不同农作物秸秆腐解规律及模型预测评价

青海省东部农业区气候干旱冷凉、土壤肥力低,导致该地区有机物料腐解规律与其他地区不同。因此,明确该地区农作物秸秆腐解规律变化特征对于青藏高原地区有机物料还田具有重要意义。本试验采用尼龙袋填埋法,以马铃薯秸秆(MLS)、油菜秸秆(YC)、菊芋秸秆(JY)、小麦秸秆(MG)和绿肥毛叶苕子(MS)为试验材料,研究物料还田后的腐解规律,并利用有机组分含量预测腐解方程的特征参数。结果表明,各处理的腐解残留率均表现出前期(0~42 d)快速下降,后期缓慢下降的特征。至腐解结束,MLS、YC、JY、MG、MS的腐解残留率分别为37.86%、40.75%、47.18%、48.35%、18.08%。纤维素、半纤维素和木质素腐解率分别为63%~84%、53%~69%、23%~40%。相关系数矩阵分析结果显示,物料腐解速率与纤维素含量、半纤维素含量、木质素含量、土壤温度、气温、降水呈显著或极显著负相关,与土壤湿度呈极显著正相关。物料质量残留率与腐解时间的关系可用双库指数衰减模型模拟,方程的决定系数均大于0.96。通过多元逐步回归得到该地区有机物料的腐解方程,且物料的初始纤维素、半纤维素和木质素含量可以很好地预测腐解方程的特征参数易分解部分比例和易分解部分的平均周转天数。作为还田物料,绿肥毛叶苕子腐解效果要好于其他农作物秸秆。本研究结果可为青藏高原农业区有机物料还田提供理论依据和技术指导。

不同装袋量下麦秆和毛叶苕子混合腐解特征

掌握不同装袋量下麦秆、毛叶苕子混合的腐解过程,对青海东部农业区秸秆还田和培肥土壤具有重要意义。通过尼龙袋填埋试验,设置物料类型和装袋量两个因素,完全随机组合共9个处理。物料类型设麦秆(W)、毛叶苕子(H)、混合物料(WH)3个水平,装袋量设16、28、44 g 3个水平,研究3种物料类型在不同装袋量下的腐解特征。研究结果表明,各处理下有机物料腐解呈现前期快-中期慢-后期加快的变化规律,至腐解结束,物料类型对累计腐解率有显著影响(P<0.05),麦秆、毛叶苕子、混合物料的累计腐解率平均为45.27%、76.75%、62.25%,表现为毛叶苕子>混合物料>麦秆。装袋量对累计腐解率有显著影响(P<0.05),装袋量分别为16、28、44 g时,平均累计腐解率分别为62.84%、63.32%、58.11%,装袋量28 g下腐解最快。双库指数衰减模型能较好地拟合物料腐解过程中腐解残留率与积温的关系,方程的决定系数均>0.88,预测腐解残留率与实测腐解残留率的MPE、RMSE、nRMSE分别为8%、2.47、7.85%。麦秆、毛叶苕子和混合物料的腐殖化系数平均分别为54.05%、31.32%、41.90%。物料混合显著提高了干物质量的易分解比例(P<0.01),装袋量为16、28、44 g时,混合效应值分别提高了13.27%、15.06%、8.61%,装袋量为28 g时混合效应最高。物料混合显著提高了干物质易分解比例,腐解速率加快。麦秆和毛叶苕子混合能加快物料的腐解,当装袋量为28 g时(相当于麦秆、毛叶苕子还田量分别为5490、3393 kg·hm^(-2))效果最好,该研究结果可为青海东部农业区秸秆还田提供理论和技术指导。

有机物料腐解过程中养分的释放特征及其影响因素

【目的】研究主要作物秸秆养分在土壤中的释放特征,为其合理利用提供科学依据。【方法】在青海农业大学试验站开展有机物料土壤埋袋试验。供试有机物料为马铃薯秆、油菜秆、小麦秆和毛叶苕子,每种物料称取40.0 g于尼龙网袋中,于2021年3月30日埋入20 cm深土壤中自然腐解。埋入土壤后的第7、14、28、42、72、117、162天采样,测定尼龙袋内有机物料干重、碳、氮、磷含量和纤维素、半纤维素、木质素含量,计算物料养分残留率和释放率。【结果】至腐解结束(埋后162天),马铃薯秆、油菜秆、小麦秆和毛叶苕子的碳残留率分别为35.5%、42.2%、53.4%、14.7%。腐解过程中,马铃薯秆、小麦秆和毛叶苕子在埋后0~7天的碳矿化率最大,油菜秆在埋后7~14天的碳矿化率最大。以双库指数积温模型拟合碳残留量随腐解时间的变化,R2均在0.90以上。马铃薯秆、油菜秆、小麦秆、毛叶苕子的年腐殖化系数分别为41%、34%、58%、24%。在整个腐解过程中,小麦秆和毛叶苕子氮素、磷素表现为直接释放,马铃薯秆和油菜秆表现为淋溶—浓缩—释放。腐解至162天,马铃薯秆、油菜秆、小麦秆和毛叶苕子氮素释放率分别为28.0%、10.2%、31.8%、88.3%,磷素释放率分别为45.1%、33.9%、62.4%、71.4%;马铃薯秆、油菜秆和小麦秆磷释放率大于氮释放率,而毛叶苕子的氮释放率大于磷释放率。通过多元逐步回归,有机物料初始碳含量、氮含量、C/P值可以解释氮、磷养分释放的82.5%~98.5%。【结论】有机物料初始碳、氮含量和碳/磷值显著影响着秸秆中氮素和磷素的总释放量。马铃薯秆、油菜秆、小麦秆和毛叶苕子的年腐殖化系数分别达41%、34%、58%、24%。毛叶苕子的氮、磷释放速率快,总释放量高且在腐解过程中持续释放,因而可以替代部分化肥。马铃薯和油菜秆氮、磷释放速率较低,且其释放在腐解过程中表现为淋溶—浓缩—释放过程,在腐解14~72天对养分的富集会与微生物竞争外界氮磷养分,因此,还田时需补充一定量的化肥来满足秸秆腐解对磷氮的需求。小麦秆还田后腐殖化系数最高,氮、磷表现为直接释放,因而培肥土壤的效果最佳。

钾钠离子添加对土土壤团聚体和有机碳矿化的影响

【目的】评价单价阳离子对团聚体稳定性和土壤有机碳矿化的影响,为有机肥尤其是粪肥的科学施用提供理论依据。【方法】采用恒温培养法,研究了不同钾、钠离子浓度下土壤团聚体的稳定性。供试土壤为土。试验中设置K^(+)梯度分别为120、200、280、370、540 mg/kg;Na^(+)梯度分别为90、180、270 mg/kg;并设置在K^(+)370 mg/kg浓度下,添加Na^(+)0、90、180、270 mg/kg的各处理;并以不添加钾钠离子的处理为对照。土壤在70%田间持水量下培养,定期取样,直到培养105天结束。监测土壤有机碳的矿化动态,以双库指数模型模拟有机碳的矿化特征,湿筛法测定团聚体稳定性。【结果】所有处理中2~0.25 mm和>2 mm团聚体的比例均显著高于0.25~0.053 mm团聚体和<0.053 mm粉粘粒,分别占总量的42.0%~52.7%和26.0%~38.9%。添加K^(+)、Na^(+)以及同时添加K^(+)和Na^(+)总体上降低了>2 mm团聚体比例,增加了2~0.25 mm团聚体和<0.053 mm粉黏粒组分比例,从而降低了团聚体平均重量直径(MWD)和几何平均直径(GMD),钾钠共同作用效果更明显。K^(+)120 mg/kg和Na^(+)180 mg/kg两个处理显著降低了有机碳累积矿化量,其余单独添加K^(+)或Na^(+)的处理均无显著影响。钾钠共同处理的土壤有机碳累积矿化量随Na^(+)浓度的增大而减小,降幅为1.2%~22.3%。双库指数模型能较好的模拟有机碳的矿化动态。拟合结果表明,所有处理均增加了来源于活性碳库有机碳的矿化量(Ca),降低了除K^(+)540 mg/kg处理外其他处理源于惰性碳库有机碳的矿化量(Cs),且均降低了活性碳库的矿化速率常数(Ka)。同时,所有处理均增加了Ca占总有机碳矿化量的比例(Ra),而降低了Cs的占比(Rs)。冗余分析(RDA)表明,有机碳累积矿化量与GMD显著正相关,与土壤结构稳定性阳离子比值(CROSS)、钠吸附比(SAR)和可交换性钠百分比(ESP)显著负相关。【结论】钾、钠离子的累积显著影响了土壤团聚体组成,降低了团聚体MWD和GMD,抑制了惰性有机碳的矿化,提高了活性有机碳的矿化量,这可能是施用钾肥很难提高土壤有机质含量的一个原因。

青藏高原小麦秸秆和箭筈豌豆混合腐解规律和养分释放特征

掌握麦秆、绿肥混合腐解和养分释放规律,对于青藏高原东部农区的地力培育和减肥增效具有重要意义。该研究在田间设置麦秆、箭筈豌豆、低量和高量麦秆与箭筈豌豆混合4个处理,研究有机物料的腐解和养分释放规律。结果表明,各处理下有机物料的腐解呈现前期快后期慢的变化规律,至腐解结束,麦秆、箭筈豌豆、低量和高量麦秆与绿肥混合处理的累积腐解率分别为51.5%、82.2%、78.6%和75.2%,氮素释放率分别为21.3%、81.5%、79.3%和79.0%,磷素释放率分别为60.1%、76.2%、74.2%和82.2%。物料中氮素和钾素释放主要集中在填埋后0~33 d,占总释放量的70%~83%和95%以上。箭筈豌豆磷素释放主要集中于0~33 d,麦秆主要在0~97 d。双库指数衰减模型可以很好地表征物料腐解过程的干物质量、氮素和磷素的残留过程,方程的决定系数大于0.93。物料混合显著提高了氮素的易分解比例(P<0.01),延长了易分解氮素的平均周转周期,低量和高量麦秆与箭筈豌豆混合的氮素易分解比例分别比预测值提高了14%和25%,周转天数延长了5和6 d。高量麦秆与绿肥混合使磷素的易分解比例提高了21%。物料混合显著改善了氮素和磷素的释放特征,其中高量麦秆和绿肥混合提高了氮素和磷素的可利用率,延长了氮素释放周期,更有利于后茬作物的吸收利用。研究结果可为青藏高原东部农区秸秆还田的实施提供理论和技术指导。

青海高原小麦秸秆-毛叶苕子混合腐解特征

【目的】研究小麦秸秆、毛叶苕子及二者混合物料在耕层土壤还田后的腐解和养分释放规律,以期为青海高原有机物料还田提供理论依据和技术指导。【方法】将毛叶苕子(G)、麦秆(S)和麦秆+毛叶苕子混合(G+S)3种有机物料自然风干后,切成2 cm长,放入尼龙网袋,埋入20 cm深土壤中自然腐解,地表撂荒。在埋入土壤后的第7、14、28、42、72、117、162天取样,测定相关指标。【结果】各处理干物质累积腐解率和养分释放率随腐解进程的推进而逐渐升高,升高趋势表现为前期快后期慢,试验结束时均表现为G>G+S>S,3种有机物料的累积腐解率分别为81.93%(G)、51.65%(S)、64.17%(G+S),碳素累积释放率分别为85.30%(G)、46.66%(S)、62.77%(G+S),氮素累积释放率分别为88.29%(G)、31.83%(S)、66.78%(G+S),磷素累积释放率分别为71.30%(G)、62.66%(S)、68.24%(G+S),钾素累积释放率分别为98.24%(G)、94.62%(S)、97.40%(G+S)。各处理的快速腐解期均为0~42天,各养分的快速释放期不同,碳是在0~7天,氮是在0~28天,磷是在0~14天,钾是在0~42天。通过双库指数衰减模型模拟发现,G、S、G+S处理易分解干物质量,分别占总质量的79.25%、53.62%、64.16%,各处理碳、氮、磷和钾的易分解比例均以G处理最高,钾的易分解比例以S处理最高。G+S处理的实测值(OBS)相较于预测值(EXP)提高了干物质量、碳、氮、磷和钾的易分解部分比例,分别提高了1.47%、6.02%、22.77%、5.41%和0.20%,并增加了碳、氮的平均周转天数,降低了磷、钾的平均周转天数。【结论】毛叶苕子、麦秆的累积腐解率分别为81.93%(G)、51.65%(S),二者混合后可达64.17%,毛叶苕子中的碳、氮、磷和钾的累积释放率高于麦秆。毛叶苕子中易分解部分的比例为79.25%,且碳、氮、磷和钾在易分解部分中的比例高于麦秆。毛叶苕子与麦秆混合后,调节了易分解部分比例以及其中的碳、氮、磷和钾含量,增加了碳、氮的平均周转天数,降低了磷、钾的平均周转天数,更有利于后茬作物对养分的利用。