秸秆还田方式对土壤理化性质和玉米产量的影响

高强度集约化农业生产导致耕地质量下降、农田土壤退化,而秸秆还田是改善土壤环境、提高土壤有机质的重要途径。目前的秸秆还田方式主要针对表层土壤,忽略了对底土质量的改善效果。本研究设置了秸秆富集深层还田、秸秆覆盖还田、秸秆浅旋还田、秸秆深翻还田、秸秆不还田5种秸秆还田方式,以探究不同秸秆还田方式对不同土层土壤理化性质和玉米产量的影响,为高效利用秸秆资源、提高土壤质量和作物产量提供科学依据。本研究结果表明:秸秆覆盖还田提高了0~20 cm土层土壤含水量、有机碳含量、氮循环酶活性;深翻还田提高了表层土壤水分含量与磷循环酶活性;秸秆富集深层还田显著降低了20~40 cm土层土壤容重、增加了土壤含水量、有机碳含量、全氮含量、矿质氮含量以及胞外酶活性。与不还田相比,秸秆还田处理下玉米产量显著提高13.4%~21.0%。因此,秸秆还田是秸秆资源有效利用的重要方式,有利于改善农田土壤环境,提高土壤养分含量,减少化肥使用,促进作物增产,对农业可持续发展具有重要意义。秸秆富集深层还田对于改善底土质量,扩大土壤碳库,提高耕地质量和土地生产力具有重要作用,可以作为构建深厚肥沃耕层的有效措施。

长期不同施肥和深翻对玉米高粱轮作体系作物钾利用及土壤钾形态的影响

【目的】研究长期施用化肥钾、秸秆还田、有机肥配施化肥钾结合秸秆还田及其深翻对玉米高粱轮作体系作物钾利用效率、土壤钾形态及非交换性钾释放的影响,为合理使用钾肥和提高钾养分资源高效利用提供理论依据。【方法】于2011—2022年在山西省晋中市进行长期定位试验,共设6个处理:不施肥(CK)、氮磷肥(NP)、氮磷钾肥(NPK)、秸秆还田结合有机肥(MS)、氮磷钾肥配施有机肥结合秸秆还田(NPKMS)、氮磷钾肥配施有机肥结合秸秆还田和深翻(NPKMSD),研究不同施肥处理对作物籽粒产量、地上部钾吸收量、钾利用效率、土壤钾形态和土壤非交换性钾释放特征的影响。【结果】与NP和NPK比较,MS、NPKMS和NPKMSD提高籽粒产量6%—8%,地上部钾吸收量提高22%—43%。NPKMS和NPKMSD处理钾素农学利用效率仅为NPK和MS的50%;施肥改变了土壤剖面钾形态,2022年收获后与CK、NP和NPK处理相比,MS、NPKMS和NPKMSD处理0—20 cm土层速效钾含量分别提高了2.2—2.8倍,缓效钾提高了8%—10%;与NPKMS比较,NPKMSD提高了20—40 cm土层速效钾含量。基于随机森林回归模型分析表明,0—20和20—40 cm土层的速效钾与缓效钾含量能解释地上部钾吸收量的64.1%,0—20 cm土层速效钾、缓效钾含量和20—40 cm土层的速效钾含量是影响植株钾吸收的关键因子。用氯化钙浸提时NPK、MS、NPKMS和NPKMSD处理0—20 cm土层非交换性钾累积释放量分别是NP的1.04、1.77、1.99和1.81倍,柠檬酸浸提时则分别为1.05、1.41、1.85和1.63倍。与NPKMS处理比较,NPKMSD处理20—40 cm土层柠檬酸浸提的非交换性钾累积释放量提高17.8%,而氯化钙浸提对其非交换性钾累积释放量没有显著影响。【结论】与施用相当量的化肥钾比较,秸秆还田和有机肥能明显活化土壤钾,提高土壤有效钾和缓效钾的含量,提高钾肥利用效率。化肥钾配施有机肥结合秸秆还田会造成作物钾奢侈吸收降低钾利用效率。深翻提高根层下土层速效钾含量但对产量影响不显著。秸秆还田和有机肥明显促进土壤非交换性钾的释放速率和累积释放量,长期秸秆还田结合适量有机肥能够替代化学钾肥。

秸秆还田配施化肥对春玉米耕层土壤理化性质及产量的影响

通过连续3 a田间定位试验,研究了不同秸秆还田方式配施化肥对春玉米耕层土壤理化性质及产量的影响。结果表明:秸秆还田能显著提高各土层的田间持水量8.6%~18.0%,降低土壤紧实度6.3%~27.5%,且以秸秆深翻和深旋还田方式效果较好,同时这两种方式还能显著降低20~40 cm土层容重。连续秸秆还田后耕层土壤有机质、碱解氮、有效磷和速效钾含量较无还田处理平均提高21.2%、8.6%、15.0%和17.2%。此外,在秸秆还田时配合适量氮肥施用更利于土壤养分的提高,其中秸秆深翻和秸秆深旋配施210 kg/hm^(2)氮肥和90~120 kg/hm^(2)钾肥可显著提升土壤养分状况,促进春玉米穗长、穗粗和百粒重的增加,进而提高春玉米产量,是辽宁棕壤区春玉米生产中比较理想的一种农艺措施,在农业发展中具有一定的应用和推广价值。

秸秆富集深层还田对农田土壤质量影响的研究进展

我国农业生产面临秸秆数量不断增加和土地耕层浅、底层土壤紧实、肥力低下等突出问题。过去对农业用地的管理集中于表层土壤,直到近年来对深层土壤进行管理逐渐受到了学者的重视,也出现了各种创新的田间措施。秸秆富集深层还田就是一项新型高效的秸秆管理措施,在利用秸秆资源来改良土壤结构、培肥深层地力和提高作物产量等方面优势突出。该模式能够打破犁底层避免土壤压实、缓解微生物与作物争夺氮素、减轻秸秆还田对播种和出苗质量的负面影响,提升农田耕层土壤质量,实现秸秆资源的高质高效利用。秸秆富集深层还田为集约化农业生产提供了切实可行的秸秆田间处理和土地健康保育手段,对我国高质量农业发展具有现实意义。本文介绍了秸秆富集深层还田技术,归纳了秸秆富集深层还田的技术特点、研究进展和应用潜力,综述了秸秆深层还田对土壤容重、孔隙度、土壤水分、团聚体结构、养分、有机碳、盐分、微生物、酶活性和作物产量的影响及机制,并在此基础上提出了今后的研究重点,为进一步深入探究秸秆深层还田技术和耕地保育提供参考依据。

秸秆深翻还田对盐碱化土壤玉米根系形态特征及产量的影响

【目的】通过研究秸秆深翻还田下玉米根系的生长发育状况,明确耕作方式对不同程度盐碱化农田改良和玉米生长的影响。【方法】2021—2022年在轻度、中度和重度盐碱化土地上设置农户浅旋不还田(CK)和秸秆深翻还田(DPR)两种耕作方式,以当地主栽玉米品种迪卡159和九圣禾257为试验材料,分析不同处理对土壤理化性质、玉米根系生长状况和产量的影响。【结果】与CK相比,DPR土壤容重降低,含水量升高,碱解氮、全氮、速效磷、速效钾、有机质含量均显著增加(P<0.05),土壤全盐量、pH值分别降低5.48%~48.98%和1.25%~13.71%;DPR玉米根长、根表面积、根平均直径和根体积均显著增加(P<0.05),轻度盐碱化土壤玉米根系指标改善效果最为明显,增幅分别为62.13%、62.99%、26.46%和69.67%;玉米产量较CK提高14.08%~33.61%,中度盐碱化土壤的增幅最大。【结论】秸秆深翻还田可以有效改善土壤理化性质,降低土壤全盐量、pH值。随着全盐量的降低,玉米根长、根体积显著增加,从而增加根表面积,提高了玉米植株利用土壤养分的能力,最终使产量增加。

秸秆还田后效对玉米氮肥利用率的影响

【目的】玉米秸秆还田已经成为培肥土壤的重要农艺措施之一,研究玉米秸秆还田后效对氮肥利用率的影响,旨在为提出提高氮肥利用率的秸秆还田方式提供理论依据。【方法】以中国科学院海伦农业生态实验站为研究平台,以质地黏重的黑土为研究对象,运用15N同位素示踪技术,以2011年进行秸秆还田的田间试验为基础,于2016年开展不同秸秆还田方式后效对化肥氮利用率影响的研究。以未进行秸秆还田的处理为对照(CK),在同等秸秆还田量下(10 000 kg·hm-2)设置免耕秸秆覆盖(D0),粉碎后的秸秆均匀混于0—20 cm土层(D0-20)、0—35cm土层(D0-35)和20—35 cm土层(D20-35),秸秆平铺于35 cm深度(D35)和50 cm深度(D50)7个处理。【结果】不同秸秆还田方式后效通过促进玉米干物质积累,提高玉米对氮素的吸收,增加玉米的氮素积累进而提高氮素利用率。不同处理对玉米各器官干物质积累的影响表现为D0-35>D20-35>D0-20>CK≥D0>D35>D50,其中D0-35和D20-35(秸秆深混还田后效)处理比其他处理分别显著提高了7.1%—47.7%和2.0%—39.1%(P<0.05)(叶子除外)。不同秸秆还田方式后效对玉米各器官氮含量没有显著影响(P>0.05),但是D0-35、D20-35和D0-20处理显著增加了玉米各器官氮素积累量(P<0.05),与CK、D0、D35、D50处理相比分别提高了15.8%—20.2%、8.5%—18.2%和27.9%—39.5%(P<0.05)。与其他处理相比,D0-35和D20-35处理玉米各器官15N累积量分别显著提高了5.1%—38.4%和9.3%—31.8%。74.1%以上的15N累积在玉米的籽粒中,不同秸秆还田方式后效没有显著影响15N在玉米各器官的分配比例,说明玉米秸秆还田后效通过促进玉米植株整体对肥料氮的吸收来提高氮肥的利用率。D0-35处理氮肥利用率和15N肥料氮的残留率与其他处理相比分别提高了1.9—12.7个百分点和6.9—21.2个百分点,而氮肥损失率则降低了8.8—31.3个百分点;但是与CK处理相比,D0、D35和D50(秸秆层铺后效)处理没有显著增加氮肥利用率,同时D0和D50处理氮素损失率提高了3.6和4.4个百分点;说明秸秆层铺后效有增加氮素损失的风险,而通过秸秆深混还田后效构建肥沃耕层是一种提高氮肥利用率的有效地途径。与CK处理相比,D20-35、D35和D50处理的氮肥贡献率分别显著提高了3.74、4.26、3.79和4.51个百分点(P<0.05),但是不同秸秆还田方式后效之间没有显著查差异(P>0.05)。Pearson相关分析结果表明秸秆还田后效通过促进玉米根系生长、增加土壤中轻组有机碳含量及改善土壤物理性质来提高氮肥利用率。【结论】对于质地黏重的黑土,可以通过增加秸秆还田混合深度,构建肥沃耕层提升土壤肥力和改善土壤结构,能够有效提高氮肥的利用率。

秸秆还田与全膜双垄集雨沟播耦合对半干旱黄土高原玉米产量和土壤有机碳库的影响

全膜双垄集雨沟播是我国旱作农业上的一项创新技术。该技术因集覆膜垄面集雨沟播、覆盖抑蒸和增加土壤温度为一体,在半干旱黄土高原地区玉米种植中增产效果突出而被大面积推广。但是目前该技术连续使用下土壤肥力的可持续性及其调控途径不清楚。通过将田间实验与土壤有机碳的物理分组技术相结合,研究全膜双垄集雨沟播对土壤有机碳库的影响,来评估将秸秆还田纳入全膜双垄集雨沟播玉米种植体系的可行性。实验地点位于甘肃省榆中县小康营乡(35°54'N,104°05'E;海拔2013 m;多年平均降雨量388 mm)。实验在垄沟种植方式的基础上设置秸秆不还田不覆膜(对照,CK)、秸秆还田(S)、地膜覆盖(M)和秸秆还田+地膜覆盖(S+M)4个处理,重复3次。实验于2009年3月开始2010年10月结束。除了对玉米籽粒产量进行测定之外,分别于每年的播种和收获时对表层15 cm土壤总有机碳、颗粒有机碳(粒径2—0.05 mm)和轻组有机碳(密度<1.8 g/cm3)含量进行了测定。同时在玉米不同生育时期对表层15 cm土壤微生物量碳、"-葡萄糖苷酶活性、碱性磷酸酶活性和脲酶活性动态进行了测定。研究结果表明,与CK处理相比M和S+M处理分别增加玉米产量89%-105%和93%-136%,但是S处理对玉米产量没有影响。综合2a的测定结果,与CK相比较S、M和S+M处理对土壤总有机碳含量没有影响,但是M处理具有降低土壤颗粒有机碳和轻组有机碳含量的趋势,而S或者S+M处理具有明显的增加土壤颗粒有机碳和轻组有机碳含量的趋势。与M处理相比较,S+M处理增加土壤颗粒有机碳和轻组有机碳含量的效果比与CK处理相比较的效果更明显。与CK相比较,S、M和S+M处理都能够不同程度地增加土壤微生物量碳和"-葡萄糖苷酶、碱性磷酸酶和脲酶的活性,尤其以S+M处理的增加效果更明显。相关分析结果显示,不同处理土壤中3种酶活性与微生物量碳含量均呈极显著正相关关系。研究结果说明全膜双垄集雨沟播可以显著增加玉米产量,但是连续使用可能对土壤有机碳库有不利影响;而纳入秸秆还田对于全膜双垄集雨沟播技术引用下土壤有机碳库和微生物活性的维持或者提高具有积极作用。

甜玉米/白三叶草秸秆还田的碳氮矿化研究

豆科/禾本科作物间套作后进行秸秆还田能补充土壤养分,缓解集约化农业生产对环境的压力。根据田间甜玉米/白三叶草套种各作物的秸秆产量,在恒温恒湿条件下进行室内培养,探讨秸秆不同方式还田后土壤微生物量碳、微生物量氮、呼吸产生的CO_2和矿化产生的无机氮的变化规律。研究发现,各施肥处理的土壤微生物量碳、微生物量氮均在培养前期出现峰值,后期平稳降低;甜玉米秸秆和白三叶草绿肥同时还田的土壤微生物量碳、微生物量氮在各培养时期均最大,峰值分别达529.57mg·kg^(-1)和75.50mg·kg^(-1),土壤呼吸产生的CO_2最多;白三叶草绿肥单独还田有利于土壤无机氮的释放,培养第26d无机氮达到最大值,为29.81mg·kg^(-1),之后一直在对照处理的1.60倍以上,第80d达到2.48倍;甜玉米秸秆单独还田不利于土壤无机氮的释放,培养的第26d至结束,甜玉米秸秆处理的无机氮为对照的13%～53%,最大为7.51mg·kg^(-1);甜玉米秸秆配施尿素,短期内不利于土壤无机氮矿化。结果表明,施用有机物料能引起土壤有机质的短期快速转化,甜玉米秸秆和白三叶草绿肥配施有利于维持较大基数的土壤微生物量,单施白三叶草绿肥土壤微生物活性强,最有利于土壤速效氮的释放。

秸秆还田方式和氮肥类型对黄淮海平原夏玉米土壤呼吸的影响

为了研究黄淮海平原不同秸秆还田方式和施氮类型对夏玉米农田生态系统土壤呼吸的影响,于2010年6—10月,采用LI-COR-6400-09土壤气室连接红外线气体分析仪(IRGA)对玉米农田行间掩埋秸秆区的土壤呼吸作用进行了连续测定。结果表明,常规施肥下,玉米生育期内秸秆行间掩埋处理(ISFR)的平均土壤呼吸速率显著高于秸秆移除(NSFR)和秸秆覆盖(SFR)处理(P<0.05)。秸秆行间掩埋配合施用化学氮肥处理中,配施50.4 kg(N).hm 2处理(ISF3)的平均土壤呼吸速率为(178.85±46.60)mg(C).m 2.h 1,显著高于配施33.6 kg(N).hm 2处理(ISF2)的(124.11±23.18)mg(C).m 2.h 1(P<0.05)。秸秆行间掩埋配合施用鸡粪处理中,鸡粪施用量为33.6kg(N).hm 2(ISOM2)处理的平均土壤呼吸速率为(208.08±31.54)mg(C).m 2.h 1,施用16.8 kg(N).hm 2(ISOM1)和50.4 kg(N).hm 2(ISOM3)处理的为(135.07±21.97)mg(C).m 2.h 1、(171.43±43.31)mg(C).m 2.h 1,相比ISOM2处理,ISOM1和ISOM3处理的平均土壤呼吸速率降低了35.09%和17.61%。ISOM2处理玉米季CO2排放累积量为499.39 g(C).m 2,显著高于ISF2处理的297.86 g(C).m 2。秸秆行间掩埋配合施用化学氮肥对土壤呼吸速率的影响小于配合施用鸡粪的影响,配合施用16%总氮的鸡粪,即33.6 kg(N).hm 2时C/N比最适宜土壤微生物的代谢活动。

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。

玉米秸秆全量深翻还田对高产田土壤结构的影响

为达到玉米生产耕层最适深度(22 cm)和耕层最适土壤容重(1.1~1.3 g×cm^(-3)),解决内蒙古平原灌区耕层浅、犁底层坚硬且厚的农田土壤结构问题,分别选用连续1、2、3、4年秸秆深翻还田定位试验地,秋收后玉米秸秆全量粉碎深翻还田,秸秆年均还田量为20 034.97 kg×hm-2,形成秸秆深翻还田1~4年的4个试验处理(SF1-SF4),以不深翻秸秆还田的处理为对照(CK),研究土壤容重、土壤坚实度、土壤团聚体及其稳定性、土壤肥力及p H随不同年限秸秆深翻还田的变化规律。结果表明:1)SF1-SF4处理0~40 cm土层,土壤容重和土壤坚实度比CK显著减小。2)0~20 cm土层,SF4处理>0.25 mm团聚体比例(R0.25)、几何平均直径(GWD)和平均重量直径(MWD)均比CK显著减小;SF1处理土壤团聚体破坏率(PAD)比CK显著降低9.56%,不稳定指数(SWA)随深翻年限增加而显著降低;团聚体分形维数SF4比CK显著增大7.30%。3)20~40 cm土层,SF1和SF2处理R0.25比CK分别显著增加13.69%和17.83%;SF2处理的MWD和GWD分别比CK显著增加23.92%和53.38%;SF1-SF4处理的PAD比CK显著降低,且SF2显著高于SF1和SF3;而SF1-SF4的SWA比CK显著增加,且随秸秆深翻年限的增加呈逐渐升高趋势;团聚体分形维数SF2比CK显著降低7.39%。4)土壤有机质含量SF1-SF4比CK显著增加,且SF2-SF4处理显著大于SF1;速效氮、速效磷和速效钾SF1-SF4比CK显著增加,土壤p H SF3、SF4比CK显著降低。总之,深翻秸秆还田1~4年对0~40 cm土层土壤影响显著;深翻秸秆还田2年适合土壤犁底层结构的改良,深翻秸秆还田3年和4年适合土壤耕层结构的改良。玉米秸秆全量深翻还田既能达到耕作土壤的目的,同时也增加了土壤有机质,降低土壤团聚体破坏率和土壤水稳性团聚体的不稳定系数,利于培肥耕层土壤。

秸秆深埋还田开沟扶垄犁设计及试验研究

针对我国北方旱作地区春玉米播种时墒情不够、肥力不足的问题,提出了在秋季收获后进行深开沟、沟内铺放秸秆、覆土起垄整垄、垄上覆膜的秸秆深埋,蓄积秋冬降水的土肥水跨季节联合调控技术。研制了秸秆深埋还田开沟扶垄犁。采用对称式可翻转犁架,实现开沟、覆土、起垄、整垄联合作业。田间性能试验结果表明:该机开沟深度可以达到40cm,沟形规整,覆土效果较好,整垄效率高,垄形符合农艺要求。采用该机进行秋季秸秆深埋还田,可以有效提高土壤水分含量,提高玉米产量。

秸秆全量深翻还田和施加生物炭对不同土壤持水性的影响

【目的】研究秸秆深翻还田对土壤持水性的影响机理。【方法】采用连续4 a玉米秸秆全量深翻还田定位试验和土壤有机碳梯度入渗淋溶模拟试验,秸秆全量深翻还田1~4 a处理(SF1、SF2、SF3和SF4),以不深翻秸秆全量还田处理作为对照(CK);土壤有机碳入渗淋溶模拟试验研究了2种质地土壤(砂土、壤土)的不同质量比生物炭处理条件下的土壤水力传导性,砂土中添加质量比为0、1%、3%、5%、8%、10%生物炭处理分别记作CKS、BS、CS、DS、ES、FS,壤土中添加质量比为0、1%、3%、5%、8%、10%生物炭处理分别记作CKR、BR、CR、DR、ER、FR,应用单环入渗法测定了土壤平均入渗速率和累积入渗量,应用压力膜法测定了土壤水分特征曲线。【结果】秸秆全量深翻还田后,相同的静水压力下,SF4处理持水性比CK降低21.05%,土壤平均入渗速率比CK增加82.07%,累积入渗量比CK增加225.09 cm;随深翻秸秆还田年限(随年份和深翻措施的累积增加)的增加,土壤持水性逐渐降低,土壤平均入渗速率逐渐加快,土壤的累积入渗量逐渐增多;在土壤体积质量保持不变的情况下,随生物炭量的增加,砂土的入渗速率、累积入渗量减小,持水能力升高;当生物炭添加比例从1%到8%时,壤土累积入渗量、入渗速率递增,持水能力降低,当添加生物炭量为10%时,较添加8%生物炭处理时土壤持水性略有升高,土壤持水性变化规律出现波动。秸秆全量深翻还田增加了土壤有机质量,土壤有机质的腐解增加了土壤生物炭量,同时结合室内模拟试验的结果,生物炭量的增加改善了土壤(0~40 cm)持水性和通透性。【结论】应适度采取秸秆深翻还田来改善土壤的持水性,可为春玉米的连续高产稳产提供良好的土壤水分环境。

秸秆深还开沟合垄施肥机设计与试验

机械化秸秆深埋还田集秸秆深埋、化肥深施技术于一体,对构建土壤水库、肥库、碳库和提高玉米产量具有重要作用,为彻底解决玉米秸秆焚烧造成的环境污染提供了重要的技术支撑。为此,对深耕合垄施肥机进行了设计和试验。该机可实现深开沟、化肥深施及起垄整垄联合作业,配合玉米联合收获机作业可实现秸秆深埋还田。田间试验结果表明:该机开沟参数和起垄参数符合秸秆深埋还田农艺要求;当开沟深度在30~40cm时,该机作业阻力在25~30k N变化,还应进一步优化工作部件结构以减小作业阻力。种植试验结果表明:机械化秸秆深埋还田种植玉米每公顷增产率为10.59%,增产效果显著。

秸秆还田下有机肥替代部分氮肥对玉米产量及土壤理化性状的影响

为研究秸秆还田条件下有机肥替代部分氮肥对土壤培肥和玉米产量的效果,在长春市选择连年秸秆还田试验地,在等氮条件下设置不施肥、单施化肥和施用3种有机肥(鸡粪堆肥、猪粪堆肥和商品有机肥)替代氮肥等14个处理,测定了土壤有机质含量、土壤速效养分及玉米产量等指标。结果表明,随着有机肥替代化肥比例的增加,土壤容重呈下降趋势,鸡粪替代100%氮肥处理(CM100)、猪粪替代100%氮肥处理(PM100)、商品有机肥替代100%氮肥处理(COF100)容重较100%化肥对照(CF)分别减少6.6%、5.3%、5.3%;在0~20 cm土层,鸡粪替代25%氮肥处理(CM25)的土壤有机质含量最高,比CF提高6.2%;CM25处理的玉米产量比CF降低1.2%,与其他处理相比减产最少;施用3种有机肥替代化肥处理对土壤速效养分没有贡献,均无显著性差异。综合比较,替代量为鸡粪25%~50%的效果最佳,在保证产量的同时,也改善了土壤环境,保护黑土地。

长期定位试验下秸秆还田配套深松对土壤性状及玉米产量的影响

为破解我国玉米生产存在的耕层过浅、地力低下的难题,探索合理有效的秸秆还田技术,采用耕作和秸秆还田方式两因素裂区设计的5年定位试验,分析秸秆还田结合深松、增施氮素对土壤理化性状的影响。结果表明,深松降低土壤容重、孔隙度、有机质含量和速效钾含量,增加田间持水量、碱解氮和速效磷含量;秸秆还田降低土壤容重、田间持水量、碱解氮和速效钾含量,增加孔隙度、有机质和速效磷含量;秸秆还田配施氮素降低土壤容重、表层有机质含量、速效钾含量,增加土壤孔隙度、田间持水量、下层有机质含量、表层碱解氮含量、速效磷含量;秸秆还田结合深松降低表层土壤孔隙度和碱解氮含量、速效钾含量,增加土壤容重、下层孔隙度、田间持水量、表层有机质和速效磷含量;深松、秸秆还田、秸秆还田配施氮素、秸秆还田结合深松均有增产作用。

长期增施有机肥/秸秆还田对土壤氮素淋失风险的影响

【目的】研究长期增施有机肥/秸秆还田对作物产量及土壤氮素淋失风险的影响,旨在为华北平原冬小麦-夏玉米轮作区增强土壤肥力、提高作物产量及降低农业面源污染风险提供依据。【方法】以国家褐潮土肥力与肥料效益监测基地的长期肥料试验为平台,研究长达27年不同施肥处理对冬小麦-夏玉米产量、土壤肥力、氮素淋失风险和土壤氮素剖面分布的影响,试验共设置5个施肥处理,即:对照(CK);氮磷钾(NPK);氮磷钾+有机肥(NPKM);氮磷钾+过量有机肥(NPKM+);氮磷钾+秸秆还田(NPKS)。【结果】(1)在27年的不同施肥处理中,长期增施有机肥/秸秆还田均能使作物增产,改善土壤肥力。其中,增施有机肥处理尤为显著,与NPK相比,NPKM、NPKM+处理提高小麦和玉米产量分别为41%—50%和30%—32%;增加0—20 cm表层土壤有机碳(SOC)和全氮(TN)含量分别为62%—121%、107%—187%;但降低小麦、玉米氮肥偏生产力(PFPN)分别达22%—32%、27%—41%。而NPKS处理对作物增产及提升土壤肥力的作用低于增施有机肥处理,对小麦产量、玉米产量、SOC、TN含量的增幅分别为24%、6%、9%、97%,但提高小麦季PFPN为216%、降低玉米季PFPN为40%。(2)长期增施有机肥/秸秆还田处理中,0—20 cm表层土壤SOC、TN、硝态氮(NO3—-N)、可溶性碳氮等养分含量以及氮矿化速率、硝化潜势等微生物学过程显著高于20—200 cm,说明长期增施有机肥/秸秆还田等外源碳的添加对土壤养分及微生物学过程的影响主要发生在表层。(3)与NPK相比,NPKM处理能够显著增加100—200 cm深层土壤中NO3--N含量,NO3--N平均含量为17.8—26.1 mg·kg-1;而NPKS处理在一定程度上能够增加0—100 cm土层NO3--N含量,NO3--N平均含量为3.6—13.4 mg·kg-1,表明增施有机肥会促进土壤NO3--N的向下迁移,而秸秆还田对土壤NO3--N具有一定的固持作用。此外,由于有机肥和秸秆带入的氮素,NPKM、NPKM+、NPKS处理氮盈余比NPK处理增加312%、1 037%、953%,大大增加了土壤氮素淋失风险。【结论】在氮磷钾化肥基础上增施有机肥/秸秆还田会提高作物产量、增强土壤肥力,但会提高土壤氮盈余量,提高氮素淋失风险,尤其是增施有机肥会大大增加氮素淋失风险。

秸秆还田下氮肥运筹对夏玉米不同时期土壤酶活性及细菌群落结构的影响

【目的】通过研究秸秆还田下氮肥运筹对夏玉米不同生育期土壤酶活性和细菌群落结构的影响,揭示土壤细菌群落对不同施肥措施的响应规律,为调节土壤养分,提高作物产量,改善土壤生物功能提供科学依据。【方法】基于河南农业科学院原阳试验基地5年连续定位试验,选取不施肥(CK)、单施化肥(氮肥基追比1∶1,N)和秸秆全量还田下氮肥基追比1∶1(SN1)、1∶1.5(SN2)和1∶2(SN3)共5个处理,于2016年夏玉米抽丝期和收获期采集0-20 cm土壤样品,采用常规方法测定土壤基础理化性质,采用荧光微型板酶检测技术测定土壤酶活性,采用Illumina Miseq高通量测序方法测定土壤细菌群落结构。【结果】秸秆还田下氮肥基追比对玉米产量及氮肥利用率产生明显影响,相比于N处理,SN1处理显著增产9.98%;SN1和SN2处理氮肥利用率分别提高9.83、5.10个百分点。在夏玉米抽丝期和收获期,相比于N处理,秸秆还田下各氮肥运筹处理不同程度地提高了土壤pH、有机碳、全氮和速效钾含量,其中均以SN1处理增幅最为明显。在玉米抽丝期,除土壤磷酸酶外,SN1处理土壤酶活性均为最高;SN1处理对收获期土壤β-葡萄糖苷酶、纤维二糖甘酶、β-木糖苷酶、α-葡萄糖苷酶和酚氧化酶活性的促进最明显。细菌群落除抽丝期SN1与CK处理Shanno指数显著高于N处理而Simpson指数显著低于N处理外,其余处理间差异不显著。各施肥处理下门水平和纲水平的主要优势种群均为变形菌门、放线菌门和α-变形菌纲和放线菌纲。线性判别效应分析(LEfSe)显示,不同生育期比较,抽丝期最大LDA(linear discriminant analysis)值为酸杆菌纲,收获期为芽单胞菌纲;而同一生育期各处理间比较,抽丝期各处理最大LDA值均为变形菌门的α-变形菌纲,收获期均为γ-变形菌纲。典范对应分析表明,抽丝期土壤pH(P=0.002)、有机质含量(P=0.004)和收获期土壤pH(P=0.03)、硝态氮(P=0.036)、速效钾(P=0.044)含量对细菌群落结构产生显著影响。【结论】土壤pH、有机碳、硝态氮和速效钾含量是影响细菌群落结构变化的主要因素。秸秆还田条件下,氮肥运筹显著影响土壤酶活性和细菌群落结构,氮肥基追比为1∶1时可显著提升土壤养分含量和酶活性,提高δ-变形菌纲、绿弯菌纲和TK10(未分类)相对丰度,从而更有效地促进秸秆分解和转化,发挥有机质调节土壤养分释放、减少养分损失的作用,最终提高玉米产量和氮肥利用率。

玉米秸秆持水深埋对辽西瘠薄耕地土壤养分及玉米产量的影响

为了弄清玉米秸秆持水深埋还田对土壤肥力和玉米产量的影响,采用田间试验的方式,对不同用量的秸秆持水深埋还田效果进行研究。秸秆持水深埋还田配施化肥1a后0-10cm土层有机质含量与对照相比提高2.30%-5.97%,全氮含量提高7.02%-14.91%,体积质量降低9.15%-13.38%,土壤总孔隙度增加10.99%-16.37%;20-30cm土层有机质含量提高2.40%-5.24%,全氮含量提高3.92%-24.51%,体积质量降低6.85%-27.40%,土壤总孔隙度增加了8.97%-34.16%;深层秸秆还田配施化肥更有利于单施化肥后玉米增产效果,增产量幅度在3.52%-8.82%。玉米秸秆持水埋深还田配施化肥不仅改善土壤理化性质,培肥土壤,还能提高玉米产量。

不同耕作方式下新复垦区春玉米试验研究

【目的】探索新复垦区春玉米种植适宜的耕作方式。【方法】通过田间试验,设置传统耕作(CK)、地膜覆盖(FM)、秸秆深埋(BS)、地膜覆盖+秸秆深埋(F+S)4种处理,研究了不同耕作方式对土壤水肥动态及春玉米生长和产量的影响。【结果】(1)F+S、BS、FM处理的玉米生育期内0~20 cm与20~40 cm土层平均含水率分别比CK增加了14.4%、0.2%、13.0%和9.1%、10.7%、1.1%。(2)玉米苗期至灌浆期,F+S处理的20~40 cm与40~60 cm土层土壤平均有机质量比CK、FM、BS处理分别高25.2%、12.5%、8.5%和12.4%、15.6%、5.9%;F+S、BS和FM处理玉米生育期内20~40 cm与40~60 cm土层土壤平均碱解氮量分别比CK高20.7%、22.4%、7.6%和20.4%、18.7%、6.3%。(3)从整个生长过程来看,不同处理的玉米株高、叶面积指数、茎粗均表现为F+S处理>FM处理>BS处理>CK。F+S、BS和FM处理的玉米产量均显著高于CK(P<0.05),分别比CK提高了15.9%、10.5%、5.6%。【结论】地膜覆盖+秸秆深埋处理具有良好的蓄水增肥效果,为新复垦区春玉米的生长提供了较好的土壤环境,获得了较高产量,是新复垦区春玉米种植适宜的耕作方式。