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。     

秸秆腐解剂在秸秆还田中的效果研究初报

大大田、微区和盆栽条件下，研究了秸杆腐解剂对小麦、水稻生长及产量的影响，同时研究了秸杆腐解剂对小麦、水稻秸秆腐解速率及对土壤肥力的影响。结果表明，稻、麦秸秆还田时施用秸秆腐解剂对提高稻、麦产量具有明显的增产效果。增产的原因是穗数和粒数增加；稻、麦秸秆还田量不同时，还田量大且配施秸秆腐解剂的效果较还田量小好；麦秸秆还田方式不同时，麦秸以栽稻前耕翻还田且配施秸秆腐解剂的效果较好，上水沤制的效果较差；秸秆腐解剂能促进稻、麦秸秆较快腐解，减轻和防止多量秸秆还田给作物生长带来不利影响，并可稳定和提高土壤养分含量。     

基于长期定位试验的松嫩平原还田玉米秸秆腐解特征研究

为了研究松嫩平原还田玉米秸秆的腐解特征和养分释放规律,该试验采用尼龙网袋法,设置埋土和覆盖地表2种玉米秸秆还田方式,进行连续4 a的定位观测。结果表明:1)还田玉米秸秆的腐解速率和养分释放率都表现为埋土处理大于覆盖地表。秸秆腐解主要集中在还田的前3年,3 a累计腐解率达到91.70%和81.96%,其中第1年腐解率分别为60.63%和45.53%。2)还田玉米秸秆中养分释放的快慢顺序为KPCN。埋土和覆盖处理秸秆中钾的释放主要在还田第1年,释放率达到了96.26%和84.04%;而磷、碳和氮的释放则主要集中在还田前3年,其中磷释放率为92.03%和83.29%;碳释放率为90.96%和82.06%;氮释放率为91.70%和81.96%。3)还田玉米秸秆中半纤维素的腐解速度快于纤维素,木质素最慢。其中埋土和覆盖处理秸秆半纤维素2 a腐解率为88.78%和86.30%;纤维素2 a腐解率为80.42%和70.86%;而木质素3 a累计腐解率为78.63%和66.48%。     

全年稻麦秸秆还田对稻田土壤细菌群落结构的影响

为了研究全年尺度下稻麦轮作系统中稻、麦秸秆全量还田对稻田土壤生态环境的影响,设置全年稻和麦秸秆均不还田(CK)、小麦季稻秸秆还田(W-RS)、水稻季麦秸秆还田(R-WS)、全年稻和麦秸秆全量还田(RWS)4个处理,采用 Illumina高通量测序技术比较了这 4种全年秸秆还田模式下稻田土壤细菌群落结构的变化特征,并分析其理化性质。结果表明:与 CK相比,秸秆还田可提高土壤有机质、氮磷钾养分含量,全年稻、麦秸秆全量还田及 0～ 5 cm土层土壤增幅较大。秸秆还田并没有显著提高土壤细菌多样性指数;各处理中前三位优势菌门为变形菌门(Proteobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi),分别占总序列的     

三江平原地区不同有机物料腐解规律的研究

利用网袋法模拟田间还田方式, 研究不同还田方式下玉米、大豆秸秆的腐解特征。结果表明: 经过150 d的分解, 玉米和大豆秸秆残留率在33.7%~61.1%之间, 秸秆还田分解趋势为: 土埋处理>露天处理, 土埋玉米秸秆>土埋大豆秸秆, 露天条件下大豆和玉米秸秆分解速率一致。从细胞结构上看, 玉米秸秆随着还田时间的延长, 基本组织和维管束遭到破坏, 细胞壁变薄, 细胞内物质消失, 细胞排列疏松; 大豆秸秆组织结构变化不明显。露天和土埋处理各有机物料有机碳分解率分别为39.9%~48.9%、49.6%~65.8%, 土埋玉米和大豆秸秆腐解速度明显高于露天处理。两个处理氮、钾分解率无太大差异, 分别为51.1%~67.7%、74.6%~91.7%, 而磷素变化比较明显, 露天和土埋处理玉米秸秆的磷释放率平均比大豆秸秆高49.4%、56.7%。作为还田物料玉米秸秆要好于大豆秸秆。     

双季稻地区不同类型水稻秸秆与还田深度对还田秸秆腐解进程的影响

为探讨双季稻地区还田秸秆的腐解进程,用尼龙网袋法研究了不同类型水稻秸秆不同埋深(0、10 cm)对还田秸秆的腐解和氮碳释放的影响。结果表明,经过早稻90 d、晚稻120 d的腐解,早稻和晚稻的平均腐解率分别为64%和72%。秸秆在还田的前15 d腐解速度较快,在秸秆还田后的30～90(120)d秸秆腐解速度放缓。秸秆腐解率晚稻季高于早稻季,常规籼稻高于杂交籼稻,杂交籼稻高于杂交粳稻,表层秸秆腐解速率略快于下层秸秆。在当季水稻生育期结束时,还田秸秆的氮释放率为60%～70%,秸秆碳释放率达70%～80%,不同埋深对秸秆碳氮释放率影响不显著,表层碳释放略快。     

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。     

CO2浓度升高对小麦秸秆性质、数量及其分解的影响

在江都FACE平台上观测了常N水平下大气CO2浓度升高对小麦秸秆数量和性质的影响,并利用稻季淹水培养试验研究了CO2浓度升高引起的小麦秸秆量和质的改变对其腐解和土壤微生物量碳的影响,结果表明:CO2浓度升高显著降低了麦秸中N含量,导致麦秸C/N和木质素/N比显著增加,但对麦秸其他生化组成——可溶物、半纤维素、纤维素、木质素和酚含量均无影响;CO2浓度升高引起的小麦秸秆性质改变对麦秸及其含C物质的分解均无显著影响,但显著减缓了含N物质的分解;若将收获的麦秸全部还田,CO2浓度升高引起的小麦秸秆量的增加也没有显著影响麦秸及其含C、N物质的分解。由于高CO2浓度导致的麦秸性质改变对土壤微生物量碳无显著影响,这也是CO2浓度升高引起麦秸性质变化幅度太小不足以影响麦秸及其含C物质分解的主要原因。     

不同碳氮比油菜秸秆淹水还田腐解特征

由于农户施肥量差异较大,导致产生的秸秆养分含量尤其是秸秆碳氮比(C/N)不同,可能影响秸秆还田腐解。为探究不同C/N油菜秸秆腐解动态及养分释放特征,开展室内培养试验。试验选取C/N 92、C/N 116和C/N 136的油菜秸秆作为3个处理,采用尼龙网袋法淹水培养120 d。结果表明:不同C/N秸秆均表现为前期(0～10 d)迅速腐解(累积腐解率30.73%～33.59%)、中期(11～30 d)缓速腐解(累积腐解率5.10%～6.42%)、后期(31～120 d)慢速腐解(累积腐解率仅占总腐解率的4.50%)。不同C/N秸秆碳、氮、磷平均释放率分别为28.32%、46.28%、73.05%,元素释放率表现为磷>氮>碳。不同C/N秸秆养分释放差异表现在快速腐解期,其中C/N 92秸秆的氮素累积释放率相较于C/N 116和C/N 136分别高7.27%和15.16%,磷素释放率则表现为C/N 136秸秆较C/N 116和C/N 92分别高1.91%和13.53%,而不同C/N秸秆碳素在整个腐解期均无显著差异。综上所述,低C/N的油菜秸秆氮素具有更高的释放率,而高C/N秸秆磷素的释放率则高于低C/N的秸秆。     

紫色土丘陵区秸秆还田的腐解特征及对土壤肥力的影响

在分析水稻、小麦、油菜秸秆的养分含量和化学组成的基础上，通过田间两年四作的定位试验，探讨了紫色丘陵区秸秆还田的腐解变化及对土壤肥力的影响。结果表明，秸秆含有丰富的养分，经腐解后给土壤提供了大量的碳、氮、磷、钾。在腐解过程中，还田后的前3个月分解快，后期分解缓慢；3种秸秆在田间的分解速率（K）：麦秸〉稻草〉油菜秸，秸秆翻埋〉秸秆面施；养分释放速度钾〉磷〉氮。测定了不同处理的土壤水分特征曲线．并将实验结果拟合为经验关系式。秸秆覆盖还田促进土壤团粒结构形成，提高了土壤水稳性团聚体含量，从而改善了土壤通透性和保水保肥性。秸秆覆盖还田还降低了土壤容重，增加了土壤总孔隙度，使土壤有机质、速效氮、磷、钾得到一定提高，从而达到培肥地力的目的。     

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。     

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。     

增温对不同作物秸秆在土壤中分解速率的影响及模拟

  【目的】  研究增温对不同作物秸秆在土壤中分解速率的影响。  【方法】  于2019年11月至2020年10月进行两个生长季的田间填埋试验,观测增温和对照处理下玉米、红薯、大豆秸秆在夏熟作物生长季的分解率以及冬小麦、大蒜、油菜秸秆在秋熟作物生长季的分解率,并以秸秆初始碳含量、氮含量、碳氮比、木质素含量模拟不同处理下不同作物秸秆的分解速率系数。利用模型模拟得到的分解速率系数k值进一步模拟增温和对照处理下不同作物在填埋后不同天数的剩余秸秆质量,将剩余秸秆质量的模拟值与观测值进行回归分析以评估模型模拟效果。  【结果】  增温对玉米、红薯、冬小麦秸秆初期分解率具有显著(P < 0.05)促进作用,而对这3种作物秸秆在其他时间段的分解率无显著影响。增温对油菜秸秆在整个生长季的分解率具有显著(P = 0.029)促进作用。增温对大豆、大蒜秸秆在整个生长季的分解率无显著(P > 0.05)影响。增温对6种作物秸秆分解速率系数均无显著(P > 0.05)影响,而不同作物秸秆分解速率系数之间存在显著(P < 0.05)差异。无论是对照还是增温条件下大蒜秸秆分解速率系数均最高,而大豆秸秆分解速率系数最低,大蒜秸秆分解速率系数超过大豆秸秆2倍。以不同作物秸秆碳含量(C)、氮含量(N)、碳氮比(C/N)、木质素含量(L)为因变量,采用多元线性回归,可得不同处理下不同作物秸秆分解速率系数的模拟方程 (k = ?1.073C+7.315N+0.223C/N?0.004L+33.900),该方程可模拟92.1% (R2 = 0.921, P < 0.001)的秸秆分解速率变异,描述模拟值和观测值之间关系的线性回归方程斜率非常接近1∶1线。利用模拟得到的秸秆分解速率系数k值对本研究填埋试验中观测的不同填埋天数后的剩余秸秆质量进行验证分析,可见增温和对照处理下不同作物剩余秸秆质量模拟值和观测值具有非常好的一致性(R2 = 0.922,P < 0.001),表明该模拟方程可有效模拟秸秆分解动态。  【结论】  增温比对照显著增加了玉米、红薯和冬小麦秸秆在分解初期的分解率,并增加了油菜秸秆在整个生长季的分解率,但对大豆、大蒜秸秆在整个生长季的分解率没有显著影响。作物秸秆的分解速率系数可用秸秆碳氮含量、木质素含量以及碳氮比进行模拟,用分解速率系数的模拟方程可有效估算对照和增温处理下不同作物秸秆在填埋后不同天数的剩余秸秆质量。     

麦秸还田对水稻产量及地表径流NPK流失的影响

在大田试验条件下,以水稻品种运2645为供试材料,设置常规处理（A）、麦秸还田（B）、麦秸还田减肥（C）、肥料运筹（D）和旋耕（E）5个处理组合,研究不同处理对水稻产量及农田地表径流NPK流失的影响。结果表明：（1）麦秸还田使水稻产量比常规处理增加3.0%左右;（2）试验年度稻季农田总地表径流水量为4.3×103m3·hm-2;（3）麦秸还田减肥和麦秸还田处理比其处理明显降低农田地表径流水体NPK流失量,不同处理地表径流总N流失量由低到高依次为麦秸还田减肥、麦秸还田、常规处理、肥料运筹和旋耕,不同处理地表径流总P和K的流失量由低到高依次为麦秸还田减肥、麦秸还田、肥料运筹、常规处理和旋耕;（4）麦秸还田能够降低稻田地表径流NPK的流失率,但麦秸还田减肥处理由于流失量减小幅度远低于肥料施用量的减小幅度,其NPK流失率均表现为最高;（5）麦秸还田使水稻产量略有增加,使稻田地表径流水体NPK流失量和流失率均明显降低。     

Comparison of the decomposition and N and P mineralization of canola, pea and wheat residues

Insight into nutrient cycling is gained by understanding the dynamics and quantifying nutrient mineralization from decomposing crop residues. Since wheat (Triticum aestivum L.), canola (Brassica napus L.) and pulse crops such as pea (Pisum sativum L.) are commonly grown in rotation, our objectives were to: (1) compare, using the mesh bag technique, the dry matter (DM) loss and release of N and P of straw and root residues of those crops in the 10-11 months following harvest, and (2) determine the influence of N fertilizer on residue decomposition and nutrient release. The no-tillage study started in autumn 1997 when straw residues were placed on the soil surface and root residues were buried in the soil, and sampled periodically through the 1998 growing season. Wheat was grown in 1998 and received 0 or 60 kg N ha^-1. The study was repeated in 1998/1999. Wheat straw decomposed more slowly than canola or pea straw (losing an average of 12%, 24% and 25%, respectively, of initial DM in 10-11 months), however, the converse was noted for root residues (42%, 26% and 19% of initial DM). Average net N mineralization from wheat, canola and pea straw was essentially 0, 0.7 and 5.6 kg N ha^-1, respectively. Phosphorus released from straw ranged from 0.5 kg ha^-1 for pea to 0.75 kg ha^-1 for canola. Net N and P mineralization from root varied little between crop species: 0.9-1.6 kg N ha^-1 and 0.1-0.3 kg P ha^-1. Nitrogen fertilization increased DM loss, and N and P release from straw residues.     

淹水条件下FACE处理的水稻以及小麦秸秆的分解及产物

Winter wheat and rice straw produced under ambient and elevated CO2 in a China rice-wheat rotation free-air CO2 enrichment (FACE) experiment was mixed with a paddy soil at a rate of 10 g kg-1 (air-dried), and the mixture was incubated under flooded conditions at 25 ℃ to examine the differences in decomposition as well as the products of crop residues produced under elevated CO2. Results showed that the C/N ratio and the amount of soluble fraction in the amended rice straw grown under elevated CO2 (FR) were 9.8% and 73.1% greater, and the cellulose and lignin were 16.0% and 9.9% lesser than those of the amended rice straw grown under ambient CO2 (AR), respectively. Compared with those of the AR treatment, the CO2-C and CH4-C emissions in the FR treatment for 25 d were increased by 7.9% and 25.0%, respectively; a higher ratio of CH4 to CO2 emissions induced by straw in the FR treatment was also observed. In contrast, in the treatments with winter wheat straw, the CO2-C and CH4-C productions, the ratio of straw-induced CH4 to CO2 emissions, and the straw composition were not significantly affected by elevated CO2, except for an 8.0% decrease in total N and a 9.7% increase in C/N ratio in the wheat straw grown under elevated CO2. Correlation analysis showed that the net CO2-C and CH4-C emissions from straw and the ratio of straw-induced CH4 to CO2 emissions were all exponentially related to the amount of soluble fraction in the amended straw (P < 0.05). These indicated that under flooded conditions, the turnover and CH4 emission from crop straw incorporated into soil were dependent on the effect of elevated CO2 on straw composition, and varied with crop species. Incorporation of rice straw grown under elevated CO2 would stimulate CH4 emission from flooded rice fields, whereas winter wheat straw grown under elevated CO2 had no effect on CH4 emission.     

肥料和稻草氮利用率的三年定位研究

对氮肥和稻草氮的利用率进行了3年6季同位素15N田间定位研究。结果表明,首季单季水稻对氮肥的利用率为37.02%,050cm土壤中15N的残留率为25.81%。经过连续3年6季的种植,作物肥料N的累计回收率分别为40.15(秸杆还田)41.63%(秸杆不还田),050cm土壤中15N的残留率仍达到23.62(秸杆不还田)28.33%(秸杆还田)。在不施氮肥条件下,小麦对稻草氮的吸收率为4.46%,第二季单季稻对稻草氮的吸收率为4.78%。5季作物累计吸收稻草氮11.76%,而土壤残留率为70.37%。     

稻麦轮作下秸秆还田对稻麦产量和稻田可溶性有机碳含量的影响

为阐明稻麦轮作体系下秸秆还田对作物产量与稻田可溶性有机碳（DOC）的影响，通过连续2年盆栽试验研究了两种典型土壤（壤土和黏土）在无秸秆还田、半量秸秆还田、全量秸秆还田3种处理下稻麦产量和稻季土壤溶液DOC浓度的动态变化。结果表明，秸秆还田显著增加了两种土壤大多数处理的水稻产量，增幅1.6%~11.9%，其中全量秸秆还田的增产效果大于半量秸秆还田（第1年不显著，第2年显著）。秸秆还田对小麦产量的影响因土壤类型而异，壤土中小麦产量显著增加7.2%~10.6%（第1年）或增产不显著（第2年），但全量秸秆还田和半量秸秆还田处理之间没有显著差异；黏土中小麦显著减产（5.0%~9.3%），其中第2年的全量秸秆还田减产效应显著大于半量秸秆还田。秸秆还田及土壤类型显著影响水稻前期（烤田之前）的土壤溶液DOC浓度，全量秸秆还田、半量秸秆还田分别比无秸秆还田处理平均增加141.7%、61.9%，壤土比黏土平均增加89.6%；间歇淹水之后，所有秸秆还田处理及土壤类型的DOC浓度均迅速降低。总体上，秸秆还田对两种土壤的水稻增产都有利，但对黏土小麦增产不利，秸秆还田显著增加了稻田前期的DOC浓度，间歇淹水可以迅速降低稻田DOC浓度。