不同还田方式对玉米秸秆腐解及土壤养分含量的影响

通过土壤耕作和秸秆还田试验,以玉米秸秆为研究对象,探讨东北棕壤土区适宜的秸秆还田方式,为秸秆资源的高效利用提供理论依据。在辽宁沈阳设置连续两年（2014-2015年）的田间定位试验,采用尼龙网袋法研究免耕覆盖（NTS）、旋耕还田（RTS）和翻耕还田（PTS）3种秸秆还田方式下秸秆腐解率和碳氮磷钾养分释放率,分析秸秆还田方式对耕层土壤养分含量的影响。结果表明,RTS和PTS秸秆腐解速率均表现为前期快、后期慢,秸秆养分释放率均表现为钾 > 磷 > 碳 > 氮。NTS、RTS和PTS处理秸秆两年平均腐解率分别为38.8%、78.0%、65.9%,两年平均碳释放率分别为56.5%、78.8%、69.4%,氮释放率为16.7%、53.5%、38.8%,磷释放率为81.3%、92.5%、89.8%,钾释放率为92.0%、99.4%、98.9%。NTS处理秸秆腐解率及碳氮释放率与还田时间符合逻辑斯蒂曲线方程,RTS和PTS处理秸秆腐解率、碳氮释放率及3种还田方式秸秆磷钾释放率随还田时间变化符合米氏方程。秸秆还田有助于提高耕层土壤有机碳和全氮含量,RTS处理土壤全磷含量显著高于PTS处理（P<0.05）,与NTS处理全磷含量差异不显著,3种还田方式土壤全钾含量差异不显著。综合分析秸秆腐解和耕层土壤培肥效果,东北棕壤土区建议玉米秸秆还田方式为旋耕秸秆还田。     

不同还田方式作物秸秆腐解特征研究

利用网袋法模拟田间秸秆还田的3种方式,探索研究不同还田方式的小麦、油菜秸秆腐解特征和养分释放特征。结果表明,经过120d腐解后,不同还田方式的小麦、油菜秸秆土埋处理的59．5％-60．3％、露天处理的40．2％-49．8％和水泡处理的24．6％-29．8％被腐解。作物秸秆的腐解速度为土埋〉露天〉水泡。经过120d腐解后,露天处理、水泡处理和土埋处理的小麦、油菜秸秆中的氮有58．7％-61．3％、63．9％-74．9％、50．8％-58．2％释放出来,磷有92．1％-96．5％、98．6％-100％、66．5％-81．3％释放出来,钾有56．0％～64．3％、74．3％～77．6％、41．9％～46．5％释放出来。作物秸秆磷的释放率最大,氮次之,钾最小。3种还田方式作物秸秆养分释放率为水泡〉露天〉土埋。     

水旱轮作制下连续秸秆覆盖对土壤理化性质和作物产量的影响

采用田间定位试验研究方法,于2008～2010连续3年研究了水旱轮作制下连续秸秆覆盖对土壤理化性质和作物产量的影响。结果表明,连续秸秆覆盖显著降低了土壤表层（05cm）容重,提高了05cm和515cm土层土壤含水量。同时连续秸秆覆盖还田还可以显著提高025cm土层土壤有机质、碱解氮、速效磷和速效钾含量。秸秆覆盖对表层（05cm）土壤养分状况的效应更明显。秸秆连续覆盖5季后,05cm土层土壤速效钾含量的增幅（7.64%～15.33%）速效磷（7.52%～10.03%）碱解氮（7.30%～8.74%）有机质（6.08%～7.53%）。秸秆覆盖还田后,可以提高作物产量。其中旱季作物（小麦、油菜）的增产效应要高于水季作物（水稻）,并且随着秸秆还田年限和用量的增加,作物的增产幅度也随之提高。起主要作用的产量构成因素是小麦、水稻的有效穗数以及油菜单株角果数和每角粒数。     

不同水稻灌溉模式和氮肥减量对还田麦秸腐解特性及土壤养分的影响

为了探讨不同水稻灌溉模式和氮肥减量对还田小麦秸秆腐解特性及土壤养分的影响，通过田间试验，设置了水稻灌溉模式（常规灌溉，W1；干湿交替灌溉，W2）和施氮水平（不施氮，N0；常量施氮，N1；减量20%施氮，N2）处理，采用尼龙网袋法研究了不同处理下小麦秸秆腐解动态、养分释放规律及土壤养分含量。结果表明，干湿交替灌溉和氮肥施用均可促进还田小麦秸秆的腐解，减量20%施氮处理小麦秸秆累积腐解率低于常量施氮处理。相同施氮水平下，干湿交替灌溉模式小麦秸秆碳与氮磷钾累积释放率高于常规灌溉模式；与常量施氮相比，减量20%施氮处理小麦秸秆碳与氮磷钾累积释放率降低。干湿交替灌溉和施氮使土壤有机质、全氮、碱解氮和有效磷含量提高，而减量20%施氮对土壤养分含量的影响较小。综上可见，干湿交替灌溉和氮肥施用促进了还田小麦秸秆腐解和养分释放，有利于土壤养分提升；而减量20%施氮对小麦秸秆腐解与养分释放以及土壤养分无明显影响。     

水稻秸秆的腐解特征及其培肥增产作用研究

为推进秸秆资源的循环利用,改善农田土壤质量,利用田间小区试验研究了水稻秸秆还田后的腐解特征,分析了水稻秸秆还田后对土壤性质及油菜产量的影响,结果表明:水稻秸秆的腐解率一直呈增加趋势,腐解速率早期快后期慢;水稻秸秆在耕作后还田腐解效果要大于免耕还田;水稻秸秆还田不仅提高了土壤养分含量,而且提高了油菜的产量。     

不同还田方式下拉巴豆秸秆腐解及养分释放特征

为明确拉巴豆秸秆的腐解和养分释放规律,采用网袋法模拟研究拉巴豆在覆盖还田、土埋还田和水淹还田方式下的腐解动态。结果表明:不同还田方式下,拉巴豆茎秆在0~20 d腐解速率较快,之后腐解缓慢;在100d时,覆盖还田、土埋还田和水淹还田方式下累计腐解率分别达42.4%、74.3%、66.9%。经过100 d的腐解,覆盖还田方式下碳、氮、磷、钾的累计腐解率分别为28.8%、14.3%、47.7%、86.2%;土埋还田方式下碳、氮、磷、钾的累计腐解率分别为68.0%、62.3%、85.2%、94.8%;水淹还田方式下碳、氮、磷、钾的累计腐解率分别为63.0%、55.0%、82.0%、91.1%,拉巴豆茎秆养分的释放速率表现为钾磷碳氮。3种还田方式下茎秆累计腐解率及碳、氮、磷、钾等养分的累计释放率均表现为土埋还田水淹还田覆盖还田。     

不同作物秸秆在旱地和水田中的腐解特性及养分释放规律

以水稻、小麦、玉米秸秆和油菜、蚕豆青秆为研究对象,采用尼龙网袋法,研究了不同秸秆翻埋入旱地和水田后的腐解特性及养分释放规律,以期为紫色丘陵区农业秸秆循环利用和秸秆还田技术提供理论依据。结果表明:秸秆翻埋还田后,5种供试秸秆腐解速率均表现为前期(0~60 d)快、后期(60~360 d)慢。经过360 d的腐解,旱地秸秆累积腐解率为52.88%~75.80%,表现为油菜水稻玉米小麦蚕豆趋势,且蚕豆青秆累积腐解率显著低于其余秸秆;水田中秸秆累积腐解率为45.01%~62.12%,表现为水稻玉米小麦油菜蚕豆趋势。5种秸秆在旱地和水田中养分释放率均表现为钾磷氮碳,在试验终点,旱地中秸秆碳、氮、磷和钾释放率分别为65.50%~87.37%、54.64%~69.72%、89.65%~98.96%和79.92%~96.63%,且油菜秸秆养分释放率高于其他4种秸秆;水田中秸秆碳、氮、磷、钾释放率变幅分别为49.95%~69.57%、32.89%~77.11%、90.70%~96.80%、77.45%~90.47%。总体表现为秸秆在旱地土壤中的累积腐解率和养分释放率均大于水田,旱地油菜和水稻秸秆较易腐解,水田水稻和玉米秸秆较易腐解释;秸秆中钾素释放速率较高。     

水稻秸秆还田技术应用效果分析

为探索较好的水稻秸秆还田方法,进行水稻秸秆还田试验研究,结果表明水稻秸秆还田技术能增进土壤氮、磷、钾等养分及有机质含量,培肥地力,使水稻增产增收,可大面积推广.但单纯的水稻秸秆还田,自然腐烂时间较长,养分转化较慢,而秸秆还田的同时使用腐秆剂则能加速秸秆腐烂,使秸秆还田的效果更好,因此秸秆还田时建议同时使用腐秆剂.     

秸秆促腐还田土壤养分及微生物量的动态变化

采用盆钵培养法,通过模拟旱作覆膜条件下秸秆还田,研究了添加不同腐解剂(多个好氧性菌种复合培养而成的F1、富含分解纤维素、半纤维素、木质素和其他生物有机物质的微生物菌群F2、由芽孢杆菌、丝状真菌、放线苗和酵母菌组成的F3)后,小麦秸秆、玉米秸秆在120 d的腐解过程中,土壤养分及土壤微生物量的动态变化特征。结果表明:小麦、玉米秸秆经过120 d的腐解,各处理土壤有机质、碱解氮、全氮的增加速率一致表现为先增加后减小,土壤磷素、钾素的增加速率总体则呈现增-减-增-减的趋势;整个试验阶段小麦秸秆各处理土壤微生物量碳(SMBC)含量表现为先增后减。玉米秸秆土壤SMBC的变化与小麦秸秆差异较大,呈现波浪式变化;玉米秸秆土壤微生物量氮(SMBN)变化在100 d后则与小麦截然不同。秸秆添加腐解剂还田土壤养分增加速率和土壤微生物量碳氮含量均大于秸秆直接还田(对照),培肥土壤效果明显,能够有效增加土壤微生物量碳氮含量。小麦、玉米秸秆添加腐解剂F3的处理各养分含量高于其他处理,即内含具特殊功能的芽孢杆菌、丝状真菌、放线菌和酵母菌的秸秆腐解剂F3增加土壤养分的效果最好;相同腐解剂下不同种类秸秆处理的土壤养分含量表现为:F1,小麦玉米;F2,小麦≥玉米;F3,小麦玉米,即F1对小麦秸秆促腐优势最大,F3对玉米秸秆的促腐作用优于F1和F2,F2对小麦、玉米秸秆的促腐效果基本相似。不同腐解剂下,小麦秸秆处理SMBC、SMBN含量表现为F2F3F1;玉米秸秆处理SMBC含量F2F3≈F1,SMBN为F3F2≈F1。玉米秸秆各处理的SMBC均大于小麦秸秆,SMBN则均小于后者,与秸秆C/N的趋势一致,即C/N越大,SMBC值越大,SMBN值越小。     

稻麦轮作制还田秸秆腐解和养分释放特征

秸秆还田是耕地质量提升的重要措施,还田秸秆腐解能够为作物生长提供氮、磷、钾等养分。明确稻麦轮作制水稻和小麦秸秆还田后的腐解和养分释放特征,是制定秸秆还田下合理养分管理制度的理论基础。通过田间尼龙网袋法,研究了小麦秸秆在水稻季、水稻秸秆在小麦季的腐解和养分释放特征以及秸秆腐解剂的影响。结果表明,小麦和水稻秸秆快速腐解期、中速腐解期、缓慢腐解期分别为0～10、10～20、20～110和0～10、10～50、50～200 d。在秸秆腐解剂的作用下,秸秆腐解率达50%和95%的时间缩短约8和38 d。水稻生育期内小麦秸秆累积腐解率达57%,秸秆氮和磷表现为淋溶-富集-释放,释放量分别为29%～37%和36%～44%,碳和钾表现为直接释放,释放量分别为55%和92%。小麦生育期内水稻秸秆累积腐解率达到73%,秸秆碳、氮、磷、钾均表现为直接释放,释放量依次为75%、41%～51%、59%、98%。水稻季,小麦秸秆在缓慢腐解期会吸附-富集土壤溶液中的氮和磷,伴随着秸秆中纤维素和半纤维素逐渐腐解,富集的氮、磷会部分释放到土壤中;小麦季,秸秆腐解剂提高快速和缓慢腐解期氮和磷的释放量和释放速率,氮素和磷素释放量分别提高10.0%和4.7%。热重分析表明,秸秆腐解剂主要加速了小麦和水稻秸秆半纤维素和纤维素的腐解。综上所述,秸秆腐解剂可以在一定程度上提高秸秆腐解和养分释放速率,同时也应注意还田秸秆在水稻孕穗期对土壤溶液中氮、磷的吸附-富集过程,在实际生产中宜在该时期适当补充氮、磷肥,以避免秸秆与作物争养分而导致减产。     

不同作物还田秸秆的养分释放特征试验

为了探索秸秆还田与化肥的合理搭配施用,采用尼龙网袋法,研究了水稻秸秆、小麦秸秆、油菜秸秆在淹水培养下养分释放特征。结果表明,供试秸秆腐解速率均表现在培养前期腐解较快,不同秸秆之间表现为油菜秸秆大于水稻秸秆和小麦秸秆;后期腐解速率逐渐变慢,3种秸秆之间差异不明显。经过124 d的培养,水稻秸秆、小麦秸秆、油菜秸秆的累积腐解率分别为49.17%、52.17%和49.81%。秸秆中养分释放速率均表现为K＞P＞C＞N,释放量表现为C＞K＞N＞P。经过124 d的腐解,水稻秸秆、小麦秸秆、油菜秸秆的碳释放率分别为7.53%、66.58%、52.54%;氮分别为42.05%、49.26%、57.83%;磷分别为68.28%、59.93%、67.32%;钾在培养12 d后释放率均达到98%。根据秸秆腐解特征及养分含量,作物推荐施肥量中可以减少钾肥用量,并适当延后施用;在还田初期可以不调整氮磷肥的施用量。     

还田秸秆及其腐解产物的吸水能力研究

[目的]研究水稻、小麦和油菜作物秸秆的腐解规律及其对秸秆吸水能力的影响,为农田秸秆资源有效利用和田间水分管理提供相应的理论依据。[方法]采用尼龙网袋法进行试验研究。[结果]在土壤水分饱和状态下,3种秸秆腐解速率均表现为前期快,后期缓慢的特点。培养结束(110d)时,水稻、小麦和油菜秸秆的累积腐解率分别为67.8%,55.5%和49.2%。光学显微镜结合红外光谱结果显示,与对照相比,水稻秸秆经过110d的腐解,其物质组成、化学结构和形貌特征均发生显著变化,小麦和油菜秸秆变化不明显。腐解0d时,水稻、小麦和油菜秸秆饱和吸水量依次分别为3.87,2.51,3.61g/g。随着秸秆组分、结构和形貌的变化,秸秆及其腐解产物饱和吸水量也有显著性差异。水稻秸秆在腐解15d时的饱和吸水量最大,为5.17g/g,之后其饱和吸水量逐渐下降并趋于稳定;小麦和油菜秸秆的饱和吸水量在腐解5d时达到最低值,分别为1.87,2.59g/g;之后其饱和吸水量逐渐增加。单位秸秆的吸水效果表明,3种作物秸秆在腐解初期的持水量最大,之后随着腐解时期的延长而有所降低。[结论]还田作物秸秆的吸水能力受到还田秸秆质量和腐解时期的双重影响,故在开展秸秆还田(尤其翻压)时,应注意秸秆含水量,还田时期和田间水分管理,降低由秸秆吸水产生的负面效应。     

麦秆、油菜秆还田腐解速率及养分释放规律研究

采用尼龙网袋法直接覆盖还田和组织结构切片方法,研究了麦秆、油菜秆还田后的腐解速率及养分释放规律。结果表明,麦秆、油菜秆还田后,腐解速率均表现为前期快,后期慢。试验期间（100 d）,麦秆、油菜秆的累计腐解率分别为66.18%和55.62%;养分释放均为钾磷氮。麦秆、油菜秆还田前10 d内,钾的释放分别达到98.92%和98.74%。在麦秆腐解过程中,前50d未见任何明显的结构破坏;50 d后,组织结构的破坏主要发生在基本组织的薄壁细胞及其所包围的维管束,表皮和机械组织以及其所包围的维管束的破坏仍不明显。在油菜秆腐解过程中,组织结构的破坏主要发生在腐解的前10 d,次生木质部以上的维管形成层、韧皮纤维、皮层薄壁组织和表皮均受到破坏而脱落。结果说明,秸秆中的钾是水可浸提的,为速效钾,作物推荐施肥量中可减去所用秸秆的钾含量;由于秸秆中氮、磷含量较低,特别是磷,因此在还田初期可不考虑调整氮、磷肥用量。     

秸秆还田配施石灰对水田土壤铜、锌、铅、镉活性的影响

秸秆还田是我国培肥地力和增加农田土壤碳固定的重要措施,但进入农田的秸秆存在着活化土壤重金属的风险。为了解不同来源的秸秆对污染水平不同农田土壤重金属活性的影响,采取相应措施防止因秸秆还田对农田土壤重金属的激活,开展了盆栽和田间小区试验研究秸秆还田配施石灰对水田土壤铜、锌、镉、铅活性的影响。盆栽和田间试验在轻度和重度污染2种土壤上同时进行。盆栽试验中施用秸秆包括重污染水稻秸秆、轻污染水稻秸秆和轻污染油菜秸秆3种,石灰用量设对照(0 kg·hm-2)和石灰处理(750 kg·hm-2)2个处理;田间小区试验设对照(不施秸秆和石灰)、秸秆还田及秸秆还田+石灰3个处理。动态观察了试验过程中土壤有效态重金属、重金属形态及水稻籽粒中重金属积累情况。结果表明,试验初期(前20 d)秸秆还田显著增加了水田土壤中水溶性有机碳与水溶性重金属的含量;与对照处理比较,水溶性重金属含量以重度污染土壤增幅较为明显。试验后期(60 d后)秸秆还田对土壤重金属的活性的影响逐渐变得不明显。油菜秸秆还田土壤中水溶性重金属含量低于水稻秸秆还田,重污染水稻秸秆还田土壤中水溶性重金属含量高于低污染水稻秸秆还田。盆栽试验和田间试验的结果都表明,重污染水稻秸秆还田可轻微增加水稻籽粒中镉的积累,但轻度污染水稻秸秆还田与油菜秸秆还田对水稻籽粒镉积累的影响较小;3种秸秆还田对水稻籽粒铅、铜、锌积累的影响不明显。配施石灰可显著降低土壤中水溶性重金属的含量,降低水稻籽粒中重金属的积累。研究认为,在污染农田管理上应控制重污染水稻秸秆还田,在秸秆还田的同时适量配施石灰。     

稻麦秸秆全量还田的产量与环境效应及其调控

秸秆还田是一项土壤培肥、实现农业可持续发展的重要措施,但稻秆还田经济效益低、增产效应不显著以及一些环境负效应,影响了该措施的推广。本文结合本课题组研究工作,综述了国内外近期的相关研究进展,就稻麦秸秆全量还田的产量效应、秸秆腐解特性与环境效应及其调控进行了分析。研究表明,秸秆还田能提高土壤肥力,增加稻麦产量,且增产效应随还田时间延长而增加;稻季麦秸/油菜秸的腐解率在50%~66%,其N、P、K养分释放率分别为42%~58%、55%~68%和92%~98%;秸秆还田能显著提高农田碳固定、减少径流损失,但也增加了稻田甲烷排放、氨挥发以及渗漏的养分损失。提高秸秆还田效益的调控措施有:增加稻麦前期氮肥施用比例,适当减少总的氮肥、磷肥用量,大幅减少钾肥用量;秸秆尽量在麦季还田、稻季采用湿润灌溉可减少甲烷排放。     

长期稻草还田对紫色水稻土肥力和生产力的影响

通过8年淹水条件下一季中稻的田间定位试验,研究了长期稻草还田以及稻草与不同化肥配合施用对紫色水稻土生产力和土壤肥力的影响。结果表明,稻草与N、P、K化肥配合施用能维持或提高紫色水稻土的生产力和土壤肥力;水稻获得了持续高产,土壤有机质和全氮含量提高,土壤磷的有效性增加,速效钾与试验前基本平衡。纯化肥处理尤其是N、NP、NK处理水稻产量、土壤氮和钾含量逐年降低,不能维持系统生产力和土壤肥力。稻草还田对翌年水稻具有显著的增产作用,8年平均稻草还田处理比对照增产39.5%,稻草的增产作用还随着稻草还田时间的延长而逐年升高。稻草还田携入的钾与化学钾肥具有相同的营养功效,稻草可替代部分化学钾肥。     

烟杆腐解速率及养分释放规律研究

利用安徽省池州市东至县典型烟田土壤,采用尼龙网袋法研究了烟杆还田后的腐解速率及养分释放规律。结果表明,烟杆还田后,腐解速率表现为前期快、后期慢。试验期间(120 d),常规还田、添加白云石粉和生石灰还田烟杆的累计腐解率分别为56%、53%和49%。各处理烟杆还田的养分释放率均为钾磷氮。烟杆还田前15 d内,钾的释放达到88%,磷的释放率为76%,而氮的释放率仅为53%。烟杆还田对土壤pH有显著影响,在整个腐解过程中生石灰和白云石粉处理土壤pH均显著高于常规还田和不还田处理。烟杆还田显著增加土壤速效钾的含量,较不还田提高47%。由烟杆腐解特点和养分释放的规律可见,烟杆中的钾是水浸提的速效钾,水稻推荐施肥量中可考虑减去(或部分减去)所用烟杆的钾含量。     

外源纤维素酶对秸秆降解速率及土壤速效养分的影响

为探求促进秸秆降解的新途径，采用室内培养法研究了外源纤维素酶对秸秆降解速率及土壤速效养分的影响。结果表明，整个培养期内，小麦秸秆、玉米秸秆加酶处理与不加酶处理降解率都存在极显著差异（P〈0．01），到培养结束时小麦秸秆加酶处理降解率高出不加酶处理7．10％～11．86％，玉米秸秆高出8．01％～14．04％；整个培养期内，小麦秸秆、玉米秸秆加酶处理与不加酶处理间土壤碱解氮、速效磷、钾含量都存在极显著差异（P〈0．01），培养结束时，小麦秸秆最优处理碱解氮、速效磷、钾含量分别高出对照4．15，3．60，32．35mg／kg，玉米秸秆分别高出6．50，4．27，47．97mg／kg。结果说明添加外源纤维素酶能够提高秸秆降解速率，促进秸秆养分矿化。     

施肥和秸秆还田对土壤肥力质量及春小麦品质的影响

通过在青海省河湟灌区栗钙土上连续19年的春小麦连作长期定位试验,研究了施用化肥与秸秆还田对土壤肥力质量及春小麦产量、品质的影响。结果表明,在施氮、磷化肥的基础上增施钾肥和或秸秆还田可降低土壤容重1.2%～7.1%,提高土壤含水量4.7%～13.5%,增加土壤＞0.25mm团聚体的数量,促进团聚体的稳定性;对土壤轻组有机质、有机质、土壤氮、磷、钾养分含量的提高也有明显的作用,尤其是提高土壤速效钾含量最高达2.6倍;对春小麦产量和品质也有一定的维持和促进作用。在施氮、磷的基础上增施适量无机钾肥或秸秆还田能够改善农田土壤肥力及质量状况,稳定和提高春小麦产量和品质。考虑矿质钾肥成本较高和资源有效利用,当地农业生产在氮、磷肥基础上半量秸秆还田可以替代无机钾肥。