秸秆“富集深还”新模式及工程技术

针对长期浅耕造成的土壤亚表层缺乏有机质和过于紧实以及目前秸秆还田成本高或效果差的实际问题,提出了一种简单而有效的快速松土培肥的秸秆还田新模式及相应机具创新和田间工程技术。该技术模式是基于优先快速培肥土壤亚表层的新理念,在条带轮耕深松土壤的同时,将秸秆富集深埋于指定条带的土壤亚表层。将这种秸秆还田新模式称为秸秆富集深埋还田(简称"富集深还"),其主要工程技术是发明研制了秸秆深还筒式犁新机具,通过机械化手段将秸秆富集、粉碎、埋入土壤。具体步骤包括:(1)用指盘式搂草机将玉米秸秆按4∶1~8∶1富集归行;(2)用秸秆还田筒式犁一体机将秸秆粉碎、风力注入指定条带土壤20~40 cm;(3)用免耕播种机在非埋秸秆条带正常免耕播种,实现种还分离,即种植条带(窄行)与埋秸秆条带(宽行)分离。该模式具有秸秆翻压还田与覆盖还田的优点,而克服二者各自的缺点,是秸秆还田与条带少免耕的完美结合,能够实现玉米秸秆连年、机械化全量还田,且不打乱土层顺序、不影响第二年种植。秸秆富集深埋还田,理念新颖,技术可行,对土壤尤其是亚表层有很好的培肥效果。有助于彻底解决秸秆还田成本高或效果差的瓶颈问题,为旱田秸秆田间处理与深厚肥沃耕层构建提供切实可行的机械化工程手段。     

不同秸秆还土方式对旱地土壤培肥和玉米产量的影响

采用田间小区试验研究了秸秆还土方式对旱地土壤培肥和玉米产量的影响。结果表明，秸秆翻压与覆盖均有明显培肥土壤，提高玉米产量的作用，但两种还土方式之间的差异不明显。     

不同秸秆还土方式对旱地土壤培肥和玉米产量的影响

采用田间小区试验研究了秸秆还土方式对旱地土壤培肥和玉米产量的影响。结果表明,秸秆翻压与覆盖均有明显培肥土壤,提高玉米产量的作用,但两种还土方式之间的差异不明显。     

玉米秸秆深还剂量对土壤水分的影响

针对目前秸秆浅旋和直接翻压还田存在的问题,设计了秸秆机械化集中深还田试验,为探讨秸秆集中还田后不同时期的土壤水分分布状况,对不同部位的土壤水分进行了周年监测,结果显示:秸秆集中的部位与玉米播种部位隔开适宜的距离,秸秆还田形成的大孔隙将不会影响玉米的正常生长,秸秆还田的第一年,秸秆处于强吸水阶段,秸秆集中部位的土壤含水量随秸秆剂量的加大而降低、秸秆深还第二年,秸秆仍处于吸水状态,其趋势与第一年类似,但降低的幅度比第一年小;随着秸秆腐解,土壤与秸秆之间的含水量趋近于平衡,其蓄水与供水功能逐渐显现。秸秆深还后土壤水分运动始终处于饱和状态,因此应根据土壤与秸秆的水分状况实施机械化深还,以使秸秆与土壤的水分尽快融合,真正达到保水保肥的目的。     

玉米植株残体培肥土壤的研究

采用土培试验对玉米植株残体施人后土壤理化性质及有机质组成的变化进行了分析。结果表明，土壤加入玉米植株残体后，土壤微生物生物量碳和氮含量提高，土壤的阳离子交换量增强，松结合态、联结合态和紧结合态腐殖质的含量增加，稳结合态腐殖质的相对含量下降，土壤中五碳糖和六碳糖的含量升高，土壤胶体活性变强。玉米秸秆和根茬对土壤的培肥作用存在差异。     

我国南方秸秆还田的培肥增产效应

分别在安徽、湖南、湖北、广西和江苏布置定位试验2年,研究秸秆还田对水稻土的培肥增产效应。结果表明,相比对照(常规施肥,无秸秆还田),秸秆还田(常规施肥+秸秆腐熟剂+秸秆还田)2年来,各试验区域土壤结构疏松,肥力提高,产量增加。总体表现为:土壤容重平均下降2.69%;有机质、全氮、全磷、速效磷、全钾、速效钾和缓效钾分别平均增加6.20%、4.45%、3.68%、6.21%、3.48%、8.42%和4.20%;pH值变化不明显;作物平均增产7.5%(2.2%～18.5%),增幅为水稻(7.2%)<油菜(8.1%)<小麦(11.9%),增产效应均为第1年最明显,且随秸秆还田年限的延续而减缓。在我国应更大面积推广秸秆还田。     

秸秆还田对黑土亚表层微生物群落结构的影响特征及原因分析

为明确切碎秸秆与秸秆颗粒对黑土亚表层土壤微生物群落结构的影响效应,从而评价不同秸秆还田方式对亚表层的培肥效果,该研究于2016—2018年在东北黑土区进行一次性玉米秸秆深埋还田试验,设置切碎秸秆低量(QS1)、切碎秸秆高量(QS5)、秸秆颗粒低量(KL1)与秸秆颗粒高量(KL5)4种秸秆还田处理,并与秸秆不还田(CK)进行对比,于每年玉米收获季对土壤理化指标及微生物菌群结构进行监测。结果表明,1)秸秆还田第1年,切碎秸秆处理显著提高土壤总磷脂脂肪酸含量及真菌摩尔百分数,其高量处理较CK最高增加71.0%和120.5%,而秸秆颗粒处理对细菌、革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌的摩尔百分数增幅更显著,其高量处理最高增加41.6%、29.7%和26.3%;还田第2年高量处理显著提高各菌群磷脂脂肪酸含量,且切碎高量处理的真菌摩尔百分数含量显著高于颗粒高量处理21.0%;还田第3年仅高量处理下的菌群结构有显著分异。2)还田初期切碎秸秆处理显著提高真菌:细菌比值,而低量还田则对革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌比有提高,随还田时间的增加,高量还田比值提高更显著,利于长期维持生态系统稳定性。3)秸秆高量还田可显著改...     

秸秆一次性深埋还田量对亚表层土壤肥力质量的影响

【目的】在以小麦–玉米轮作制为主的黄淮海北部地区,由于长期实施浅旋耕,亚表层土壤结构紧实、有机质匮乏,本研究通过分析不同倍量的粉碎秸秆深埋还田对亚表层土壤肥力的影响,为该地区选择适宜的秸秆还田方式进行亚表层培肥提供理论依据。【方法】本试验在微区土池中进行,设置低(6000 kg/hm^2,T1)、中(12000 kg/hm^2,T2)、高(18000 kg/hm^2,T3) 3种不同量粉碎秸秆的一次性深埋还田试验,并与常规旋耕下的秸秆不还田处理(CK)进行对比,研究2013-2016年深埋还田条件下不同用量秸秆对土壤蓄水量、紧实度、有机碳、全氮、速效氮磷钾含量及作物根系生物量、籽粒产量等指标的影响,并运用主成分分析法评估秸秆增量深还对亚表层土壤肥力质量的影响。【结果】1) 0-40 cm土壤蓄水量随秸秆用量增加而提高,其中T3、T2处理下土壤蓄水量在冬小麦季平均分别提高了50.94%(P <0.05)和59.77%(P <0.05),夏玉米季增幅低于冬小麦季,这表明增加秸秆用量更有利于干旱季土壤水分的保蓄;增加秸秆用量能降低亚表层土壤紧实度高达60%,且能调节土壤pH使之趋于中性;2)中、高量秸秆深埋还田显著提高了亚表层土壤养分含量,如T2、T3处理下有机碳含量显著提高7%~20%(P <0.05),全氮含量显著提高7%~18%(P <0.05),速效养分含量显著提升10%~30%(P <0.05),并增加了亚表层土壤C/N及养分库容;3)主成分分析表明,T3处理的土壤肥力质量略优于T2处理,而以T1处理最差,一次性秸秆增量深还能够长时间维持较高的土壤肥力;4)中、高量秸秆深埋还田可提高冬小麦及夏玉米籽粒产量及其根系生物量,以T2处理冬小麦、夏玉米3年平均籽粒产量最高,增幅分别为7.02%和5.11%(P <0.05),T2、T3处理冬小麦根系生物量平均提高21.9%和16.0%(P <0.05),提高夏玉米根系生物量18.4%和19.5%(P <0.05),然而对秸秆生物量的提高不显著,且T2处理在还田前期对作物生物量的提升作用优于T3处理。【结论】秸秆深埋还田可显著改善亚表层土壤结构,增加土壤养分库容,并提高根系生物量及籽粒产量。12000~18000 kg/hm^2秸秆一次性深埋还田可显著提高亚表层土壤肥力质量,是该地区培肥土壤的有效措施。     

培肥措施培肥土壤的效果与机理研究进展

土壤肥力是农业可持续发展的基础资源,培肥是维持农业土壤肥力水平最主要的措施之一,藉以补偿由于养分随农产品收获及农作物废弃物(如秸秆)带出农田对土壤养分库亏损造成的影响。如何对农田土壤进行有效培肥,达到既提高作物产量和品质,又使农田土壤保持较高肥力,同时有效控制农业面源污染,维护农田良好生态环境,已成为目前农业现代化面临的重要课题之一。本文综述了国内外有关培肥措施与土壤肥力水平关系的研究进展,重点阐述了培肥措施与土壤基本理化性状、土壤酶活性、土壤微生物肥力指标、土壤动物肥力指标之间关系的规律,并指出培肥措施与土壤肥力关系方面今后的研究重点,主要包括:有机肥的精细化高效化投入与土壤肥力关系研究、土壤动物学肥力指标的深入研究、土壤长期培肥的土壤生物学过程研究、土壤培肥与农业面源污染问题研究。本文旨在为通过合理培肥措施来提高农田土壤肥力及维护农田良好生态环境方面的深入研究提供科学依据。     

激发式秸秆深还对土壤养分和冬小麦产量的影响

针对目前黄淮海平原潮土区普遍实施的覆盖式秸秆还田所存在的主要问题,本研究提出了基于氮肥激发的秸秆深埋还田技术,并通过连续4年(2011—2014)的大田定位试验进行检验。系统比较了秸秆移除、秸秆覆盖还田、激发式秸秆深还(秸秆与无机氮肥或有机氮肥配施进行深埋,并于行间种植作物)的3种秸秆还田方式对土壤养分和冬小麦产量的影响。结果表明:激发式秸秆深还在各项土壤养分指标和冬小麦产量方面均有显著优势,该处理能够显著增加土壤有机质、微生物生物量碳、微生物生物量氮、土壤全氮和土壤硝态氮含量,并显著提升冬小麦产量。其中无机氮肥激发秸秆深还处理能显著增加土壤硝态氮含量和冬小麦有效穗数,从而显著提升冬小麦产量。而有机氮肥激发的秸秆深还处理主要通过提升土壤有机质,增加冬小麦千粒重来增加产量。所有处理中16%无机氮肥激发的秸秆深还冬小麦产量最高。     

蒸汽爆破技术在秸秆厌氧发酵中的应用

该文采用蒸汽爆破技术对秸秆进行预处理,探讨提高秸秆厌氧发酵产气量的新工艺.研究蒸汽爆破预处理的关键参数"爆破压力"和"保留时间"对秸秆厌氧发酵效果的影响.结果表明:蒸汽爆破预处理后的秸秆比未经预处理秸秆厌氧发酵的产气量提高34%～67.36%,蒸汽爆破预处理压力在3.0 MPa、保留时间为90 s时,每克干秸秆厌氧发酵沼气产量最大值达到304.72ml;蒸汽爆破预处理后,秸秆厌氧发酵的启动时间和发酵周期大大缩短.     

吉林玉米带现行耕作制度对黑土肥力退化的影响

该文从“体质”和“体型”两个方面探讨了吉林玉米带现行耕作制度对土壤肥力退化的影响。结果表明,现行的耕作制度下,土壤剖面中耕层与犁底层的界面为“波浪型”,而每年进行秋翻的玉米田,其耕层与梨底层的界面为“平面型”。“波浪型”犁底层的土壤容重、三相组成与“平面型”剖面相比有明显差异,而耕层中有机无机复合体及其有机碳分布特征无明显差异,与底层土壤有较大差异。但由于“平面型”剖面耕层的有效土量是“波浪型”有效土量的2倍,因此,在生产上“平面型”剖面土壤保水性能、玉米产量等多方面都普遍优于“波浪型”土壤。吉林玉米带黑土肥力退化的主要原因是耕层有效土量过少。     

Compositional analysis of water-soluble materials in corn stover

Corn stover is one of the leading feedstock candidates for commodity-scale biomass-to-ethanol processing. The composition of water-soluble materials in corn stover has been determined with greater than 90% mass closure in four of five representative samples. The mass percentage of water-soluble materials in tested stover samples varied from 14 to 27% on a dry weight basis. Over 30 previously unknown constituents of aqueous extracts were identified and quantified using a variety of chromatographic techniques. Monomeric sugars (primarily glucose and fructose) were found to be the predominant water-soluble components of corn stover, accounting for 30-46% of the dry weight of extractives (4-12% of the dry weight of feedstocks). Additional constituents contributing to the mass balance for extractives included various alditols (3-7%), aliphatic acids (7-21%), inorganic ions (10-18%), oligomeric sugars (4-12%), and a distribution of oligomers tentatively identified as being derived from phenolic glycosides (10-18%).     

深翻结合心土与不同改土物料混合改良白浆土的效果

该研究通过设置心土混拌配施改土物料区和浅翻深松区进行小区对比试验,调查心土混拌配施不同改土物料对白浆土心土理化性质的改良效果,进而进一步拓宽白浆土心土改良途径。试验共设置浅翻深松区(CK);心土混合区(SML);秸秆+心土混合区(S+SML);秸秆+心土混合区+磷肥(S+SML+P),秸秆+心土混合区+石灰(S+SML+L);秸秆+心土混合区+石灰+磷肥(S+SML+L+P)6个处理。研究结果表明:1)与浅翻深松(CK)相比,深翻结合心土与不同改土物料混合能够改善心土层土壤物理性质,20~40 cm土层土壤含水率提高幅度为2.11~6.11个百分点;硬度降低40%~50%,且没有出现峰值;提高土壤通透性,改善土壤三相比值,固相降低幅度为8.5~9.97个百分点,液相增加幅度为2.82~5.41个百分点,气相增加幅度为3.89~6.65个百分点,容重下降幅度为10.13%~17.09%。2)提高心土层养分含量,碱解氮提高82.75%~121.63%,有效磷提高190.91%~681.82%,特别是添加磷肥处理变化明显,是对照处理6.5~6.8倍,速效钾提高20.7%~40.74%。有机质提高157.14%~185.71%。缓解土壤酸性,加石灰处理p H值提高0.45~0.47个单位。提高土壤全量养分,全氮提高45.76%~52.54%,全磷提高108.14%~144.19%,全钾提高8.10%~26.34%。3)连续两年提高作物产量。与对照区相比,第1年大豆增产13.42%~24.46%,第2年玉米增产13.43%~19.17%,一次改土后效时间长,增产效果显著。研究结果认为,心土混合配施秸秆、石灰和磷肥是白浆土区比较理想的心土改良技术,可为白浆土及其同类低产土壤改良及作物增产提供技术支撑。     

Remediation of subsoil compaction and compaction effects on corn N availability by deep tillage and application of poultry manure in a sandy-textured soil

Subsoil compaction may reduce the availability and uptake of water and plant nutrients thereby lowering crop yields. Among the management options for remediating subsoil compaction are deep tillage and the selection of crop rotations with deep-rooted crops, but little is known of the effects of applications of organic amendments on subsoil compaction. The objectives of this study were to determine the effects of subsoil compaction on corn yield and N availability in a sandy-textured soil and to evaluate the use of deep tillage and surface applications of poultry manure to remediate subsoil compaction. A field experiment planted to corn (Zea mays L.) was conducted from 2000 to 2001 on a Reelfoot fine sandy loam (fine-silty, mixed thermic Aquic Argiudolls) formed in silty alluvium located in southeast Missouri near the Mississippi River. Treatments were arranged in a factorial design with three levels of subsoil compaction and subsoiling and four rates (averaging 0, 6, 11 and 18 Mg ha⁻¹) of poultry manure. Subsoil tillage to a depth of 30 cm had multiple effects, including overcoming a natural or tillage-induced dense layer or pan and increasing volumetric soil water content and crop N uptake, especially in the 2001 cropping year with low early season precipitation. N recovery efficiency (NRE) was significantly higher in the subsoil treatment compared to the highest compaction treatment in 2001. No significant interactions between manure rates and compaction and subsoiling treatments were observed for corn grain and silage yields, N uptake and NRE. Average increases in corn grain yields over all manure rates due to subsoil tillage of compacted soil were 2002 kg ha⁻¹ in 2000 and 3504 kg ha⁻¹ in 2001. Application of poultry manure had a consistent positive effect on increasing grain yields and N uptake in 2000 and 2001 but did not significantly alter measured soil physical properties. The results of this study suggest that deep tillage and applications of organic amendments are management tools that may overcome restrictions in both N and soil water availability due to subsoil compaction in sandy-textured soils.     

Detoxification of corn stover and corn starch pyrolysis liquors by ligninolytic enzymes of Phanerochaete chrysosporium

Phanerochaete chrysosporium (ATCC 24725) shake flask culture with 3 mM veratryl alcohol addition on day 3 was able to grow and detoxify different concentrations of diluted corn stover (Dcs) and diluted corn starch (Dst) pyrolysis liquors [10, 25, and 50% (v/v)] in defined media. GC-MS analysis of reaction products showed a decrease and change in some compounds. In addition, the total phenolic assay with Dcs samples demonstrated a decrease in the phenolic compounds. A bioassay employing Lactobacillus casei growth and lactic acid production was developed to confirm the removal of toxic compounds from 10 and 25% (v/v) Dcs and Dst by the lignolytic enzymes, but not from 50% (v/v) Dcs and Dst. The removal did not occur when sodium azide or cycloheximide was added to Ph. chrysosporium culture media, confirming the participation of lignolytic enzymes in the detoxification process. A concentrated enzyme preparation decreased the phenolic compounds in 10% (v/v) corn stover and corn starch pyrolysis liquors to the same extent as the fungal cultures.     

不同添加剂对全株玉米和青玉米秸青贮饲料质量的影响

为了探讨不同添加剂对全株玉米和青玉米秸青贮饲料质量的影响,利用乳酸菌制剂和酶制剂单独或联合使用对原料进行青贮调制，并对开封后的青贮饲料进行了现场评定、实验室评定、生物评定和二次发酵试验。结果表明：不同添加剂处理后得到的全株玉米、青玉米秸青贮饲料的感官评定均优于对照组；在降低青贮饲料的NDF、ADF含量，提高动物的消化率上，乳酸菌制剂和酶制剂混合作用时的效果最显著；另外，乳酸菌1和乳酸菌1＋酶制剂1能够有效地抑制青贮饲料的二次发酵。     

心土间隔混层技术改善白浆土理化性质提高大豆产量

为了提高改土效率,打破白浆土障碍层次白浆层,改善贫瘠的心土层创造有利条件,该文设计了将白浆土"上翻20 cm,下混30 cm,同时间隔62 cm不混拌"的心土间隔混层犁。2016-2017年在黑龙江省八五四农场设置心土间隔混层区和浅翻深松区大区对比试验,研究改土作业后土壤理化性质、大豆产量及其农艺性状变化,明确改土机械作业效果与作物增产机理。结果表明:与浅翻深松相比,心土间隔处理改土2 a内:改善白浆土心土层土壤物理性质,提高土壤含水率,20～40 cm土层土壤含水率提高幅度为2.13～3.20个百分点;降低心土层土壤硬度,硬度值降低40%～50%,且在20～40cm心土层没有出现峰值,改善土壤三相比例,固相值降低5.06个百分点,液相值增加3.17个百分点,气相值增加1.89个百分点。改善心土层化学性质,20～40 cm土层碱解氮提高33.77%,有效磷提高39.25%,速效钾提高4.16%,有机质提高15.85%,同时提高心土层全量养分含量,降低土壤pH值,但效果不明显。连续调查两年大豆产量,心土间隔混层区比浅翻深松区增产12.66%～13.28%,一次改土后效时间长,增产效果显著。该研究结果可为旱地白浆土及其同类低产土壤的改良提供技术支撑。