土壤能提供植物生长必需的养分和水分。盐碱化土壤的肥力和水分保持能力明显减弱，对作物生长和农业生产构成挑战。黑龙江地区拥有丰富的土壤资源与适宜的农业环境，适宜玉米种植。实际生产中，部分地区存在化肥的过量施用情况，可能造成土壤中养分比例失衡，出现土壤盐渍化、土壤板结等问题，在一定程度上阻碍了农业的可持续发展，因此需要采用新材料、新技术优化肥料应用模式[1]。生物炭基肥是以生物炭与化肥为主要成分的一种新型肥料，其不仅可以改善土壤理化性质，还可以提高作物产量，但不同作物对养分的需求存在差异。孟凡彬等[2]、孙建飞等[3]研究表明，通过生物炭与化肥配施，结合作物需肥特点调控配比，可有效减少化肥的施入，提高作物产量。
胡慧影等[4]研究证实，生物炭施入土壤后，可通过改善土壤结构、降低容重、调节水、热、气平衡、增加微生物数量、提升酶活性等途径改良土壤质量。王典等[5]研究表明，生物炭与肥料配施技术在优化土壤理化性状的基础上，进一步提升了土壤养分含量及利用效率，促进了植物的养分积累、生长发育及产量的提升。
近年来，生物炭与肥料配合施用相关研究较多，但针对盐碱化玉米田的生物炭与肥料减量配施研究仍有深化空间，尤其在改善土壤性质及玉米生长方面的研究。本研究以松嫩平原盐碱化玉米田为研究对象，重点探讨减施氮、磷、钾肥与生物炭配施对土壤养分积累、土壤酶活性变化、玉米植株养分吸收及产量表现的影响。为盐碱化土壤改良及玉米减肥增效生产提供新途径，同时为生物炭在农业生产上的广泛应用提供参考。
1 材料与方法
1.1 试验地基本情况
试验在黑龙江八一农垦大学试验基地开展，该区域属大陆性季风气候，年日照率为64.8%，年均降水量517.2 mm。供试土壤pH 8.32，碱化度13.89%，有机质11.62 g/kg、碱解氮130.67 mg/kg、有效磷6.22 mg/kg、速效钾273.32 mg/kg。
1.2 试验材料
供试生物炭为玉米秸秆炭（购于沈阳隆泰生物工程有限公司），其基本理化性质为pH 8.68、全碳582.38 g/kg、全氮8.42 g/kg、全磷8.15 g/kg、全钾29.63 g/kg。供试肥料包括尿素（含N 46%）、磷酸二铵（含P2O5 46%、N 18%）、硫酸钾（含K2O 50%）。供试玉米品种为先玉335。肥料及种子购自当地农资市场。
1.3 试验设计
试验采用随机区组设计，设置5个处理，每个处理4次重复。各处理具体如下：常规施氮磷钾肥（CK）、氮磷钾均减施20%+生物炭（CF1）、氮减施20%+磷钾常规施用量+生物炭（CF2）、磷减施20%+氮钾常规用量+生物炭（CF3）、钾减施20%+氮磷常规施用量+生物炭（CF4）。各试验小区为6行区，行长25 m，垄距0.65 m，种植密度7.5 万株/hm2。各处理施肥量按照试验设计相应减少，肥料作为基肥一次性施入。生物炭用量为10 t/hm2，施用方式为开沟后条施于垄底。
1.4 测定项目与方法
1.4.1 土壤养分含量及酶活性
在玉米成熟期取0~20 cm土样，自然风干后测定土壤pH、养分含量及酶活性。土壤pH采用玻璃电极法（水土比为2.5∶1.0）测定。土壤有机碳含量采用重铬酸钾氧化法测定；全氮含量采用浓硫酸-过氧化氢消煮，消煮液用SKD-200全自动凯氏定氮仪测定。土壤有效磷含量采用碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法测定；速效钾含量采用醋酸铵溶液浸提-原子吸收光度法测定；缓效钾采用硝酸浸提-原子吸收光度法测定[6]。土壤蔗糖酶（SUC）活性采用3，5-二硝基水杨酸比色法测定；碱性磷酸酶（ALP）活性采用磷酸苯二钠比色法测定；脲酶（URE）活性采用靛酚蓝比色法测定；土壤过氧化氢酶（CAT）活性采用高锰酸钾滴定法测定[7-8]。
1.4.2 植株养分积累及玉米产量
营养元素积累总量为叶片、茎、鞘、苞叶、轴、籽粒积累量的总和。营养元素吸收效率[9]计算如式（1） 。玉米成熟期时，每个小区随机抽取20穗进行考种。通过测定玉米产量构成因素，进一步计算出玉米产量。
营养元素吸收效率（%）=成熟期营养元素积累总量/营养元素施肥量×100
1.5 数据处理与分析
利用SPSS 25软件进行单因素方差分析和双变量分析，采用Duncan法进行显著性检验；使用GraphPad Prism 9、Origin 2022软件制图。
2 结果与分析
2.1 对土壤pH、有机碳、全氮、C/N的影响
由图1可知，各减施化肥配施生物炭处理（CF1、CF2、CF3、CF4）的土壤pH均略低于CK，各处理组间差异无统计学意义（P>0.05）。各配施处理的土壤有机碳均较CK有所提升，其中CF3、CF4处理明显高于CK（P<0.05），分别提高了12.14%、13.40%。CF4处理的土壤全氮含量明显高于CK（P<0.05），增幅5.93%，其他处理与CK差异无统计学意义（P>0.05）。土壤C/N在各配施处理中均较CK有所提高，其中CF1、CF3处理明显高于CK（P<0.05），增幅分别为8.25%、7.63%。
2.2 对土壤有效磷、速效钾、缓效钾含量的影响
由图2可知，化肥减量与生物炭配施各处理对土壤有效磷、速效钾、缓效钾含量均有促进作用。土壤有效磷含量均明显高于CK（P<0.05），分别提高23.15%、40.06%、26.37%、58.86%。土壤速效钾、缓效钾含量方面，均以CF3处理含量最高，分别较CK提高了39.56%、16.51%。同时CF1、CF2、CF4处理的土壤速效钾、缓效钾含量均高于CK。这表明减肥配施生物炭不仅能提高土壤速效钾，还可提供长效钾素。
2.3 对土壤酶活性的影响
由图3可知，化肥减量与生物炭配施各处理对玉米田SUC有不同程度提高，其中CF4处理明显高于CK（P<0.05），提高了23.36%，而CF1、CF2、CF3较CK分别提高了11.68%、2.55%、13.14%，差异无统计学意义（P>0.05）。土壤ALP以CF4处理明显高于CK（P<0.05），其他处理间差异无统计学意义（P>0.05）。化肥减量与生物炭配施各处理的土壤URE和CAT略有提高，差异均无统计学意义（P>0.05）。
2.4 对植株养分积累及吸收效率的影响
由表1可知，化肥减量与生物炭配施各处理对植株氮素积累总量及氮素吸收效率均有促进作用，其积累量较CK增加3.32%～23.04%，其中CF1、CF3处理明显高于CK（P<0.05），分别提高了23.04%、7.60%。化肥减量与生物炭配施各处理的植株磷素积累量较CK增加31.93%～38.65%，均明显高于CK（P<0.05）。各处理植株钾素的积累及钾素吸收效率较CK有所提高，积累量较CK增加5.51%～13.62%，以CF2处理与CK差异存在统计学意义（P<0.05）。
表1 氮磷钾减量与生物炭配施对植株养分积累及吸收效率的影响 |
| 处理 | 氮 | 磷 | 钾 | |||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 积累总量/（kg/hm2） | 吸收效率/% | 积累总量/（kg/hm2） | 吸收效率/% | 积累总量/（kg/hm2） | 吸收效率/% | |
| CK | 315.75±16.00 c | 1.32±0.06 c | 89.25±3.00 b | 0.74±0.03 b | 258.75±3.75 b | 2.87±0.04 b |
| CF1 | 388.50±13.00 a | 1.62±0.05 a | 123.75±0.75 a | 1.03±0.01 a | 275.25±2.25 ab | 3.06±0.03 ab |
| CF2 | 326.25±18.75 bc | 1.36±0.08 bc | 123.25±0.75 a | 1.03±0.01 a | 294.00±10.50 a | 3.27±0.12 a |
| CF3 | 339.75±28.00 ab | 1.42±0.12 ab | 117.75±2.25 a | 0.98±0.02 a | 275.25±6.75 ab | 3.06±0.08 ab |
| CF4 | 337.50±15.75 bc | 1.41±0.07 bc | 123.00±5.25 a | 1.01±0.04 a | 273.00±12.75 ab | 3.03±0.14 ab |
2.5 对玉米产量影响
由图4可知，化肥减量与生物炭配施各处理对玉米产量均有明显提高（P<0.05）。其中CF4处理玉米产量最高，较CK提高了23.38%，其次是CF3处理，较CK提高了20.43%。CF1、CF2处理的产量略低于CF3、CF4，较CK分别提高了11.48%、7.69%。
2.6 相关性分析及冗余分析
由图5可知，成熟期土壤、植株各项指标均与pH呈负相关，其他指标间存在不同程度正相关关系。玉米产量（YIELD）与土壤有机碳（SOC）相关性具有统计学意义（P<0.01），与土壤的碳氮比（C/N）、蔗糖酶活性（SUC）相关性具有统计学意义（P<0.05）。冗余分析结果表明，氮磷钾减量与生物炭配施各处理（CF1、CF2、CF3、CF4）的玉米产量、土壤养分含量，土壤酶活性、植株养分积累量间均呈正相关。
3 结论与讨论
本研究中，各配施处理的土壤pH略有降低，造成此现象的原因可能是生物炭施入土壤中，使土壤孔隙变大、透水性增大，研究区当年降水量在517.2 mm，雨水淋溶了土壤中的盐分，造成pH下降，同时施入的化肥中含有酸性肥料，也可能降低土壤pH，这在一定程度上中和了碱性生物炭的效应，导致土壤pH变化不大。在土壤养分提升方面，CF4处理（减钾20%配施生物炭）效果较显著，其有机碳、全氮、有效磷含量分别较CK提高13.40%、5.93%、58.86%，这与生物炭自身的养分特性及改良土壤微环境有关。黄巧义等[10]在水稻田相关研究中证实，减钾配施生物炭处理可明显提升土壤有机碳、有效磷含量，本研究结果与此一致。
土壤酶活性是反映其肥力水平的关键指标之一。其中URE影响土壤的供氮能力，CAT反映土壤腐殖化程度，ALP影响土壤中磷的利用效率，SUC影响生物体的糖类代谢和生长发育[11-12]。本研究中，CF4处理显著提高SUC和ALP活性，这可能是因为生物炭多孔结构为土壤微生物提供了适宜的环境，且其携带的碳、磷养分可作为酶促反应底物。高凤等[13]研究表明，随着生物炭施用量的增加，白菜根际土壤SUC活性显著提高；Wang等[14]研究表明，生物炭添加量与土壤SUC活性呈正相关；Zhang等[15]研究表明，生物炭对白浆土中蔗糖酶活性有促进作用；张艺等[16]研究表明，在水稻生长期施用生物炭和羰基缓释肥能提高土壤ALP活性；郭书亚等[17]研究表明，施入生物炭后能够显著增加0~20 cm土层土壤ALP活性，并随着生物炭施用量的增加而增加。因此，生物炭与氮磷钾肥减量配施有效提高了土壤酶活性。
、K+和
等的转化，进而提高了玉米对氮磷钾的积累及吸收效率[
综上，在松嫩平原盐碱化玉米田，减施化肥配施生物炭可改善土壤养分、提升土壤酶活性、促进玉米养分吸收及增产，其中以钾减施20%+氮磷常规施用量+生物炭10 t/hm2（CF4）处理效果较优，具体表现为提高土壤有机碳、有效磷含量及蔗糖酶、碱性磷酸酶活性；促进玉米植株磷素积累及养分吸收效率；其产量较常规施肥提高23.38%。本研究为松嫩平原盐碱化土壤改良及玉米减肥增产提供参考。