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生物炭与磷肥添加对红壤团聚体及其磷组分分布的影响

邓伟明 唐梦天 郭玉栋 池哲伟 黄期 邝曦芝 蔡昆争 田纪辉

邓伟明, 唐梦天, 郭玉栋, 池哲伟, 黄 期, 邝曦芝, 蔡昆争, 田纪辉. 生物炭与磷肥添加对红壤团聚体及其磷组分分布的影响[J]. 土壤通报, 2023, 54(2): 352 − 363 doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2022022505
引用本文: 邓伟明, 唐梦天, 郭玉栋, 池哲伟, 黄 期, 邝曦芝, 蔡昆争, 田纪辉. 生物炭与磷肥添加对红壤团聚体及其磷组分分布的影响[J]. 土壤通报, 2023, 54(2): 352 − 363 doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2022022505
DENG Wei-ming, TANG Meng-tian, GUO Yu-dong, CHI Zhe-wei, HUANG Qi, KUANG Xi-zhi, CAI Kun-zheng, TIAN Ji-hui. Effects of Biochar and Phosphorus Application on Red Soil Aggregates and Their Phosphorus Components Distribution[J]. Chinese Journal of Soil Science, 2023, 54(2): 352 − 363 doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2022022505
Citation: DENG Wei-ming, TANG Meng-tian, GUO Yu-dong, CHI Zhe-wei, HUANG Qi, KUANG Xi-zhi, CAI Kun-zheng, TIAN Ji-hui. Effects of Biochar and Phosphorus Application on Red Soil Aggregates and Their Phosphorus Components Distribution[J]. Chinese Journal of Soil Science, 2023, 54(2): 352 − 363 doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2022022505

生物炭与磷肥添加对红壤团聚体及其磷组分分布的影响

doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2022022505
基金项目: 国家自然科学基金项目(31870420,41807084)和广东省自然科学基金项目(2017A030313177,2018A030310214)资助
详细信息
    作者简介:

    邓伟明(1999−),男,广东河源人,本科生,主要从事农业生态学研究。E-mail: d1249184009@163.com

    通讯作者:

    E-mail: jhtian@scau.edu.cn

  • 中图分类号: S152.4 + 7

Effects of Biochar and Phosphorus Application on Red Soil Aggregates and Their Phosphorus Components Distribution

  • 摘要:   目的  通过大豆盆栽试验,研究了秸秆生物炭与磷肥添加对红壤团聚体稳定性、磷组分分布与植物磷吸收的影响。  方法  试验包括6个处理:P0(不施磷和生物炭)、P30(30 kg P hm−2,不施生物炭)、P90(90 kg P hm−2,不施生物炭)、BP0(不施磷,单施4%生物炭)、BP30(30 kg P hm−2,施4%生物炭)和BP90(90 kg P hm−2,施4%生物炭)。采用湿筛法分离得到粗大团聚体(> 2 mm)、细大团聚体(0.25 ~ 2 mm)和微团聚体(< 0.25 mm)并用连续浸提分级测定了不同团聚体中磷组分分布特征。  结果  ①与P0和P30相比,BP0和BP30处理显著促进粗大团聚体形成与稳定,同时促进大豆生长与磷吸收,且BP30处理增幅最大。②与不施生物炭相比,不同磷水平下添加生物炭均显著降低粗大团聚体全磷、总有机磷、NH4F-Po和NaOH-I-Po含量,同时增加细大团聚体HCl-Pi和NaOH-II-Pi含量与微团聚体总无机磷、HCl-Pi和NaOH-II-Pi含量。③植株磷吸收与粗大团聚体总有机磷、NaOH-I-Po和NaOH-II-Po显著负相关,但与微团聚体和细大团聚体NH4Cl-Pi、HCl-Pi和NaOH-II-Pi显著正相关。  结论  生物炭与低量磷肥配施可有效改善红壤团聚体结构与稳定性,同时促进大团聚体有机磷的活化与微团聚体无机磷的固持,保障作物磷素供应。
  • 图  1  生物炭与磷肥添加下的红壤团聚体粒径分布(%)、粗大团聚体/细大团聚体、平均重量直径和几何平均直径

    不同小写字母表示不同处理间差异显著(P < 0.05),不同大写字母表示同一团聚体粒径下不同处理间差异显著(P < 0.05)

    Figure  1.  Aggregate proportion (%), large macro-aggregates (LMA)/small macro-aggregates (SMA), MWD and GMD under biochar and phosphorus fertilizer addition

    图  2  生物炭与磷肥添加下的红壤团聚体中全磷、残余态磷含量

    不同大写字母表示相同处理下不同团聚体粒径间差异显著(P < 0.05),不同小写字母表示同一团聚体粒径下不同处理间差异显著(P < 0.05)

    Figure  2.  Total phosphorus (P) and residual P content in red soil aggregates under biochar and P fertilizer addition

    图  3  生物炭与磷肥添加下的红壤团聚体中有机磷组分

    不同大写字母表示相同处理下不同团聚体粒径间差异显著(P < 0.05),不同小写字母表示同一团聚体粒径下不同处理间差异显著(P < 0.05)

    Figure  3.  Organic phosphorus (P) components in red soil aggregates under biochar and P fertilizer addition

    图  4  生物炭与磷肥添加下的红壤团聚体中无机磷组分

    不同大写字母表示相同处理下不同团聚体粒径间差异显著(P < 0.05),不同小写字母表示同一团聚体粒径下不同处理间差异显著(P < 0.05)

    Figure  4.  Inorganic phosphorus (P) fractions in red soil aggregates under biochar and P fertilizer addition

    图  5  植物磷吸收量与不同粒径团聚体中不同磷组分之间的相关性分析

    Figure  5.  Correlations between plant phosphorus (P) uptake and different P fractions in aggregates

    表  1  生物炭与磷肥添加下的大豆植株磷浓度、磷吸收量、生物量与产量

    Table  1.   Soybean plant yield, biomass, phosphorus (P) concentration and uptake under biochar and P fertilizer addition

    处理
    Treatment
    产量
    Yield
    (g 株–1
    生物量(g 株–1
    Biomass
    磷吸收(mg 株–1
    P uptake
    磷浓度(mg g–1
    P concentration
    地上部分
    Aboveground
    地下部分
    Underground
    全株
    Total
    地上部分
    Aboveground
    地下部分
    Underground
    全株
    Total

    Root

    Stem

    Leaf
    P0 3.50 ± 0.60 c 19.1 ± 3.80 d 2.80 ± 0.40 a 21.8 ± 4.10 d 33.5 ± 4.80 b 4.20 ± 0.40 b 37.7 ± 4.90 b 1.50 ± 0.10 c 1.50 ± 0.20 b 1.60 ± 0.20 c
    P30 4.40 ± 0.90 bc 20.9 ± 1.50 cd 3.30 ± 0.80 a 24.1 ± 2.00 cd 33.4 ± 6.30 b 5.30 ± 0.60 a 38.7 ± 6.00 b 1.30 ± 0.30 c 1.20 ± 0.30 b 1.50 ± 0.20 c
    P90 4.20 ± 0.30 c 23.2 ± 1.50 bc 2.70 ± 0.20 a 25.9 ± 1.60 bc 37.5 ± 4.20 b 4.20 ± 0.10 b 41.7 ± 4.20 b 1.40 ± 0.30 c 1.30 ± 0.20 b 1.40 ± 0.10 c
    BP0 5.20 ± 0.40 ab 26.3 ± 2.10 ab 2.70 ± 0.30 a 29.0 ± 2.00 ab 53.7 ± 2.10 a 4.70 ± 0.70 ab 58.4 ± 2.20 a 1.80 ± 0.10 ab 2.00 ± 0.10 a 1.70 ± 0.10 ab
    BP30 5.70 ± 0.40 a 27.8 ± 0.30 a 3.00 ± 0.30 a 30.7 ± 0.40 a 54.5 ± 1.40 a 5.40 ± 0.40 a 59.5 ± 1.30 a 1.70 ± 0.10 ab 2.00 ± 0.10 a 1.60 ± 0.10 ab
    BP90 5.20 ± 0.60 ab 25.9 ± 1.90 bc 2.70 ± 0.40 a 28.5 ± 1.80 bc 54.8 ± 3.50 a 4.40 ± 0.40 b 59.2 ± 3.80 a 1.80 ± 0.10 a 2.10 ± 0.10 a 1.80 ± 0.10 a
      注:同一列之间不同小写字母表示差异显著(P < 0.05),数据为平均数 ± 标准误差。
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    表  2  生物炭与磷肥添加下的土壤化学性质

    Table  2.   Soil properties under biochar and phosphorus (P) fertilizer addition

    处理
    Treatment
    pH有机碳
    SOC
    (g kg–1)
    盐基饱和度
    Base saturation
    %
    交换性酸
    Exchangeable acid
    (cmol kg–1)
    交换性钾
    Exchangeable K
    (mg kg–1)
    交换性钙
    Exchangeable Ca
    (mg kg–1)
    交换性钠
    Exchangeable Na
    (mg kg–1)
    交换性镁
    Exchangeable Mg
    (mg kg–1)
    交换性铝
    Exchangeable Al
    (mg kg–1)
    P0 4.94 c 29.0 b 75.8 b 0.98 b 27 b 937 b 102 c 37 c 155 c
    P30 5.01 cd 28.0 b 71.5 bc 1.20 ab 30 b 946 b 117 c 31 c 201 b
    P90 5.02 bc 29.0 b 69.0 c 1.33 a 33 b 936 b 107 c 28 c 249 a
    BP0 5.13 ab 54.0 a 91.5 a 0.45 c 280 a 1071 a 192 a 141 ab 38 d
    BP30 5.14 a 52.0 a 93.3 a 0.35 c 290 a 1083 a 168 b 134 b 30 d
    BP90 5.15 a 52.0 a 90.3 a 0.53 c 318 a 1057 a 147 b 147 a 56 d
      注:同一列之间不同小写字母表示差异显著(P < 0.05)
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    表  3  土壤团聚体稳定性与土壤化学性质之间的相关性

    Table  3.   Correlations between soil aggregate stability and chemical properties

    平均重量直径
    MWD
    几何平均直径
    GMD
    粗大/细大
    LMA/SMA
    粗大团聚体比例
    R> 2
    细大团聚体比例
    R0.25-2
    微团聚体比例
    R< 0.25
    pH −0.010 −0.050 0.180 0.050 −0.280 0.320
    有机碳 0.410* 0.320 0.550** 0.470* −0.670** 0.110
    盐基饱和度 0.470* 0.350 0.590** 0.530** −0.740** 0.120
    交换性酸 −0.540** −0.420 −0.670** −0.600** 0.790** −0.100
    交换性钾 0.420* 0.340 0.540** 0.470* −0.650** 0.080
    交换性钙 0.460* 0.330 0.590** 0.510* −0.720** 0.110
    交换性钠 0.500* 0.400 0.590** 0.530** −0.660** −0.040
    交换性镁 0.360 0.290 0.540** 0.450* −0.690** 0.160
    交换性铝 −0.520** −0.400 −0.650** −0.580** 0.800** −0.110
      注:* 表示显著相关(P < 0.05);** 表示极显著相关(P < 0.01)
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-02-25
  • 录用日期:  2022-06-20
  • 修回日期:  2022-04-30
  • 刊出日期:  2023-04-06

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