黃淮海平原玉米秸稈顆粒還田的培肥效應(yīng)與機(jī)制.pdf

1、黃淮海平原是我國(guó)小麥玉米主產(chǎn)區(qū)，秸稈年產(chǎn)量超過(guò)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(wèn)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?；钡倪€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(wàn)式為對(duì)照，以政府主推的秸稈直接還田方式為參照，對(duì)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(duì)秸稈顆?；€田推廣應(yīng)用的可行性進(jìn)行了評(píng)價(jià)。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(zhǎng)度4-6cm)的容重是常規(guī)粉碎秸稈(長(zhǎng)度6-10cm)的1940倍，是粉碎秸稈(長(zhǎng)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(duì)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(shí)，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(shí)，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(duì)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(zhǎng)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(zhǎng)季分別提高147％和16

9、6％，其中在冬小麥生長(zhǎng)季差異達(dá)到顯著水平。同時(shí)，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(shí)，秸稈顆粒還田還能延緩葉片衰老，提高小麥和玉米生長(zhǎng)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。灰色關(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