玉米秸稈還田對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)及養(yǎng)分平衡的影響

玉米秸稈還田對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)及養(yǎng)分平衡的影響

據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)每年生產(chǎn)約7億噸高粱。傳統(tǒng)的秸稈處理方式除了少量還田外,大部分被遺棄或焚燒,不僅造成了嚴(yán)重的大氣環(huán)境污染,同時(shí)也導(dǎo)致有機(jī)質(zhì)及養(yǎng)分資源大量浪費(fèi)。農(nóng)作物秸稈是農(nóng)田生態(tài)循環(huán)中重要的物質(zhì)基礎(chǔ),農(nóng)作物秸稈中含有大量的有機(jī)質(zhì)、氮、磷、鉀和微量元素,是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)重要的有機(jī)肥源之一。大量研究表明,秸稈還田對(duì)提高土壤有機(jī)質(zhì)含量,提升土壤生產(chǎn)力,維持農(nóng)田生態(tài)平衡具有十分重要的作用[9~11]。秸稈還田是實(shí)現(xiàn)秸稈利用的有效途徑,可以消化作物殘留秸稈,改良土壤水、肥、氣、熱狀況,增加農(nóng)作物產(chǎn)量,是農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要方式之一[12~14]。常規(guī)的秸稈還田秋收后利用旋耕機(jī)具將秸稈旋到表層土壤中,由于秸稈破碎程度不好,與土壤接觸不緊密,容易造成漏風(fēng)跑墑現(xiàn)象,影響了下一年的春播生產(chǎn),在生產(chǎn)中難以推廣。探討新型的秸稈還田方式是當(dāng)前實(shí)施秸稈還田急需解決的問(wèn)題之一。土壤腐殖質(zhì)是土壤有機(jī)質(zhì)的主要組成部分,占土壤總有機(jī)質(zhì)的85%~90%,包括胡敏酸(humicacid)、富里酸(fulvicacid)和胡敏素(humin)三部分。它通過(guò)影響土壤的物理、化學(xué)及生物學(xué)性質(zhì)而改善土壤肥力特征,為植物提供生長(zhǎng)所需養(yǎng)分,在土壤養(yǎng)分循環(huán)和農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定平衡方面發(fā)揮著重要作用。由于土壤腐殖質(zhì)的重要作用以及秸稈還田在土壤改良中的應(yīng)用,關(guān)于土壤腐殖質(zhì)和秸稈還田的研究越來(lái)越受到學(xué)者們的重視[17~19]。本文利用自行研制的深耕機(jī)具土壤開(kāi)溝深度40cm,將整秸稈埋入。比較秸稈還田后第二年、第三年對(duì)土壤中有機(jī)碳及腐殖質(zhì)組分的影響,以期為探索秸稈還田新途徑、新方式提供理論支撐。1材料和方法1.1中心地力提升試驗(yàn)田基本理化性質(zhì)供試土壤:采自遼寧省凌源市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心地力提升試驗(yàn)田,土壤類(lèi)型為褐土,基本理化性質(zhì)見(jiàn)表1。供試秸稈:玉米秸稈(包括葉片莖稈兩部分),來(lái)自當(dāng)?shù)卦囼?yàn)田。1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)與接種試驗(yàn)采用田間小區(qū)方式進(jìn)行。于2009年10月秋玉米收獲后,采用自主研制的深開(kāi)溝、覆土、合壟翻轉(zhuǎn)犁開(kāi)溝,深度為40cm,將不同劑量的玉米整秸稈進(jìn)行還田,按照C∶N=25∶1增施氮素肥料。同時(shí)每小區(qū)配施純氮(N)225.0kghm-2,純磷(P2O5)75.0kghm-2,純鉀(K2O)120.0kghm-2,后用翻轉(zhuǎn)犁合壟。2009年秋至2012年秋不再擾動(dòng)土層。試驗(yàn)共設(shè)5個(gè)處理,處理1到處理5的秸稈施用量分別為0kghm-2、6thm-2、12thm-2、18thm-2和24thm-2,分別用代碼T1、T2、T3、T4、T5表示,每個(gè)處理設(shè)3次重復(fù)。試驗(yàn)采取隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì),小區(qū)面積60m2。翌年春采用大壟雙行的方式在壟臺(tái)播種玉米,供試品種為鄭單958。土樣于秸稈還田第二年2011年秋和秸稈還田第三年2012年秋,每個(gè)處理分0~20cm(表層)和20~40cm(亞表層)兩個(gè)土壤剖面深度,土樣風(fēng)干,過(guò)0.25mm篩備用。1.3離心、富里酸、fa的提取與測(cè)定腐殖質(zhì)的提取和分組(定量):采用腐殖質(zhì)組成修改法,稱(chēng)取0.25mm的風(fēng)干土樣5.000g于離心管中,加蒸餾水提取離心后棄去上清液,離心管中殘?jiān)?.1molL-1NaOH+Na4P2O7提取可得腐殖物質(zhì)(HE),離心管中的殘?jiān)鼮楹羲?Hu)。調(diào)節(jié)HE的pH為1.0~1.5,水浴鍋保溫靜置過(guò)夜后可得濾液為FA,沉淀為HA。土壤有機(jī)碳(SOC)和胡敏素(Hu)有機(jī)碳:外加熱-重鉻酸鉀氧化法;胡敏酸(HA)、富里酸(FA)有機(jī)碳:用日本島津TOC-VCPH型分析儀來(lái)測(cè)定;有效氮、有效磷采用常規(guī)方法測(cè)定。1.4處理數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)經(jīng)Excel2003整理后,采用SPSS18.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行相關(guān)分析。2結(jié)果與討論2.1秸稈用量的影響不同秸稈施用量對(duì)秸稈還田第二年和第三年土壤有機(jī)碳含量的影響如圖1所示。從圖1可以看出,秸稈還田后在表層土壤中第二年和第三年SOC的含量大致相同,在亞表層土壤中第三年SOC明顯高于第二年,其中秸稈用量為T(mén)1和T3時(shí)增加最多,分別從7.52gkg-1和9.80gkg-1增加到了11.13gkg-1和13.54gkg-1,增長(zhǎng)率為48.07%和38.13%,差異達(dá)到了顯著水平。秸稈還田第二年各個(gè)處理SOC含量均是表層高于亞表層,但第三年秸稈用量為T(mén)3、T4、T5時(shí),亞表層含量高于表層,其中秸稈用量為T(mén)5時(shí)增加最多,從11.29gkg-1增加到了13.65gkg-1,增長(zhǎng)率為20.96%,這說(shuō)明秸稈還田第三年,施用秸稈有助于土壤亞表層SOC的增加。2.2不同的飼料用量對(duì)土壤有機(jī)碳含量的影響2.2.1秸稈不同用量對(duì)土壤fa含量的影響如圖2所示,施用秸稈第二年總體上土壤表層和亞表層FA有所增加,且表層和亞表層的含量相當(dāng),當(dāng)秸稈施用量為T(mén)5時(shí)增加最大,表層用3.26gkg-1增加到了3.95gkg-1,增長(zhǎng)率為21.17%,亞表層從2.88gkg-1增加到了3.63gkg-1,增長(zhǎng)率為26.04%,增加都是顯著的。從圖2中可以看出,秸稈還田第三年FA含量較第二年有很大的下降,各個(gè)處理之間的差異都是顯著的,其中秸稈施用量為T(mén)3時(shí)表層土壤FA含量第三年下降的幅度最大,從第二年的3.63gkg-1下降到了第三年的1.49gkg-1,下降幅度為58.74%。圖3表示不同秸稈施用量對(duì)FA有機(jī)碳相對(duì)含量的影響。從圖3中可以看出,秸稈還田第二年,施加秸稈前亞表層土壤FA相對(duì)含量明顯高于表層中的含量,但施用秸稈后兩者之間的差距逐漸減小,在施用秸稈為T(mén)5時(shí),表層FA含量略高于亞表層含量。在表層中FA含量在各個(gè)處理間沒(méi)有顯著差別,在亞表層,FA含量隨著秸稈施用量的上升而下降,在施用T5時(shí),下降最大,從45.19%下降到了30.80%,下降率為31.84%,差異顯著。從圖3中還可以看出,施用秸稈三年,較第二年,FA相對(duì)含量在各個(gè)處理中都有顯著的下降,其中秸稈施用為T(mén)3時(shí),在表層土壤中FA相對(duì)含量下降的最多,從3.63gkg-1,下降到了1.49gkg-1,下降率為58.74%,差異顯著。2.2.2秸稈還田對(duì)ha含量的影響從圖4中可以看出,秸稈還田第二年表層HA含量總體上高于亞表層中的含量,但是隨著秸稈施用量的增加,差異減小,在秸稈施用量為T(mén)5時(shí)亞表層HA含量略高于表層含量;秸稈還田第三年,亞表層HA含量總體上明顯高于表層含量,其中T1和T4差異最明顯。施用秸稈第二年,HA含量只有在亞表層不同處理之間存在顯著性差異,其中增加最大的是,從T1的1.69gkg-1增加到了2.84gkg-1,增長(zhǎng)率為68.05%,差異顯著;施用秸稈第三年,在表層和亞表層各個(gè)處理之間HA含量均沒(méi)有顯著差別。秸稈還田后,在表層HA含量第三年較第二年有所下降,但是只有秸稈施用量為T(mén)5時(shí)第二年和第三年有顯著差異,從第二年的2.69gkg-1下降到第三年的2.36gkg-1,下降率為12.27%;在亞表層HA含量第三年較第二年有所增加,但是也只有秸稈施用量為T(mén)1即不施用秸稈時(shí)差異顯著,從第二年的1.69gkg-1增加到2.41gkg-1,增長(zhǎng)率為42.60%?？偟膩?lái)看,秸稈還田第三年較第二年HA有機(jī)碳含量有所上升。從圖5中可以看出,施用秸稈后第二年,HA相對(duì)含量在各個(gè)處理間相差不大,且隨著秸稈施用量的不同,HA相對(duì)含量變化不定,在表層和亞表層之間也沒(méi)有顯著差異。在施用秸稈后第三年,秸稈施用量為T(mén)1和T2時(shí),HA相對(duì)含量小于第二年的含量,而在施用量超過(guò)T3之后,HA相對(duì)含量開(kāi)始比第二年較大,在T5時(shí),其含量在表層和亞表層中均高于第三年,但差異不顯著。施用秸稈第三年,亞表層HA含量均高于表層含量,但差異不顯著,在各個(gè)處理間HA相對(duì)含量差異也不顯著。2.2.3施秸稈時(shí)土壤中hu含量的變化圖6中可以看出,施用秸稈第二年各個(gè)處理表層Hu含量均高于亞表層中的含量,在表層中Hu含量從T1的5.52gkg-1增加到了T3的7.41gkg-1,增長(zhǎng)率為41.95%,差異顯著;在亞表層中Hu含量從T1的3.85gkg-1增加到了6.07gkg-1,增長(zhǎng)率為57.67%,差異顯著。從圖6中可以看出第二年HU含量隨著秸稈施用量先增加后減少,峰值在T3~T4之間。施用秸稈第三年,Hu在土壤表層和亞表層的分布沒(méi)有顯著差異,施用秸稈前Hu含量在表層和亞表層中的含量分布為9.06gkg-1和7.78gkg-1,施用秸稈后Hu含量均有所下降,其中施用秸稈為T(mén)2時(shí)下降最大為3.87gkg-1和3.87gkg-1,下降率分別為57.28%和50.26%,差異顯著。除了施用秸稈T2處理,其他處理第三年Hu碳含量均高于第二年含量,其中T1不施用秸稈差異最為顯著,分別從第二年的5.52gkg-1和3.85gkg-1增加到第三年的9.06gkg-1和7.78gkg-1,增長(zhǎng)率分別為64.13%和52.49%,差異均顯著。這說(shuō)明施用秸稈后使得第三年Hu含量較第二年有所增加。從圖7可以看出,施用秸稈前秸稈還田第三年Hu相對(duì)含量高于第二年Hu相對(duì)含量,施用秸稈后除了施用量為T(mén)2時(shí)第三年的Hu相對(duì)有機(jī)碳含量明顯低于第二年,且差異顯著,其余各個(gè)處理均是第三年的含量高于第二年的含量,差異不顯著。施用秸稈第三年隨著秸稈施用量的增加Hu相對(duì)含量變化不穩(wěn)定,但不施用秸稈T1處理Hu相對(duì)含量是最高的,說(shuō)明施用秸稈后一定程度上減少了Hu的相對(duì)含量。2.2.4對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)腐殖化的影響PQ為HA在腐殖酸(HA+FA)中的比例,反映的是有機(jī)質(zhì)的腐殖化程度。如圖8所示,施用秸稈第二年的PQ值均小于50%,二施用秸稈第三年的PQ值均大于50%,施用秸稈三年后土壤中HA比例上升,有機(jī)質(zhì)腐殖化程度增加。施用秸稈第二年P(guān)Q值除了T5處理亞表層略大于表層,其他均為表層大于亞表層;但施用秸稈第三年P(guān)Q值除了T3處理表層略大于亞表