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氮是植物生长不可或缺的元素，施用氮肥是提高作物产量的必要手段[1-2]。我国是农业大国，近百年来，中国的农业取得了长足的发展，靠着全球 9% 的耕地，养活了世界将近 22% 的人口[3]，为了追求高产，不断地大量施入氮肥，导致氮肥的过度投入，在施氮量过高的地区出现了氮肥利用率低、损失多等问题[4-5]。氮素最终被作物吸收利用的数量主要由肥料本身特性、土壤质地、肥料施用方式、土壤水分、气候条件等因素决定[6]。如何合理有效地调控氮肥用量，合理施肥，提高土壤肥力，保护环境是亟待解决的重要问题。
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随着农业污染的日益严重，利用农业废弃物通过高温裂解产生的生物炭，在土壤氮循环过程中的作用机理越来越受到人们的关注[7]。相关研究表明，生物炭的碱性和多孔结构增加了土壤 pH 值和改善了土壤孔隙结构，抑制了氮素的反硝化过程，从而减少了 N2O 排放[8]。经过高温裂解的生物炭在表面能形成大量羧基官能团，使生物炭表面具有很强的吸附能力，能吸附土壤中的铵态氮、硝态氮，减少了其在水土表面的迁移[9-10]。20 世纪 50 年代，15N 示踪技术便被应用在农田生态系统中，用于研究氮素在土壤和作物体内的转移以及作物对氮素的吸收与代谢[11]，15N 示踪技术与普通加减法相比，试验结果更为准确，能准确计算出肥料的利用率和残留率[12]。
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分布于辽宁省西部的风沙土，其保水保肥性差，影响农业生态环境和农业生产可持续发展。风沙土作为我国重要的耕地资源，占我国国土面积的17.9%，由于其缺乏养分，无法满足作物生长需求，因此，改良风沙土对我国农业的绿色健康发展和粮食安全具有重大意义[13]。郑瑞伦等[14]利用生物炭改良风沙土，发现添加生物炭能显著（P<0.05） 增加苜蓿地上部对氮素的吸收量，提高了氮素的有效性。柳瑞等[15]认为添加生物炭能提高土壤团聚体，从而促进作物对养分的吸收利用，同时具有多孔结构的生物炭能提高土壤对养分的吸持和缓释，进而提高养分利用效率。汤家喜等[16]利用不同生物炭和膨润土进行培养试验，表明生物炭的应用能够提高土壤阳离子交换量、pH、含水率、孔隙度和降低土壤容重，从而改变风沙土的理化性质。
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本试验以花生连作 5 年以上的风沙土为供试土壤，采用盆栽试验，通过添加不同生物质来源（玉米秸秆、水稻秸秆、花生壳）及数量（0.5%、1%） 的生物炭，利用 15N 同位素示踪技术，分析不同种类及数量的生物炭对氮素在土壤中的转化和利用的影响，为筛选改良风沙土及提高氮肥利用率的适宜生物炭种类及数量提供理论支撑。
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1 材料与方法
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1.1 供试材料
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本试验供试土壤采自辽宁省阜新市彰武县东北窝堡（42°22′N，122°44′E），土壤类型为风沙土，采集深度为 0～20 cm。采回的土壤经风干后，挑出石子、根茬残体以及各种杂物，过 2 mm 孔径筛，充分混匀。供试土壤的基本化学性质见表1。
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本试验选用 3 种生物炭：玉米秸秆生物炭 （BMI）、水稻秸秆生物炭（BR）和花生壳生物炭 （BP），由湖北金日能源股份有限公司生产，分别以玉米秸秆、水稻秸秆和花生壳为原料，在 450℃ 下厌氧裂解 4 h 制备。化肥采用 15N 尿素（N 46%， 15N 丰度 20%，上海化工研究院有限公司）、过磷酸钙（P2O5 12%）、硫酸钾（K2O 50%）。供试生物炭的基本化学性质见表2。
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1.2 试验设计
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本试验在沈阳农业大学植物营养与施肥技术团队玻璃日光温室进行，夏天温度过高时采用水帘和开窗通风的方式降温，自然光照。种植作物为花生，品种为岛 222-1。采用聚乙烯盆，内径 23 cm，高 18 cm。按照每盆称取过 2 mm 筛后的风干土壤 10 kg，将生物炭、化肥、土均匀混合后装入盆钵，每盆灌入相同重量的水，保证土体全部湿润，使水分保持在田间持水量的 60%。每盆播 3 穴，每穴播 1 粒，出苗后每盆留 2 株。花生生长期间每隔 3 d 浇一次水，采用称重法使土壤含水量保持在田间持水量的 60%。盆钵随机摆放，每隔 7 d 依次将盆沿同一个方向移动。
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试验共设置 7 个处理，处理 1：对照（不施生物炭，仅施入氮磷钾化肥，以 CK 表示）；处理 2：低量玉米秸秆生物炭配施氮磷钾化肥（生物炭用量为 0.5% 土重，以 BM-0.5 表示）；处理 3：高量玉米秸秆生物炭配施氮磷钾化肥（生物炭用量为 1% 土重，以 BM-1 表示）；处理 4：低量水稻秸秆生物炭配施氮磷钾化肥（生物炭用量为 0.5% 土重，以 BR-0.5 表示）；处理 5：高量水稻秸秆生物炭配施氮磷钾化肥（生物炭用量为 1% 土重，以 BR-1 表示）；处理 6：低量花生壳生物炭配施氮磷钾化肥（生物炭用量为 0.5% 土重，以 BP-0.5 表示）； 处理 7：高量花生壳生物炭配施氮磷钾化肥（生物炭用量为 1% 土重，以 BP-1 表示）。每个处理重复 12 次，共计 84 盆。本研究的氮磷钾养分投入量约占大田花生施肥量的 50%。各处理养分施用量：氮（N）0.10 g/kg、磷（P2O5）0.15 g/kg、钾（K2O） 0.15 g/kg。生物炭添加量：5 和 10 g/kg。
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1.2.1 样品采集
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分别于花生苗期、开花下针期、结荚期和成熟期采集土壤样本。将花生植株拔出后，盆内土壤倒在塑料布上充分混匀，采用四分法选取土壤样本。选取鲜土用于铵态氮、硝态氮指标的测定。成熟期样本经过自然风干、研磨、过筛后用于土壤中 15N丰度及其他化学指标的测定。
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1.2.2 测定项目与方法
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生物炭样本。有机碳、全氮：元素分析仪（Germany，Vario EL III）测定；全磷：H2SO4-H2O2 消煮，钒钼黄比色法测定；全钾：H2SO4-H2O2 消煮-火焰光度法测定；pH：以 2.5∶1 的生物炭与水质量比浸提生物炭，pH 计（Shanghai，PHS-3C）测定。
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土壤样本。有机碳、全氮、15N 丰度：元素分析仪-稳定型同位素质谱仪联用（Germany，Elementar vario PYRO cube-Isoprime100）测定；土壤有效磷：0.5 mol/L NaHCO3 浸提，钼锑抗比色法测定；土壤速效钾：NH4OAc 浸提，火焰光度法测定； 土壤铵态氮、硝态氮：CaCl2 浸提，AA3 多通道流动分析仪（Germany，SEAL Auto Analyzer 3）测定； pH：以 2.5∶1 的液土比浸提，pH 计（Shanghai， PHS-3C）测定。
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1.2.3 计算
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15N 原子百分超 =15N 原子丰度（%）-0.3663%
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土壤肥料氮残留率（%）= 土壤中 15N 原子百分超 / 施入氮肥中 15N 的原子百分超 ×100
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每盆植株吸收的肥料氮总量（g）= 植株氮含量 （%）× 植株 15N 原子百分超 × 生物量（g/ 株）× 2（株）×1000
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氮肥利用率（%）= 每盆植株吸收的肥料中氮素总量（g）/ 每盆施入的氮素总量（g）×100
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1.2.4 统计与分析
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利用 Excel2019 对数据进行整理和计算，SPSS 25.0 进行单因素方差分析和双变量相关性分析， Duncan 法显著性检验（P<0.01，P<0.05），Origin 2019b64Bit 进行绘图。
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2 结果与分析
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2.1 添加生物炭对土壤 pH 及养分的影响
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由图1 可知，添加生物炭均可提高土壤 pH 值，且随着生物炭用量的增加，土壤 pH 有增加趋势； BR-1、BP-0.5、BP-1 处理提升效果最为明显，与CK 处理相比，分别提高了 0.23、0.22、0.46 个单位，其中花生壳生物炭对提升土壤 pH 效果最好。添加生物炭能显著（P<0.05）增加土壤有机碳含量，随着生物炭用量的增加，BM、BR、BP 3 种生物炭处理的土壤有机碳均显著（P<0.05）提高，与低量生物炭处理相比，增加幅度分别为 36.48%、 39.92% 和 30.65%；BM-1、BR-1、BP-1 处理有机碳含量与 CK 相比，分别提高了 92.68%、101.70%、 100.65%，生物炭种类对土壤有机碳含量影响差异不大。施用生物炭可以提高土壤有效磷含量，且随着生物炭用量的增加，土壤有效磷含量逐渐增加；高水平生物炭条件下，水稻秸秆生物炭对有效磷的影响最显著，与 CK 相比，提高了 14.92%。在生物炭种类相同的条件下，土壤速效钾含量随着生物炭用量的增加而增加，与低量生物炭相比，BM、 BR、BP 3 种高量生物炭增加幅度分别为 29.61%、 27.99%、10.31%。与 CK 相比，施用生物炭均能显著（P<0.05）提高土壤速效钾含量，其中 BR-1 处理速效钾含量最高，提高了 88.36%。
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图1 添加生物炭对土壤 pH 及养分的影响
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注：柱上不同小写字母代表不同处理间差异显著（P<0.05）。
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2.2 添加生物炭对土壤不同形态氮含量的影响
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2.2.1 对土壤全氮的影响
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由表3 可知，与 CK 相比，BM-1、BR-1、BP0.5 和 BP-1 能显著（P<0.05）增加土壤中的全氮含量，而 BM-0.5、BR-0.5 提升效果不显著，其中 BR-1 和 BP-1 处理土壤全氮含量相同且最高，为 0.63 g/kg，增加幅度均为 21.00%。土壤全氮含量随着生物炭用量的增加而增加，与低水平生物炭相比，BM、BR、BP 3 种生物炭增加幅度分别为 22.79%、11.60%、3.02%。施用低量生物炭条件下，添加不同种生物炭时土壤全氮含量不同，表现为 BM<BR<BP；在添加高量生物炭条件下，土壤全氮含量表现为 BM<BR=BP。花生壳生物炭在 1% 用量投入时，提升土壤全氮含量效果最好。
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注：不同小写字母代表不同处理间差异显著（P<0.05）。下同。
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2.2.2 对土壤铵态氮的影响
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由图2 可知，苗期，施加生物炭能显著（P<0.05）增加土壤铵态氮含量，除 BR-1、BP-1 处理外，其他不同生物炭处理之间铵态氮含量均表现为显著性差异（P<0.05），BR-1、BP-1 处理铵态氮增加幅度最大，分别为 90.54% 和 94.71%。进入开花下针期，与苗期相比，CK 处理土壤中铵态氮含量减少量最多，为 70.07%；生物炭处理的铵态氮减少量为 33.62%～57.01%。结荚期和成熟期，除玉米秸秆生物炭处理外，其他处理均表现为随着生物炭用量的增加铵态氮含量显著（P<0.05） 增加，与 CK 相比，BP-1 处理铵态氮含量增加幅度最大，分别提高了 176.63% 和 265.38%。不同生育时期施加生物炭均显著（P<0.05）增加土壤中的铵态氮含量，且铵态氮含量随着生物炭用量的增加而增加。
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图2 添加不同生物炭对土壤铵态氮含量的影响
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注：柱上不同小写字母代表同一时期不同处理间差异显著（P<0.05）。下同。
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2.2.3 对土壤硝态氮的影响
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由图3 可知，苗期，土壤硝态氮含量随着生物炭用量的增加而增加。低量生物炭条件下，BR-0.5 处理土壤硝态氮增加幅度最大，与 CK 相比，增加幅度为 7.73%；高量生物炭条件下，BP-1 处理土壤硝态氮增加幅度最大，为 19.28%。进入开花下针期后土壤硝态氮随着生物炭用量的增加而降低，玉米秸秆生物炭、水稻秸秆生物炭、花生壳生物炭的土壤硝态氮含量分别降低了 43.74%～61.81%、 54.70%～66.20%、26.73%～59.70%。结荚期和成熟期，BP-0.5 处理硝态氮含量最少，均低于 CK 处理，分别减少 59.97% 和 13.80%。
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图3 添加生物炭对不同时期土壤硝态氮含量影响
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2.3 添加生物炭对氮肥利用率的影响
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与 CK 相比，除 BM-0.5 处理，添加生物炭处理均能显著（P<0.05）增加土壤中氮残留率，增加土壤氮素固持能力（表4）。生物炭种类相同时，土壤氮残留率随着生物炭用量的增加而增加。生物炭用量为 0.5% 土重时，BR-0.5 处理氮残留率最高，为 31.36%，与 CK 相比，提高了 25.64%。生物炭用量为 1% 土重时，BR-1 处理氮残留率最高，为 36.31%，比 CK 增加了 45.47%。
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生物炭均能显著（P<0.05）提高氮肥利用率，但随着生物炭用量的增加，氮肥利用率呈现出降低的趋势（表 4），与低量生物炭相比，BM、BR、BP 3 种高量生物炭的氮素利用率降低幅度分别为 9.28%、 3.13%、16.61%，生物炭用量的持续增加反而降低了氮肥利用率。低量生物炭用量时，BM-0.5 处理氮肥利用率最高，为 51.32%，与 CK 相比，增加幅度为 22.86%；高量生物炭用量时，BM-1 处理的氮肥利用率最高，为 46.56%，提高了 11.46%。玉米秸秆生物炭处理的氮肥利用率在低量和高量生物炭用量时均最高。
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2.4 添加生物炭对花生籽粒产量的影响
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由图4 可知，除 BM-0.5 处理外，施用生物炭均能显著（P<0.05）增加花生籽粒产量。在低量生物炭条件下，BR-0.5 处理籽粒产量最高，增加幅度为3 8.86%。高量生物炭处理条件下，BP-1 处理产量最高，与 CK 相比增加 45.41%。
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2.5 籽粒产量与氮肥利用率和土壤养分的相关性分析
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由表5 可知，花生籽粒产量与土壤 pH、有机碳、氮残留率呈极显著正相关关系（P<0.01），相关系数分别为 0.64、0.56、0.79，适宜的酸碱性、较高的有机碳含量均对花生籽粒产量有促进作用；而残留率增加，花生产量也显著（P<0.01） 提高，这可能是由于风沙土中氮素并不是产量的主要限制因子所致。花生产量与土壤有效磷、速效钾呈显著正相关关系（P<0.05），相关系数分别为-0.47、0.52。氮残留率和氮肥利用率相关系数为 0.47，氮肥利用率和氮残留率表现为显著负相关关系（P<0.05），随着土壤中氮素固持的数量增多，作物吸收量减少，氮肥利用率降低。
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图4 添加生物炭对花生籽粒生物量的影响
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注：柱上不同小写字母代表不同处理间差异显著（P<0.05）。
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注：* 和 ** 分别表示在 0.05 水平和 0.01 水平上差异显著。
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3 讨论
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3.1 生物炭对风沙土 pH 及养分的影响
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土壤 pH 是评价土壤肥力的一个重要指标，对土壤养分形态、土壤理化性质及作物的生长具有重要影响[17]。本研究表明，与单施化学肥料相比，添加生物炭可以提高土壤 pH 值，与前人研究结果一致[18-19]。随着生物炭施用量的增加，pH 有增加的趋势，这在花生壳生物炭处理中体现最明显。可能是因为生物炭种类不同，所含有的钙、镁离子等灰分元素及生物炭表面碱性官能团含量不同，而生物炭中的盐基离子越多，交换出土壤中的氢、铝离子越多，越能提高土壤pH值[20-22]。同时，黄连喜等[23]证明花生壳生物炭的阳离子交换量要高于水稻秸秆等其他生物炭。
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风沙土黏粒含量少，养分贫瘠，保水保肥能力差，结构性差，极易发生水土流失[24]。生物炭具有高度发达的孔隙结构和较强的吸附能力，将生物炭添加到风沙土中能增加风沙土的保水保肥能力。研究表明，生物炭添加到新积土（砂土）中能显著提高土壤中的有效养分含量，具有吸附保持作用，能弥补砂土的“漏水漏肥”，但在保水保肥能力较好的土（壤质黏土）中作用不显著[25]，与本研究在风沙土上的研究结果一致，分析原因可能是在风沙土中添加生物炭相当于提高了土壤中的黏粒含量，减少其入渗性能[26]，减少了养分及水分流失。
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有机碳是土壤的重要组成部分，是影响农作物产量和土壤肥力的重要因素。生物炭是一种碳源丰富的有机物料，可以作为外源碳添加到土壤中，以增加土壤有机碳含量[27-28]。本研究表明添加生物炭处理能显著（P<0.05）增加风沙土土壤中的有机碳含量，且随着生物炭用量的增加而增加，与陈颖等[29]研究结果一致。生物炭除了本身含有碳元素会增加土壤有机碳含量外，它的多孔结构和含氧官能团可以吸附土壤中的有机碳或者形成有机-无机复合体，减少有机碳与土壤微生物和酶的接触面积，从而避免有机碳被分解利用[30]。本试验的 3 种生物炭尽管可以显著（P<0.05）提高土壤有机碳含量，但各处理之间差异不显著。
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不同种类的生物炭含有的灰分元素及其表面的官能团和孔径不同，对养分的吸附能力和对土壤阳离子交换量的影响也不同[31]。本研究表明在生物炭用量相同时，水稻秸秆生物炭处理的风沙土土壤速效钾含量高于其他生物炭，原因是水稻秸秆生物炭阳离子交换量要强于玉米秸秆等生物炭，且对速效钾的吸附主要为物理吸附，速效钾会随水缓慢释放到土壤中，有效地减少了土壤中钾的淋溶损失，从而增加土壤中速效钾的含量[32]。生物炭用量不同对土壤速效钾含量影响也不同。本研究中，随着生物炭用量的增加，速效钾含量显著（P<0.05）增加，与前人研究结果一致[33-34]。原因是生物炭本身就含有一定的钾素，随着施用量的增加，土壤中钾含量也随之增加[35-36]。
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3.2 生物炭对氮肥利用率的影响
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肥料利用率反映的是施入的氮肥被作物吸收利用的效果。试验表明，施用生物炭能提高土壤中氮肥的利用率和氮残留率，氮残留率随着生物炭用量的增加而增大。一方面，生物炭具有的羧基、醇类及酚类官能团可以吸附具有正价的铵根离子，能迅速从土壤中吸附有效养分，提高养分残留率，增加氮素的固持能力[37-38]；另一方面，有试验证明，具有高 C/N 的生物炭本身能促进土壤氮固定外，还能增加豆科作物根瘤菌的数量以及固氮细菌的数量，增加了 N2 的固定[39]。但随着生物炭用量的增加，氮肥利用率出现了先增加再降低趋势。这主要是由于随着生物炭用量的增加，一是补充了一定数量的氮，但同时也增加了土壤中的 C/N，二是随着生物炭用量的增加，生物炭表面吸附铵态氮、硝态氮的位点增多，对肥料中氮的固定数量增多，遵循着报酬递减率。玉米秸秆生物炭的氮肥利用率高于其他两种生物炭，这可能是因为玉米秸秆生物炭相较于其他两种生物炭具有较低的 C/N，减少微生物对氮素的争夺，更能促进作物对氮素的吸收利用，提高作物对氮素的利用率[40-41]。
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4 结论
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不同种类生物炭均可以提高风沙土土壤 pH、有机碳、速效钾含量，随着生物炭用量的增加，提升效果增强。其中花生壳生物炭缓解土壤酸化效果最好，水稻秸秆生物炭的固碳和提高土壤速效钾含量能力最强。施用生物炭均可以提高土壤氮残留率和氮肥利用率，随着生物炭用量的增加，氮残留率提高、氮肥利用率降低；低量玉米秸秆生物炭提高氮肥利用率效果最佳，高量花生壳生物炭固定氮素和增产效果最好。
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参考文献
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[1] 山楠，杜连凤，毕晓庆，等．用 15N肥料标记法研究潮土中玉米氮肥的利用率与去向［J］．植物营养与肥料学报，2016，22（4）：930-936.
-
[2] 李玥，余亚琳，张欣，等．连续施用炭基肥及生物炭对棕壤有机氮组分的影响［J］．生态学杂志，2017，36（10）：2903-2909.
-
[3] Zhang F S，Cui Z L，Chen X P，et al．Integrated nutrient management for food security and environmental quality in China ［J］．Advances in Agronomy，2012，116：1-40.
-
[4] 山楠，赵同科，杜连凤，等．华北平原中部夏玉米农田不同施氮水平氨挥发规律［J］．中国土壤与肥料，2020（4）：32-40.
-
[5] 王浩，梁熠，康建宏，等．控释尿素对土壤供氮能力及旱作玉米产量的影响［J］．水土保持学报，2020，34（4）：320-326.
-
[6] 潘晓丽，林治安，袁亮，等．不同土壤肥力水平下玉米氮素吸收和利用的研究［J］．中国土壤与肥料，2013（1）：8-13.
-
[7] 邢莉彬，成洁，耿增超，等．不同原料生物炭的理化特性及其作炭基肥缓释载体的潜力评价［J］．环境科学，2022，43（5）：2770-2778.
-
[8] 王洪媛，盖霞普，翟丽梅，等．生物炭对土壤氮循环的影响研究进展［J］．生态学报，2016，36（19）：5998-6011.
-
[9] 冯雷，徐万里，唐光木，等．生物炭配施氮素对陆地棉盛花期根系形态与构型的影响［J］．农业机械学报，2019，50（3）：241-249.
-
[10] 崔虎，王莉霞，欧洋，等．生物炭-化肥配施对稻田土壤氮磷迁移转化的影响［J］．农业环境科学学报，2019，38（2）：412-421.
-
[11] 方运霆，刘冬伟，朱飞飞，等．氮稳定同位素技术在陆地生态系统氮循环研究中的应用［J］．植物生态学报，2020，44（4）：373-383.
-
[12] 李鹏程，郑苍松，孙淼，等．不同形态氮肥对棉花 15N 回收率和产量的影响［J］．中国土壤与肥料，2021（5）：53-57.
-
[13] 洪光宇，王晓江，王少昆，等．沙地土壤水分时空动态研究进展［J］．水土保持研究，2021，28（3）：390-398.
-
[14] 郑瑞伦，王宁宁，孙国新，等．生物炭对京郊沙化地土壤性质和苜蓿生长、养分吸收的影响［J］．农业环境科学学报，2015，34（5）：904-912.
-
[15] 柳瑞，Hafeez A，李恩琳，等．减氮配施稻秆生物炭对稻田土壤养分及植株氮素吸收的影响［J］．应用生态学报，2020，31（7）：2381-2389.
-
[16] 汤家喜，李玉，朱永乐，等．生物炭与膨润土对辽西北风沙土理化性质的影响研究［J］．干旱区资源与环境，2022，36（3）：143-150.
-
[17] 杨劲峰，江彤，韩晓日，等．连续施用炭基肥对花生土壤性质和产量的影响［J］．中国土壤与肥料，2015（3）：68-73.
-
[18] 向书江，余泺，熊子怡，等．化肥和有机肥配施生物炭对紫色土壤养分及磷赋存形态的影响［J］．环境科学，2021，42（12）：6067-6077.
-
[19] Niguss S H，Filip M，Katerina P，et al.Mutual relationships of biochar and soil pH，CEC，and exchangeable base cations in a model laboratory experiment［J］．Journal of Soils and Sediments，2019，5（19）：2405-2416.
-
[20] 袁访，李开钰，杨慧，等．生物炭施用对黄壤土壤养分及酶活性的影响［J］．环境科学，2022，43（9）：4655-4661．
-
[21] 方明，任天志，赖欣，等．花生壳生物炭对潮土和红壤理化性质和温室气体排放的影响［J］．农业环境科学学报，2018，37（6）：1300-1310.
-
[22] 袁帅，赵立欣，孟海波，等．生物炭主要类型、理化性质及其研究展望［J］．植物营养与肥料学报，2016，22（5）：1402-1417.
-
[23] 黄连喜，魏岚，刘晓文，等．生物炭对土壤-植物体系中铅镉迁移累积的影响［J］．农业环境科学学报，2020，39（10）：2205-2216.
-
[24] 曹尤淞，肖波，江子昊，等．生物结皮发育对风沙土盐基离子释放和矿物风化的影响［J］．水土保持学报，2022，36（3）：77-85.
-
[25] 陈心想，何绪生，耿增超，等．生物炭对不同土壤化学性质、小麦和糜子产量的影响［J］．生态学报，2013，33（20）：6534-6542.
-
[26] 齐瑞鹏，张磊，颜永毫，等．定容重条件下生物炭对半干旱区土壤水分入渗特征的影响［J］．应用生态学报，2014，25（8）：2281-2288.
-
[27] 史登林，王小利，段建军，等．氮肥减量配施生物炭对黄壤稻田土壤有机碳活性组分和矿化的影响［J］．应用生态学报，2020，31（12）：4117-4124.
-
[28] 高梦雨，江彤，韩晓日，等．施用炭基肥及生物炭对棕壤有机碳组分的影响［J］．中国农业科学，2018，51（11）：2126-2135.
-
[29] 陈颖，刘玉学，陈重军，等．生物炭对土壤有机碳矿化的激发效应及其机理研究进展［J］．应用生态学报，2018，29（1）：314-320.
-
[30] 安梅，董丽，张磊，等．不同种类生物炭对土壤重金属镉铅形态分布的影响［J］．农业环境科学学报，2018，37（5）：892-898.
-
[31] 许云翔，何莉莉，陈金媛，等．生物炭对农田土壤氨挥发的影响机制研究进展［J］．应用生态学报，2020，31（12）：4312-4320.
-
[32] 彭启超，刘小华，罗培宇，等.不同原料生物炭对氮、磷、钾的吸附和解吸特性［J］．植物营养与肥料学报，2019，25（10）：1763-1772.
-
[33] 曾爱，廖允成，张俊丽，等．生物炭对塿土土壤含水量、有机碳及速效养分含量的影响［J］．农业环境科学学报，2013，32（5）：1009-1015.
-
[34] 高天一，李娜，彭靖，等．连续施用生物炭对棕壤磷素形态及有效性的影响［J］．植物营养与肥料学报，2019，25（9）：1451-1460.
-
[35] 朱倩，周之栋，施毅，等．施用生物炭基肥对喀斯特石灰土磷元素特性的影响［J］．生态学报，2018，38（11）：4037-4044.
-
[36] 占亚楠，王智，孟亚利．生物炭提高土壤磷素有效性的整合分析［J］．应用生态学报，2020，31（14）：1185-1193.
-
[37] 邢莉彬，成洁，耿增超，等．不同原料生物炭的理化特性及其作炭基肥缓释载体的潜力评价［J］．环境科学，2022，43（5）：2770-2778.
-
[38] 朱倩，张乃明，夏运生，等．5 种活性生物炭对水体低浓度氮、磷吸附效果研究［J］．生态环境学报，2021，30（12）：2387-2394.
-
[39] Muhammad A，Rifat H，Qaiser H，et al．Biochar improves soil quality and N2-fixation and reduces net ecosystem CO2 exchange in a dryland legume-cereal cropping system［J］．Soil & Tillage Research，2019，186：172-182.
-
[40] 陈义轩，宋婷婷，方明，等．四种生物炭对潮土土壤微生物群落结构的影响［J］．农业环境科学学报，2019，38（2）：394-404.
-
[41] 王军，丁效东，张士荣，等．不同碳氮比有机肥对沙泥田烤烟根际土壤碳氮转化及酶活性的影响［J］．生态环境学报，2015，24（8）：1280-1286.
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摘要
风沙土是我国重要耕地之一，具有土质瘠薄、漏水漏肥等特点，易造成肥料利用率低、产量低等问题，急需对其改良，以提高其保水保肥能力。以风沙土为研究对象，采用玉米秸秆生物炭（BM）、水稻秸秆生物炭 （BR）及花生壳生物炭（BP），设置生物炭两个不同施用量：0.5% 土重和 1% 土重。采用盆栽试验，研究添加不同来源和数量生物炭对土壤养分和氮素利用率的影响。结果表明：不同种类生物炭均可以提高风沙土土壤 pH、有机碳、速效钾含量。随着生物炭用量的增加，增加效果越明显；与未施生物炭处理（CK）相比，高量水稻秸秆生物炭处理对土壤有机碳、全氮、有效磷、速效钾含量提升效果最显著，分别提高了 101.70%、20.30%、14.92%、 88.36%；高量花生壳生物炭处理对土壤 pH 提升效果最显著，提高了 0.46 个单位。不同种类的生物炭均提高了土壤氮素残留率和利用率，随着生物炭用量的增加，土壤氮残留率提高，其中以高量水稻秸秆生物炭处理和高量花生壳生物炭处理提升幅度最大，与 CK 相比，分别提高了 45.47%、36.10%。而氮素利用率随着生物炭用量的增加却出现降低趋势，低量玉米秸秆生物炭的处理氮素利用率最高，为 51.32%。土壤氮残留率与花生籽粒产量、土壤 pH、有机碳、有效磷、速效钾呈显著正相关关系，与氮肥利用率呈显著负相关关系。综上所述，施加生物炭能显著改变风沙土土壤有效养分含量。高量水稻秸秆生物炭和花生壳生物炭短期内可以显著提高氮残留率，而在氮肥利用率提升方面不如玉米秸秆生物炭，高量花生壳生物炭增产效果最好。
Abstract
Aeolian soil is one of the important arable lands in China，with characteristics such as infertile soil，unable to retain moisture and fertility，which can cause problems such as low fertilizer use efficiency and low yield，and it urgently needs to be improved to improve its ability to preserve moisture and fertility．This experiment took aeolian soil as the research object，adopted maize straw biochar（BM），rice straw biochar（BR）and peanut shell biochar（BP），and set two different application rates of biochar：0.5% soil weight and 1% soil weight．Pot experiment was conducted to study the effects of different sources and quantities of biochar on soil nutrients and nitrogen use efficiency．The results showed that different kinds of biochar increased soil pH，organic carbon and available potassium contents in aeolian soil，and the improvement effect was enhanced with the increase of biochar dosage．Compared with treatment without biochar addition （CK），high rice straw biochar treatment had the most significant improvement effect on soil organic carbon，total nitrogen， available phosphorus and available potassium contents，which were increased by 101.70%，20.30%，14.92% and 88.36%， respectively，the high dosage peanut shell biochar treatment had the most significant improvement effect on soil pH，which increased by 0.46 units．The application of different kinds of biochar increased the soil nitrogen residual rate and utilization rate．With the increase of the amount of biochar，the soil nitrogen residual rate increased，among which the high amount of rice straw biochar and high amount of peanut shell biochar increased by 45.47% and 36.10%，respectively，compared with CK treatment．However，the nitrogen use efficiency decreased with the increase of biochar application，and the nitrogen use efficiency of low maize straw biochar treatment was the highest，which was 51.32%．Soil nitrogen residual rate was significantly positively correlated with peanut grain yield，soil pH，organic carbon，available phosphorus，available potassium，and significantly negatively correlated with nitrogen use efficiency．In conclusion，biochar application can significantly change soil available nutrient content in aeolian soil．The high amount of rice straw biochar and peanut shell biochar can significantly improve the nitrogen residue rate in short term，but not as good as maize straw biochar in terms of nitrogen use efficiency，and the high amount of peanut shell biochar has the best yield increasing effects.