根据生物炭肥料混合植物的施肥，发现使用优化肥料，减少环境污染

互推小编 2024-01-17

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文 | 惊奇的探索

编辑 | 惊奇的探索

前言

在干旱地区，当研究人员将生物炭与化肥或有机废弃物一起使用时，可以改善土壤质量并提高作物的产量。在巴基斯坦的一项田间实验中，他们在沙壤土上使用了甘蔗渣制成的生物炭，并同时施用了尿素，结果显示土壤变得更松散，土壤中的氮含量和微生物数量也增加了。

类似地，还有其他研究表明，在沙壤土中施用来自葡萄园枝条的生物炭，可以显著提高土壤中的氮、磷和钾含量，当研究人员在施用生物炭的土壤中种植玉米时，发现它的生长状况更好，生物量和产量也有所增加。

在巴基斯坦的农业研究中心进行的一项研究显示，在沙壤土中使用小颗粒的木材制成的生物炭，与山羊粪肥混合施用，可以显著提高豌豆的产量。生物炭可以在干旱地区改善土壤质量、增加养分含量，并提高作物的产量。

这是一种潜在的有效方法，可以帮助农民在干旱环境下获得更好的农作物收成。车前科作物如孜然，和茴香在巴基斯坦的俾路支省适宜种植，它们是一些经济价值较高的药用作物。虽然生物炭对这两种作物，产量的具体影响还不清楚。

但有报道显示，在干旱气候条件下，生物炭可以对作物生长产生积极的影响。生物炭的性质主要取决于原料和制备温度。一般来说，肥料制备的生物炭具有较高的孔隙率和养分浓度，对作物的影响更积极。

需要进一步研究来了解生物炭对不同作物的影响，并确定最佳施用量，以提高产量并为当地农民带来可观的收入。该研究旨在评估不同添加量的木材衍生生物炭，和牛粪衍生生物炭与化学合成的NPK肥料，或禽畜粪肥混合施用。

对孜然和小茴香的产量和秸秆生物质产量连续三年的影响。研究假设如下：生物量较高的小茴香需要更多的肥料，而生物量较低的孜然需要较少的肥料，连续三年低施肥率对作物生长逐渐产生积极影响，而高施肥率在第一年种植年度有积极影响。

生物炭与肥料共同添加会增加土壤中的氮和磷浓度，由于孜然具有较高的生物质含量，所以磷酸盐氮和可溶性无机磷浓度较高，这使得营养物质浓度更高，并且在土壤中的积累较少。

这项研究希望通过对不同添加量的生物炭，和肥料施用方式的比较来探究对孜然和小茴香产量的影响，并观察连续三年低施肥率和高施肥率对作物生长的影响，研究还关注生物炭与肥料共同添加，对土壤中氮和磷浓度的影响，以期提供更好地优化作物生长和产量的方法。

实验材料与方法

这项实验是在巴基斯坦俾路支省农业研究与发展中心的奎达进行的。奎达的气候属于地中海型，夏季非常干燥炎热，冬季比较寒冷，而且会有雨雪，年平均降水量约为214.9毫米。

实验使用的土壤是棕色黑钙土壤，其中含有50克粘土、500克壤土和450克砂土，每千克土壤含有9.9克有机质。土壤的pH值为7.9，电导率为0.25 dS/m，硝态氮含量为0.68毫克/千克土壤，醋酸盐交换态磷含量为4.7毫克/千克土壤。

在实验中，研究人员使用来自奎达的牛粪和水牛粪，并将其在国内窑炉中燃烧，直到生成黑色物质，也就是生物炭。燃烧温度控制在350-550摄氏度范围内，这是根据窑炉的设计温度确定的。

研究人员还从奎达市的木材市场，购买了通过缓慢热解获得的木材衍生生物炭，这种生物炭是通过在地下窑炉中燃烧尼罗河金合欢木制成的，当地称之为“巴提”。研究人员采集的禽畜排泄物来自奎达市的家禽养殖场。

在养殖场中，粪便被堆放在一个通风良好的房间里，在收集时进行了风干处理。关于生物炭和禽畜粪肥的物理和化学性质，生物炭和禽畜粪肥的物理和化学性质如下图。

这个实验从2017年10月开始，一直持续到2019年8月。研究人员选择了孜然和小茴香两种作物，并将它们分别种植在1.5×1.5米的小区内。每个小区之间都有一个约0.25米宽的缓冲区，以防止水平水流。

实验中使用了不同处理方法，包括对照组、无机肥料组，该肥料中含有17%的氮、17%的磷和17%的钾。施用量为666.6公斤/公顷，即每个1.5×1.5米的小区用100克肥料。该肥料中含有113公斤/公顷的氮、113公斤/公顷的磷和113公斤/公顷的钾。

还有一种处理方法是将NPK肥料，以及木材来源的生物炭和禽畜动物粪肥混合在一起，木材来源的生物炭与无机肥料混合、牛粪来源的生物炭与无机肥料混合、禽畜动物粪便、禽畜动物粪便与木材来源的生物炭混合、牛粪来源的生物炭与禽畜动物粪便混合。

每种有机肥料的施用量分别为0.25公斤/小区、0.5公斤/小区和1公斤/小区。禽畜动物粪便-生物炭混合物以1:1的肥料和生物炭的比例按干重混合。为确保每次重复实验中肥料的养分浓度一致，在施用前将这些肥料进行充分混合，并进行精确称重。

实验采用了两个因素的因子试验设计，每个处理都有三个重复，每个作物总共有42个小区。研究人员将生物炭、粪肥和生物炭-粪肥混合物施加到土壤中，并与土壤混合到2-3厘米深度。每个处理的肥料在连续三年的秋季季节施加，如下图所示。

这两种作物的种子都是在它们最适合生长的时候播种的。孜然种子分别在2017年2月12日、2018年2月15日和2019年2月14日播种，而小茴香种子分别在2017年3月6日、2018年3月6日和2019年3月5日播种。每公顷播种量为0.006吨，连续三年都进行了播种。

虽然小茴香是多年生作物，但在这三年期间还是进行了播种，因为需要收获其根部。根据土壤明显干燥程度和叶片枯萎的迹象，每周进行一次或两次的灌溉。小区的灌溉量保持在饱和状态。

植物在种子成熟阶段进行收获。孜然在每年的6月第一周进行收获，而小茴香则在每年8月中旬之后进行收获。收获后，将秸秆和种子在40°C下烘干48小时，然后测量其生物量。在收获第三年的作物之后，从每个小区的中心0-10厘米深度取土壤样品。

土壤样品被放入密封袋中，在实验室中自然风干，并通过2毫米筛网筛选。土壤样品使用1:5的土壤，氯化钾溶液比例和2 M KCl溶液进行提取，土壤中的矿质氮和铵离子的累积量采用微孔板技术进行分析。

实验总结讨论

根据回归分析的结果，在三年的种植过程中，发现化肥用量与孜然和大茴香作物的产量、秸秆生物量以及种子和秸秆的比例之间没有明显的相关性。对于孜然的第三年作物，研究发现混合使用化学肥料，和禽畜粪便衍生的生物炭的施用率，以及产量呈现出显著的负相关关系。

而对于大茴香的第三年作物，混合使用化学肥料和禽畜粪便衍生的生物炭的施用率与产量则呈现出显著的正相关关系。对于孜然的第一年作物来说，种子和秸秆的比例与禽畜粪便的施用率呈现出显著的正相关关系。

而对于大茴香的第二年作物来说，种子和秸秆的比例与混合使用禽畜粪便，和木材衍生的生物炭的施用率，也呈现出显著的正相关关系。在两种作物的产量方面，较低施用率下使用的化肥对作物的影响呈现出显著的正效应，如下图所示。

在枸杞子栽培土壤中，与木源性或粪便源性生物炭的协同改良显著降低了矿物氮的浓度。与施用量较低的家禽粪便相比，混合施用家禽粪便，和生物炭的高施用量显著提高了土壤的矿物氮含量。

对于孜然作物栽培土壤，在较高施用量下，使用粪便源生物炭改良家禽粪便后，土壤中可溶性矿物磷浓度显著提高。而在普通镰刀菌耕作的土壤中，使用生物炭没有显著差异。下图显示了用孜然，和大茴香种植三年后的土壤中矿物氮和可溶性矿物磷的浓度。

不同字母标识的柱状图表示在统计上存在显著差异。控制组是没有施用肥料改良剂的对照组，NPK表示合成化肥NPK，WB表示木材源生物炭，MB表示牛粪源生物炭，PM表示家禽粪便，+表示混合施用NPK或家禽粪便与生物炭，1.6、3.3和6.6表示肥料改良剂的施用量。

分离的字母基于统计方法，并经过校正处理以比较不同处理组之间的差异。这些结果可以帮助你更好地理解土壤改良对作物生长的影响。

孜然和大茴香是两种主要生长在干旱到半干旱地区的植物，它们需要干燥温暖的夏季来促进它们的生长和种子成熟。地中海气候和排水良好的肥沃土壤非常适合它们的种植，在没有施肥的处理组中，这两种作物在第三年的产量，和秸秆生物质都比第一和第二年的种植要低。

特别是对于孜然作物来说，在除了施用了家禽粪便、混合家禽粪便与木材源，和粪便源生物炭改良剂的处理外，其他的施肥处理也导致了第三年的产量，明显低于第一和/或第二年的种植。

对于大茴香来说，除了使用合成化肥NPK，与木材源生物炭混合的处理外，其他施肥处理并没有导致产量在不同年度之间，有显著差异。这可能是因为第三年的降雨量较高，导致作物生长的温度较低。

使用生物炭这样的改良剂可以提高作物的适应能力，并减少意外的高降雨对产量的影响。在研究人员的研究中，对于孜然和大茴香来说，施肥处理对产量的影响是不同的。在巴基斯坦的俾路支省，农民通常会以相等比例的尿素和磷酸二铵进行施肥。

每公顷用量大约为60公斤，他们还会使用有机肥料，如晾干的农家肥或禽畜粪便，每公顷用量为1-2吨。研究人员的研究中，使用的无机肥料的施用量在沙壤土范围内或略高于之前研究中报道的用量。

研究中使用的禽畜粪便，和禽畜粪便生物炭混合物的改良剂用量，也在之前研究中报道的适用范围内。在研究人员的研究中，孜然的产量与其他已发表的报告相似，大茴香的产量比其他研究中报道的产量要低很多。

与研究人员的研究类似，有一个研究在田间种植了三年大茴香，但他们观察到的产量每年约为研究人员的产量的4倍。研究人员研究中产量较低可能是因为研究人员使用的是野生品种，因为已经发现大茴香品种之间的产量差异很大。

研究人员将比较各处理均值数据的对比数据列入附录，与研究人员的假设相反，在整个研究的三年中，研究人员发现混合施用NPK肥料，和生物炭的施用速率与两种作物的生长性能之间，没有明显关系。

唯一的例外是孜然的第三年作物，其中NPK肥料与肥田生物炭的混合物施用速率，以及产量呈负相关，与NPK相比，研究人员发现对于孜然来说，每公顷施用1.6吨和6.6吨的改良剂速率可以分别提高第一年57%和53%的产量，第二年33.5%和35.6%的产量。

与NPK肥料相比，每公顷施用3.75吨木材源生物炭混合物可以提高第一年50%的产量，每公顷施用3.75吨和7.5吨的改良剂速率可以分别提高第二年31%和22%的产量。

总结

生物炭-肥料混合物对植物的施肥效果已经在许多研究中得到证实。然而，有些研究发现，不同类型的植物对生物炭-肥料混合物的需求量存在差异，具有较长寿命、较大体型的植物对施肥量的要求较高，而较短寿命、较小体型的植物则需要较少的施肥量。

这表明植物的生活史性状可能是决定施肥量的一个重要因素，这种差异的原因可能与植物的生态适应策略有关。长寿命、大体型的植物通常具有更高的生长速率和养分需求，因此需要更多的肥料来支持其生长和繁殖。

短寿命、小体型的植物通常具有较低的生长速率和养分需求，因此需要较少的肥料。生物炭可以提供植物所需的养分，并且由于其独特的孔隙结构和化学性质，能够提高土壤保水保肥能力，从而进一步改善植物的生长环境。

了解植物生活史性状对生物炭-肥料混合物施肥量的影响对农业生产具有重要意义，根据植物的生活史性状来调整施肥量，可以更好地满足不同植物的养分需求，提高施肥效果，减少养分浪费。

基于植物的生活史性状选择合适的生物炭-肥料混合物，可以更好地匹配植物的生态需求，促进植物生长和发育。最后，了解植物生活史性状对施肥量的影响，可以为农业生产提供科学依据，优化肥料使用，减少环境污染的风险。

植物的生活史性状对生物炭-肥料混合物的施肥量有一定的影响。具有较长寿命、较大体型的植物通常需要更多的施肥量，而较短寿命、较小体型的植物则需要较少的施肥量。这种差异可能与植物的生态适应策略和养分需求有关。

参考文献

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