CN114467406A - 一种生物炭的应用及基于生物炭的磷肥减施增效方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种生物炭在改善北疆灌区麦田土壤理化性质、提升小麦磷素利用率和产量中的应用；以及基于生物炭的磷肥减施增效方法，包括以下步骤：先将生物炭与磷肥施入北疆灌区麦田土壤，得到改良土壤；然后将小麦在改良土壤中播种。本发明不仅解决了传统土壤施肥方法中存在的成本高、费时长、缺少生态可持续性的问题，而且对北疆灌区麦田土壤肥力改善和磷素利用效率提升具有良好的效果，并为新疆棉花秸秆资源合理利用提供了新途径。

Description

一种生物炭的应用及基于生物炭的磷肥减施增效方法

技术领域

本发明涉及生物炭及农业种植技术领域，更具体的说是涉及一种生物炭的应用及基于生物炭的磷肥减施增效方法。

背景技术

磷是作物必需的大量营养元素之一，其在土壤中易被固定，从而降低了被作物吸收利用的有效性，难以满足农业生产需求。虽然施用磷肥可以在一定程度上缓解磷素不足，但相应的土壤富营养化也随之产生。因此，如何提高农田土壤磷素利用率被广泛关注。

生物炭由于其结构特殊，被认为是一种良好的土壤改良剂，可作为肥料养分载体，延缓土壤中养分的释放与流失。随着人们对粮食安全、环境安全和温室气体减排需求的不断增加，生物炭逐渐与土壤管理、农业可持续发展和碳封存联系在一起，研究认为，利用生物炭(秸秆炭化)进行改土还田，不仅可以与肥料配施提高作物产量，也可以单独使用或作为添加剂来改善土壤肥力，提高资源利用效率，缓解环境污染，减少温室气体排放，同时也可为生态环境污染修复提供合理有效地解决方式。

新疆地处亚欧大陆腹地，属荒漠干旱性气候，土壤贫瘠，盐渍化严重。近些年随着不合理施肥灌溉等进一步加重了土壤的次生盐渍化，严重影响农田生态环境及作物生长，成为制约农业生产发展的“瓶颈”。

因此，开展生物炭添加对灌溉麦田磷素利用的研究，对促进农田地力提升、提高作物生产能力及改善农田生态环境具有科学价值和现实意义发明内容。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种生物炭的应用及基于生物炭的磷肥减施增效方法，以克服现有技术中存在的问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

首先，本发明提供了一种生物炭在改善北疆灌区麦田土壤理化性质、提升小麦磷素利用率和产量中的应用。

本发明的有益效果在于：

1、本发明通过在北疆灌区土壤上根据土地面积添加一定比例的生物炭，不仅可以改善土壤理化性质和提升磷素利用效率，达到提升产量的目的，而且实现了肥料的高效利用，提高了经济效益和环境效益。

2、本发明通过在灌区麦田减量施用磷肥配施生物炭，不仅实现了土壤理化性质提升和小麦增产的目的，而且降低了磷肥施用量，提高了经济和环境效益，尤其适用于提升北疆灌区麦田土壤肥力。

优选的，所述生物炭为植物秸秆经高温厌氧炭化制得。

优选的，所述植物秸秆为棉花秸秆。

优选的，所述炭化温度为450℃。

采用上述优选技术方案的有益效果在于，通过控制生物炭的炭化温度，使制得的生物炭表面官能团较为丰富，利于土壤改良和植物生长。

优选的，所述生物炭用量为22.5-30t/hm²。

采用上述优选技术方案的有益效果在于，根据土地面积添加适宜的生物炭量，不仅能够改善北疆灌区土壤结构、提高土壤养分含量和酶活性，而且还能增强土壤微生物活性，提高土壤微生物功能多样性，对稳定土壤结构也具有良好的效果。

优选的，土壤理化性质包括土壤pH、土壤电导率(EC)、土壤有机质含量以及土壤基础养分含量；磷素利用率包括磷素积累分配规律、磷素利用效率和磷肥利用效率。

本发明还提供了一种基于如上技术方案生物炭的磷肥减施增效方法，包括以下步骤：

(1)将生物炭与磷肥施入北疆灌区麦田土壤，得到改良土壤；

(2)将小麦在改良土壤中播种。

进一步的，步骤(1)中，施入的方式为：将生物炭与磷肥混合后施入。

进一步的，步骤(1)中，施入的方式为：将生物炭垄底条施后再施入磷肥。

优选的，磷肥的磷素用量为84-102kg/hm²。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种生物炭的应用及基于生物炭的磷肥减施增效方法，具有如下有益效果：

1、本发明针对新疆农田施磷量逐渐增大、磷肥利用率低和磷矿资源短缺等问题，通过揭示磷肥减施及生物炭添加后土壤理化性质及磷素运移变化规律，阐明生物炭添加对灌溉农田磷素利用的影响机制。

2、生物炭作为一种新型肥料，不仅可以作为土壤改良剂，提高土壤肥力，改善植物生境，提高土地生产力及作物产量，其对土壤的透气、保水、保肥性有不同程度的改善，施加生物炭对土壤肥力有吸持和缓释的作用。本发明综合改良方法能够培肥灌区土壤，提升小麦磷素利用效率。

3、生物炭通过改善北疆灌区土壤理化性质、提高土壤养分进而培肥土壤；生物炭通过增加土壤速效养分含量，提升养分利用效率，进而达到增产目的。本发明综合改良方法能够培肥灌区土壤，提升小麦磷素利用效率。

4、本发明不仅解决了传统土壤施肥方法中存在的成本高、费时长、缺少生态可持续性的问题，而且对北疆灌区麦田土壤肥力改善和磷素利用效率提升具有良好的效果，并为新疆棉花秸秆资源合理利用提供了新途径。

具体实施方式

下面将结合本发明的实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

以下实施例中，本发明对生物炭的制备方式没有特殊限定，采用本领域技术人员所熟知的制备方式即可。

实施例1

基于生物炭的磷肥减施增效方法，包括以下步骤：

(1)将生物炭与磷肥混合后均作为底肥在小麦播种前一次性均匀施于北疆灌区麦田土壤表面并翻至土壤耕层，得到改良土壤；

其中，生物炭为棉花秸秆经450℃高温厌氧炭化制得；生物炭的用量为22.5t/hm²；磷肥的用量为84kg/hm²；土壤耕层的厚度为20cm；

(2)将小麦在改良土壤中播种，播种方式为条播，行距为0.2m，种植密度为450×10⁴株/hm²，灌溉方式为滴灌，其他田间肥水管理措施均同一般高产田。

实施例2

基于生物炭的磷肥减施增效方法，包括以下步骤：

(1)将生物炭垄底条施后再施入磷肥于北疆灌区麦田土壤，得到改良土壤；

其中，生物炭为棉花秸秆经450℃高温厌氧炭化制得；生物炭的用量为30t/hm²；磷肥的用量为102kg/hm²；

(2)将小麦在改良土壤中播种，播种方式为条播，行距为0.2m，种植密度为450×10⁴株/hm²，灌溉方式为滴灌，其他田间肥水管理措施均同一般高产田。

实施例3

北疆灌区麦田施用生物炭的田间试验

1、试验步骤

试验于2019年4-8月在新疆昌吉自治州奇台县农科院麦类作物实验站完成。供试小麦品种为“新春37号”，种子由新疆农业科学院提供。供试生物炭材料购于新疆农业科学院，采用立式炭化炉烧制，原材料为棉花秸秆，制备温度为450℃。基本性质：pH值9.24、全氮21.76g/kg、全磷10.58g/kg、全钾21.45g/kg、碱解氮5.38mg/kg、速效磷200.94mg/kg。

麦田土壤基本性质：pH值8.25、全氮3.21g/kg、有机质23.22g/kg、碱解氮91.34mg/kg、速效钾235.7mg/kg、速效磷10.1mg/kg。

田间小区试验，生物炭用量设置3个水平(0、22.5t/hm²、30t/hm²)，磷肥用量设置5个水平(0、66kg/hm²、84kg/hm²、102kg/hm²、120kg/hm²)，共15个处理(P1B1、P2B1、P3B1、P4B1、P5B1、P1B2、P2B2、P3B2、P4B2、P5B2、P1B3、P2B3、P3B3、P4B3、P5B3)，每个处理3个重复，共计45个小区，每小区面积为9m²(3m×3m)。具体施肥操作步骤按照实施例1进行。

2、土壤样品采集

(1)土壤样品分别于春小麦苗期、分蘖期、拔节期、灌浆期与成熟期采用“五点法”取样，每个小区采集0-20cm耕层土壤测定土壤水分含量，并将土壤样品风干处理后测定土壤pH、土壤电导率(EC)、土壤有机质含量以及土壤基础养分含量。

(2)于春小麦拔节期、灌浆期与成熟期采用“五点法”取样，选取具有代表性的植株，将植株样分成茎秆、叶片与籽粒，并于105℃条件下杀青30min，然后80℃条件下烘干至恒重，以测定植株地上各器官干物质量与含磷量。

(3)小麦成熟期收获记产，并选取具有代表性的小麦10株进行考种，调查穗粒数、千粒重与有效穗数，并计算理论产量。

3、指标测定

(1)土壤有机质使用重铬酸钾容量法测定：称取100目风干土样0.5g于硬质试管中，加入0.8mol·L^-1重铬酸钾溶液和浓硫酸各5mL，管口盖上弯颈小漏斗，于170-180℃石蜡油中油浴15min，取出冷却后加水稀释，并加入2-3滴邻菲罗啉指示剂，用0.2mol·L^-1硫酸亚铁溶液滴定。

(2)土壤全磷采用HClO₄-H₂SO₄酸熔-钼锑抗比色法测定：称取100目风干土样0.5g于50mL开氏瓶中，加入浓H₂SO48 mL，摇匀后，加70％-72％HClO₄10滴，摇匀，消煮至溶液转白。冷却后定容至100mL。取澄清液5mL注入50mL容量瓶，先稀释至30mL，加入2滴二硝基酚指示剂，加4mol·L^-1NaOH至溶液变黄，再加2mol·L^-1H₂SO₄1滴，使溶液的黄色刚刚褪去。然后加钼锑抗试剂5mL，加水定容至50mL，摇匀，30min后在880nm下比色。

(3)土壤速效磷采用NaHCO₃浸提H₂SO₄钼锑抗比色法测定：称取100目风干土样2.5g于150mL三角瓶中，加入0.5mol·L^-1NaHCO₃溶液50mL，再加一勺无磷活性炭，振荡30min，过滤，吸取10mL滤液，加入35mL蒸馏水，加入5mL钼锑抗试剂，摇匀，放置30min后在880nm下比色。

(4)土壤全氮采用半微量开氏法测定。

(5)土壤全钾采用NaOH熔融，火焰光度计法测定。

(6)土壤速效钾采用NH⁴OAc浸提，火焰光度法测定。

(7)土壤电导率采用DDSJ-308型电导仪测定。

(8)土壤pH采用电位法测定：称取10目风干土样10g于50mL塑料瓶内，加25mL蒸馏水，搅拌1min后过滤，使用pH计测定。

(9)植株磷采用H₂SO₄-H₂O₂消煮-钼锑抗比色法测定：称取磨细烘干的植株样品0.3g，置于50mL消煮瓶中，加入浓H₂SO₄2 mL，摇匀后，在250℃温度下消化，逐滴加入300g·L^-1H₂O₂10滴，如此反复2-3次，直至消煮液无色或澄清，将冷却的消煮液用水定容至50mL。取澄清液5mL注入50mL容量瓶，先稀释至30mL，加入2滴二硝基酚指示剂，加4mol·L-1NaOH至溶液变黄，再加2mol·L^-1H₂SO₄1滴，使溶液的黄色刚刚褪去。然后加钼锑抗试剂5mL，加水定容至50mL，摇匀，30min后在880nm下比色。

4、结果分析

表1生物炭与磷肥配施对土壤性质各指标的影响

注：表中的数字均为平均值±标准差；不同小写字母的数值在0.05水平上差异显著。

(1)不同施肥处理对土壤有机质的影响

由表1可知，不同施肥处理对土壤有机质影响显著(P<0.05)，磷肥及生物炭对土壤有机质含量均有显著或极显著影响，两者的互作效应仅在拔节期存在极显著影响，说明适当添加生物炭可以有效增加土壤有机质含量，改善土壤环境。不同施肥模式下，土壤有机质随小麦生育时期呈先下降后上升的趋势，在小麦灌浆期时土壤有机质含量最低。整体而言，分蘖期、拔节期与成熟期时施加高量生物炭的处理下土壤有机质含量最高，施加低量生物炭时次之，单施磷肥时土壤有机质含量最低；而灌浆期时施加低量生物炭的处理下土壤有机质含量最高，施加高量生物炭时次之，单施磷肥时土壤有机质含量最低。

单施磷肥时，土壤有机质含量在苗期时最高，灌浆期最低，但苗期、分蘖期、灌浆期与成熟期时处理间无显著差异，拔节期时对照处理有机质含量显著高于单施磷肥处理，磷肥减量30％(P4B1)与磷肥减量45％(P5B1)处理有机质含量显著低于其他处理。

磷肥配施低量生物炭时，土壤有机质含量在苗期时最高，灌浆期最低，但苗期、分蘖期、拔节期与成熟期时磷肥配施减量低量生物炭处理下土壤有机质含量高于常规施磷肥配施低量生物炭(P2B2)与单施低量生物炭(P1B2)处理，但处理间无显著差异；灌浆期时磷肥减量15％配施低量生物炭(P3B2)处理下有机质含量最高，且显著高于单施低量生物炭(P1B2)处理与磷肥减量45％配施低量生物炭(P5B1)处理，磷肥减量45％配施低量生物炭(P5B1)处理下有机质含量显著低于其他处理。

磷肥配施高量生物炭时，土壤有机质含量在苗期与分蘖期时磷肥减量45％配施高量生物炭(P5B3)处理下最高，但处理间无显著差异；拔节期与成熟期时单施高量生物炭(P1B3)与常规施磷肥配施高量生物炭(P2B3)处理下土壤有机质含量显著高于其他处理。

(2)不同施肥处理对土壤全磷的影响

由表1可知，不同施肥处理对土壤全磷无显著影响(P<0.05)，整体而言，施加低量生物炭时全磷含量最低。单施磷肥时，土壤全磷含量在磷肥减量45％(P5B1)处理下最高，但各处理间无显著差异。

磷肥配施低量生物炭时，土壤全磷含量在磷肥减量15％配施低量生物炭(P3B2)与磷肥减量30％(P4B2)处理下含量较高，单施低量生物炭(P1B2)最低。

磷肥配施高量生物炭时，土壤全磷含量在磷肥减量30％配施高量生物炭(P4B3)处理下土壤全磷含量较高。

(3)不同施肥处理对土壤速效磷的影响

由表1可知，不同施肥处理对土壤速效磷影响显著(P<0.05)，且磷肥对土壤速效磷含量有极显著影响，生物炭及两者的互作效应对速效磷含量有显著或极显著影响。不同施肥模式下土壤速效磷含量随小麦生育时期呈先下降后上升的趋势，在小麦分蘖期时土壤速效磷含量最低，成熟期时速效磷含量最高。整体而言，拔节期与灌浆期时施加高量生物炭的处理下土壤速效磷含量最高，且磷肥减量15％配施高量生物炭(P3B3)处理下土壤速效磷含量最高，单施高量生物炭(P1B3)处理最低。

单施磷肥时，土壤速效磷含量在苗期与分蘖期时P3B1>P2B1>P4B1>P5B1>P1B1，且磷肥减量15％(P3B1)处理显著高于对照与磷肥减量45％(P5B1)；拔节期、灌浆期与成熟期时P3B1>P5B1>P4B1。

磷肥配施低量生物炭时，土壤速效磷含量在苗期、分蘖期、灌浆期与成熟期时P4B2>P3B2>P5B2>P1B2，且分蘖期与灌浆期时磷肥减量30％配施低量生物炭(P4B2)处理显著高于单施低量生物炭(P1B2)处理。

磷肥配施高量生物炭时，磷肥减量15％(P3B3)处理下土壤速效磷含量最高，且该处理下土壤速效磷含量显著高于单施高量生物炭(P1B3)处理。

(4)不同施肥处理对土壤全氮的影响

由表1可知，不同施肥处理对土壤全氮含量影响显著，且仅有生物炭对土壤全氮含量有极显著影响。整体而言，施加低量生物炭的处理下土壤全氮含量最高，施加高量生物炭时次之，单施磷肥时土壤全氮含量最低。

单施磷肥时，单施磷肥减量15％(P3B1)处理下土壤全氮含量最高，且该处理显著高于对照(P1B1)。

磷肥配施低量生物炭时，常规施磷肥配施低量生物炭(P2B2)与磷肥减量45％配施低量生物炭(P5B2)处理下土壤全氮含量低于单施低量生物炭(P1B2)，但无显著差异。

磷肥配施高量生物炭时，磷肥减量配施高量生物炭处理全氮含量较高(P5B3>P3B3>P4B3)，常规施磷肥配施高量生物炭处理次之，单施高量生物炭时土壤全氮含量最低。

(5)不同施肥处理对土壤全钾的影响

由表1可知，不同施肥处理对土壤全钾含量影响显著(P<0.05)，且生物炭对土壤全钾有极显著影响，而磷肥与生物炭的互作效对土壤全钾含量有显著影响。整体而言，施加高量生物炭的处理下土壤全钾含量最高。

单施磷肥时，单施常规施磷肥(P2B1)处理下全钾含量最高，对照水平次之，单施磷肥减量时土壤全钾含量最低，且P3B1>P4B1>P5B1，但处理间无显著差异。

磷肥配施低量生物炭时，磷肥减量45％配施低量生物炭(P5B2)处理下土壤全钾含量最高，且各处理均显著高于单施低量生物炭(P1B2)。

磷肥配施高量生物炭时，磷肥减量30％配施高量生物炭(P4B3)处理下土壤全钾含量最高，单施高量生物炭(P1B3)处理下次之，而磷肥减量15％配施高量生物炭(P3B3)处理下土壤全钾含量最低。

(6)不同施肥处理对土壤速效钾的影响

由表1可知，不同施肥处理对土壤速效钾含量影响显著(P<0.05)，且仅有生物炭对土壤速效钾含量有极显著影响，不同施肥模式下土壤速效钾含量随小麦生育时期呈波动性变化。整体而言，施加高量生物炭的处理下土壤速效钾含量最高，施加低量生物炭的处理次之，单施磷肥时土壤速效钾含量最低。

单施磷肥时，小麦分蘖期、拔节期与灌浆期时对照处理下土壤速效钾含量最低；分蘖期、拔节期与灌浆期时土壤速效钾含量表现为P3B1>P4B1>P5B1。

磷肥配施低量生物炭时，小麦分蘖期、拔节期与灌浆期时单施低量生物炭(P1B2)处理下土壤速效钾含量最低；小麦分蘖期、拔节期与成熟期时土壤速效钾含量在磷肥减量30％配施低量生物炭(P4B2)时最高，灌浆期时磷肥减量15％配施低量生物炭(P3B2)时含量最高，磷肥减量30％配施低量生物炭(P4B2)处理次之，但两个施肥处理下无显著差异。

磷肥配施高量生物炭时，单施高量生物炭(P1B3)与常规施磷肥配施高量生物炭(P2B3)处理下在成熟期时土壤速效钾含量增加，而磷肥减量配施高量生物炭处理下土壤速效钾含量在生育期内呈降低趋势。成熟期时常规施磷肥配施高量生物炭(P2B3)处理下土壤速效钾含量最高，单施高量生物炭处理次之，磷肥减量配施高量生物炭处理最低，且P4B3>P3B3>P5B3。

(7)不同施肥处理对土壤电导率的影响

由表1可知，不同施肥处理对土壤电导率影响显著(P<0.05)，生物炭对电导率存在极显著影响，不同施肥模式下土壤电导率随小麦生育时期呈波动性变化，在小麦分蘖期时土壤电导率最低。整体而言，各生育时期内磷肥配施高量生物炭时土壤电导率最高，磷肥配施低量生物炭时土壤电导率次之，单施生物炭时土壤电导率最低。

单施磷肥时，对照处理与磷肥减量45％(P5B1)时土壤电导率在小麦生育期内呈“W”变化，即在分蘖期与灌浆期时土壤电导率降低，且拔节期之后土壤电导率P5B1>P1B1；常规施磷肥、磷肥减量15％与磷肥减量30％时土壤电导率在苗期与灌浆期达到峰值。成熟期时磷肥减量45％最高，对照处理次之。

磷肥配施低量生物炭时，单施低量生物炭(P1B2)时在土壤电导率在小麦生育期内呈“W”变化，即在分蘖期与灌浆期时土壤电导率降低，并且在苗期与成熟期时该处理电导率最大；磷肥配施低量生物炭时土壤电导率在灌浆期达到峰值，其中磷肥减量45％配施低量生物炭(P5B2)处理在拔节期与灌浆期时电导率最高。成熟期时单施低量生物炭时土壤电导率最高，磷肥减量30％配施低量生物炭(P4B2)次之。

磷肥配施高量生物炭时，单施高量生物炭(P1B3)时土壤电导率无明显变化，成熟期时电导率升高；常规施磷肥配施高量生物炭(P2B3)与磷肥减量15％配施高量生物炭(P3B3)处理电导率在灌浆期时达到峰值，且在分蘖期至灌浆期P2B3>P3B3；磷肥减量30％配施高量生物炭(P4B3)与磷肥减量45％配施高量生物炭(P5B3)处理在拔节期时电导率较分蘖期升高，而拔节期后电导率变化不明显。成熟期时单施高量生物炭处理电导率最高，磷肥减量15％配施高量生物炭次之，常规施磷肥配施高量生物炭处理下电导率最低。

(8)不同施肥处理对土壤pH的影响

由表1可知，不同施肥处理对小麦苗期与灌浆期时土壤pH影响显著(P<0.05)，生物炭仅在苗期与成熟期存在显著影响，即生物炭的碱性特质并不会对碱性土壤造成严重破坏。不同施肥模式下土壤pH随小麦生育时期呈波动性变化，在小麦分蘖期时土壤pH达到最高值，成熟期时pH最低。在整个生育期内，土壤pH在各处理下无规律性变化，常规施磷肥配施高量生物炭(P2B3)时在苗期与分蘖期土壤pH最高，而拔节期之后该处理下土壤pH最低。整体而言，苗期时单施磷肥时土壤pH最高，而分蘖期与成熟期时磷肥配施低量生物炭时土壤pH最高，单施磷肥时次之，磷肥配施高量生物炭时最低。在苗期与灌浆期时处理间有显著差异。

单施磷肥时，常规施磷肥、磷肥减量15％与磷肥减量30％时土壤pH在分蘖期最高，拔节期后逐渐降低；而对照处理与磷肥减量45％(P5B1)处理下pH则随小麦的生长呈波动性变化，且该施肥模式下土壤pH较高。

磷肥配施低量生物炭时，单施低量生物炭(P1B2)与磷肥减量15％配施低量生物炭(P3B2)时土壤pH随小麦生长呈波动性变化；磷肥减量30％配施低量生物炭(P4B2)、磷肥减量45％配施低量生物炭(P5B2)与常规施磷肥配施低量生物炭(P2B2)处理下土壤pH随小麦的生长呈先上升后降低的趋势，在分蘖期达到最高。整体而言，常规施磷肥配施低量生物炭时在小麦拔节期后土壤pH最低。小麦灌浆期时处理间有显著差异。

磷肥配施高量生物炭时，各处理下均随小麦生育时期呈先上升后下降的趋势，且在分蘖期最大，成熟期最低，而各处理间无明显规律。拔节期与灌浆期时，常规施磷肥配施高量生物炭(P2B3)时土壤pH最低，而该处理在苗期、分蘖期与成熟期时土壤pH最高；单施高量生物炭(P1B3)时土壤pH在拔节期与灌浆期最高，苗期、分蘖期与成熟期时土壤pH略低于常规施磷肥配施高量生物炭处理下。

表2生物炭与磷肥配施对小麦磷素(植物磷)积累量的影响

注：表中的数字均为平均值±标准差；不同小写字母的数值在0.05水平上差异显著。

由表2可知，不同施肥处理对小麦植株磷素积累量影响显著(P<0.05)，且磷肥及生物炭仅对植株成熟期时叶部与籽粒磷素积累量的影响均达到显著或极显著水平，两者的互作效应对植株成熟期时籽粒磷素积累量也存在极显著影响，春小麦各部位磷素积累量随生育时期呈规律性变化，其变化趋势与小麦含磷量变化趋势相似且植株内磷素积累分配比重与干物质分配呈相同趋势，为穗>茎>叶。在生育期内茎部磷素积累量先上升后下降，叶部则为下降趋势，春小麦籽粒磷素积累量与地上部总积累量均为上升趋势。灌浆期时，常规施磷处理下随着生物炭施用量的增加，叶部磷素积累量先降低后升高，而籽粒磷素积累量降低，说明常规施磷时增加生物炭用量会抑制作物内磷素向籽粒的转移。整体而言，拔节期与灌浆期时磷肥减量时配施低量生物炭处理下茎部与叶部磷素积累较多，而成熟期时单施磷肥处理下籽粒磷素积累较多，叶部磷素积累较少。

施低量生物炭时，P3B2处理下磷素积累量最高，且茎部与叶部积累量较低，籽粒中磷素积累量最高，说明P3B2处理可以更好地促进植株中磷素在生殖器官的积累；施高量生物炭时，P3B3处理下磷素积累量最高，且P3B3>P3B2，且P3B3处理下植株茎穗部磷素积累量较对照增加14.43％。

表3生物炭与磷肥配施对土壤性质各指标的影响

注：表中的数字均为平均值±标准差；不同小写字母的数值在0.05水平上差异显著。

由表3可知，不同施肥处理对小麦磷素转移量、磷素转移效率、对籽粒的贡献率以及磷素利用效率均有显著影响(P<0.05)，磷肥对叶部的磷素转移量、转移效率与叶部对籽粒的贡献率存在显著影响，生物炭及两者的互作效应均对茎部对籽粒的贡献率、磷素利用效率与磷素生理效率的影响达到显著或极显著水平，说明适当添加生物炭可以促进植株内磷素的转移，有效提高磷素利用率，并达到极显著效果。

不同施肥处理的茎部磷素转移量较对照均有不同程度的增加整体而言磷肥配施低量生物炭时增幅最高(P3B2>P1B2>P4B2>P2B2>P1B1)，单施磷肥时次之(P2B1>P3B1>P4B1>P1B1)，磷肥配施高量生物炭时增幅最低(P4B3>P1B3>P3B3>P2B3>P1B1)，茎部磷素转移效率及对籽粒贡献率也呈类似变化趋势。相应的，与对照相比，植株叶部磷素转移量、磷素转移效率及其对籽粒贡献率呈波动性变化，但总趋势仍表现为磷肥与生物炭配施对植株叶部磷素的影响大于单施磷肥时。

就磷素利用效率而言，不同施肥处理下磷素利用效率变化有波动。单施磷肥时，植株磷素利用率随磷肥施用量呈波动性变化，其中减量施肥30％(P4B1)显著降低植株磷素利用率(P<0.05)；磷肥配施低量生物炭时，植株磷素利用率随磷肥减施量呈增加趋势(P1B2>P2B2>P4B2>P3B2)；磷肥配施高量生物炭时植株磷素利用率也随磷肥配施量呈波动性变化，处理间差异不显著。

表4生物炭与磷肥配施时磷肥偏生产力及农学利用效率

注：表中的数字均为平均值±标准差；不同小写字母的数值在0.05水平上差异显著。

由4可知，不同施肥处理对春小麦磷肥利用影响显著(P<0.05)，不同生物炭添加量下春小麦磷肥偏生产力随磷肥施用量的增加而降低。常规施磷肥时，磷肥偏生产力随生物炭施用量的增加而增加(B3>B2>B1)；磷肥减量时，低量生物炭处理下磷肥偏生产力较高(P5B2>P4B2>P3B2>P2B2)。单施磷肥与磷肥配施低量生物炭时磷肥农学利用效率随磷肥施用量呈波动性变化(P4>P5>P3>P2)；高量生物炭处理下，磷肥减量45％时磷肥农学利用率最高。

表5生物炭与磷肥配施小麦产量及其构成因素的影响

注：表中的数字均为平均值±标准差；不同小写字母的数值在0.05水平上差异显著。

由表5可知，不同施肥模式均通过影响春小麦的有效穗数、穗粒数与千粒重来改变产量。从产量构成因子看，有效穗数较对照有增加趋势，其中磷肥配施低量生物炭时平均增幅最大；小麦千粒重随不同施肥处理变化趋势与有效穗数相似，即与对照相比，不同施肥处理下小麦千粒重不同程度增加。

整体而言，磷肥配施低量生物炭时小麦千粒重增幅最大，且在磷肥减量(P3B2、P4B2)时增幅显著高于对照处理(P<0.05)，磷肥配施高量生物炭及单施磷肥时次之；相反的，不同施肥处理下小麦穗粒数则呈现不同程度降低，但处理间差异不显著。根据不同施肥处理下小麦的产量构成因素计算春小麦理论产量得出，与对照相比，不同施肥处理均可促进小麦增产，其中磷肥减量15％配施低量生物炭(P3B2)时小麦产量增幅最高，该处理小麦理论产量8792.36kg·hm^-2，与对照相比产量增加14.77％。

综上所述，本发明中生物炭配施低量磷肥，不仅改善了土壤理化性质，而且提高了作物对养分的利用效率，对北疆灌区麦田土壤改良及作物增产效果良好。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种生物炭在改善北疆灌区麦田土壤理化性质、提升小麦磷素利用率和产量中的应用。

2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述生物炭为植物秸秆经高温厌氧炭化制得。

3.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，所述植物秸秆为棉花秸秆。

4.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，所述炭化的温度为450℃。

5.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述生物炭的用量为22.5-30t/hm²。

6.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述土壤理化性质包括土壤pH、土壤电导率、土壤有机质含量以及土壤基础养分含量；所述磷素利用率包括磷素积累分配规律、磷素利用效率和磷肥利用效率。

7.一种基于权利要求1-6任一项所述生物炭的磷肥减施增效方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将生物炭与磷肥施入北疆灌区麦田土壤，得到改良土壤；

(2)将小麦在改良土壤中播种。

8.根据权利要求7所述的一种基于生物炭的磷肥减施增效方法，其特征在于，步骤(1)中，所述施入的方式为：将生物炭与磷肥混合后施入。

9.根据权利要求7所述的一种基于生物炭的磷肥减施增效方法，其特征在于，步骤(1)中，所述施入的方式为：将生物炭垄底条施后再施入磷肥。

10.根据权利要求7所述的一种基于生物炭的磷肥减施增效方法，其特征在于，所述磷肥的用量为84-102kg/hm²。