轮耕模式和秸秆还田对冬小麦—夏玉米一年两熟制农田土壤长期改良效应研究

发布时间：2020-07-13 05:13

【摘要】：针对黄淮海地区长期采用单一旋耕土壤耕作制度存在的弊端,本文连续6年在洛阳和新乡定位实施夏玉米季免耕冬小麦季隔年交替的6种轮耕模式:连年旋耕+秸秆还田(CRS,CK)、连年深松+秸秆还田(CSS)、连年深耕+秸秆还田(CDS)、深耕/旋耕+秸秆还田(DS/RS)、深耕/旋耕/旋耕+秸秆还田(DS/RS/RS)和连年深耕+秸秆不还田(CDNS),研究各轮耕模式和秸秆还田对冬小麦-夏玉米农田土壤容重、土壤三相比R值、土壤速效养分含量、土壤有机碳储量、全氮储量、土壤酶活性、土壤呼吸速率、植株养分分配、作物经济效益及农田碳足迹的影响。主要结果如下:1、轮耕模式和秸秆还田可降低了土壤容重和土壤三相比R值。轮耕模式主要降低了0-20 cm土层土壤容重,而秸秆还田对土壤容重的影响差异不显著。与对照CRS相比,CSS、CDS、DS/RS、DS/RS/RS模式0-20 cm土层容重在冬小麦成熟期分别降低7.8%、9.8%、6.9%、5.5%,在夏玉米成熟期分别降低8.0%、10.3%、7.5%、6.2%,其中DS/RS、DS/RS/RS与CDS差异不显著。轮耕模式、秸秆还田主要降低了0-40 cm土层三相比R值,CSS、CDS、DS/RS、DS/RS/RS模式0-40 cm土层的R值较对照CRS在冬小麦成熟期分别降低14.0%、9.0%、12.9%、10.7%,夏玉米成熟期分别降低18.3%、10.1%、15.3%、13.7%;CDS的R值较CDNS在冬小麦成熟期显著降低10.8%,夏玉米成熟期显著降低4.6%。2、轮耕模式和秸秆还田提高了0-40 cm土层的土壤养分含量,且均衡了耕层间土壤养分的分布,其中DS/RS/RS模式增加效果最明显。CSS、CDS、DS/RS、DS/RS/RS模式0-40 cm土层的养分含量在冬小麦成熟期分别增加10.3%、9.3%、11.8%、15.3%,夏玉米成熟期分别增加10.9%、10.0%、12.3%、17.4%;CDS模式0-40 cm土层的养分含量较CDNS在冬小麦成熟期显著增加15.8%,夏玉米成熟期显著增加15.4%。3、与试验前相比,秸秆还田条件下的各耕作模式0-40 cm土层有机碳储量、全氮储量呈现整体增加趋势,其中DS/RS/RS模式最明显,而CDNS模式呈减少趋势。秸秆还田条件下的5种耕作模式0-40 cm土层的有机碳储量、全氮储量均以DS/RS/RS模式最高,与DS/RS差异不显著,显著高于CRS、CSS;CDS模式的有机碳储量、全氮储量平均值较CDNS在冬小麦成熟期增加14.0%,夏玉米成熟期增加16.3%。4、轮耕模式和秸秆还田主要增加了10-40 cm土层的酶活性,随耕层增加递减,且土层间差异显著。与对照CRS相比,CSS、CDS、DS/RS、DS/RS/RS模式10-40 cm土层的酶活性在冬小麦成熟期分别增加14.7%、25.6%、26.8%、21.1%,夏玉米成熟期分别增加14.2%、25.2%、25.6%、19.4%;CDS模式10-40 cm土层的酶活性较CDNS在冬小麦成熟期显著增加24.3%,夏玉米成熟期显著增加20.8%。5、轮耕模式和秸秆还田显著提高了土壤总呼吸速率和土壤异氧呼吸速率,增加了冬小麦季和夏玉米季的CO_2排放总量。秸秆还田条件下,不同耕作模式的土壤呼吸速率和CO_2排放总量均表现为CDSCSSDS/RSDS/RS/RSCRS,CSS、CDS、DS/RS和DS/RS/RS的周年土壤总呼吸速率较CRS模式分别显著提高20.4%、15.3%、10.4%、5.7%,其中DS/RS的周年CO_2排放总量较DS/RS/RS增加4.6%;在连年深耕模式下,CDS模式的周年土壤总呼吸速率较CDNS显著增加12.1%。土壤呼吸速率与5 cm土层温度呈指数拟合关系,其中CDNS的Q_(10)最大,其次是CDS,再次是DS/RS和DS/RS/RS。6、轮耕模式和秸秆还田显著增加了植株的养分吸收量。与CRS相比,CSS、CDS、DS/RS、DS/RS/RS模式植株吸氮量显著增加30.6%、16.6%、30.1%、32.4%,吸磷量显著增加24.1%、17.7%、33.0%、34.1%,吸钾量显著增加27.4%、17.0%、30.2%、37.5%。各轮耕模式的氮磷养分主要分布在籽粒上,分别占植株氮、磷吸收量的75.8%、82.1%,而钾主要分布在秸秆中,占总量的79.0%;在连年旋耕模式,CDS模式的植株的养分吸收量极显著高于CDNS。7、轮耕模式和秸秆还田显著提高了冬小麦-夏玉米的周年产量和经济效益。秸秆还田条件下,5种耕作模式6年的周年产量和经济效益均以DS/RS/RS较高,其周年产量平均值较对照CRS分别增产19.9%,DS/RS、CSS、CDS的周年产量平均值较对照CRS分别增产19.9%、15.7%、12.9%;DS/RS/RS的经济效益平均值较CDS显著增收11.8%,较CRS显著增收34.2%;连年深耕模式下,CDS的周年产量平均值较CDNS显著增产7.7%,其经济效益显著增收28.0%。8、轮耕模式和秸秆还田对农田碳足迹有显著的影响,洛阳试验点和新乡试验点6年的农田碳足迹整体呈下降趋势,其中农事活动产生的碳投入是影响农田碳足迹的主要因素,农事活动组成中产生的碳投入从高到低依次化肥、灌溉、柴油、种子、农药、人力,其中化肥投入比例约占64.5%,其次是灌溉(27.7%)。CSS、CDS、DS/RS、DS/RS/RS模式的农事活动产生的碳投入较CRS增加了17.2 kg CO_2-eqhm~(-2)·yr~(-1)、16.8 kg CO_2-eqhm~(-2)·yr~(-1)、8.4 kg CO_2-eqhm~(-2)·yr~(-1)、5.6 kg CO_2-eqhm~(-2)·yr~(-1)。与对照CRS相比,CSS、CDS、DS/RS、DS/RS/RS的碳足迹显著降低11.5%、10.2%、14.0%、8.3%。在连年深耕模式下,CDS模式的碳足迹较CDNS降低4.5%。
【学位授予单位】：河南农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S512.11;S513;S156
【图文】：

进行期,月平均气温,月降水量,土壤耕作

图1 2009-2015年试验进行期间月平均气温和月降水量Fig.1. Monthly precipitation and monthly mean temperature at the study period from 2009 to 2015.图2 2009-2015年在冬小麦季的土壤耕作处理Fig.2 The soil tillage treatments during 2009-2015 in winter wheat season

土壤耕作,冬小麦,秸秆,土层

11图2 2009-2015年在冬小麦季的土壤耕作处理Fig.2 The soil tillage treatments during 2009-2015 in winter wheat season图3 不同耕作方式下0-30 cm土层秸秆分布Fig.3 Straw distribution at 0-30 cm soil layer under different soil tillage

秸秆,土层,土壤耕作,方式

图2 2009-2015年在冬小麦季的土壤耕作处理Fig.2 The soil tillage treatments during 2009-2015 in winter wheat season图3 不同耕作方式下0-30 cm土层秸秆分布Fig.3 Straw distribution at 0-30 cm soil layer under different soil tillage

【参考文献】