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文檔簡介
1、黃淮海平原是我國小麥玉米主產(chǎn)區(qū),秸稈年產(chǎn)量超過2億噸,其中30%以上的秸稈被隨意堆放或就地焚燒。秸稈還田是秸稈資源高效利用的主要途徑,不僅能解決不合理利用造成的環(huán)境污染,還能減少養(yǎng)分流失,提高土壤肥力。但目前政府推行的秸稈直接還田方式易造成土秸混合度差、秸稈腐解慢和后茬作物苗期群體質(zhì)量差等問題,不利于作物穩(wěn)產(chǎn)和增產(chǎn),大大降低了農(nóng)民秸稈還田積極性,限制了推廣應(yīng)用。為了提高秸稈還田率,本課題組創(chuàng)新提出了“秸稈顆粒化”的還田方式,即將質(zhì)地輕、
2、結(jié)構(gòu)蓬松的秸稈粉碎后擠壓為密度大、體積小的顆粒物質(zhì),再施入土壤,具有還田性能好、還田質(zhì)量高的優(yōu)點(diǎn)。但秸稈顆粒還田的土壤培肥機(jī)制尚不清楚。為此,本論文在室內(nèi)培養(yǎng)揭示秸稈顆粒的腐解特征和養(yǎng)分釋放特性的基礎(chǔ)上,進(jìn)行了3年田間微區(qū)定位試驗(yàn)。以農(nóng)民習(xí)慣的秸稈不還田和秸稈露天焚燒的處理萬式為對照,以政府主推的秸稈直接還田方式為參照,對玉米秸稈顆?;€田的土壤培肥效應(yīng)與機(jī)制進(jìn)行了系統(tǒng)研究。此外,還對秸稈顆粒化還田推廣應(yīng)用的可行性進(jìn)行了評價。主要結(jié)論如
3、下
(1)秸稈顆粒顯著提高秸稈容重,降低纖維素、半纖維素和木質(zhì)素含量,促進(jìn)秸稈快速腐解和養(yǎng)分釋放,縮短秸稈腐解期。秸稈顆粒(直徑4mm、長度4-6cm)的容重是常規(guī)粉碎秸稈(長度6-10cm)的1940倍,是粉碎秸稈(長度3-5cm)的844倍,還田后能與土壤良好混合。與粉碎秸稈相比,秸稈顆粒中的纖維素、半纖維素和木質(zhì)素含量分別降低778%、3080%和1006%(P<005),有助于秸稈快速腐解。研究結(jié)果表明,相對于粉碎秸稈
4、,秸稈顆粒既改變了快速腐解階段的腐解速率和持續(xù)期,也影響了緩慢腐解階段的腐解速率和持續(xù)期。在快速腐解階段,秸稈顆粒平均腐解速率是6767mg d-1,比粉碎秸稈提高3168%(P<005),在緩慢腐解階段,秸稈顆粒平均腐解速率是1721mg d-1,比粉碎秸稈降低263%(P>005)。在培養(yǎng)300d時,秸稈顆粒腐解率達(dá)8081%,比粉碎秸稈提高1203%(P<005)。擬合可知,秸稈顆粒半腐解期和全腐解期比粉碎秸稈縮短了30d和14d
5、。同時,秸稈顆粒還能促進(jìn)秸稈中碳氮磷鉀養(yǎng)分的釋放,其中碳、氮累積釋放率比粉碎秸稈分別提高1287%和1720%(P<005)。
(2)秸稈顆粒還田能快速提高耕層土壤有機(jī)碳、可溶性有機(jī)碳和堿解氮含量。與秸稈不還田和秸稈露天焚燒相比,秸稈顆粒還田和秸稈直接還田能夠提高0-60cm土層土壤養(yǎng)分含量,其中秸稈顆粒的增幅高于秸稈直接還田,尤其是0-40cm土層土壤有機(jī)碳、可溶性有機(jī)碳和堿解氮含量表現(xiàn)更加突出。在0-20cm土層,秸稈顆粒
6、還田當(dāng)年小麥成熟期和玉米成熟期土壤有機(jī)碳含量分別比秸稈直接還田提高824%和502%(P<005),土壤可溶性有機(jī)碳分別提高2119%和1147%(P<005),堿解氮含量分別提高612%和1110%(P<005),在20-40cm土層,秸稈顆粒還田當(dāng)年小麥成熟期和玉米成熟期土壤有機(jī)碳含量分別比秸稈直接還田提高451%和334%(P<005),土壤可溶性有機(jī)碳分別提高1204%和1337%(P<005),堿解氮含量分別提高427%和55
7、3%(P<005)。相關(guān)分析結(jié)果表明,土壤有機(jī)碳和可溶性有機(jī)碳均與土壤堿解氮、有效磷和速效鉀呈顯著正相關(guān)(P<005),相關(guān)系數(shù)隨著土層加深而減小。主成分分析結(jié)果表明,秸稈顆粒還田和秸稈直接還田的土壤綜合培肥效果優(yōu)于秸稈不還田和秸稈露天焚燒。相對于秸稈直接還田,秸稈顆粒還田的培肥效果較高,且在還田當(dāng)年冬小麥成熟期表現(xiàn)更加明顯。
(3)秸稈顆粒還田顯著提高土壤呼吸速率和土壤碳累積排放量,但由于具有更高的籽粒產(chǎn)量和秸稈產(chǎn)量,最終表
8、現(xiàn)出較高的固碳潛力。與秸稈不還田、秸稈露天焚燒和秸稈直接還田相比,秸稈顆粒還田增加了0-10cm土層土壤含水量099%-1409%,提高了土壤呼吸速率035%-2872%,增加了土壤碳累積排放量022%-2102%,降低了土壤呼吸溫度敏感指數(shù)056%-147%。與秸稈直接還田相比,秸稈顆粒還田的土壤碳排放差異主要集中在還田當(dāng)年,其冬小麥生長季平均土壤呼吸速率和土壤碳累積排放量分別提高1487%和883%,玉米生長季分別提高147%和16
9、6%,其中在冬小麥生長季差異達(dá)到顯著水平。同時,秸稈顆粒還田還具有較高的作物生物產(chǎn)量,還田當(dāng)年冬小麥和夏玉米的地上生物量分別比秸稈直接還田提高985%和655%(P<005),使其麥玉系統(tǒng)凈生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力比秸稈直接還田顯著提高816%,表現(xiàn)出較高的碳匯能力。
(4)秸稈顆粒還田能保證后茬冬小麥正常出苗,顯著提高其分蘗成穗率和有效穗數(shù),并延緩葉片衰老,提高灌漿期葉面積指數(shù)、葉片葉綠素含量和凈光合速率,促進(jìn)干物質(zhì)積累及其向籽粒轉(zhuǎn)運(yùn)
10、,提高小麥和玉米產(chǎn)量。與秸稈直接還田相比,秸稈顆粒還田顯著提高了當(dāng)季冬小麥基本苗1939%,并促進(jìn)其分蘗成穗,使得小麥分蘗成穗率和有效穗數(shù)分別顯著提高492%和1664%。同時,秸稈顆粒還田還能延緩葉片衰老,提高小麥和玉米生長后期葉面積指數(shù)、葉片葉綠素含量和凈光合速率,促進(jìn)干物質(zhì)積累及其向籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn)量,還田當(dāng)年小麥和玉米產(chǎn)量分別提高1071%和342%,且小麥增產(chǎn)幅度達(dá)到顯著水平。相關(guān)分析結(jié)果表明,秸稈顆粒還田當(dāng)季冬小麥產(chǎn)量與有效穗數(shù)呈
11、極顯著正相關(guān)(P<001),而還田后第2年和第3年的小麥、玉米產(chǎn)量與穗粒數(shù)或粒重呈顯著正相關(guān)(P<005)。
(5)秸稈顆粒還田能顯著提高農(nóng)業(yè)綜合效益?;疑P(guān)聯(lián)度分析結(jié)果表明,兩種秸稈還田方式的農(nóng)業(yè)綜合效益均高于秸稈不還田和秸稈露天焚燒,且秸稈顆粒還田比秸稈直接還田表現(xiàn)出更高的綜合效益。
綜上所述,秸稈顆?;€田不僅能改善還田質(zhì)量,還能提升秸稈的還田性能,促進(jìn)其快速腐解和養(yǎng)分釋放,進(jìn)而增強(qiáng)土壤供肥能力,增加作物的群體
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