秸秆深还对黑土耕层根区养分空间分布的影响

针对秸秆深还对黑土养分空间变异影响机理不清的问题,在吉林省榆树市恩育乡黑土耕地,进行了秸秆深还试验,设CK(对照)、CS(秸秆深还CSDI)2种处理。建立根区土壤立体模型和坐标系,采用三维立体取样的方法研究了在垂直方向和水平方向上黑土耕层根区速效N、P、K养分的空间分布。结果表明:(1)垂直方向上,秸秆深还对表层土壤速效N、P、K的含量影响不大,对深层土壤(10~25cm)具有明显的增加作用,且增加幅度随着深度的增加而增加。水平方向上,距离玉米主根越近,秸秆深还对养分的增加作用越明显。(2)用三维立体取样研究根区土壤养分分布是可行的,研究结果为秸秆深还养分运移机理和空间分布提供理论依据,也为进行秸秆深还实践提供支撑。     

玉米秸秆在土壤中的分解速率及其对腐殖质组成的影响

为研究秸秆还田后玉米秸秆在土壤中的分解速率及其对土壤腐殖质组成的影响,采用室内培养试验,以黑土和暗棕壤为研究对象,每种类型土壤分别模拟设置:ck(未施用秸秆)、I2(2倍量秸秆与土混合)、I(全量秸秆与土混合)、I1/2(1/2量秸秆与土混合)、C(全量秸秆覆盖)和D(全量秸秆埋置)共6种处理。利用碱液吸收法测定秸秆分解过程中CO_2-C释放量,腐殖质组成修改法提取土壤腐殖质,富里酸(Fulvic acid,FA)、胡敏酸(Humic acid,HA)和胡敏素(Humin,HM)。研究结果表明:玉米秸秆分解过程中其分解速率迅速增加,在第4天各处理秸秆分解速率达到顶峰为194~1 103 mg/(kg·d),随后迅速下降;在第24天到第260天各处理秸秆分解速率缓慢下降趋于稳定,平均在40~160 mg/(kg·d)。不同秸秆用量下,秸秆分解速率表现为I2II1/2;等量秸秆不同处理方式下,秸秆分解速率表现为IDC;黑土中秸秆分解速率高于暗棕壤中相对应处理。培养260 d后,各处理秸秆分解率为43%~78%;黑土中全量秸秆与混合处理的秸秆分解率最高(78%);不同土壤类型下,黑土各处理的秸秆分解率高于暗棕壤相对应处理4%~13%。相对于ck,各处理下土壤有机碳及腐殖质含量显著增加,2倍量秸秆与土壤混合后累积效果更显著,黑土中秸秆还田的培肥效果优于暗棕壤。各处理下土壤PQ值略有增加,无显著差异。     

秸秆深还及配施化肥对土壤腐殖质组成和胡敏酸结构的影响

中国每年农作物秸秆总量巨大,大部分农民选择焚烧,焚烧秸秆会减少表层土壤有机质,损害土壤墒情,引起环境污染,进而危害人类健康。将玉米秸秆施入土壤亚表层(20~40 cm之间),即"秸秆深还"(Corn stover deep incorporation,CSDI),可以有效解决秸秆利用问题,以及由于焚烧秸秆造成的诸多问题,继而达到固碳、蓄水、培肥、稳产的目的。以吉林农业大学试验站玉米连作耕地0~20 cm和20~40 cm土层土壤为研究对象,设CK(未施用秸秆)、CS(秸秆深还)、NPK(单施化肥)、CS+NPK(秸秆深还配施化肥)4种处理,主要研究秸秆深还及配施化肥对土壤腐殖质组成和胡敏酸(HA)结构的影响。腐殖质组成采用腐殖质组成修改法测定,胡敏酸样品采用IHSS方法提取纯化,其结构经元素组成、红外光谱进行研究。结果表明:秸秆深还及秸秆配施化肥对不同土层土壤有机碳(SOC)含量以及腐殖质各组分含碳量均有显著积累作用,PQ值(胡敏酸在腐殖酸中所占的比例)无显著变化。秸秆深还及秸秆配施化肥均能使HA分子的芳香结构比例增加,但CS处理还能同时增加脂族链烃的比例;而CS+NPK处理则使HA的缩合度提高,氧化度下降。说明CS和CS+NPK使HA变稳定的机制有所不同,除了分子结构芳香性提高的作用以外,前者还体现在疏水性的提高上;而后者则体现在分子结构变复杂上。     

秸秆深还不同年限对黑土腐殖质组成和胡敏酸结构特征的影响

秸秆深还(Corn stover deep incorporation,CSDI)指将作物秸秆深埋于土壤亚表层20~40 cm深处,用以解决秸秆焚烧和土壤肥力退化的可持续利用模式。本文以吉林农业大学玉米连作耕地试验田未施用秸秆和秸秆深还不同年限的土壤为研究对象,设置CK、CSDI(2014)、CSDI(2013)和CSDI(2012)共4种处理,分别代表未施入秸秆、2014年秸秆深还(深还第1年)、2013年秸秆深还(深还第2年)、2012年秸秆深还(深还第3年),研究秸秆深还不同年限对黑土腐殖质组成和胡敏酸结构特征的影响。通过腐殖质组成修改法提取富里酸(Fulvic acid,FA)、胡敏酸(Humic acid,HA)和胡敏素(Humin,HM),国际腐殖质协会(International Humic Substances Society,IHSS)推荐的方法提取HA样品,通过元素组成、红外光谱和差热分析测定HA结构。结果表明:与CK相比,秸秆深还1年后显著提高了土壤和腐殖质各组分有机碳含量,亚表层累积效果更明显,其土壤有机碳(SOC)、HA、FA和HM有机碳含量分别增加了23.7%、30.5%、27.3%和46.1%,但PQ值(HA在可提取腐殖物质的比例)没有显著变化;HA氧化度和缩合度降低明显,表层和亚表层(O+S)/C比值分别降低14.31%和14.68%,H/C比值分别增加27.74%和28.86%,脂族链烃和芳香碳含量增加,热稳定性降低,HA结构趋于简单化。随着年限增加,深还3年后SOC、FA和HM有机碳含量呈下降趋势,HA有机碳含量呈上升趋势,PQ值变化显著,HA缩合度、氧化度呈上升趋势,脂族性减弱,芳香性增强,HA结构趋于复杂化。说明随着年限增加,秸秆不断矿化分解,秸秆深还对土壤腐殖质组成和结构特征的影响效果减弱。