玉米(Zea mays L.)是黑龙江省第一大粮食作物,近年来,过量施肥、单一施肥、偏施氮肥等不合理施肥措施不仅造成资源浪费、肥料利用率低,而且严重污染农田土壤。炭基肥是以生物炭为负载基质,加入一定比例的化学肥料生产出的混合肥,不仅能够起到缓释养分,为作物生长提供充足养分的作用,还能改善土壤理化性质,优化根系生长环境,促进土壤、根系和作物之间的物质转化、吸收和转运。为探讨炭基肥对根际土壤微环境和玉米根系的影响,本试验选用先玉335和京科968两个玉米品种,设置6个处理,分别为,不施肥、常规化肥、炭基肥3 t/hm~2、3.75 t/hm~2、4.5 t/hm~2和5.25 t/hm~2,研究炭基肥对土壤理化特性、养分状况、根系生长及产量的作用效果,为玉米高产栽培提供理论依据和技术参考。通过试验得出以下结果:1、炭基肥显著降低了生育后期土壤p H值,且随炭基肥施用量的增加呈逐渐降低的趋势。炭基肥能够显著提高土壤溶液的电导率,在7月8日,两品种土壤电导率均在3.75 t处理时最高,分别比化肥高出259.38%、169.26%。炭基肥处理的土壤含水量在7月8日、7月28日和8月16日,3.75 t、4.5 t和5.25 t均显著高于化肥处理。炭基肥显著增加了土壤碳通量,先玉335除了8月16日,4.5 t处理均显著高于化肥和不施肥处理,京科968土壤碳通量随炭基肥施用量的增加呈先上升后下降的趋势,在7月8日、7月28日4.5 t处理达到最大值,在8月16日和9月4日3.75 t处理达到最大值。炭基肥显著提高了耕层土壤硝态氮、铵态氮、速效磷、速效钾含量,在生育后期效果显著,说明炭基肥对养分具有一定的缓释作用。2、炭基肥对土壤酶活性有显著的影响,显著提高了生育后期土壤中性磷酸酶活性。土壤β-萄糖苷酶和α-木糖苷酶活性随生育进程的推进呈先上升后降低的趋势,在8月16日,先玉335和京科968β-葡萄糖苷酶活性在分别在3 t和3.75 t处理时显著高于其他处理,α-木糖苷酶活性均在3.75 t时达到最高。多酚氧化酶和过氧化氢酶活性在9月4日和9月26日,两品种均是在5.25 t处理时达到最大值。炭基肥显著提高了土壤细菌多样性指数(香浓指数、ACE指数和Chao1指数),对真菌多样性指数没有显著影响,显著提高了土壤细菌和真菌种群丰度。3、炭基肥提高了玉米根系总长、根体积、根面积和根尖数,4.5 t处理的根长、根体积、根面积和根尖数在各时期均表现较好,明显高于化肥。化肥处理在8月16日,大部分根系颜色由乳白色转变为暗褐色,根系清晰度下降,根条数减少、根系体积明显减小,根系开始衰老,而炭基肥处理的根系条数、体积保持稳定,根系颜色呈乳白色,形态结构清晰,基本没有衰老。炭基肥处理显著增加株上0-15 cm,株间15-30 cm和30-45 cm以及垄间0-15 cm根系生物量,形成宽而深的高产型根系。4、炭基肥显著提高了伤流速率,在7月8日,先玉335和京科968分别在3 t和3.75 t处理时达到最大值。炭基肥处理对氨基酸含量没有显著影响,但是显著提高了7月8日和8月16日的氨基酸转运速率。无机磷转运速率随生育进程的推进呈逐渐降低的趋势。在7月8日,两品种铵态氮含量和转运速率,均在4.5 t和3.75 t处理时达到最大值,显著高于化肥和不施肥处理,且随生育进程的推进呈逐渐下降的趋势。可溶性糖含量前期较低,在9月4日迅速增加,两品种均在4.5 t处理时达到最大值,转运速率在3.75 t处理时达到最大值,显著高于化肥处理。5、炭基肥显著提高玉米产量,4.5 t时,玉米产量达到最大值,两品种分别比化肥处理显著高出15.02%和18.24%,在同等肥力条件下,京科968产量高于先玉335。