粉碎与颗粒秸秆高量还田对黑土亚耕层土壤有机碳的提升效应

针对东北黑土亚耕层有机碳匮乏,且秸秆体量大、利用困难的问题,于2015—2018年开展田间定位实验,以秸秆不还田为对照(CK),探究粉碎秸秆(FS)与秸秆颗粒(KL)处理下1倍量(15 t·hm^–2)、3倍量(45 t·hm^–2)、5倍量(75 t·hm^–2)的深埋还田对土壤有机碳含量、有机碳结构以及土壤养分比例的影响,旨在通过"变废为宝"促进黑土地可持续发展。结果表明:1)秸秆还田对20~40 cm土壤亚耕层有机碳提升效果显著,随着秸秆倍量的增加,亚耕层土壤有机碳在2%~20%(1 a)、5%~27%(2 a)、1%~18%(3 a)之间变化,高倍量还田优势显著;秸秆还田2 a土壤有机碳增长率最高,表明还田第2年是有机碳的主要积累时期,且秸秆倍量是影响有机碳变化更重要的因素。2)秸秆还田3 a后,FS5处理的脂化度较高而KL5处理的芳香度较高,粉碎秸秆高量还田更易促进烷基碳链型有机碳合成,而KL5处理易促进芳香烃类有机碳合成。3)高量还田后亚耕层土壤碳氮比与碳磷比增幅大于10%,碳钾比增幅大于20%,且秸秆颗粒还田对养分元素比例的提高具有短期快速效应,而粉碎秸秆具有长期缓释效应。秸秆高量深埋还田显著提高亚耕层土壤有机碳含量,平衡碳与氮、磷、钾养分元素比例关系,是增厚培肥黑土层以及解决东北秸秆还田问题的可行方法。

秸秆深还对黑土亚耕层土壤物理性状及团聚体分布特征的影响

为改善我国东北地区黑土亚耕层的土壤结构并解决当地玉米秸秆还田难问题,于2015—2018年开展切碎秸秆(QS)与秸秆颗粒(KL)2种秸秆形态下1倍(15000 kg·hm^(-2))、3倍(45000 kg·hm^(-2))与5倍(75000 kg·hm^(-2))3种秸秆用量的一次性深埋(30~40 cm)还田试验,探究其对黑土亚耕层(20~40 cm)土壤容重、紧实度及土壤含水量的影响,并分析土壤团聚体变化对主要物理性状的调控效应。3年玉米成熟期的测试结果表明:(1)秸秆深还对亚耕层土壤容重、紧实度以及土壤含水量的改善程度高于耕层(0~20 cm),表现为随秸秆用量的增加而提高,随还田后的时间延长而降低,一次性秸秆高量深还改善土壤物理性状的效果可维持多年。(2)秸秆3倍、5倍量还田显著提高了亚耕层土壤>0.25 mm与>2 mm水稳性大团聚体的含量,降低了微团聚体含量;秸秆还田第1、2年为>0.25 mm和>2 mm水稳性团聚体的主要形成时期,其含量最高为CK的5倍和1.5倍(P<0.05)。(3)亚耕层土壤0.25~0.053 mm微团聚体以及>0.25 mm水稳性大团聚体含量均与土壤容重、紧实度以及采样时土壤含水量显著相关,其中0.25~0.053 mm、>2 mm和>0.25 mm粒径团聚体为2016与2017年驱动土壤物理性状变化的关键因子,1~0.5 mm粒径团聚体为2018年驱动土壤物理性状变化的关键因子。综上,切碎秸秆75000 kg·hm^(-2)还田是值得优先推荐的调控土壤团聚体分布、改善亚耕层土壤物理性状的良好措施,兼具改土培肥与秸秆资源化利用的双重优点,可为今后我国黑土区农田土壤改良提供理论依据与技术指导。

增施有机肥对稻田亚耕层土壤的培肥效应

通过大田试验,研究在施用化肥的基础上增施有机肥对耕层(0~15 cm)和亚耕层(15~30 cm)土壤养分含量及水稻产量的影响。结果表明,与单施化肥相比,增施牛粪和饼肥明显提升了土壤有机质、全氮和有效磷含量:在0~15 cm土层,增幅分别为32.17%和10.96%、30.69%和6.56%、131.48%和31.74%;在15~30 cm土层,增幅分别为10.72%和4.77%、6.72%和3.64%、62.69%和11.40%。增施有机肥后水稻产量增加、年度间稳定性提升,其中增施牛粪后产量增加7.98%,变异系数降低3.90个百分点,增施饼肥后产量增加7.72%,变异系数降低3.20个百分点。水稻产量和土壤各养分指标均存在一定程度的正相关,其中在亚耕层产量与有机质、全氮、有效磷的相关系数均高于耕层。耕层和亚耕层土壤有机质、全氮和有效磷含量极显著(P<0.01)影响水稻产量的稳定性。综上,增施有机肥在提高耕层和亚耕层土壤养分含量、水稻产量及其稳定性上均有较好效果,耕层和亚耕层土壤养分状况对水稻产量及其稳定性均有显著影响,生产上要重视对亚耕层土壤的培肥。