耕作模式與施氮量對土壤質(zhì)量及冬小麥產(chǎn)量的調(diào)控效應(yīng).pdf

1、本試驗于2011年10月至2016年6月連續(xù)5個冬小麥生長季在山東農(nóng)業(yè)大學兗州試驗田進行，采用當前生產(chǎn)上推廣面積較大的冬小麥品種濟麥22為試驗材料。試驗為裂區(qū)設(shè)計，主區(qū)為4種耕作模式，分別為連續(xù)5年旋耕，無秸稈還田（RT）；連續(xù)5年旋耕，秸稈全量還田（RS）；連續(xù)5年深耕，秸稈還田（DS）；連續(xù)2年旋耕秸稈還田后第3年進行深耕還田（DS）。副區(qū)為3個施氮量，分別為當前推薦施氮量225 kg N hm-2（N225）；165 kg N h

2、m-2，0.7× N225,（N165）；300 kg N hm-2，1.3× N225,（N300）。本試驗研究了不同耕作模式和施氮量對冬小麥產(chǎn)量與氮素利用的影響，并從土壤物理、化學、生物探討長期秸稈還田條件下土壤質(zhì)量的變化。主要研究結(jié)果如下：
　　1耕作模式和施氮量對冬小麥產(chǎn)量和氮素利用的影響
　　在5年的試驗周期內(nèi)，與秸稈未還田處理（RT）相比，秸稈還田顯著提高冬小麥產(chǎn)量。連續(xù)旋耕模式從第3年開始出現(xiàn)減產(chǎn)趨勢，尤其是秸

3、稈不還田處理，2015~2016年產(chǎn)量較2011~2012年下降1.85％~6.33%，增施氮肥可以降低減產(chǎn)幅度。連續(xù)深耕秸稈還田（DS）處理與連續(xù)2年旋耕秸稈還田后第3年進行深耕還田（RS/DS）處理則持續(xù)提高冬小麥籽粒產(chǎn)量，分別平均年增產(chǎn)4.51%與3.63%。在2011~2012與2012~2013年生長季， RS與DS處理籽粒產(chǎn)量無顯著差異；2013~2014年生長季輪耕后，RS/DS處理較RS處理顯著提高籽粒產(chǎn)量，增產(chǎn)幅度達5

4、.84%~16.61%。
　　無秸稈還田條件下，施氮量由當前推薦施氮量（N225）減少至0.7× N225（N165），5年平均減產(chǎn)5.45%；施氮量提高至1.3× N225（N300），5年平均籽粒產(chǎn)量則無顯著提高。N165條件下，2015~2016生長季，RS/DS與DS處理冬小麥籽粒產(chǎn)量分別為8.94與9.00 t hm-2，與N225相比（9.20與9.25 t hm-2）無顯著差異。這說明在合理的耕作模式下，適量減少氮肥

5、投入依然可以保持冬小麥高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)。
　　相關(guān)分析表明，籽粒產(chǎn)量與干物質(zhì)積累量呈現(xiàn)顯著正相關(guān)關(guān)系，這說明較高的干物質(zhì)積累量是冬小麥獲得高產(chǎn)的物質(zhì)基礎(chǔ)。在后3個生長季，與RT及RS處理相比，DS與RS/DS處理顯著提高干物質(zhì)積累量，收獲指數(shù)卻略有降低，且籽粒產(chǎn)量與收獲指數(shù)之間均表現(xiàn)負相關(guān)關(guān)系，說明冬小麥籽粒產(chǎn)量的提高主要依賴于干物質(zhì)積累量的增加。
　　秸稈還田顯著提高冬小麥地上部氮素積累量、籽粒氮素積累量與氮肥偏生產(chǎn)力，而且地上部

6、氮素積累量與籽粒產(chǎn)量之間均呈現(xiàn)極顯著正相關(guān)關(guān)系。在前3個生長季，秸稈還田處理并沒有表現(xiàn)出較高的氮素利用效率，這主要是由于較高的地上部氮素積累量；隨著還田年限的增加，2014~2016年2個生長季，秸稈還田處理氮素利用效率均顯著高于秸稈未還田處理。微區(qū)穩(wěn)定性同位素15N試驗表明，與RS相比，DS與RS/DS處理顯著提高秸稈氮素在冬小麥地上部與籽粒的分配量，有利于秸稈氮素的回收利用。
　　2耕作模式和施氮量對土壤性狀的影響
　　

7、經(jīng)過連續(xù)5年秸稈還田，0~10、10~20與20~30 cm土層土壤容重降低，土壤孔隙度增加。在0~10 cm與10~20 cm土層，增施氮肥可以降低容重，提高孔隙度；但在20~30 cm土層，施氮量對土壤容重與孔隙度無顯著影響。
　　秸稈還田顯著提高0~10、10~20與20~30 cm土層土壤有機碳（SOC）與全氮（TN）含量；氮肥由165 kg hm-2增施至225 kg hm-2，各土層SOC與TN含量顯著提高，繼續(xù)增施氮

8、肥至300 kg hm-2，TN含量繼續(xù)升高，SOC含量無顯著增加。
　　秸稈還田顯著提高3個土層土壤微生物多樣性，并影響微生物群落結(jié)構(gòu)組成，主要表現(xiàn)為提高變形菌門、硝化螺旋菌門與放線菌門的相對豐度，降低酸桿菌門相對豐度。土壤蔗糖酶、蛋白酶、脲酶、硝酸還原酶活性對秸稈還田和施氮量相應(yīng)顯著，與秸稈未還田處理相比，秸稈還田顯著提高0~10、10~20與20~30 cm土層土壤酶活性。在3個土層，土壤蔗糖酶、蛋白酶活性均隨著施氮量的增加

9、而顯著提高；土壤脲酶、硝酸還原酶活性對施氮量的響應(yīng)則在不同土層間差異顯著。分別對3個土層土壤微生物多樣性與土壤酶活性進行相關(guān)分析，結(jié)果表明，土壤微生物與土壤酶活性之間均呈現(xiàn)極顯著性正相關(guān)關(guān)系（P<0.01）。
　　在0~10 cm土層， SOC與TN含量、土壤微生物多樣性與酶活性均呈現(xiàn)RS>RS/DS>DS>RT的趨勢；但在10~20 cm、20~30 cm土層，上述土壤性狀則表現(xiàn)為DS≈RS/DS>RS>RT。耕作模式對不同土層

10、土壤性狀調(diào)控效應(yīng)的差異表明，長期旋耕秸稈還田可以顯著改善0~10 cm表層土壤性狀，但對10~20 cm、20~30 cm土層土壤的改良作用相對較差；長期秸稈還田結(jié)合持續(xù)深耕或適期深耕可以顯著改善3個土層土壤物理、化學與生物特性，均衡地提高耕層土壤質(zhì)量。
　　穩(wěn)定性同位素15N試驗表明，耕作方式對還田秸稈氮素截獲量在不同土層之間差異顯著。在0~10 cm土層表現(xiàn)為RS≈RS/DS>DS；在10~20 cm土層表現(xiàn)為DS≈RS/DS

11、>RS；在20~30 cm土層則表現(xiàn)為DS>RS/DS>RS，且各耕作處理差異顯著。增施氮肥，各耕作處理秸稈氮素截獲量均顯著提高。
　　3耕作模式和施氮量對土壤團聚體及碳氮庫演變的影響
　　與RT相比，秸稈還田處理顯著提高土壤大團聚體質(zhì)量比例，平均分別為17.16%、19.41%與15.89%，說明秸稈還田能更好地保護耕作層土壤免受侵蝕。各耕作處理土壤大團聚體質(zhì)量比例在不同土層表現(xiàn)出不同趨勢，在0~10 cm土層，土壤大團聚

12、體質(zhì)量比例均表現(xiàn)為RS>RS/DS>DS>TS；在10~20、20~30 cm土層則表現(xiàn)為DS>RS/DS>RS>RT。
　　經(jīng)過連續(xù)5年土壤耕作和秸稈輸入，3種秸稈還田措施土壤有機碳氮儲量水平顯著高于無秸稈還田的處理（RT），且連續(xù)旋耕處理（RT、RS）較DS、RS/DS處理在0~30 cm土層表現(xiàn)較為明顯的土壤碳氮儲量表層富集與土層間差異較大的特征，而DS與RS/DS處理土壤碳氮儲量在3個土層中的分布則較為平均。DS與RS/D

13、S處理能夠顯著增加土壤有機碳氮儲量，在2011~2016年，分別約有1.83 t hm-2與1.56 t hm-2的碳被固定，分別約有0.11 t hm-2與0.10 t hm-2的氮被固定。RT處理0~30 cm土壤有機碳氮儲量分別以每年0.33~0.49 t hm-2與0.09~0.24 t hm-2的速率被消耗；土壤有機碳儲量的下降主要表現(xiàn)為0~10 cm土層的損失，而土壤氮儲量3個土層均表現(xiàn)不同程度的損失；增施氮肥可以顯著減少土

14、壤碳氮儲量的損失。RS處理土壤有機碳儲量則約以每年0.13 t hm-2的速率增加；與土壤有機碳儲量變化不同，土壤氮儲量在N165與N225水平下5年分別損失0.56 t hm-2與0.25 t hm-2，且主要表現(xiàn)為20~30 cm氮儲量的減少；在N300水平下，0~30 cm土壤氮儲量總體增加0.16 t hm-2，但20~30 cm土層氮儲量略有減少。
　　從土壤團聚體層面來分析，土壤大團聚體關(guān)聯(lián)土壤碳庫的變化是土壤有機碳庫

15、演變的主要原因。RT處理顯著降低0~30 cm土壤大團聚體關(guān)聯(lián)碳庫，達1.55~2.34 t hm-2；秸稈還田處理顯著提高土壤大團聚體關(guān)聯(lián)土壤碳庫，土壤微團聚體關(guān)聯(lián)碳庫水平則均有所下降，說明秸稈還田有利于土壤大團聚體的形成，進而提高大團聚體關(guān)聯(lián)碳庫。大團聚體氮儲量的下降是造成RT處理土壤總氮庫衰減的主要原因；土壤微團聚體氮儲量的變化是RS處理土壤總氮庫演變的主要原因；DS與RS/DS處理土壤團聚體氮儲量的變化，則在不同施氮量下差異顯著