秸秆还田和氮肥对土壤理化性质及作物产量的影响研究

发布时间：2020-07-25 11:42

【摘要】：土壤是农田生态系统重要的组成部分,也是农业生产必不可少的重要资源。土壤肥力的高低势必影响作物的生长及产量,秸秆还田和合理施肥均是维持及提高土壤肥力的重要途径。然而,关中地区秸秆及氮肥利用不当的现象仍普遍存在,长此以往,势必造成土壤肥力的下降,因此,探究科学合理的秸秆还田及施氮方式,对改善土壤理化性质,维护土壤养分平衡,确保土地生产力的可持续发展具有重要的意义。研究基于关中地区当前农业生产现状,选取小麦-玉米为研究对象,通过长期定位裂区试验研究,主区设置3个秸秆还田水平(秸秆全量还田:S,秸秆半量还田:HS,秸秆不还田:NS),副区设置3个施氮水平(全量施氮:F1,80%施氮:F0.8,不施氮:F0),NSF0为CK处理。通过连续多年定位试验分析秸秆还田和施氮对陕西关中地区小麦-玉米复种连作系统下2015-2017年5茬作物的土壤理化性质的影响,并结合作物产量和经济效益,筛选出适宜于关中地区的最佳秸秆还田和施肥组合模式,为合理利用农业废弃物,科学培肥,走可持续发展农业奠定理论基础。主要结论如下:(1)秸秆还田配施氮肥有利于土壤物理性质的改善。其中,五季作物0-10cm土层土壤容重随着秸秆还田量的增大呈减小趋势。在秸秆还田量一定的情况下,施氮量对土壤容重的影响不显著。而秸秆还田和施氮互作能引起土壤容重的变化,五季作物在SF1处理下0-10cm和10-20cm土层的土壤容重均低于CK。小麦在同一处理(SF1)下除0-10cm土层容重第二季比第一季小,其余20-40cm土层容重第二季比第一季大,而玉米不同年际间土壤容重的变化规律不明显。此外,作物不同生育期内的土壤含水量差异较大,随着秸秆还田和施氮量的增加,作物整个生育期平均含水量的增幅也在变大。五季作物整个生育期平均含水量均表现为在同一施氮水平下,随着秸秆还田量的增加,土壤含水量的增幅也在变大。在同一秸秆还田水平下,随着施氮量的增加,土壤含水量的增幅也在变大。(2)秸秆还田配施氮肥能引起土壤养分含量和储量的增加。秸秆还田配施氮肥能够显著影响小麦和玉米土壤有机碳和速效养分含量。2016年小麦和玉米0-20cm土层有机碳含量最高的是HSF1,分别比CK高45.36%和57.89%,其余均为SF1处理下最高,分别比CK高45.52%(2015玉米0-20cm)、63.21%(2015玉米20-40cm)、63.97%(2016小麦20-40cm)、65.14%(2016玉米20-40cm),57.14%(2017小麦0-20cm)(2017小麦20-40cm)、55.72%(2017玉米0-20cm)、117.84%(2017玉米20-40cm);SF1处理下碱解氮、速效磷和速效钾含量均最高。有机碳储量除2016年小麦的HSF0.8最大和2016年玉米以HSF1处理最大外,其余各季作物均表现为SF1处理最大;全氮储量除2016年小麦全氮储量以HSF0.8处理最高,其余各季作物均表现为SF1处理最高;全磷储量除2016年小麦的HSF0.8和2017年小麦的SF0.8外,其余各季作物均为SF1处理最高。S×F互作下土壤养分层化比(0-20cm/20-40cm)最小。(3)秸秆还田较秸秆不还田能降低土壤pH,施氮也能降低土壤pH。其中本研究开始(2015年)时0-20cm土层SF1和HSF1均比NSF1低,SF1和SF0.8比SF0低,SF1比NSF0低4.19%;20-40cm土层SF1和HSF1比NSF1低,HSF0.8和NSF0.8比NSF0。本研究结束(2017年)时0-20cm土层SF1和HSF1比NSF1低,SF1和SF0.8比SF0,20-40cm土层SF1和HSF1比NSF1低,NSF0.8和SF0比NSF0低。此外,SF1处理下2015年也2017年土壤pH相同(0-20cm),2017年比2015年低0.12%(20-40cm),SF0.8处理下2017年比2015年低0.12(0-20cm)和0.98%(20-40cm),可以看出,从试验开始到试验结束同一处理同一土层土壤pH相同或差异不大,表明秸秆还田和施氮能够调节土壤pH,使其维持在一定的范围。(4)秸秆还田配施氮肥能够提高土壤酶活性。土壤过氧化氢酶活性除2016年玉米0-20cm外是NSF1活性最高,其余均为SF1处理活性最高。土壤碱性磷酸酶活性除2016年玉米20-40cm土层是HSF1处理活性最强外,其余均为SF1处理活性最高。土壤脲酶活性除2016年小麦20-40cm活性最强的为HSF1外,其余均为SF1处理活性最高。土壤蔗糖酶活性均为SF1处理活性最高。(5)秸秆全量还田配施全量氮肥处理下产量最高,秸秆全量还田配施80%氮肥处理下效益最大。其中,2016和2017年周年经济效益最高的均为SF0.8,分别比对照组NSF0处理高出60.86%和67.83%。冬小麦-夏玉米复种连作体系内不同处理因子综合得分显示,小麦和玉米在秸秆全量还田配施全量氮肥(SF1)处理下综合评分最高,表明在该处理下土壤理化性质达到最好状态,但是从经济效益和绿色农业的角度出发,秸秆全量还田配施80%氮肥的处理适宜于关中地区小麦-玉米的增产增效种植模式推广普及。
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S512.1;S513
【图文】：

试验区,全氮含量,月平均气温,土壤养分

技大学校内试验田 E108°07′,N34°17′进行。该地为大陆性暖温带季风区气候，属半湿润易旱区。年均降水量约为 637.6mm，多集中在 7-9 月，年平均气温 12.9°C，最热月月平均气温 23.4°C，最冷月月平均气温 0.4°C，全年雷暴日 15.6d/a，年日照时数 2163.5h，平均蒸发量 993.2cm，湿润指数 0.64，无霜期 211d。试验地土壤为X土。试验地最初土壤基本理化性状见表 2-1。试验期间当地气温与降雨情况见图 2-1表 2-1 试验地耕作层土壤（0-40cm）土壤养分特性Table 2-1 Soil chemical properties of the tested field（0-40cm）土壤深度Soildepth/cm有机碳含量Organic carbon/（g/kg）速效磷含量Available phosphorus/(mg/kg)速效钾含量Available potassium/(mg/kg)碱解氮含量Alkali-hydrolysable nitrogen/(mg/kg)全氮含量Total nitrogen/(g/kg )全氮含量Total phosphor/(g/kg)0-20cm 14.27±0.68 A 12.08±0.14A 145.65±1.87A 32.72±0.53A0.70±0.09A 0.65±0.04A20-40cm 12.00±0.35 B 4.93±0.25 B 70.69±1.02 B 17.55±0.29 B0.54±0.03B 0.45±0.07 B注：试验地土壤养分特性于 2011 年冬小麦播种前测定，大写字母表示不同土层深度间差异显著性（P<0.05）Note: the soil nutrient in experimental field hm2d been measured before winter wheat sowing in 2011; Capital letter indicates a significant differenceduring different soil depth (P<0.05)

【参考文献】