徐 露，张 丹，向宇国，陈 凡，陈玉蓝，黄田钫

(1. 中国科学院、水利部成都山地灾害与环境研究所，四川 成都 610041；2. 中国科学院大学，北京 100049; 3. 四川省烟草公司凉山州公司，四川 西昌 615000；4. 中国科学院成都生物研究所，四川 成都 610041)

【研究意义】紫色土属风化发育较浅的矿质土壤，由中生代紫色砂(页)岩风化而成，广泛分布于四川盆地[1]。紫色土坡耕地主要由土层、泥岩层以及不透水的沙岩层构成，土层浅薄(<45 cm)，介孔、大孔等孔隙结构发育，雨水入渗较快，因此土壤保水性弱。紫色土坡耕地为典型的土-岩二元结构，易形成相对不透水层，产生壤中流，养分主要通过壤中流流失，因此土壤保肥性弱。紫色土是凉山彝族自治州农业生产的主要土壤资源，土壤水分亏缺和养分不足是限制旱作农业生产的主要因子[2- 3]。因此如何提高降水资源利用效率，避免土壤养分流失，是保障凉山州旱作农业生产的关键。【前人研究进展】生物炭(Biochar)和聚丙烯酰胺(polyacrylamide，PAM)是目前农业生产中富有潜力的土壤改良剂。生物炭是由木质材料、作物秸杆、城市固体垃圾、畜禽粪便以及水生植物等有机材料在厌氧条件下经过热裂解产生的一类高度芳香化难溶性固态产物[4]。聚丙烯酰胺是一种具有超高吸水保水能力的高分子聚合物，能迅速吸收比自身重数百倍甚至上千倍的水分，而且具有反复吸水功能，吸水后体积倍增呈水凝胶状态，缓慢释放水分供作物利用[5]。大量研究结果表明生物炭和PAM作为土壤改良剂，在改善土壤理化性质、增加土壤持水能力、持留土壤养分等方面均显示出较大潜力[6-10]。【本研究切入点】有关土壤改良剂对土壤肥力的影响已有较多研究，而针对生物炭和PAM对植烟土壤水、肥问题综合改良的研究却很少。【拟解决的关键问题】鉴于此，本研究以云烟87为供试作物，在凉山州坡耕地紫色土区，分别施加不同用量的秸秆生物炭和PAM保水剂，研究不同改良剂类型和施用量条件下紫色土土壤结构、肥力及水分特征的变化。在综合评价生物炭和保水剂施用效果的同时确定合适的改良剂及最适施用量，为提高旱地作物生产力及土壤改良剂的推广应用提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验地位于凉山彝族自治州会东县小坝乡(26°34′30″N，102°22′17″E)，属于季节性干旱区，≥10°积温为5247 ℃，无霜期268 d。全年平均降水量为1111.6 mm，年内降雨分布不均，雨季(6-10月)降雨量占年降雨量的90 %左右。试验区为紫色土坡耕地，坡度为7～10°，土层浅薄，厚度在40 cm左右。

1.2 供试土壤和改良剂

供试紫色土田间持水量为24.7 %，土壤pH 7.4，有机质(OM)、全氮(TN)、全磷(TP)和全钾(TK)含量分别为6.2、1.4、0.6和12.9 g/kg，碱解氮(AN)、有效磷(AP)和速效钾(AK)含量分别为97.0、10.3和108.3 mg/kg。

本研究所用的生物炭以玉米秸秆为原料制得，购自于江苏华丰农业生物工程有限公司。生物炭粒径1.5～2.0 mm，pH 10.85，OM、TN、TP和TK含量分别为560.2、0.29、2.78和46.1 g/kg，AN、AP和AK含量分别为14.5、755.0和10.7 mg/kg。供试保水剂为钾盐型PAM保水剂，购于任丘市辉达化工有限公司，粒径0.18～2.25 mm，吸水倍数300～500，全碳、全氮和全钾的质量分数分别为54.8 %、2.1 %和9.1 %。

1.3 试验设计

本试验生物炭为5个处理：0、10、20、40和60 t/hm2；PAM保水剂为5个处理：0、5、90、135和180 kg/hm2。每个处理3次重复，随机区组排列，每个小区面积为4 m×5 m=20 m2，每个小区种28株烟草，小区之间用1行烟草作为隔离带。试验从2018年3月18日整地开始至2018年9月20日收烟结束。试验小区划分好后，生物炭和PAM保水剂按设计施用梯度一次性施入，生物炭均匀撒在土壤表面，反复翻耕使生物炭与表层土壤(0～20 cm)充分混匀。……