周年秸秆还田对农田土壤固碳及冬小麦-夏玉米产量的影响

为明确不同秸秆还田模式对黄淮海东部小麦-玉米周年产量与农田土壤固碳的影响,研究了双季秸秆不还田(NS),夏玉米季秸秆还田(SS),冬小麦季秸秆还田(WS)和双季秸秆还田(DS)对0～40cm各土层土壤容重(SBD),有机碳含量(SOC)、储量(SCS)和土壤团聚体分布及固碳能力(CPC)的影响。结果表明,秸秆还田尤其是双季秸秆还田模式显著降低土壤容重,促进0～30 cm各土层0.25 mm粒级团聚体向大团聚体团聚,5 mm、5～2 mm和1～0.5 mm粒级团聚体质量比例显著升高,平均增加57.2%、25.0%和13.7%;同时,土壤团聚体的平均重量直径(MWD)提高22.7%;与NS相比,秸秆还田显著提高了土壤有机碳含量,增幅为4.0%～20.7%;有机碳储量增幅为0.2%～14.7%。且双季秸秆还田对0～30 cm各粒级团聚体关联SOC和土壤固碳能力的提升作用最为显著。0～30 cm土层中秸秆还田量与SOC、SOC与MWD均呈显著正相关;而SOC与SBD则呈显著负相关。在30～40 cm土层中,各处理差异不显著。与不还田处理相比,各还田处理均提高小麦-玉米周年产量,其中, DS处理增产幅度最大,两个周年平均增产达14.3%。双季还田模式是当前黄淮海区域土质提升和作物增产的最佳措施;单季秸秆还田能维持较高的土壤生产力,同时提供大量秸秆的饲料化、能源化和原料化多元利用。     

长期定位秸秆还田不同施肥处理对土壤腐殖质组分含量的影响

通过6年的田间定位比较试验,探究了小麦-玉米秸秆还田条件下不同施肥处理对土壤腐殖质含量变化的影响。结果表明:随着秸秆还田年限的增长,胡敏酸(HA)、富里酸(FA)和胡敏素(HM)含量逐渐上升,与对照(CK)比较,3种秸秆还田模式土壤腐殖酸平均增幅为3.84%~62.16%,差异较明显。两季秸秆还田施氮肥(WCN)土壤腐殖质(HA、FA、HM)含量最高,比对照(CK)平均增加98.16%。一季秸秆还田施氮肥(WN)、两季秸秆还田施氮肥(WCN)以及有机肥(M)处理都可以提高土壤水溶性物质(WSS)的含量,两季秸秆还田(WC)处理土壤WSS含量稳定在(0.29±0.11)g/kg水平,两季秸秆还田配施氮肥处理(WCN)相较于对照(CK)增加89.29%。随着还田年限增加,两季秸秆还田施氮肥(WCN)处理HA/FA和PQ值到2014年达到最大,分别为1.08,0.52。说明两季秸秆还田与化肥配施能够提高土壤胡敏酸(HA)、胡敏素(HM)和富里酸(FA)的含量,还能够显著地提高土壤腐殖质腐殖化程度,增加腐殖酸含量并使之稳定增长。     

长期秸秆还田不同施肥对土壤腐殖质含量及结构的影响

为了给提高耕层肥力、合理利用农业废弃秸秆提供良好的依据,采用腐殖质组成修改法与红外光谱法分析了不同秸秆还田条件下各施肥处理对非石灰性潮土腐殖质含量及结构的变化。以青岛农业大学长期定位秸秆还田试验为基础,设5个试验处理,施氮肥条件下设小麦、玉米秸秆还田(WCN)、一季小麦秸秆还田(WN)2个处理,同时设小麦玉米两季秸秆还田(WC)、对照(CK)、单施有机肥(M)处理。结果表明:随着时间的延续,秸秆还田条件下,2015年各处理土壤中胡敏酸(HA)、富里酸(FA)含量分别平均较2009年提高了117.68%,102.5%。与CK相比,秸秆还田模式各处理土壤腐殖酸总含量(HE)平均增幅21.8%~47.9%,其中腐殖质含量最高为WCN,2015年较CK增长118.8%,较2009年原始土壤增长了183.63%。两季秸秆还田配施化肥处理,能够增加土壤胡敏酸和富里酸的含量,胡富比值增大,增加腐殖酸含量并使之平稳增长。土壤腐殖物质活力从高到低为:WCNWNMWC。两季秸秆还田及配施有机肥,提高了芳香族类、羧基类化合物含量,而多糖类化合物含量减少,可提升土壤腐殖质的活性及芳化程度。两季秸秆还田配施氮肥可提高土壤中有机碳含量,提高土壤地力。     

紫云英和秸秆还田对土壤团聚体及有机碳分布的影响

为了研究紫云英和秸秆还田下土壤团聚体及有机碳的分布特征。选取湖北省荆州市水稻—紫云英轮作定位试验,通过湿筛和密度分级的方法研究团聚体和有机碳。结果表明：各粒级团聚体含量以>5 mm为主(57.08%~80.01%),紫云英和秸秆还田增加>5 mm团聚体的含量与团聚体的稳定性。紫云英还田配施化肥(NPK+G)和紫云英和秸秆还田配施化肥(NPK+G+S)处理显著增加5~2、2~0.25 mm团聚体中有机碳的含量。团聚体内以矿物结合态有机碳为主,不同处理均提高团聚体内矿物结合态有机碳及微团聚体内细颗粒有机碳的含量,降低粗颗粒有机碳的含量。相比于对照(CK),紫云英和秸秆还田提高了团聚体的稳定性,并促进了团聚体内细颗粒有机碳的积累。     

长期定位条件下秸秆还田对土壤有机碳及腐殖质含量的影响

为了探讨不同秸秆还田条件对土壤有机碳与腐殖物质含量的影响,利用连续进行6年的莱阳潮土区长期定位秸秆还田试验,研究了小麦-玉米秸秆还田条件下,施用氮肥以及不施肥或单施有机肥对土壤有机碳及腐殖物质的影响。结果表明,在供试的5个处理中,两季秸秆还田施肥处理(WCN)的有机碳以及腐殖物质含量最大,为最优处理。主要效应从大到小依次是氮肥、有机肥、秸秆还田+氮肥、秸秆还田。与对照(CK)相比,氮肥与秸秆配施大幅增加土壤胡敏酸(HA)、胡敏素(HM)、富里酸(FA)含量并使之处于稳定水平上,与单施有机肥相比,随着年限增加,秸秆与氮肥配施(WN、WCN)能够显著增加土壤腐殖质各组分含量,其中两季秸秆还田施氮肥(WCN)处理增幅最显著。通过对不同秸秆还田模式下土壤有机碳、腐殖质含量变化趋势的研究,表明秸秆还田与氮肥配施能够提高土壤有机碳含量,提高土壤腐殖质品质。     

连续秸秆还田对黑土团聚体中有机碳含量及土壤肥力的影响

为了研究传统耕作方式下连续秸秆还田对黑土团聚体中有机碳分布及土壤肥力的影响,采用中国黑土区进行8年田间定位试验的大田土壤为研究对象,研究了无肥(CK)、单施化肥(NPK)和秸秆还田配施化肥(NPK+S)3种处理对土壤水稳性团聚体中的有机碳含量及土壤养分的影响,并与2004年试验初期土壤进行比较。结果表明,与起始土壤相比,连续8年秸秆还田后,土壤大团聚体的含量显著提高,且NPK+S处理下土壤大团聚体的含量及团聚体的平均重量直径(MWD)显著高于CK处理和NPK处理;连续秸秆还田8年后土壤的有机质(SOM)含量显著提高了6.59%,而CK处理和NPK处理均导致SOM含量下降,分别降低了1.95%和2.56%。与CK处理、NPK处理和起始土壤相比,NPK+S处理提高了土壤各级团聚体内的有机碳含量,而且显著提高了大团聚体中有机碳对土壤有机碳的贡献率,降低了微团聚体中有机碳对土壤有机碳的贡献率;同时,秸秆还田配施化肥显著提高了土壤的碱解氮、速效磷和速效钾含量,其对土壤速效养分的改善程度要明显强于单施化肥处理。通过试验可以得出,秸秆还田配施化肥不仅能提高黑土团聚体的稳定性及其有机碳含量,还能明显改善土壤的养分状况,对黑土肥力提升具有积极意义。     

小麦-玉米轮作体系下长期定位秸秆还田对籽粒产量及品质的影响

以莱阳潮土区长期定位秸秆还田小麦-玉米轮作为研究对象,探讨秸秆还田条件下施用氮肥以及单施有机肥对小麦、玉米产量以及籽粒品质的影响。采用氨基酸组成分析法、半微量凯氏定氮法以及残余法,对不同秸秆还田施肥处理下籽粒品质做出分析,得出2季秸秆还田施氮肥(WCN)处理小麦、玉米籽粒粗脂肪含量较1季秸秆还田施氮肥(WN)处理显著提高5.72%和9.49%。秸秆所占比例越大越有利于提高籽粒粗脂肪含量。WCN处理小麦、玉米籽粒蛋白质含量较2季秸秆还田(WC)处理显著提高32.53%,72.44%,表明氮肥所占比例越大越有利于提高蛋白质含量。单施有机肥与2季秸秆还田施氮肥能显著提高小麦、玉米产量。不同秸秆还田处理对小麦籽粒赖氨酸、胱氨酸、丙氨酸影响较小,对玉米籽粒胱氨酸、谷氨酸、甘氨酸影响也较小,除天门冬氨酸、亮氨酸、缬氨酸、赖氨酸、胱氨酸、丙氨酸外,长期不同秸秆还田处理对其他氨基酸的影响趋势与氨基酸总量的变化规律类似。综上所述,在秸秆还田的基础上配施氮肥能够得到较高的产量,提高籽粒品质。     

长期定位秸秆还田对土壤真菌群落的影响

为了研究不同秸秆还田条件对土壤真菌群落的影响,利用连续进行6年的莱阳潮土区长期定位秸秆还田试验与ITS rRNA扩增子测序技术,研究了小麦、玉米秸秆还田条件下,各处理土壤真菌群落的微生物多样性变化。结果表明,施用秸秆和有机肥能够提高土壤真菌群落多样性。秸秆还田后土壤真菌优势种群为子囊菌、接合菌和担子菌。主成分分析表明,各处理间微生物含量存在差异。两季秸秆还田配施氮肥处理能显著增加土壤全氮、有效磷、有效钾、有机碳含量。两季秸秆还田配施氮肥处理的土壤全氮、有效磷、有效钾、有机碳含量与蔗糖酶、脲酶、纤维素酶活性显著高于两季秸秆还田处理,与此同时,两季秸秆还田配施氮肥提高了当季玉米产量。这说明,秸秆还田施用氮肥显著增加土壤养分含量,增强土壤酶活性,有利于土壤真菌群落的多样性和稳定性的提高,改善土壤生态环境,从而促进作物增产。     

不同耕作方式与秸秆还田对土壤养分及小麦产量和品质的影响

为探寻稻麦两熟区高产优质高效的耕作方式和秸秆还田组合,从2001年开始,在长江中下游稻麦两熟区进行田间连续定位试验。设置稻麦双季免耕与秸秆还田（NTS）、麦季免耕与秸秆减量还田（RNT）、稻季免耕与秸秆减量还田（RCT）、稻麦双季翻耕与秸秆还田（CTS）、稻麦双季少耕与秸秆减量还田（MTS）以及稻麦双季翻耕无秸秆还田（CT,对照）6个处理。分析了不同耕作方式与秸秆还田组合下2009-2018年土壤有机质与全氮含量的变化,进一步明确其对小麦产量与品质的影响。结果表明,连续秸秆还田显著提高耕层土壤养分含量,其中MTS处理下土壤有机质与全氮含量较对照分别增加了29.64%和19.76%,具有明显的养分积累效果;但连续免耕不利于小麦产量的提高,RNT和RCT处理小麦产量较高,分别比NTS处理增加了16.33%和10.34%;同时RNT处理小麦的加工品质及面条质量也有提高趋势。因此,麦季免耕与秸秆还田结合的耕作模式有利于提高中弱筋小麦的产量和品质,可作为该地区发展优质高产高效小麦优先选择的耕作技术组合。     

长期秸秆还田对旱地玉米土壤有机碳及碳库管理指数的影响

以山西省晋中市寿阳县长期玉米种植区褐土为研究对象，探讨秸秆还田方式对土壤有机碳、土壤活性有机碳组分和土壤碳库管理指数的影响，以期为北方旱地褐土培肥、提高土壤质量提供理论依据。基于连续30年（1992—2021年）秸秆还田长期定位试验，按照等碳量秸秆还田，设置4个处理[秸秆覆盖还田(SM)、秸秆粉碎直接还田(SC)、秸秆过腹还田(CM)、秸秆不还田(CK)]进行分析。结果表明：（1）CM处理的土壤总有机碳含量较SM、SC显著提高了29.23%、35.72%。（2）CM处理的土壤活性有机碳含量较CK显著提高了77.72%，且与SM、SC差异显著；SM、SC、CM处理的土壤微生物量碳含量较CK分别显著提高了26.39%、43.51%、70.83%；SM、SC、CM处理的土壤可溶性有机碳含量较CK分别显著提高了4.32%、31.47%、60.00%。（3）SM、SC、CM、CK间的土壤活性有机碳效率无显著差异，SC处理的土壤微生物量碳有效率和可溶性有机碳有效率较CK分别显著提高了28.04%、17.10%，SM处理的土壤可溶性有机碳有效率较CK显著降低了11.48%，CM对于土壤碳素效率无明显提升效果。（4）CM处理的土壤碳库管理指数较SM、SC显著增加了138.89%、72.32%。秸秆过腹还田能够显著提高北方旱地褐土肥力，增加土壤碳库管理指数，改善土壤质量，是最优的还田方式。