耕作方式与秸秆还田对土壤肥力的影响

作者:未知

  摘要 [目的]探讨不同耕作方式与秸秆还田对土壤肥力影响。[方法]利用扬州大学连续定位的稻麦两熟保护性耕作试验平台为主要技术,试验共设置6个处理(连续免耕秸秆覆盖、轮耕1、轮耕2、翻耕秸秆全量还田、少耕秸秆半量还田、翻耕秸秆不还田)。[结果]秸秆还田,特别是翻耕秸秆全量还田(CTS)有助于提高土壤耕层有机质的含量,但土壤有机质含量受秸秆还田量的多少和翻耕程度影响不大。与其他处理相比,少耕(MTS)和翻耕秸秆还田(CTS)处理均能提高土壤全氮含量。[结论]连续免耕秸秆覆盖处理显著提高了土壤表层的碱解氮、速效磷、速效钾含量。一定程度的秸秆还田也有助于土壤养分的提高。
  关键词 耕作方式;秸秆还田;土壤肥力;影响
  中图分类号 S158文献标识码 A
  文章编号 0517-6611(2019)10-0064-03
  Abstract [Objective] The research aimed to explore the effects of different tillage methods and straw returning on soil fertility.[Method]Using Yangzhou University’s continuously positioned rice and wheat twocrop conservation tillage test platform as the main technology,the experiment set up six treatments (notillage and straw mulching,rotation tillage 1,rotation tillage 2,convention tillage and full straw returning,minimum tillage and half straw returning and the convention tillage).[Result]The straw returning to the field,especially the convention tillage and convention tillage and full straw returning (CTS),could improve the organic matter content of the soil,but the soil organic matter content was affected by the straw returning amount.The amount and the degree of tillage had little effect.Compared with other treatments,both minimum tillage (MTS) and tillage and straw returning (CTS) treatment could increase soil total nitrogen content.[Conclusion]Continuous notill straw mulching treatment significantly increased the content of alkali nitrogen,available phosphorus and available potassium in the soil surface.A certain degree of straw returning also contributes to the improvement of soil nutrients.
  Key words Tillage methods;Straw returning;Soil fertility;Effect
  保护性耕作最早起源于美国20世纪30年代,至今已有80多年的历史[1]。美国保护性耕作信息中心将秸秆残茬覆盖至少30% 的耕作方式称为保护性耕作,如免耕、带状耕作、覆盖耕作等[2],对界定保护性耕作提出了一个量化指标。2002 年,我国农业部将保护性耕作定义为尽可能地对农田减少耕作,只要保证种子发芽,并将农作物秸秆及残茬覆盖地表,以减少风蚀、水蚀的侵害,提高土壤和抗旱能力的一项先进的农业耕作技术[3]。随着研究的不断深入,其内涵也在不断更新,目前综合国内外的研究认为保护性耕作是能保护土壤结构,改善耕地环境,将经济、生态、社会协同发展,利用少免耕、适當密植及改造技术的较完善的可持续农业技术配套措施[4]。
  作物秸秆是指农作物收获后残留的不能食用的茎叶等副产品,含有丰富的氮、磷、钾及微量元素,能弥补磷钾化肥的不足[5]。对农业生产具有很大的利用价值[6-7]。作物秸秆的高效利用成为发展可持续农业的重要方向。我国是农业大国,秸秆资源丰富,随着农业主产区大量过剩的秸秆资源问题日趋突出,近几年来受到了政府的关注及重视[8]。伴随着作物产量的提高,秸秆量也在不断地增加,据调查,2000年全国秸秆资源总量为5.541亿t[9],2009年秸秆资源量达8.2亿t[10],但利用率却不高,如何有效利用秸秆资源,杜绝环境污染成了一个问题。而秸秆还田是解决秸秆浪费的重要措施之一[6],大量研究均表明,秸秆还田能改善土壤物理性状、增加土壤肥力、提高作物产量,因此推广秸秆还田技术[11]、优化还田方式具有重要的现实意义。
  土壤耕作的目的是为作物提供一个良好的生长环境并较好地维持农田的生产力,近几年来以免耕为主要措施的保护性耕作大受欢迎。目前,关于免耕与秸秆还田对土壤质量的影响研究较多,结果也大同小异,但对土壤肥力还缺乏长期定位试验和一套总体的评价体系[12-15],为此,笔者选择扬州大学试验田(稻麦两熟区)进行连续定位试验,目的是进一步说明免耕与秸秆还田对土壤肥力的影响,从而进一步推广正确的免耕与秸秆还田技术,为促进该区域生态农业的发展提供理论参考。   1 材料与方法
  1.1 供试土壤理化性质
  该试验在扬州大学试验田进行,试验田土壤为砂壤土,有机质17.66 g/kg、全氮1.07 g/kg、碱解氮80.6 mg/kg、速效磷22.6 mg/kg、速效钾95.5 mg/kg;采用稻麦两熟的种植制度。
  1.2 试验设计
  试验采用随机区组试验,共设置6个处理(表1),3次重复,分布在18个小区,每个小区面积为50 m2,每个小区间筑埂隔离。
  1.3 测定方法及内容
  在2016—2017年,稻后和麦后按5点取样法取0~7、7~14、14~21 cm 3层土壤,风干后测定土壤有机质、全氮和速效氮磷钾含量。用半微量开氏法测定土壤全氮;用重铬酸钾-外加热法测定土壤有机质;用碱解扩散法测定土壤碱解氮;用NaHCO3法测定土壤速效磷的含量;用NH4OAc浸提-火焰光度计法测定土壤速效钾的含量。
  1.4 数据处理
  数据结果用EXCEL进行记录和汇总,用SPSS数据分析工具获取试验所得数据的方差分析。
  2 结果与分析
  2.1 对土壤有机质的影响
  土壤有机质是土壤的重要组成部分,也是衡量土壤肥力的重要指标之一,对土壤水肥气热、物理性状上也有着重要影响。在水稻收获后和小麦收获后对不同处理的土壤有机质含量进行测定,土壤有机质含量在耕层之间有一定差异性,中上层有机质含量较高,各处理土壤有机质含量随耕层不断降低,其中NTS处理有机质含量主要富集于耕作上层(0~7 cm),CT处理和RT1处理在土壤上层(0~7 cm)显著低于其他处理,其中CT与CTS、MTS差异显著。翻耕处理(CTS、MTS)以及轮耕处理(RT1、RT2)在土壤底层(14~21 cm)的有机质含量较免耕处理(NTS)略高。其原因可能是因为免耕没有人为地对土壤进行翻动,施用的肥料及植物残渣很少地进入底层土壤,而翻耕可以使土肥融合,下层有机物质进入较多。秸秆还田处理(NTS、RT1、RT2、CTS、MTS)的有机质含量均高于无秸秆还田处理(CT)。
  2.2 对土壤全氮的影响
  由表3可见,各处理土层全氮含量变化趋势基本与有机质一致。NTS处理下土壤全氮含量主要集中于土壤表层(0~14 cm),且呈明顯的层次性分布。翻耕条件下,土壤全氮含量均以CT处理较低,但差异不显著,说明秸秆还田能提高土壤全氮含量。秸秆还田处理下,翻耕(CTS、MTS)以及轮耕处理(RT1、RT2)上下层全氮含量差距较小,分布比较均匀,原因是翻耕过程中来回交替了上下层土壤,后期施用的肥料可以更好地溶入土层。CTS处理在中下层(7~21 cm)土壤全氮含量略小于MTS处理。综上所述,相较于其他处理,少耕(CTS)和翻耕秸秆还田处理(MTS)均能提高土壤全氮含量,连续免耕影响全耕层土壤全氮含量的提高。
  2.3 对土壤速效养分的影响
  2.3.1 对土壤碱解氮的影响。
  由表4可知,各处理土壤碱解氮含量均随耕层的加深而降低。土壤上层(0~7 cm)CT处理下碱解氮含量最低,NTS处理最大。下层(14~21 cm)土壤碱解氮含量在NTS处理下最低,进一步说明免耕条件下土壤养分存在于土壤表面,不利于土肥相融。稻后轮耕(RT1)及翻耕处理(CTS、MTS)在7~21 cm土层中碱解氮含量大于NTS处理和CT处理,说明适当的轮耕或翻耕以及秸秆还田能够提高碱解氮含量。水稻收后碱解氮含量都低于麦后,其原因可能是水稻吸收氮素较多,而小麦相对较少。
  2.3.2 对土壤速效磷的影响。
  土壤速效磷含量的结果表明(表5),水稻收后连续免耕秸秆覆盖还田(NTS)与CT中下层速效磷含量较低,但各处理的速效磷在土壤上层没有显著差异;小麦收后CTS和MTS处理中下土层(7~21 cm)的速效磷含量显著高于CT处理,耕作表层各处理间没有明显的差异。各处理不同层次之间基本上呈下降趋势,但翻耕处理下降幅度不大,各处理耕层间差异幅度也较小。因此,在土壤速效磷方面,适当翻耕和轮耕及秸秆还田可提高速效磷含量。
  2.3.3 对土壤速效钾的影响。
  在水稻收后和小麦收后对土壤速效钾含量进行测定,结果发现(表6),速效钾含量在免耕处理(NTS)下,在土层0~7 cm处有明显的富集现象,各层次之间有较大差异,中下层速效钾含量仅高于CT处理。无论是水稻收获后还是小麦收获后, CT处理下土壤速效磷含量均最低,这也进一步地说明秸秆还田都能增加耕层土壤中的速效钾含量。
  3 小结与讨论
  经过多年连续定位试验发现,连续免耕秸秆还田处理中下层紧实度高,会对土壤有机质、全氮、碱解氮、速效磷、速效钾产生富集于表层土壤的影响,提高了土壤上层养分含量。
  而在翻耕或轮耕条件下,秸秆还田可以最大程度地提高土壤中营养元素的含量。连续免耕(NTS)、轮耕(RT1、RT2)和翻(少)耕秸秆还田处理(CTS、MTS)的土壤有机质含量,无论在稻后还是麦后都维持在较高水平,较CT相比有很大程度的提高。在连续翻(少)耕的条件下,不同的秸秆还田量对土壤有机质、全氮、碱解氮的影响不大,而秸秆半量还田处理有利于速效磷、速效钾含量的提高。
  正确的耕作方式可以使土地利用趋于合理,从而提高土壤肥力。长期使用单一的耕作方式容易恶化土壤理化性质,流失土壤养分,不利于作物产量提高。适当地转变不同的耕作方式能节省成本,提高土壤养分含量。但如何将耕作方式与秸秆还田措施具体化以及如何与肥料结合利用,使其发挥最佳效果,仍需要做进一步更深层次的研究。
  参考文献
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