施用生物炭对科尔沁沙地风沙土土壤质量和荞麦产量的影响

摘要

【目的】探究施用不同量生物炭4年后其对风沙土土壤理化和生物学性状、土壤质量及荞麦产量的影响，旨在为风沙土改良与生产力提升提供理论依据。【方法】以荞麦品种通荞5号为供试材料，2020年在科尔沁沙地风沙土上分别一次性施用0,20,40和60 t/hm²生物炭(分别用BC0（对照）、BC1、BC2和BC3表示)，于2023年荞麦收获期采样测定0～20 cm土层土壤团聚体特性、养分含量、微生物生物量碳氮磷含量和酶活性及荞麦产量，基于全数据集计算土壤质量指数，通过随机森林模型明确荞麦产量的关键影响因子。【结果】与对照相比，生物炭显著降低了0～20 cm土层粒径<0.1 mm团聚体含量，提高了0.1～<0.25,0.25～<0.5和0.5～<1 mm团聚体含量，但对1～<2mm团聚体含量均无显著影响；生物炭明显提高了0～10和10～20 cm土层土壤团聚体平均质量直径，增幅分别为2.79%～7.00%和2.48%～8.71%。与对照相比，生物炭明显提高了土壤有机碳（SOC）、碱解氮、速效磷、速效钾以及微生物生物量碳氮磷（MBC、MBN、MBP）含量，增强了脲酶、蔗糖酶和碱性磷酸酶活性，其中以BC3处理对以上指标的影响最明显。与对照相比，生物炭显著提高了土壤质量指数，且土壤质量指数与生物炭施用量成正比关系。3个生物炭处理中，仅BC3显著提高了荞麦籽粒产量，较对照增产13.14%。随机森林分析结果显示，团聚体（0.1～<0.5 mm粒级）和有机碳组分（MBC、SOC）对荞麦产量贡献显著。【结论】一次性施用4年后，高施用量生物炭具有明显的残留效应，显著提升了风沙土土壤质量与荞麦产量，而低施用量生物炭效果有限，表明生物炭在风沙土改良中存在“施用量阈值”效应，建议生态脆弱区风沙土地区优先采用高施用量生物炭策略，以实现生物炭的长期稳定效应和农业可持续发展目标。

关键词

科尔沁风沙土 / 生物炭 / 土壤理化性质 / 微生物学性状 / 荞麦产量