水炭调控对旱区膜下滴灌马铃薯土壤有机碳、微生物量及产量的影响

摘要

为揭示水炭调控对土壤质量和马铃薯产量的影响，于2024年5—10月在宁夏中部旱区开展膜下滴灌试验，以‘宁薯19号’马铃薯为试材，采用完全随机区组试验设计，设置1 260（W₁）、1 680（W₂）、2 100 m³/hm²（W₃）3个灌溉处理和5（B₁）、15（B₂）、25 t/hm²（B₃）3个生物炭处理，以当地不灌溉且不施加生物炭为对照（CK），共计10个处理，测定不同水炭处理下土壤有机碳（SOC）、易氧化有机碳（ROC）、可溶性有机碳（DOC）、颗粒有机碳（POC）、微生物量碳（MBC）、全氮（TN）、全磷（TP）、全钾（TK）及产量等指标，并分析灌溉量、生物炭施用量与土壤有机碳及其组分、微生物量、养分及产量的关系，同时基于随机森林和结构方程模型识别影响马铃薯产量的关键驱动因子。结果表明：1) 0—20 cm土层，水炭调控处理能够显著增加土壤有机碳及其组分含量（P<0.05），其中W₂B₃的土壤有机碳（SOC）、易氧化有机碳（ROC）、颗粒有机碳（POC）和微生物量碳（MBC）表现最优，与CK相比分别增加75.55%、73.99%、79.74%和80.91%，而可溶性有机碳（DOC）以W₂B₂表现最优，比CK增加80.18%。2)相同灌溉条件下，土壤碳库管理指数由高到低均为B₃>B₂>B₁；相同生物炭条件下，随着灌溉量的增加土壤碳库管理指数呈先增加后减小的趋势。3)不同水炭调控均可不同程度提高土壤质量指数（SQI）。根据计算结果和土壤综合肥力等级，将W₂B₂、W₂B₃、W₃B₃划分为二级。4)结构方程模型结果显示，灌溉是影响马铃薯产量的关键驱动因子，生物炭主要通过提高土壤有机碳、养分及微生物量间接影响马铃薯产量。综上，灌溉量1 680 m³/hm²结合生物炭施用量15 t/hm²（W₂B₂）为宁夏中部旱区膜下滴灌马铃薯生产的最佳水炭策略。

关键词

生物炭 / 马铃薯 / 土壤有机碳 / 土壤质量 / 产量 / 灌溉量

基金资助

宁夏回族自治区自然科学基金(2024AAC03124); 宁夏高等学校一流学科(水利工程)建设项目(NXYLXK2021A03)