生物质炭对于扬黄灌区土壤水分运动和利用的影响机理与效应

Many studies have found biomass carbon（biochar） could improve properties of soil, promote formation of soil aggregates, improve the use efficiency of soil water and water-holding capacity. But these researches were mostly limited to the affect on physical properties and water-holding capacity of dry farming soil in the northern region after using biochar. Effects on soil physical properties, water movement and utilization after applying biochar need to be explored in Yanghuang Irrigation Agriculture areas. Face to sierozem distributed widely in Yanghuang Irrigation Agriculture areas, the research work will analyze the effects of biochar on soil characteristics and organic carbon content by house experiment, and research the affect to soil physical characteristics and soil movement after applying biochar. Moreover, the research work will analyze the effect of soil moisture, soil moisture validity through the soil column experiment, and research the process and the mechanism of soil water movement, water usefulness and water availability. And the research work will analyze the effect of crop water consumption, crop evapotranspiration, soil water use efficiency after applying biochar through field experiments also, and research the of mechanism and crop response on water use efficiency after applying biochar. The research work will provide theoretical basis for improving soil water use efficiency in Yanghuang Irrigation Agriculture areas in arid and semi-arid area, and provides a new way for applying biochar and regulating water management.

诸多研究发现生物质炭具有改良土壤性质，促进土壤团聚体形成，提高土壤水分利用效率等作用，对提升干旱地区农业可持续发展能力具有重要意义。但生物质炭施用后对于扬黄灌溉农业区土壤物理性状变化、水分运动与利用之间的作用机理还有待探索。本项目以宁夏干旱半干旱扬黄灌溉农业区分布广泛的灰钙土为对象，通过室内培养试验研究生物质炭对土壤团聚体的特征及有机碳含量影响，分析生物质炭施用后对土壤物理性状的影响。通过土柱模拟试验研究生物质炭对于土壤含水量、土壤水分有效性的影响，阐明生物质炭对于土壤水分参数、水分运动和有效性影响的过程和机理。通过田间试验研究生物质炭对于作物耗水、作物蒸腾、土壤水分的利用效率等的影响，揭示生物质炭影响水分利用效率的机理和作物响应，为提高干旱半干旱扬黄灌溉农业区土壤水分利用效率和生物质炭的应用提供理论基础和新的途径。

生物质炭可提高土壤水分有效性和利用效率，对提高农业生产水平具有重要作用。本项目通过土柱模拟和田间试验研究生物质炭对春小麦各生育期土壤水分特征、土壤水分利用效率、土壤水分运动、作物响应等的影响，结果表明：增施生物质炭12000kg/hm2处理的0-200cm土层土壤贮水量最高，较单施化肥增加6.4%。2013-2016年间施用生物质炭增加春小麦苗期至拔节期的土壤贮水量10.5%-13.1%。施用生物质炭18000kg/hm2的土壤水分利用效率在14.8-29.0kg/（hm2•mm）之间，较单施化肥处理增加10%-67%，且土壤水分蒸腾蒸发量随着生物质炭施用量增加呈降低的趋势。混合生物质炭4%、8%处理的土壤水分扩散率高于对照，且土壤饱和导水率存在极显著差异（P<0.01），以混合生物质炭8%处理的土壤水分入渗时间最短、入渗量最高。与单施化肥相比，增施生物质炭显著提高（P<0.05）了春小麦的株高、穗粒数和产量，其中在2013-2016年间施用生物质炭18000kg/hm2处理的产量为6907.4-7518.9kg/hm2，增产5.6%-20.9%。在2013-2016年间增施生物质炭18000kg/hm2的土壤全氮增加2%-15%，全磷增加6%-14%，全钾增加17%-20%，碱解氮增加19%-24%，速效磷增加14%-22%，速效钾增加20%-25%。春小麦养分吸收量与土壤养分含量显著或极显著正相关，在2013-2016年间增施生物质炭18000kg/hm2处理下籽粒钾含量较单施化肥相比增加20%-40%，氮磷含量变化不显著；但植株氮素、磷素、钾素吸收量分别增加了10.7%-24.1%、3.1%-20.2%、16.3%-44.7%，其中春小麦灌浆前后磷素和钾素吸收量比例分别增加了53%-60%、47%-56%。综上所述，施用生物质炭尤其是施用量为18000kg/hm2处理提高土壤水分入渗能力、饱和导水率和水平扩散率，降低土壤水分的蒸腾蒸发量，显著提高了春小麦的贮水量和水分利用效率，并增加春小麦各生育期养分吸收累积量、养分吸收比例和养分利用效率，显著提高春小麦的产量。