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。

秸秆焚烧的原因与秸秆深还技术模式

秸秆焚烧的原因是产量过大,利用量不足,留在田里覆盖影响翌年种地,浅层翻压和旋耕不仅增加成本,还会引起漏风跑墒。目前解决焚烧的最佳办法是将秸秆深埋于土壤亚表层中,即"秸秆深还"。秸秆深还包括"富集深还"和"翻压深还"2种模式,前者为年年都能深层归还的可持续模式,后者应与免耕覆盖配合使用或作为应急模式使用。富集深还模式将站立或卧倒的整株秸杆粉碎还入开好的深沟内,也可以将玉米收获机械抛撒在地表的秸秆拣拾起来进一步粉碎还入开好的深沟内。开沟深还的优点是土层顺序不变,并可富集秸秆2~3倍,达到连年条带轮耕深还的目的。翻压深还是用大型翻地机具将玉米收获机械抛撒在地表的秸秆,按"开沟倍量隔垄"和"全量垄对垄"方式翻入土壤来培肥地力。

机械化秸秆深还机具的临界规模分析及机具配备

秸秆深埋还田是农作物秸秆综合利用的一项主要措施,能有效改善辽西旱区存在的"气候干旱、耕层浅薄、土壤有机质低"的问题。在实践基础上优化了机械化秸秆深埋还田机械化作业工艺,确定了机械化秸秆深埋还田关键作业机具。为了提升秸秆深还机械化水平,实现机具的合理配备与选型,以技术经济学中的成本理论为基础,建立机械化秸秆深还技术中深开沟、秸秆配肥深施、覆土起垄机具的作业费用数学模型,进而分析主要机具的工作效率、作业成本、最小和最大临界规模;提出了100 hm2玉米秸秆机械化深还技术机具配备方案,实现玉米联合收获、秸秆深埋还田、免耕播种,达到节本增效的目的。

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,设对照(ck)、秸秆深还(CS) 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: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(10～25 cm)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。这说明用三维立体取样来研究根区土壤养分的分布是可行的,研究结果可为秸秆深还养分运移机理和空间分布及秸秆深还实践提供理论依据。