高效和可持续改良开辟了新的途径，具有广阔的生态效益、社会效益和经济效益前景。

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