土壤有机培肥是农业生产中维持和提高土壤肥力的一项重要措施，有机肥不但可以提高土壤中有机质的含量，还可以改善其质量。有机肥料除含有N、P、K和有机质养分外，还提供相当数量的中、微量元素，以及核酸、氨基酸、糖、维生素等有机营养成分^{[1, 2]}，土壤施用有机肥后可形成有机无机复合体和微团聚体，既提高土壤有机质的数量，又能更新和活化老的有机质，从而提高土壤肥力^{[3, 4, 5, 6]}。张良英等^[7]研究表明鸡粪和草炭配合施用能显著降低桃园20~40 cm 土层土壤容重，增大孔隙度，改善桃园土壤养分状况。安婷婷等^[8]研究表明，施用有机肥可大幅度地减少由于耕作所引起的土壤团聚体的破坏，提高土壤中有机物质的含量，并且进一步促进了土壤的团聚化作用，并有助于土壤有机碳物质进一步的固定。与化肥相比，有机肥因其养分含量低且释放缓慢，在提高作物产量方面效果不明显^[9]。国外学者也有研究表明，施用堆肥等有机肥对山莓和番茄的产量提高不如化肥效果显著^{[10, 11]}。化肥配施有机肥可以促进土壤微生物对化肥氮的有效调控，使化肥氮更好地被转化利用，促进作物增产和改善品质^{[12, 13]}。

库尔勒香梨是新疆特色林果业的优势树种，已成为南疆环塔里木盆地区域特色林果的优势产业^{[14, 15]}。目前，在新疆库尔勒市香梨果园中存在土壤肥力主控因素不明、施肥不合理，从而导致香梨园土壤地力衰退、树体营养失调、产量不稳定、果品品质下降等问题^{[16, 17]}。而针对目前存在问题，库尔勒香梨园多采取施用当地较多的农家肥羊粪进行土壤肥力提升，但羊粪施用效果和施用量并不明确。黑炭作为土壤改良剂已成为全球关注的热点。研究表明，施用黑炭可以改善土壤物理性质，如降低容重、提高持水性能和土壤颗粒的团聚度等^{[18, 19]}。此外，施用生物黑炭还可以提高土壤中阳离子交换能力和养分循环^{[20, 21]}。因此，本研究采用化肥配施生物黑炭和羊粪的田间调控试验，分析比较生物黑炭和羊粪对香梨园土壤理化性质和产量的影响，明确生物黑炭和羊粪在库尔勒香梨生产中的应用效果，为香梨园土壤肥力提升、调节树体营养平衡、提高香梨产量和改善品质提供理论依据。 1 材料与方法 1.1 研究区概况

研究区在新疆库尔勒市恰尔巴格乡下和什巴格村5队（41°48′21″N，86°04′22″E），海拔918.7 m，地处天山南麓，塔里木盆地东北边缘，孔雀河冲积平原上。典型温带大陆性干旱荒漠气候，年平均气温10.7~11.2 ℃，年均积温（≥10 ℃） 4 200 ℃以上，无霜期170~227 d，日照时数2 762.1~3 186.3 h，年平均相对湿度45.0%~50.3%，干燥度39.6~63.3。主导风向东北风，土壤类型主要为黄潮土，肥力较低，土壤中有机质含量14.79 g·kg^-1，碱解氮44.36 mg·kg^-1，有效磷11.63 mg·kg^-1，速效钾278.01 mg·kg^-1。 1.2 研究材料与试验设计

在立地成龄果园栽培模式下（株行距5 m×6 m，450 株·hm^-2），选择22年树龄库尔勒香梨（Pyrus bretschneideri Rehd.）为研究对象。选择生物黑炭（有机炭含量400 g·kg^-1）和羊粪（有机炭含量400 g·kg^-1），每种有机肥设置3个不同梯度施用量（不同有机肥在相同梯度中有机炭含量相同），并设置对照区CK（不施用有机肥），共有7个处理，具体试验方案见表 1。依据香梨果树株行距的大小，每处理5~6株果树，3次重复，随机排列。香梨生育期施N 300 kg·hm^-2，施P₂O₅ 300 kg·hm^-2，施K₂O 60 kg·hm^-2。肥料选用尿素（含N 46%）、重过磷酸钙（含P₂O₅ 46%）和硫酸钾（含K₂O 51%）。磷肥、钾肥配合有机肥一次性全部基施，尿素施用量的60%配合有机肥基施，剩余40%在膨果前期追施。灌溉采用常规灌溉，其他田间管理与常规相同。

表 1 不同有机肥试验方案 Table 1 The trial protocol of different organic fertilizer

表选项

试验于2012年3月31日—2013年10月31日之间进行，在果园施肥前（香梨树萌芽前期）和施肥后（果实成熟期）对各试验处理进行0~10、10~30、30~60 cm土层土样的采集。土样主要测定有机质、速效养分和土壤颗粒组成等指标，各指标均采用常规分析方法测定^[22]。土壤有机质采用重铬酸钾外加热法，碱解氮采用碱解扩散法，有效磷采用钼锑抗比色法，速效钾采用火焰光度法测定，土壤颗粒分析采用吸管法。于2013年9月5日（果实成熟期）采集果实，在香梨树的东、南、西、北各摘取10个果实分别称质量，取平均值即为其单果质量，以每棵树的结果总数与这棵树的平均单果质量之积计算单株产量并核算香梨单位面积产量^[16]。各项指标变化量均为施肥后（果实成熟期）样品测定值减去施肥前（香梨树萌芽前期）样品测定值计算所得。 1.4 数据处理

利用Microsoft Excel 2007和DPS 9.5数据处理系统对所获数据进行分析并完成制图。 2 结果与分析 2.1 有机肥对土壤颗粒组成的影响

由表 2可知，施用生物黑炭处理土壤中砂粒、粘粒的相对含量变化幅度在0~10、10~30 cm和30~60 cm土层中均表现为随着生物黑炭施用量的增加而减小，呈现黑3<黑炭2<黑炭1黑炭2>黑炭1>CK。说明施用有机肥生物黑炭可以改变土壤颗粒组成，其中施用黑炭27 000 kg·hm^-2对降低土壤砂粒与粘粒相对含量和提高土壤粉粒相对含量效果较好。施用羊粪处理土壤中砂粒、粘粒的相对含量变化幅度在0~10、10~30 cm和30~60 cm土层中均表现为随着羊粪施用量的增加而减小，呈现羊粪3<羊粪2<羊粪1羊粪2>羊粪1>CK。说明施用有机肥羊粪可以改变土壤颗粒组成，其中施用羊粪27 000 kg·hm^-2对降低土壤砂粒与粘粒相对含量和提高土壤粉粒相对含量效果较好。在生物黑炭和羊粪施用量相同条件下，施用生物黑炭对降低土壤砂粒与粘粒相对含量和提高土壤粉粒相对含量效果更显著。

表 2 不同有机肥处理的土壤颗粒组成变化（%） Table 2 The changes of soil particles under different organic fertilizer treatments（%）

表选项

由表 3可知，与CK处理相比，不同有机肥处理下土壤中有机质含量均有不同程度增加。同种有机肥处理下，施用生物黑炭处理的土壤有机质含量变化幅度在0~10、10~30 cm和30~60 cm土层中表现为随着施肥量的增加而增大，呈现黑炭3>黑炭2>黑炭1>CK。与CK处理比较，黑炭3、黑炭2、黑炭1处理分别使0~10 cm土层中有机质含量增加1 112.70%、807.94%和368.25%；10~30 cm土层中有机质的增加量分别提高839.39%、618.94%和282.58%；30~60 cm土层中有机质的增加量分别提高1 944.44%、1 479.37%和866.67%。说明施用有机肥生物黑炭可有效提高土壤有机质含量，其中施用黑炭27 000 kg·hm^-2对增加各土层中土壤有机质含量效果都较好。施用羊粪处理的土壤有机质含量变化幅度在0~10、10~30 cm和30~60 cm土层中表现为随着施肥量的增加而增大，呈现羊粪3>羊粪2>羊粪1>CK。在0~10 cm土层中相对于CK处理土壤有机质的增加量，分别提高663.49%、346.03%和120.63%；在10~30 cm土层中相对于CK处理土壤有机质的增加量，分别提高402.27%、244.70%和85.61%；在30~60 cm土层中相对于CK处理土壤有机质的增加量，分别提高1 073.02%、738.10%和460.32%。说明施用有机肥羊粪可有效提高土壤有机质含量，其中施用羊粪27 000 kg·hm^-2对增加各土层中土壤有机质含量效果都较好。在生物黑炭和羊粪施用量相同条件下，各土层中土壤有机质增加量均表现出施用生物黑炭效果比羊粪好。

表 3 不同有机肥处理的土壤有机质含量变化（g·kg^-1） Table 3 The changes of soil organic matter content under different organic fertilizer treatments （g·kg^-1）

表选项

由表 4可知，与CK处理相比，不同有机肥处理下土壤中速效养分含量均有不同程度增加。同种有机肥处理下，施用生物黑炭处理的土壤碱解氮、有效磷和速效钾含量的变化幅度在0~10、10~30 cm和30~60 cm土层中均表现为随着施肥量的增加而增大，呈现黑炭3>黑炭2>黑炭1>CK。在0~10 cm土层中相对于CK处理土壤碱解氮的增加量，分别提高312.50%、300.33%和138.54%；相对于CK处理土壤有效磷的增加量，分别提高69.01%、28.17%和17.61%；相对于CK处理土壤速效钾的增加量，分别提高325.08%、232.63%和130.21%。在10~30 cm土层中相对于CK处理土壤碱解氮的增加量，分别提高304.17%、294.79%和116.67%；相对于CK处理土壤有效磷的增加量，分别提高123.40%、81.91%和70.21%；相对于CK处理土壤速效钾的增加量，分别提高277.37%、218.93%和109.05%。在30~60 cm土层中相对于CK处理土壤碱解氮的增加量，分别提高360.00%、322.86%和180.00%；相对于CK处理土壤有效磷的增加量，分别提高125.00%、75.00%和21.74%；相对于CK处理土壤速效钾的增加量，分别提高445.93%、351.11%和203.70%。说明施用有机肥生物黑炭可有效提高土壤中速效养分的含量，其中施用黑炭27 000 kg·hm^-2对提高各土层中土壤碱解氮、有效磷和速效钾含量效果都较好。

表 4 不同有机肥处理的土壤速效养分含量变化（mg·kg^-1） Table 4 The changes of soil available nutrient content under different organic fertilizer treatments （mg·kg^-1）

表选项

施用羊粪处理的土壤碱解氮、有效磷和速效钾含量的变化幅度在0~10、10~30 cm和30~60 cm土层中均表现为随着施肥量的增加而增大，呈现羊粪3>羊粪2>羊粪1>CK。在0~10 cm土层中相对于CK处理土壤碱解氮的增加量，分别提高956.25%、909.38%和464.58%；相对于CK处理土壤有效磷的增加量，分别提高346.48%、309.15%和159.15%；相对于CK处理土壤速效钾的增加量，分别提高782.48%、691.84%和395.17%。在10~30 cm土层中相对于CK处理土壤碱解氮的增加量，分别提高854.17%、811.46%和381.25%；相对于CK处理土壤有效磷的增加量，分别提高123.40%、81.91%和70.21%；相对于CK处理土壤速效钾的增加量，分别提高916.87%、808.23%和513.58%。在30~60 cm土层中相对于CK处理土壤碱解氮的增加量，分别提高848.57%、737.14%和497.14%；相对于CK处理土壤有效磷的增加量，分别提高234.78%、145.65%和138.04%；相对于CK处理土壤速效钾的增加量，分别提高1 342.22%、1 022.22%和662.22%。说明施用有机肥羊粪可有效提高土壤中速效养分的含量，其中施用羊粪27 000 kg·hm^-2对提高各土层中土壤碱解氮、有效磷和速效钾含量效果都较好。在生物黑炭和羊粪施用量相同条件下，各土层中土壤速效养分增加量均表现出施用羊粪效果比黑炭好。 2.4 有机肥对香梨单果重和产量的影响

由图 1可知，与CK处理相比，不同有机肥处理下香梨单果重和产量均有不同程度增加。同种有机肥处理下，施用生物黑炭处理的香梨单果重和产量均随着施肥量的增加而增大，呈现黑炭3>黑炭2>黑炭1>CK。与CK处理的香梨单果重相比，香梨单果重分别增加13.3%、7.5%和2.8%。与CK处理的香梨产量相比，香梨产量分别增加31.1%、23.6%和8.8%。说明施用有机肥生物黑炭可有效提高香梨单果重和产量，其中施用黑炭27 000 kg·hm^-2对提高香梨单果重和产量效果较好。施用羊粪处理的香梨单果重表现为羊粪2>羊粪3>羊粪1>CK，与CK处理的香梨单果重相比，香梨单果重分别增加29.2%、27.3%和16.2%；施用羊粪处理的香梨产量则表现为羊粪3>羊粪2>羊粪1>CK，与CK处理的香梨产量相比，香梨产量分别增加55.8%、46.6%和32.5%。说明施用有机肥羊粪可有效提高香梨单果重和产量，其中施用羊粪18 000 kg·hm^-2对提高香梨单果重效果较好，而施用羊粪27 000 kg·hm^-2对提高香梨产量效果较好。在生物黑炭和羊粪施用量相同条件下，提高香梨单果重和产量方面均表现为施用羊粪效果比黑炭好。

不同字母表示差异达5%显著水平 Values followed by different letters are significant at 5% level 图 1 不同有机肥处理的香梨单果重和产量 Figure 1 The single fruit weight and yield of Korla fragrant pear under different organic fertilizer treatments

图选项

有机肥主要来源于植物或动物，施于土壤以提供植物营养为其主要功能的含碳物料。经生物物质、动植物废弃物、植物残体加工而来，消除了其中的有毒有害物质，富含大量有益物质，是农业生产中重要物质基础之一，是传统农业中的重要肥源。本研究表明施用黑炭和羊粪能显著降低土壤砂粒与粘粒的相对含量，提高土壤粉粒的相对含量，并且随着黑炭和羊粪施肥量的增加其效果越显著。在改善土壤物理性质方面，施用黑炭效果比羊粪好。主要原因是生物黑炭具有较大的比表面积和孔隙结构，施入土壤后较易形成大团聚体，一定程度上改善了土壤的物理性状，提高土壤的保水性，促进土壤团聚体的形成^{[23, 24]}。

刘祖香^[25]通过试验研究发现土壤施用生物黑炭可促进土壤速效N、P、K含量以及土壤有机质和腐殖质含量的升高。本研究表明施用黑炭和羊粪能显著提高土壤有机质、碱解氮、有效磷和速效钾含量，与刘祖香研究结果一致。施用黑炭27 000 kg·hm^-2对提高土壤有机质含量的效果最好，施用羊粪27 000 kg·hm^-2对提高土壤碱解氮、有效磷和速效钾的效果最好。主要原因是土壤矿质营养的改良上并非大部分依靠本身矿质营养的添加，而是依赖添加覆盖后改变土壤微环境、增加土壤酶活性等来增大土壤自身矿质的转化速率，从而获得相对CK处理较高的土壤肥效^[26]。而且不同有机物料的腐解速率不同，对土壤矿质营养的改良也有一定区别^{[27, 28, 29]}，生物黑炭较稳定，因此提升土壤有机碳的效果较好，而羊粪易分解，且羊粪本身就含有较多的矿质营养，因此提升土壤速效养分的效果较好。

施用黑炭和羊粪能不同程度地提高香梨果实单果重及其产量。主要原因是生物黑炭和羊粪增加了土壤内化学物质的氧化时间，为吸附养分和微生物群落的生存提供了较大的空间，同时为土壤带来大量的养分离子，及时地供应树体营养生长和生殖生长，从而促进了果树的增产^[30]。施用黑炭27 000 kg·hm^-2对提高香梨单果重和产量效果都较好，施用羊粪18 000 kg·hm^-2对提高香梨单果重效果较好，而施用羊粪27 000 kg·hm^-2对提高香梨产量效果较好，提高单果重和产量的最佳施肥量不在同一处理，主要是由于单株果树座果率的差异引起的。 4 结论

施用有机肥（黑炭和羊粪）可改变果园土壤颗粒组成，改善土壤物理性质，提高土壤有机质及速效养分含量，促进果园增产。施用黑炭27 000 kg·hm^-2对提高果园土壤有机质含量和改善土壤物理性质效果较好，施用羊粪27 000 kg·hm^-2对提高果园土壤碱解氮、有效磷和速效钾的含量以及香梨产量效果较好。不同有机物料的腐解速率不同，对土壤矿质营养的改良也会产生差别，所以今后研究中还应考虑生物黑炭和农家肥混施，以探求更科学的施肥途径及最佳效果。