生物炭－土壤结皮覆盖垄沟种植对土壤水肥、紫花苜蓿品质和产量的影响
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我国半干旱黄土高原丘陵区属于雨养农业区，该区域生态环境脆弱，存在水资源短缺、水土流失严重、蒸散量高、植被稀疏等问题，气候变化、不合理人类活动 (过度放牧、单一耕作、砍伐森林、过度施肥等) 是导致该区域生态环境脆弱的主要原因[1]。降水稀少、变异性较大、水土流失和土地退化等是限制该区域农牧业可持续生产的主要因素[2]。为了提高降水资源利用效率、控制水土流失和土壤侵蚀，当地农民采用修梯田、淤堤坝、挖鱼鳞坑、垄沟集雨种植等雨水收集措施[3]。垄沟集雨种植技术是该区域广泛应用的一种收集降水的耕作措施，在该耕作措施中，垄和沟沿等高线交替排列，垄上覆盖集雨材料作为集雨区和径流产生区，沟覆盖或无覆盖作为种植区，径流和降雨在种植区叠加，增加种植区土壤水分和降雨入渗深度，缓解作物干旱胁迫，有利于作物产量的形成[4]。在垄沟集雨种植模式中，塑料地膜为普遍覆盖材料，虽然塑料地膜增加土壤表层温度和降水利用效率，但长期塑料地膜覆盖会产生大量地膜残留。塑料地膜残留不易被微生物分解和吸收，破坏土壤结构，抑制土壤水分和养分移动，降低微生物活性及其数量，影响植物根系吸收水分和养分，导致农作物减产[5-6]。 垄沟集雨种植技术急需探寻可重复利用有机覆盖材料，减少塑料地膜残留对土壤环境和人类健康危害。
生物炭是富碳生物质(秸秆、甘蔗渣、坚果壳、纸污泥、牛粪、猪粪等)在限氧或缺氧条件下高温热解形成的有机物质，具有稳定性高、比表面积大、孔隙较多、官能团丰富和吸附性强等特点[7]。生物炭可作为土壤改良剂，改善土壤理化性质，提高土壤肥力，改变土壤饱和导水率，提高土壤团聚体稳定性，在治理水土流失方面具有较高应用价值[8]。生物炭富含碳元素以及大量植物所需营养元素，可作为土壤养分来源之一[9]，吴昱等[10]研究表明，在秸秆生物炭施用量为0～100 t·hm−2，土壤有效磷、速效钾、pH 和有机质含量随生物炭施用量增加而呈线性递增。生物炭具有高孔隙度和较大比表面积，可以改善土壤结构，降低土壤密度和容重，提高土壤团聚体稳定性[11-12]。袁晶晶等[13]研究表明，与无生物炭施加相比，生物炭和氮肥配施处理的 > 0.25 mm水稳性大团聚体含量提高20.7%，水稳性团聚体的团聚体平均质量直径(mean weight diameter, MWD)和团聚体平均几何直径(geometrical mean diameter, GMD)分别增加29.2%和27.2%，土壤水稳性团聚体含量和稳定性越高，土壤抗侵蚀能力越强[14]。
本研究将生物炭和湿土混合物撒施集雨垄表面，经过人工拍打、降雨、日晒等形成生物炭－土壤结皮，以生物炭－土壤结皮作为垄覆盖材料，探讨生物炭－土壤结皮覆盖垄沟集雨种植对径流、土壤水分、养分及紫花苜蓿 (Medicago sativa) 营养成分含量、产量和水分利用效率的影响，为解决垄沟集雨种植面临障碍提供新途径。
1. 材料与方法
1.1 试验地概况
本试验于2018年在定西市水利科学研究所西川灌溉试验站进行，试验站(35°33′ N，104°35′ E，海拔1 896.7 m)位于甘肃省定西市安定区西南处，属于温带大陆性季风气候，年平均温度为6.7 ℃，年内最高温度和最低温度分别为34.3 ℃ (8月)和–13.0 ℃ (1月)，年均日照时数为2438 h，平均无霜期为150 d，年平均潜在蒸发量为1445 mm，年均降水量390.0 mm。试验地地势平坦，土壤为黄绵土，凋萎系数为6.7%，田间持水量为25.6%，土壤深度0－100 cm，平均容重为1.38 g·cm−3。
1.2 试验站2018年降水量
试验站2018年全年降水量变化如图1所示。2018年全年降水量为478.9 mm，1月－12月降水量分别为13.0、5.7、4.8、51.5、37.5、64.6、133.2、74.0、57.0、3.2、29.9和4.5 mm，全年降水量主要集中在4月－9月，占全年降水量的87.2%。紫花苜蓿生育期(4月10日－10月20日)降水量为419.7 mm，占全年降水量的87.6%。在试验站2018年年降水量中，多数降水的单次降水量< 5 mm，年降水量主要依靠少数的高强度降水。
1.3 试验设计
紫花苜蓿种植试验采用裂区设计，生物炭类型为主区，生物炭施加量为副区，主区2种生物炭类型分别为玉米秸秆炭和牛粪炭，副区3种生物炭施加量分别为0 (土垄)、3 × 104 (单倍炭垄) 和6 × 104 (双倍炭垄) kg·hm−2，在主区中，玉米秸秆炭作为对照，在副区中，土垄作为对照，共设6个处理(2种生物炭类型 × 3种生物炭施加量)，每个处理设置重复3次，共18个小区。每个小区有4条垄和3条沟，集雨垄宽40 cm，垄长10 m，垄高约25 cm，垄形状为拱形，集雨垄坡度(垄与地面夹角) 约40°，沟宽60 cm。试验处理缩写和集雨垄覆盖材料如表1所列。
表 1 生物炭覆盖垄沟集雨种植紫花苜蓿试验设计Table 1. Experimental design for alfalfa production with ridge-furrow rainwater harvesting using biochar-soil crust mulching生物炭
类型
Biochar
type生物炭施加量
Biochar
application
rate/(kg·hm−2)垄覆盖结皮
Ridge-covering
crustRSB SR (0) 土壤结皮 Soil crust SBR (3 × 104) 单倍秸秆炭－土壤结皮
Single rice-straw－biochar-soil crustDBR (6 × 104) 双倍秸秆炭－土壤结皮
Double rice-straw－biochar-soil crustCDB SR (0) 土壤结皮 Soil crust SBR (3 × 104) 单倍牛粪炭－土壤结皮
Single cow-dung－biochar-soil crustDBR (6 × 104) 双倍牛粪炭－土壤结皮
Double cow-dung－biochar-soil crustRSB：玉米秸秆炭；CDB：牛粪炭。SR：土垄；SBR：单倍炭垄；DBR：双倍炭垄。下同。
RSB: rice straw biochar; CDB: cow dung biochar. SR: ridges compacted with soil; SBR: ridges compacted with soil mixed with single straw biochar application; DBR: ridges compacted with soil mixed with double biochar application. This is applicable for the following figures and tables as well.径流试验设计与紫花苜蓿种植试验设计完全相同，沟内不种植作物。在紫花苜蓿种植区附近修建径流观测区，集雨垄修筑过程与紫花苜蓿种植区相同，集雨垄修筑完成后，在集雨垄四周设置高30 cm木板，木板底部埋在土壤深度约10 cm处，在集雨垄垄脚铺设一层塑料薄膜，防止径流渗入，在集雨垄端口处开2个小孔，用于插径流收集管。采用150 L塑料桶收集径流，该塑料桶被安置在1.5 m深沟槽内。
浙江省生物炭工程研究中心提供生物炭，分别以玉米秸秆和牛粪为原料在500 ℃下热解制备玉米秸秆炭和牛粪炭，生物炭物理性质如表2所列，化学性质如表3所列。
表 2 生物炭化学性质Table 2. Chemical properties of biochar生物炭
BiocharpH 全氮
Total nitrogen/
(g·kg−1)全磷
Total phosphorus/
(g·kg−1)全钾
Total potassium/
(g·kg−1)碳
Carbon/
%氢
Hydrogen/
%氧
Oxygen/
%灰分
Ash/
%RSB 7.91 2.1 0.3 24.7 32.58 2.72 63.51 49.2 CDB 8.05 2.8 0.5 51.6 36.12 2.22 56.08 47.5 表 3 生物炭物理性质Table 3. Physical properties of biochar生物炭
Biochar比表面积
Specific
surface area/
(m2·g−1)密度
Gravity/
(g·m−3)含水量
Water
content/
%容重
Bulk
density/
(g·cm−3)孔隙度
Total
porosity/
%粒径分布 Particle size distribution/% > 1 mm 0.5～1 mm 0.25～0.5 mm < 0.25 mm RSB 58.4 1.68 22.5 0.17 89.9 0.42 9.59 29.85 60.14 CDB 6.3 1.74 32.1 0.20 88.5 0.24 7.71 23.14 68.91 1.4 种植管理
在2018年3月23日，根据试验设计划分小区，布置交替排列的垄和沟，用铁锹堆积集雨垄基础形状，将生物炭与湿土 (土壤含水量在14%～19%) 按重量比1 ꞉ 1均匀混合，生物炭湿土混合物 (或湿土) 均匀撒施集雨垄表面，用木板拍实集雨垄，经过降雨、风吹、日晒等形成生物炭－土壤结皮 (或土壤结皮)，于2018年4月1日集雨垄修筑。在2018年4月10日，人工条播‘甘农3号’紫花苜蓿，播种密度为22.5 kg·hm−2，播种深度为2～3 cm，每条沟播种3行紫花苜蓿，行距为20 cm，每个小区种植面积为18 m2 (0.6 m沟宽 × 3条沟 × 10 m垄长)。在紫花苜蓿生长期间，不施肥、灌溉、施加杀虫剂和除草剂，采用人工除草和手工刈割紫花苜蓿(第1茬刈割时间为7月20日，第2茬刈割时间为10月19日)。
1.5 样品采集和测定
1.5.1 降水量、垄上径流系数和土壤水分
采用自动气象站雨量记测量降水量，自动气象站距离试验地200～300 m。在紫花苜蓿全生育期，用烘干法测定土壤含水量，土壤含水量测定深度为0－200 cm，0－20 cm土层按10 cm分层，20－200 cm土层按20 cm分层，每15 d测定一次土壤含水量。有效降雨后，测定降水量和径流量，径流系数计算公式如下[15]：
$ RE=\dfrac{{R}_{V}}{P\times {A}_{C}}\times 100{\text{%}} 。 $
(1) 式中：RE为计算时段内径流系数(%)，RV为径流量(m3)，P为计算时段内降水量(mm)，AC为径流收集面积(m2)。
1.5.2 土壤养分
在紫花苜蓿播种前(2018年4月9日) 和最后一次刈割后(2018年10月20日)，每个小区沟中随机取3个样点，每个样点测定深度为0－40 cm，按0－20和20－40 cm分层，同层土样混合均匀后装入自封袋，土样室内自然晾干后测定土壤养分。采用凯氏定氮法测定土壤全氮含量，钼锑抗比色法测定土壤全磷含量，火焰光度计法测定土壤全钾含量，重铬酸钾(K2Cr2O7) 容量法测定土壤有机质含量[16-17]， pH酸度计测定土壤pH。
1.5.3 紫花苜蓿品质、干草产量和水分利用效率
在紫花苜蓿初花期(2018年7月20日)，人工刈割紫花苜蓿，留茬高度为3～5 cm，紫花苜蓿刈割后称重，各小区选取3份刈割后紫花苜蓿1 kg鲜样，在105 ℃杀青1 h，然后在75 ℃烘至恒重并称重，测定紫花苜蓿鲜草含水率，根据紫花苜蓿鲜草含水率计算紫花苜蓿干草产量。
紫花苜蓿土壤贮水量、蒸散量和水分利用效率计算公式如下[18]：
$ {W}=\displaystyle\sum _{{i=1}}^{{11}}{{\theta}}_{{i}} \times {{BD}}_{{i}} \times {{H}}_{{i}} \times 10 {；} $
(2) $ ET=P + \left ({W}_{1}-{W}_{2}\right) \text{；} $
(3) $ WUE=\dfrac{FY}{ET} 。 $
(4) 式中：W为土壤贮水量(mm)，θ为土壤质量含水量(%)，BD为土壤容重(g·cm−3)，H为土层深度 (cm)，i为土壤分层数，10为系数。ET为试验期紫花苜蓿蒸散量 (mm)，P为试验期试验区降水量(mm)，W1为紫花苜蓿播种前土壤贮水量(mm)，W2为紫花苜蓿第2茬刈割后土壤贮水量(mm)，WUE为紫花苜蓿水分利用效率[kg·(hm2·mm)−1]，FY为紫花苜蓿全生育期干草产量(kg·hm−2)。
紫花苜蓿株高和分枝数测定参考张登奎和王琦[4]的研究方法，在紫花苜蓿刈割前，每个小区随机选取20株紫花苜蓿，测量紫花苜蓿株高；用面积为 0.36 m2 (长 60 cm × 宽 60 cm)测定紫花苜蓿一级分枝数。
在紫花苜蓿刈割后，取1 kg鲜样阴干，干草经粉碎机粉碎后过0.25 mm筛，在常温条件下，贮存于自封袋中，用于测定紫花苜蓿营养品质。紫花苜蓿氮含量采用凯氏定氮法测定[19-20]，紫花苜蓿中性洗涤纤维(neutral detergent fiber, NDF) 和酸性洗涤纤维(acid detergent fiber, ADF) 含量采用范式洗涤法测定[21]，紫花苜蓿粗蛋白(crud protein, CP) 和相对饲喂价值(relative feed value, RFV) 计算公式如下：
$ CP=6.25\times N \text{；} $
(5) $ {R}{F}{V}=(88.9-0.779\times {A}{D}{F})\times (120 \div {N}{D}{F}) \div 1.29 。 $
(6) 式中：CP为粗蛋白含量(%)，N为紫花苜蓿氮含量 (%)，RFV为相对饲喂价值，ADF为紫花苜蓿酸性洗涤纤维含量(%)，NDF为紫花苜蓿中性洗涤纤维含量(%)。
1.6 统计分析
采用SPSS 22.0软件进行方差分析和显著性检验，方差分析多重比较用Tukey test’s法(P < 0.05)，应用SPSS 22.0对生物炭类型和生物炭施加量进行互作效应分析。
2. 结果分析
2.1 生物炭覆盖集雨垄径流系数
径流系数是单位降水量所产生的径流，可以反映集雨垄的集雨效率。各处理集雨垄上的径流系数表明，在紫花苜蓿生育期，各处理径流系数整体呈波动变化(表4)。在玉米秸秆炭－土壤结皮覆盖集雨垄情况下，4月的集雨垄径流系数随生物炭施加量变化不明显；5月，双倍炭垄的径流系数最高，单倍炭垄的径流系数最低；6月－9月，土垄的径流系数高于单倍炭垄，单倍炭垄的径流系数高于双倍炭垄；在紫花苜蓿全生育期，垄上径流系数排列顺序为土垄(19.74%) > 单倍炭垄(15.90%) > 双倍炭垄(14.07%)。在牛粪炭－土壤结皮覆盖集雨垄情况下，4月－8月，土垄的集雨垄径流系数高于单倍炭垄，单倍炭垄的集雨垄径流系数高于双倍炭垄；9月，土垄的集雨垄径流系数高于双倍炭垄，双倍炭垄的集雨垄径流系数高于单倍炭垄；在全生育期，集雨垄径流系数排列顺序为土垄(19.66%) > 单倍炭垄(9.91%) > 双倍炭垄(8.77%)。当降水量较少、降水强度较低时，径流变化系数较大，径流系数变化不规则。对2个主区分别求平均值，玉米秸秆炭－土壤结皮覆盖集雨垄的全生育期径流系数(16.57%) 高于牛粪炭－土壤结皮覆盖集雨垄的全生育期径流系数(12.81%)。
表 5 各处理沟中土壤养分和pHTable 5. Soil nutrient and pH levels at furrow bottoms in different treatments土壤深度
Soil depth/
cm生物炭类型
Biochar
type生物炭施加量
Biochar application
rate全氮
Total nitrogen/
(g·kg−1)全磷
Total phosphorus/
(g·kg−1)全钾
Total potassium/
(g·kg−1)有机质
Soil organic matter/
(g·kg−1)(SOM)pH 0－20 cm RSB SR 0.460 ± 0.031a 0.718 ± 0.052a 12.18 ± 0.28a 12.65 ± 0.95b 7.38 ± 0.08a SBR 0.504 ± 0.042a 0.770 ± 0.057a 12.77 ± 0.31a 14.80 ± 1.06ab 7.43 ± 0.07a DBR 0.521 ± 0.047a 0.788 ± 0.056a 12.93 ± 0.34a 15.60 ± 1.08a 7.46 ± 0.07a 平均值 Mean 0.495 ± 0.040 0.759 ± 0.055 12.63 ± 0.31 14.35 ± 1.03 7.42 ± 0.07 CDB SR 0.452 ± 0.028b 0.717 ± 0.030b 12.18 ± 0.29b 12.80 ± 0.36b 7.42 ± 0.07a SBR 0.513 ± 0.043ab 0.780 ± 0.035ab 12.84 ± 0.32ab 15.27 ± 0.37a 7.45 ± 0.08a DBR 0.534 ± 0.041a 0.806 ± 0.036a 13.10 ± 0.31a 16.78 ± 0.39a 7.48 ± 0.08a 平均值 Mean 0.500 ± 0.037 0.768 ± 0.034 12.71 ± 0.31 14.95 ± 0.37 7.45 ± 0.08 20－40 cm RSB SR 0.234 ± 0.026a 0.604 ± 0.030a 11.25 ± 0.26a 9.21 ± 0.89a 7.17 ± 0.08a SBR 0.253 ± 0.031a 0.627 ± 0.031a 11.29 ± 0.27a 9.68 ± 0.91a 7.25 ± 0.09a DBR 0.265 ± 0.029a 0.637 ± 0.030a 11.36 ± 0.30a 9.76 ± 0.90a 7.29 ± 0.06a 平均值 Mean 0.251 ± 0.029 0.622 ± 0.030 11.30 ± 0.27 9.55 ± 0.90 7.24 ± 0.08 CDB SR 0.230 ± 0.029a 0.588 ± 0.032a 11.31 ± 0.30a 9.35 ± 0.94a 7.15 ± 0.07a SBR 0.258 ± 0.034a 0.631 ± 0.036a 11.32 ± 0.31a 9.70 ± 1.01a 7.23 ± 0.09a DBR 0.269 ± 0.035a 0.644 ± 0.036a 11.41 ± 0.31a 9.93 ± 1.02a 7.32 ± 0.09a 平均值 Mean 0.253 ± 0.032 0.621 ± 0.034 11.35 ± 0.31 9.66 ± 0.99 7.23 ± 0.08 2.2 生物炭覆盖垄沟种植对土壤水分的影响
各处理紫花苜蓿全生育期0－200 cm土壤贮水量表明，在2个主区下，各副区变化规律相似(图2)，总体表现为土垄的0－200 cm土壤贮水量高于单倍炭垄，单倍炭垄的0－200 cm土壤贮水量高于双倍炭垄。在玉米秸秆炭－土壤结皮覆盖集雨垄情况下，与土垄相比，单倍炭垄和双倍炭垄的紫花苜蓿全生育期0－200 cm土壤贮水量分别降低2和17 mm，在牛粪炭－土壤结皮覆盖集雨垄情况下，单倍炭垄和双倍炭垄的紫花苜蓿全生育期0－200 cm土壤贮水量分别降低12和19 mm。分别对2个主区土壤水分求平均值，玉米秸秆炭－土壤结皮覆盖集雨垄的紫花苜蓿全生育期0－200 cm土壤贮水量(421 mm)高于牛粪炭－土壤结皮覆盖集雨垄(418 mm)。
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图 2 紫花苜蓿0－200 cm土壤贮水量不同小写字母表示各副区处理之间差异显著 ( P < 0.05 )。下同。Figure 2. Soil water storage capacity in 0－200 cm soil depthDifferent lowercase letters indicate significantly difference between different split-plot treatments at the 0.05 level. This is applicable for the following figures and tables as well.表 4 各处理垄上月平均径流系数Table 4. Monthly runoff efficiency in the various treatments% 生物炭类型
Biochar type生物炭施加量
Biochar application rate4月
Apr.5月
May6月
Jun.7月
Jul.8月
Aug.9月
Sep.全生育期
AnnualRSB SR 21.48 12.83 23.86 23.81 22.61 12.57 19.74 SBR 19.55 8.44 14.74 19.36 19.94 12.40 15.90 DBR 21.12 15.50 12.05 16.01 15.46 5.22 14.07 平均值 Mean 20.72 12.26 16.89 19.73 19.33 10.06 16.57 CDB SR 21.43 12.57 23.92 23.97 22.46 12.26 19.66 SBR 7.62 6.58 14.65 10.80 12.37 6.03 9.91 DBR 7.18 4.15 13.93 9.28 11.18 6.37 8.77 平均值 Mean 12.08 7.77 17.50 14.68 15.34 8.22 12.81 2.3 生物炭覆盖垄沟种植对土壤养分的影响
各处理沟中0－40 cm土壤养分如表5所列。在玉米秸秆炭－土壤结皮覆盖集雨垄情况下，双倍炭垄的0－20 cm 土壤有机质显著高于土垄 (P < 0.05)，单倍炭垄与土垄的0－20 cm 土壤有机质差异不显著(P > 0.05)，与土垄相比，单倍炭垄和双倍炭垄的土壤有机质分别增加2.15和2.95 g·kg−1。在0－20 cm土层中，各副区处理之间的土壤全氮、全磷、全钾含量和pH均无显著差异，在20－40 cm土层，土壤全氮、全磷、全钾、有机质含量和pH均无显著差异。在牛粪炭－土壤结皮覆盖集雨垄情况下，双倍炭垄的0－20 cm土壤全氮、全磷和全钾含量显著高于土垄，而土垄与单倍炭垄之间和单倍炭垄与双倍炭垄之间无显著差异，与土垄相比，双倍炭垄的0－20 cm土壤全氮、全磷和全钾含量分别显著增加0.082、0.089、0.92 g·kg−1；双倍炭垄和单倍炭垄的0－20 cm土层土壤有机质含量显著高于土垄，双倍炭垄与单倍炭垄间无显著差异，与土垄相比，单倍炭垄和双倍炭垄0－20 cm土壤有机质分别显著增加2.47和3.98 g·kg−1；各副区处理20－40 cm土层土壤全氮、全磷、全钾、有机质含量和pH之间均无显著差异。对2个主区分别求平均值，牛粪炭－土壤结皮覆盖集雨垄的0－20 cm土壤全氮、全磷、全钾、有机质含量和pH 高于玉米秸秆炭－土壤结皮覆盖集雨垄，牛粪炭－土壤结皮覆盖集雨垄的20－40 cm 土壤全氮、全钾和有机质含量高于玉米秸秆炭－土壤结皮覆盖集雨垄，全磷和pH与玉米秸秆炭－土壤结皮覆盖集雨垄的相当。
2.4 生物炭覆盖垄沟种植对紫花苜蓿营品质的影响
各处理紫花苜蓿营养品质及其相对饲喂价值表明，在同一主区中，各副区处理酸性洗涤纤维含量和中性洗涤纤维含量随生物炭施加量增加而减少，而粗蛋白含量随生物炭施加量增加而增加(表6)。在玉米秸秆炭－土壤结皮覆盖集雨垄情况下，各副区处理之间的酸性洗涤纤维和粗蛋白含量无显著差异(P > 0.05)；双倍炭垄的中性洗涤纤维含量显著低于单倍炭垄和土垄(P < 0.05)，单倍炭垄与土垄之间差异不显著；就相对饲喂价值而言，双倍炭垄显著高于单倍炭垄，单倍炭垄显著高于土垄，与土垄相比，单倍炭垄和双倍炭垄的相对饲喂价值分别提高3.70%和9.70%。在牛粪炭－土壤结皮覆盖集雨垄情况下，各副区处理的酸性洗涤纤维无显著差异；土垄的中性洗涤纤维含量显著高于单倍炭垄，单倍炭炭垄的中性洗涤纤维含量显著高于双倍炭垄；双倍炭垄的粗蛋白含量显著高于单倍炭垄和土垄，而单倍炭垄与土垄间差异不显著；就相对饲喂价值而言，双倍炭垄显著高于土垄，单倍炭垄与双倍炭垄间和双倍炭垄与土垄间无显著差异；与土垄相比，单倍炭垄和双倍炭垄的相对饲喂价值分别提高7.20%和13.40%。对2个主区分别求平均值，玉米秸秆炭－土壤结皮覆盖集雨垄的酸性和中性洗涤纤维含量高于牛粪炭－土壤结皮覆盖集雨垄，牛粪炭－土壤结皮覆盖集雨垄的粗蛋白含量和相对饲喂价值高于玉米秸秆炭－土壤结皮覆盖集雨垄。
表 6 紫花苜蓿营养成分含量和相对饲喂价值Table 6. Nutrition content and relative feed value (RFV) of alfalfa生物炭类型
Biochar type生物炭施加量
Biochar application
rate酸性洗涤纤维
Acid detergent fibers/%
(ADF)中性洗涤纤维
Neutral detergent fibers/%
(NDF)粗蛋白
Crude protein/%
(CP)相对饲喂价值
Relative feed value
(RFV)RSB SR 19.10 ± 1.10a 41.79 ± 0.62a 13.83 ± 0.45a 164.77 ± 2.60c SBR 17.97 ± 0.56a 40.78 ± 0.17a 14.19 ± 0.32a 170.86 ± 3.20b DBR 17.15 ± 1.09a 38.88 ± 0.56b 15.05 ± 0.86a 180.74 ± 3.22a 平均值 Mean 18.08 ± 0.90 40.48 ± 0.41 14.36 ± 0.57 172.13 ± 2.05 CDB SR 19.07 ± 0.44a 41.50 ± 0.40a 13.73 ± 0.20b 165.82 ± 2.20b SBR 17.75 ± 2.87a 39.31 ± 0.74b 14.78 ± 0.87b 177.76 ± 8.28ab DBR 16.67 ± 1.19a 37.57 ± 0.87c 16.42 ± 0.37a 188.03 ± 4.23a 平均值 Mean 17.83 ± 1.50 39.46 ± 0.64 14.98 ± 0.48 177.20 ± 4.90 2.5 生物炭覆盖垄沟种植对紫花苜蓿干草产量和水分利用效率的影响
各处理的紫花苜蓿分枝数、株高、干草产量和水分利用效率如表7所列。在同一主区下，随生物炭施加量增加，各副区处理的分枝数和株高呈先增加后减小趋势，在单倍生物炭施加量的条件下，紫花苜蓿分枝数和株高达最高水平。在玉米秸秆炭－土壤结皮覆盖集雨垄情况下，单倍炭垄第1茬、第2茬和全生育期紫花苜蓿干草产量显著高于双倍炭垄(P < 0.05)，双倍炭垄的第1茬、第2茬和全生育期紫花苜蓿干草产量显著高于土垄，与土垄相比，单倍炭垄和双倍炭垄的全生育期紫花苜蓿干草产量分别提高11.05%和6.43%。在牛粪炭－土壤结皮覆盖集雨垄情况下，各副区处理第1茬紫花苜蓿干草产量间无显著差异(P > 0.05)；单倍炭垄和双倍炭垄的第2茬和全生育期紫花苜蓿干草产量显著高于土垄，而单倍炭垄和双倍炭垄间无显著差异，与土垄相比，单倍炭垄和双倍炭垄的全生育期紫花苜蓿干草产量分别提高3.96%和3.33%。
表 7 紫花苜蓿分枝数、株高、干草产量 和水分利用效率Table 7. Branch number, plant height, forage yield, and water use efficiency in alfalfa under ridge-furrow rainwater harvesting with biochar applications生物炭
类型
Biochar
type生物碳
施加量
Biochar
application
rate第1茬 First cut 第2茬 Second cut 全生育期 Annual 水分利用效率
(WUE)
Water use
efficiency/
[kg·(hm2·mm)−1]分枝数
Branch
number/
m2株高
Plant
height/
cm干草产量
Forage
yield/
(kg·hm−2)分枝数
Branch
number/
m2株高
Plant
height/
cm干草产量
Forage
yield/
(kg·hm−2)分枝数
Branch
number/
m2株高
Plant
height/
cm干草产量
Forage
yield/
(kg·hm−2)RSB SR 129 ± 5b 48.3 ± 3.8b 2602 ± 68c 132 ± 4b 55.8 ± 3.5b 2421 ± 38c 131 ± 4b 52.1 ± 3.1b 5023 ± 106c 11.56 ± 0.24c SBR 148 ± 4a 59.2 ± 3.1a 2849 ± 29a 151 ± 6a 66.2 ± 2.3a 2729 ± 29a 149 ± 3a 62.7 ± 1.3a 5578 ± 59a 13.44 ± 0.01a DBR 144 ± 5a 55.8 ± 3.9a 2702 ± 11b 145 ± 9ab 63.8 ± 1.3a 2644 ± 31b 145 ± 7a 59.8 ± 1.2a 5346 ± 41b 12.94 ± 0.10b 平均值
Mean140 ± 5 54.4 ± 3.6 2718 ± 36 143 ± 6 61.9 ± 2.7 2598 ± 33 142 ± 5 58.2 ± 1.7 5316 ± 67 12.65 ± 0.86 CDB SR 131 ± 6a 49.2 ± 3.4a 2594 ± 8a 134 ± 2a 55.0 ± 0.7a 2428 ± 19b 133 ± 4a 52.1 ± 1.7a 5022 ± 17b 11.58 ± 0.04a SBR 138 ± 4a 53.3 ± 4.0a 2687 ± 87a 141 ± 4a 60.2 ± 2.9a 2534 ± 11a 139 ± 3a 56.8 ± 2.6a 5221 ± 87a 12.54 ± 0.21a DBR 135 ± 7a 52.6 ± 3.7a 2666 ± 62a 138 ± 4a 59.3 ± 2.5a 2523 ± 11a 137 ± 4a 56.0 ± 2.6a 5189 ± 65a 12.56 ± 0.16a 平均值
Mean135 ± 5 51.7 ± 3.7 2649 ± 52 138 ± 3 58.2 ± 2.1 2495 ± 13 136 ± 4 54.9 ± 2.3 5144 ± 63 12.22 ± 0.50 在同一主区下，随生物炭施加量增加，玉米秸秆炭－土壤结皮覆盖集雨垄的水分利用效率(WUE)呈先增加后降低趋势，牛粪炭－土壤结皮覆盖集雨垄的水分利用效率(WUE)呈增加趋势。在玉米秸秆炭－土壤结皮覆盖集雨垄情况下，单倍炭垄的WUE显著高于双倍炭垄(P < 0.05)，双倍炭垄的WUE显著高于土垄，单倍炭垄和双倍炭垄的WUE分别比土垄提高1.88和1.38 kg·(hm2·mm)−1。在牛粪炭－土壤结皮覆盖集雨垄情况下，各副区处理间的WUE无显著差异(P > 0.05)，单倍炭垄和双倍炭垄的WUE分别比土垄提高0.96和0.98 kg·(hm2·mm)−1。对2个主区分别求平均值，玉米秸秆炭－土壤结皮覆盖集雨垄的第1茬、第2茬和全生育期紫花苜蓿分枝数、株高、干草产量和WUE均高于牛粪炭－土壤结皮覆盖集雨垄。与牛粪炭－土壤结皮覆盖集雨垄相比，玉米秸秆炭－土壤结皮覆盖集雨垄的全生育期紫花苜蓿干草产量提高3.34%，WUE提高0.82 kg·(hm2·mm)−1。
2.6 生物炭类型、施加量及其互作效应分析
如表8所列，生物炭类型显著影响紫花苜蓿粗蛋白含量和相对饲喂价值(P < 0.05)，极显著影响紫花苜蓿干草产量和水分利用效率(P < 0.01)；生物炭施加量极显著影响紫花苜蓿粗蛋白含量、相对饲喂价值、干草产量和水分利用效率；生物炭类型和其施加量互作极显著影响紫花苜蓿干草产量和水分利用效率。相较于生物炭类型，生物炭施加量对紫花苜蓿粗蛋白含量、相对饲喂价值、干草产量和水分利用效率影响更大，生物炭施加量为主效应，生物炭类型为副效应。
表 8 生物炭类型、生物炭施加量及其互作效应方差分析Table 8. Results of two-way ANOVA of the types of biochar, biochar application rate, and their interactions因素
Factor粗蛋白(CP)
Crude protein相对饲喂价值(RFV)
Relative feed value干草产量
Forage yield水分利用效率(WUE)
Water useefficiency生物炭类型
Biochar type5.147* 6.410* 28.026** 93.432** 生物炭施加量
Biochar application rate17.761** 30.257** 46.545** 46.215** 生物炭类型 × 生物炭施加量
Biochar type × biochar application rate2.458 1.013 10.110** 28.471** ** 表示显著水平均为P < 0.01，*表示显著水平均为P < 0.05。
** and * indicate significant differences at the 0.01 and 0.05 levels, respectively.3. 讨论
在雨养农业生产中，径流是影响作物产量和土壤水分的关键因素，尤其对坡地农业生产[22]。当降水强度大于土壤水分入渗速率时，地表产生径流、径流量和径流系数取决于降水特征 (降水强度、降水时长和降水分布)、土壤类型、坡度和地表植被[23]。在生物炭覆盖垄沟集雨种植模式中，垄覆盖生物炭－土壤结皮作为径流产生区，生物炭类型和施加量影响径流产生。在本研究中，在同一主区下，土垄的径流系数高于单倍炭垄，单倍炭垄的径流系数高于双倍炭垄，生物炭施加量越大，径流系数越小。生物炭具有较高孔隙度、渗透性、比表面积和持水力等特征，这些特性增加土壤孔隙度和土壤水分入渗率，减少土壤表层径流量和径流系数[24]。就同一主区平均值而言，玉米秸秆炭－土壤结皮覆盖集雨垄的径流系数高于牛粪炭－土壤结皮覆盖集雨垄。吴媛媛[25]研究表明，径流量随生物炭粒级减小而减小。在本研究中，玉米秸秆炭的 > 1 mm、0.5～1 mm、0.25～0.5 mm粒径所占比例分别为0.42%、9.59%和29.85%，牛粪炭的 > 1 mm、0.5～1 mm、0.25～0.5 mm粒径所占比例分别为0.24%、7.71%和23.14%，与牛粪炭－土壤结皮覆盖集雨垄相比，玉米秸秆炭－土壤结皮覆盖集雨垄的径流系数提高3.76%。
垄沟集雨种植模式作为一种高效节水农业措施，广泛应用于我国雨养农业区生产中，尤其我国半干旱黄土高原丘陵区[26]。在垄沟集雨种植模式中，垄作为径流汇集区，沟作为径流和降水入渗区，径流和降水在沟中汇集，增加沟中土壤水分下渗，提高沟中土壤水分入渗深度[4]。本研究中，在相同主区下，土垄的土壤贮水量高于单倍炭垄，单倍炭垄的土壤贮水量高于双倍炭垄，就2个主区平均值而言，玉米秸秆炭－土壤结皮覆盖集雨垄的土壤贮水量高于牛粪炭－土壤结皮覆盖集雨垄。在垄沟集雨种植模式中，径流直接影响土壤贮水量，土垄径流系数较高，产生径流较多，垄上径流及降雨汇集于沟中，促进沟中水分入渗，增加沟中土壤水分，土壤贮水量随生物炭施加量增加而降低，在2个主区之间，因为玉米秸秆炭－土壤结皮覆盖集雨垄的径流效率高于牛粪炭－土壤结皮覆盖集雨垄，所以玉米秸秸秆炭的土壤贮水量高于牛粪炭－土壤结皮覆盖集雨垄。
生物炭是由富碳生物质材料制作而成，具有一定肥力、较低密度、较高比面积和孔隙度等，生物炭施加到土壤中可以提高土壤保肥能力[27]。生物炭具有高度稳定性，持续为作物提供养分[28]。在本研究中，在同一主区下，双倍炭垄的土壤养分高于单倍炭垄，单倍炭垄的土壤养分高于土垄。前人研究[29-30]表明，生物炭施加到土壤中可以增加土壤养分含量，土壤养分含量随生物炭施加量增加而增加，郭雄飞[31]研究表明，在施用生物炭情况下，土壤pH、有机质和速效钾含量随生物炭施用量增加而增加。在本研究中，与土垄相比，单倍炭垄和双倍炭垄的沟中土壤养分和pH均有所增加，生物炭富含营养物质随径流流入沟中，提高表层土壤养分和pH。生物炭所含养分取决于原料特性、热解条件、生物炭施加时长和生物炭类型等，粪便热解生物炭氮、磷、钾含量高于秸秆和木材热解生物炭[32]。唐行灿和陈金林[27]研究表明，生物质原料影响生物炭中元素组成和含量，相对于草本植物生物炭，禽畜粪便生物炭含有较高矿质元素。在本研究中，牛粪炭的全氮 (2.8 g·kg−1) 和全钾 (51.6 g·kg−1) 高于秸秆炭的全氮 (2.1 g·kg−1) 和全钾 (24.7 g·kg−1)，牛粪炭－土壤结皮覆盖集雨垄的土壤养分高于玉米秸秆炭－土壤结皮覆盖集雨垄。
生物炭施加改善土壤墒情和肥力状况，进而提高作物品质、产量和水分利用效率[33-34]。在本研究中，在同一主区下，双倍炭垄的粗蛋白含量和相对饲喂价值高于单倍炭垄，单倍炭垄的粗蛋白含量和相对饲喂价值高于土垄，就同一主区平均值而言，牛粪炭－土壤结皮覆盖集雨垄的粗蛋白含量和相对饲喂价值高于玉米秸秆炭－土壤结皮覆盖集雨垄。在本研究中，垄上施加的生物炭及其产生的营养物质随径流流入沟中，且随生物炭施加量的增加而增多，进而导致沟中表层土壤养分 (全氮、全磷、全钾、有机质) 含量较高。牛粪炭－土壤结皮覆盖集雨垄的土壤养分高于玉米秸秆炭－土壤结皮覆盖集雨垄的土壤养分，较高土壤养分有利于提高紫花苜蓿品质。
土壤养分和水分影响作物产量，适宜土壤养分和水分提高作物产量，当土壤养分过高或过低，作物会产生养分过剩和养分亏缺，作物生长发育和根系活动受到抑制，影响产量和水分利用效率。本研究中，在同一主区下，单倍炭垄的全生育期紫花苜蓿干草产量和水分利用效率高于双倍炭垄，双倍炭垄的全生育期紫花苜蓿干草产量和水分利用效率高于土垄；就同一主区平均值而言，玉米秸秆炭－土壤结皮覆盖集雨垄的紫花苜蓿干草产量和水分利用效率高于牛粪炭－土壤结皮覆盖集雨垄。在本研究中，双倍炭垄的土壤养分高于单倍炭垄，单倍炭垄的土壤养分高于土垄，土壤养分促进作物的生长发育，提高紫花苜蓿干草产量。与土垄相比，单倍炭垄和双倍炭垄的干草产量分别提高3.96%～11.05%和3.33%～6.43%，水分利用效率分别提高0.96～1.88和0.98～1.38 kg·(hm2·mm)−1。生物炭施加不仅提高土壤养分，而且改善土壤孔隙、团聚体结构，增强土壤养分供给能力，进而提高紫花苜蓿干草产量和水分利用效率[26]。郭雄飞[31]研究表明，土壤中施加生物炭可以促进刨花润楠 (Machilus pauhoi) 株高，叶长及叶宽的生长，提高刨花润楠地上部分和地下部分的干重，与不施加生物炭处理相比，施加生物炭处理的刨花润楠地上部分和地下部分的干重分别提高31.81%～59.02% 和20.52%～39.69%。李中阳等[35]研究表明，土壤中施加生物炭降低冬小麦耗水量，提高冬小麦水分利用效率。与双倍炭垄相比，单倍炭垄的土壤贮水量较高，较高土壤贮水量促进紫花苜蓿干草产量和水分利用效率。与牛粪炭－土壤结皮覆盖集雨垄相比，玉米秸秆炭－土壤结皮覆盖集雨垄的土壤贮水量较高，较高土壤贮水量促进紫花苜蓿干草产量和水分利用效率。
生物炭是一种具有发展前景的环境友好型材料，但生物炭对土壤理化性状和作物农艺性状的影响不一致，主要受生物炭原料、制作工艺、性质、土壤类型、作物种类和农田管理措施等的影响。在本研究中，未对2种生物炭理化性质深入研究，今后对生物炭改良土壤的研究应以生物炭原料、制作工艺、施加量和土壤类型的关系为重点，应采用长期的田间研究。
4. 结论
与土垄相比，生物炭－土壤结皮集雨垄种植具有较低径流系数、土壤水分和较高土壤养分。随着生物炭施加量增加，径流系数和土壤水分降低，土壤养分增加。生物炭－土壤结皮覆盖集雨垄种植提高紫花苜蓿干草产量和水分利用效率，玉米秸秆炭单倍施加量(3 × 104 kg·hm−2)是提高紫花苜蓿干草产量和水分利用效率的适宜生物炭类型和施加量，适宜于半干旱垄沟集雨种植模式。
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图 2 紫花苜蓿0－200 cm土壤贮水量
不同小写字母表示各副区处理之间差异显著 ( P < 0.05 )。下同。
Figure 2. Soil water storage capacity in 0－200 cm soil depth
Different lowercase letters indicate significantly difference between different split-plot treatments at the 0.05 level. This is applicable for the following figures and tables as well.
表 1 生物炭覆盖垄沟集雨种植紫花苜蓿试验设计
Table 1 Experimental design for alfalfa production with ridge-furrow rainwater harvesting using biochar-soil crust mulching
生物炭
类型
Biochar
type生物炭施加量
Biochar
application
rate/(kg·hm−2)垄覆盖结皮
Ridge-covering
crustRSB SR (0) 土壤结皮 Soil crust SBR (3 × 104) 单倍秸秆炭－土壤结皮
Single rice-straw－biochar-soil crustDBR (6 × 104) 双倍秸秆炭－土壤结皮
Double rice-straw－biochar-soil crustCDB SR (0) 土壤结皮 Soil crust SBR (3 × 104) 单倍牛粪炭－土壤结皮
Single cow-dung－biochar-soil crustDBR (6 × 104) 双倍牛粪炭－土壤结皮
Double cow-dung－biochar-soil crustRSB：玉米秸秆炭；CDB：牛粪炭。SR：土垄；SBR：单倍炭垄；DBR：双倍炭垄。下同。
RSB: rice straw biochar; CDB: cow dung biochar. SR: ridges compacted with soil; SBR: ridges compacted with soil mixed with single straw biochar application; DBR: ridges compacted with soil mixed with double biochar application. This is applicable for the following figures and tables as well.
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表 2 生物炭化学性质
Table 2 Chemical properties of biochar
生物炭
BiocharpH 全氮
Total nitrogen/
(g·kg−1)全磷
Total phosphorus/
(g·kg−1)全钾
Total potassium/
(g·kg−1)碳
Carbon/
%氢
Hydrogen/
%氧
Oxygen/
%灰分
Ash/
%RSB 7.91 2.1 0.3 24.7 32.58 2.72 63.51 49.2 CDB 8.05 2.8 0.5 51.6 36.12 2.22 56.08 47.5
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表 3 生物炭物理性质
Table 3 Physical properties of biochar
生物炭
Biochar比表面积
Specific
surface area/
(m2·g−1)密度
Gravity/
(g·m−3)含水量
Water
content/
%容重
Bulk
density/
(g·cm−3)孔隙度
Total
porosity/
%粒径分布 Particle size distribution/% > 1 mm 0.5～1 mm 0.25～0.5 mm < 0.25 mm RSB 58.4 1.68 22.5 0.17 89.9 0.42 9.59 29.85 60.14 CDB 6.3 1.74 32.1 0.20 88.5 0.24 7.71 23.14 68.91
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表 5 各处理沟中土壤养分和pH
Table 5 Soil nutrient and pH levels at furrow bottoms in different treatments
土壤深度
Soil depth/
cm生物炭类型
Biochar
type生物炭施加量
Biochar application
rate全氮
Total nitrogen/
(g·kg−1)全磷
Total phosphorus/
(g·kg−1)全钾
Total potassium/
(g·kg−1)有机质
Soil organic matter/
(g·kg−1)(SOM)pH 0－20 cm RSB SR 0.460 ± 0.031a 0.718 ± 0.052a 12.18 ± 0.28a 12.65 ± 0.95b 7.38 ± 0.08a SBR 0.504 ± 0.042a 0.770 ± 0.057a 12.77 ± 0.31a 14.80 ± 1.06ab 7.43 ± 0.07a DBR 0.521 ± 0.047a 0.788 ± 0.056a 12.93 ± 0.34a 15.60 ± 1.08a 7.46 ± 0.07a 平均值 Mean 0.495 ± 0.040 0.759 ± 0.055 12.63 ± 0.31 14.35 ± 1.03 7.42 ± 0.07 CDB SR 0.452 ± 0.028b 0.717 ± 0.030b 12.18 ± 0.29b 12.80 ± 0.36b 7.42 ± 0.07a SBR 0.513 ± 0.043ab 0.780 ± 0.035ab 12.84 ± 0.32ab 15.27 ± 0.37a 7.45 ± 0.08a DBR 0.534 ± 0.041a 0.806 ± 0.036a 13.10 ± 0.31a 16.78 ± 0.39a 7.48 ± 0.08a 平均值 Mean 0.500 ± 0.037 0.768 ± 0.034 12.71 ± 0.31 14.95 ± 0.37 7.45 ± 0.08 20－40 cm RSB SR 0.234 ± 0.026a 0.604 ± 0.030a 11.25 ± 0.26a 9.21 ± 0.89a 7.17 ± 0.08a SBR 0.253 ± 0.031a 0.627 ± 0.031a 11.29 ± 0.27a 9.68 ± 0.91a 7.25 ± 0.09a DBR 0.265 ± 0.029a 0.637 ± 0.030a 11.36 ± 0.30a 9.76 ± 0.90a 7.29 ± 0.06a 平均值 Mean 0.251 ± 0.029 0.622 ± 0.030 11.30 ± 0.27 9.55 ± 0.90 7.24 ± 0.08 CDB SR 0.230 ± 0.029a 0.588 ± 0.032a 11.31 ± 0.30a 9.35 ± 0.94a 7.15 ± 0.07a SBR 0.258 ± 0.034a 0.631 ± 0.036a 11.32 ± 0.31a 9.70 ± 1.01a 7.23 ± 0.09a DBR 0.269 ± 0.035a 0.644 ± 0.036a 11.41 ± 0.31a 9.93 ± 1.02a 7.32 ± 0.09a 平均值 Mean 0.253 ± 0.032 0.621 ± 0.034 11.35 ± 0.31 9.66 ± 0.99 7.23 ± 0.08
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表 4 各处理垄上月平均径流系数
Table 4 Monthly runoff efficiency in the various treatments
% 生物炭类型
Biochar type生物炭施加量
Biochar application rate4月
Apr.5月
May6月
Jun.7月
Jul.8月
Aug.9月
Sep.全生育期
AnnualRSB SR 21.48 12.83 23.86 23.81 22.61 12.57 19.74 SBR 19.55 8.44 14.74 19.36 19.94 12.40 15.90 DBR 21.12 15.50 12.05 16.01 15.46 5.22 14.07 平均值 Mean 20.72 12.26 16.89 19.73 19.33 10.06 16.57 CDB SR 21.43 12.57 23.92 23.97 22.46 12.26 19.66 SBR 7.62 6.58 14.65 10.80 12.37 6.03 9.91 DBR 7.18 4.15 13.93 9.28 11.18 6.37 8.77 平均值 Mean 12.08 7.77 17.50 14.68 15.34 8.22 12.81
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表 6 紫花苜蓿营养成分含量和相对饲喂价值
Table 6 Nutrition content and relative feed value (RFV) of alfalfa
生物炭类型
Biochar type生物炭施加量
Biochar application
rate酸性洗涤纤维
Acid detergent fibers/%
(ADF)中性洗涤纤维
Neutral detergent fibers/%
(NDF)粗蛋白
Crude protein/%
(CP)相对饲喂价值
Relative feed value
(RFV)RSB SR 19.10 ± 1.10a 41.79 ± 0.62a 13.83 ± 0.45a 164.77 ± 2.60c SBR 17.97 ± 0.56a 40.78 ± 0.17a 14.19 ± 0.32a 170.86 ± 3.20b DBR 17.15 ± 1.09a 38.88 ± 0.56b 15.05 ± 0.86a 180.74 ± 3.22a 平均值 Mean 18.08 ± 0.90 40.48 ± 0.41 14.36 ± 0.57 172.13 ± 2.05 CDB SR 19.07 ± 0.44a 41.50 ± 0.40a 13.73 ± 0.20b 165.82 ± 2.20b SBR 17.75 ± 2.87a 39.31 ± 0.74b 14.78 ± 0.87b 177.76 ± 8.28ab DBR 16.67 ± 1.19a 37.57 ± 0.87c 16.42 ± 0.37a 188.03 ± 4.23a 平均值 Mean 17.83 ± 1.50 39.46 ± 0.64 14.98 ± 0.48 177.20 ± 4.90
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表 7 紫花苜蓿分枝数、株高、干草产量 和水分利用效率
Table 7 Branch number, plant height, forage yield, and water use efficiency in alfalfa under ridge-furrow rainwater harvesting with biochar applications
生物炭
类型
Biochar
type生物碳
施加量
Biochar
application
rate第1茬 First cut 第2茬 Second cut 全生育期 Annual 水分利用效率
(WUE)
Water use
efficiency/
[kg·(hm2·mm)−1]分枝数
Branch
number/
m2株高
Plant
height/
cm干草产量
Forage
yield/
(kg·hm−2)分枝数
Branch
number/
m2株高
Plant
height/
cm干草产量
Forage
yield/
(kg·hm−2)分枝数
Branch
number/
m2株高
Plant
height/
cm干草产量
Forage
yield/
(kg·hm−2)RSB SR 129 ± 5b 48.3 ± 3.8b 2602 ± 68c 132 ± 4b 55.8 ± 3.5b 2421 ± 38c 131 ± 4b 52.1 ± 3.1b 5023 ± 106c 11.56 ± 0.24c SBR 148 ± 4a 59.2 ± 3.1a 2849 ± 29a 151 ± 6a 66.2 ± 2.3a 2729 ± 29a 149 ± 3a 62.7 ± 1.3a 5578 ± 59a 13.44 ± 0.01a DBR 144 ± 5a 55.8 ± 3.9a 2702 ± 11b 145 ± 9ab 63.8 ± 1.3a 2644 ± 31b 145 ± 7a 59.8 ± 1.2a 5346 ± 41b 12.94 ± 0.10b 平均值
Mean140 ± 5 54.4 ± 3.6 2718 ± 36 143 ± 6 61.9 ± 2.7 2598 ± 33 142 ± 5 58.2 ± 1.7 5316 ± 67 12.65 ± 0.86 CDB SR 131 ± 6a 49.2 ± 3.4a 2594 ± 8a 134 ± 2a 55.0 ± 0.7a 2428 ± 19b 133 ± 4a 52.1 ± 1.7a 5022 ± 17b 11.58 ± 0.04a SBR 138 ± 4a 53.3 ± 4.0a 2687 ± 87a 141 ± 4a 60.2 ± 2.9a 2534 ± 11a 139 ± 3a 56.8 ± 2.6a 5221 ± 87a 12.54 ± 0.21a DBR 135 ± 7a 52.6 ± 3.7a 2666 ± 62a 138 ± 4a 59.3 ± 2.5a 2523 ± 11a 137 ± 4a 56.0 ± 2.6a 5189 ± 65a 12.56 ± 0.16a 平均值
Mean135 ± 5 51.7 ± 3.7 2649 ± 52 138 ± 3 58.2 ± 2.1 2495 ± 13 136 ± 4 54.9 ± 2.3 5144 ± 63 12.22 ± 0.50
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表 8 生物炭类型、生物炭施加量及其互作效应方差分析
Table 8 Results of two-way ANOVA of the types of biochar, biochar application rate, and their interactions
因素
Factor粗蛋白(CP)
Crude protein相对饲喂价值(RFV)
Relative feed value干草产量
Forage yield水分利用效率(WUE)
Water useefficiency生物炭类型
Biochar type5.147* 6.410* 28.026** 93.432** 生物炭施加量
Biochar application rate17.761** 30.257** 46.545** 46.215** 生物炭类型 × 生物炭施加量
Biochar type × biochar application rate2.458 1.013 10.110** 28.471** ** 表示显著水平均为P < 0.01，*表示显著水平均为P < 0.05。
** and * indicate significant differences at the 0.01 and 0.05 levels, respectively.
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