秸秆高量还田下东北黑土亚耕层的培肥效应与机制

发布时间：2020-11-08 07:20

　　 为缓解长期浅耕导致的黑土层“上肥下痩”现象,实现亚耕层肥力的提高及黑土地的可持续生产,同时解决当地玉米秸秆体量大、还田难的问题,本研究在黑土玉米连作区通过秸秆深埋还田培肥亚耕层,探究切碎与颗粒两种秸秆形态下低(15 t·hm~(-2))、中(45 t·hm~(-2))、高(75 t·hm~(-2))三种倍量对土壤有机碳与养分元素的比例平衡关系、土壤腐殖质组成及结构、土壤物理性状及团聚体分布、土壤微生物群落结构的影响,进而综合评价秸秆高量还田对亚耕层的培肥效应。主要进展如下:(1)秸秆高量还田显著提高土壤有机碳含量,平衡碳与氮、磷、钾养分元素比例关系。秸秆还田显著提高亚耕层有机碳含量,随秸秆倍量增加,有机碳含量逐年在2%~20%、5%~27%、1%~18%之间增加,高量还田显著高于低量还田,秸秆还田第2年是有机碳的主要积累时期,且秸秆倍量对有机碳影响更显著。秸秆高量还田使碳氮比及碳磷比增幅10%,碳钾比增幅20%,还田前期,秸秆颗粒对养分元素的提升幅度高于切碎秸秆,而还田后期,切碎秸秆相对较高。(2)增加秸秆用量促进土壤腐殖质组分含量的增加,有利于腐殖质结构复杂化。其中切碎秸秆高量还田对胡敏酸碳的增幅30%,高于其低量还田10%~20%,而秸秆颗粒高量还田在前期具有显著优势。中、高量秸秆还田显著增加亚耕层土壤胡富比20%~60%,提高PQ值10%~30%,腐殖化程度随时间而加深。一次性还田3年后,切碎秸秆高量还田可提高腐殖质脂化度而秸秆颗粒高量还田则提高其芳香度。(3)秸秆高量还田有利于长期维持良好的土壤物理性状并促进水稳性团聚体的形成。亚耕层土壤容重、土壤紧实度随秸秆倍量的增加而降低,土壤含水量随秸秆倍量的增加而提高。秸秆中、高量还田亚耕层0.25 mm水稳性团聚体含量约为CK 1.2~1.4倍,且能降低0.25~0.053 mm、0.053 mm微团聚体含量,大团聚体的增加有利于土壤物理性状的改善。土壤腐殖质多分布于0.25 mm水稳性团聚体中,秸秆还田后土壤腐殖酸的增加是使大团聚体含量增加的重要原因。(4)秸秆高量还田有利于提高土壤微生物菌群数量,增大还田后期真菌:细菌比值。秸秆颗粒还田前期显著提高细菌、革兰氏阳性菌与革兰氏阴性菌含量,切碎秸秆显著提高真菌含量。随还田时间的增加,高量还田对真菌:细菌比和革兰氏阳性菌:阴性菌比的增幅高于低量还田,高量还田更利于长期维持生态系统稳定性。胡富比与2 mm土壤团聚体是影响微生物群落分布的重要因子,大团聚体含量与土壤真菌摩尔百分数呈正相关关系。(5)一次性秸秆高量还田使土壤综合肥力连续3年维持在较高水平。秸秆高量还田3年亚耕层土壤肥力质量得分均高于低量还田,聚类分析发现切碎高量与颗粒高量在还田3年后分居一等与二等肥力水平,其与土壤理化及生物学性状的改善显著相关。秸秆一次性深埋还田连续3年提高玉米产量7%~15%,提升幅度随秸秆用量的增加而增加,玉米产量与土壤综合肥力得分呈极显著正相关(R~2=0.8713,P0.01),主成分分析法评价土壤肥力质量具有可靠性。综上,秸秆高量还田(75 t·hm~(-2))最显著地培肥了亚耕层,其中秸秆颗粒在前期效果显著,而切碎秸秆具有长效,这也解决了玉米秸秆的消纳问题,为亚耕层培肥提供了新型技术手段。
【学位单位】：中国农业科学院
【学位级别】：博士
【学位年份】：2019
【中图分类】：S158
【部分图文】：

图 1.1 我国典型黑土区分布Fig.1.1 Distribution of typical black soil areas in China层与底土层的重要耕作层，影响作物根系向深层库构建有重要作用（Kirkegaard et al., 2007）。然而为不争的事实。随着开垦与耕作年限的增加，吉林位于地表下 20 cm 左右，坚硬度约为耕层的 3 倍，轻养、施肥结构不合理，使得土壤有机碳含量与开；Liu 等，2003），根据第二次土壤普查数据，东北50 cm 相比明显变薄（龚子同等，2009），由刘武表 1.1），位于 20～40 cm 范围内的亚耕层土壤有机重要耕作层，其肥力的衰退可能会影响粮食产量壤肥力已刻不容缓。壤的有效措施，然而东北地区以玉米秸秆为主的秸的秸秆还田方式不仅可以解决大量秸秆的去向问题的培肥上也具有重大意义。

技术路线

21c. C/K图 3.1 不同年份 C/N、C/P、C/K 在 0～20cm 与 20～40cm 土层的分布Fig.3.1 Distribution of C/N、C/P and C/K in 0-20cm and 20-40cm soil layers under different years3.3 各指标间的相关性分析将土壤有机碳（SOC）、土壤全氮（TN）、全磷（TP）、全钾（TK）、C/N、C/P、C/K 各指标进行相关性分析（表 3.3），其中对于 0～20 cm 土层，SOC 与 TN、C/N、C/P 有极显著正相关，与 TK 以及 C/K 有显著正相关，TN 与 C/K、TK 与 C/N 及 C/K、C/N 与 C/P 均有极显著相关，而
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本文编号：2874462