旱地玉米/花生不同种植模式对生物炭输入的响应及其机制

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由生物质热解而成的生物炭(Biochar)农用作为土壤改良剂、肥料缓释载体及碳封存剂备受世人关注。然而,豆科/禾本科间作体系作为我国重要的农业生产模式之一,对生物碳的输入响应机理尚不清楚。为此,本试验通过田间试验,开展生物炭不同施用量(0, 20, 40 t·hm-2)对玉米花生不同种植模式(玉米单作、花生单作、玉米花生间作)下土壤理化性状、作物生长发育、养分吸收积累分配及作物产量效应的影响,旨在进一步阐明生物炭农用的生态功能,为农业生产提供一定的理论基础。  研究结果如下:  (1)施加生物炭可显著降低土壤容重、增大土壤孔隙度和提高土壤表层温度, T1和T2处理提高了土壤含水率,T2(40 t·hm-2)处理的效应(作用)显著高于T1(20 t·hm-2)处理。  (2)施加生物炭提高了土壤0-20 cm和20-40 cm土层有效钾、铵态氮和硝态氮含量,T2处理提高幅度大于T1处理。同一生物炭处理下单作玉米土壤有效钾、铵态氮和硝态氮含量高于间作玉米土壤有效钾、铵态氮和硝态氮含量。单作花生土壤有效钾、铵态氮和硝态氮含量高于间作花生土壤有效钾、铵态氮和硝态氮含量。  (3)施加生物炭提高了花生、玉米叶绿素含量和净光合速率。同一生物炭处理下单作花生叶绿素含量和净光合速率高于间作花生叶绿素含量和净光合速率;单作玉米叶绿素含量和净光合速率低于于间作花生叶绿素含量和净光合速率。  (4)施加生物炭可提高花生、玉米地上部分氮磷钾含量。同一生物炭处理下单作花生地上部分氮、磷和钾含量高于间作花生地上部分氮、磷和钾含量;同一生物炭处理下单作玉米地上部分氮、磷和钾含量高于间作玉米地上部分氮、磷和钾含量。  (5)施加生物炭提高了土壤过氧化氢酶、蔗糖酶和脲酶活性,T2处理效应显著高于T1处理。过氧化酶和脲酶活性在三种种植模式下表现为:花生玉米间作﹥单作玉米﹥单作花生。同一生育期下蔗糖酶活性表现为花生玉米间作﹥单作花生﹥单作玉米。  (6)施加生物炭显著提高花生和玉米产量。T2处理显著高于T1处理,T1处理较T0处理单作花生、间作花生分别增产4.9%、16.7%,T2处理较T0处理单作花生、间作花生分别增产17.1%、50.0%;T1处理较T0处理单作玉米、间作玉米分别增产9.6%、1.9%,T2处理较T0处理单作玉米、间作玉米分别增产25.6%、29.0%。T0处理、T1处理和T2处理下土地当量比(LER)分别为1.13、1.20、1.21,均大于1。花生玉米间作提高了土地利用率。
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