• ISSN 1008-505X
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不同量秸秆一次性深埋还田对亚表层土壤肥力质量的影响

丛萍 李玉义 王婧 逄焕成 张莉 刘娜 高建胜

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不同量秸秆一次性深埋还田对亚表层土壤肥力质量的影响

    作者简介: 丛萍E-mail:cpqdjz@126.com;
    通讯作者: 逄焕成, E-mail:panghuancheng@caas.cn
  • 基金项目: 国家重点研发计划(2016YFD0300804);旱地保护性耕作及其农艺化机械作业技术(2016-2020);公益性行业(农业)科研专项(201303130):北方旱地合理耕层构建技术及其配套耕作机具研究与示范。

Effect of one-off bury of different amounts of straws at 40 cm deep on subsoil fertility

    Corresponding author: PANG Huan-cheng, E-mail:panghuancheng@caas.cn ;
  • 摘要: 【目的】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,造成亚表层土壤结构紧实、有机质匮乏,本文通过探讨不同倍量的粉碎秸秆深埋还田对亚表层土壤肥力质量的影响,为该地区培肥亚表层适宜的秸秆还田方式提供理论依据。【方法】本试验在微区土池中进行,设置低 (6000 kg/hm2,T1)、中 (12000 kg/hm2,T2)、高 (18000 kg/hm2,T3) 3种不同用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 (CK) 进行对照,研究2013~2016年深埋还田条件下不同用量秸秆对土壤蓄水量及紧实度、有机碳及全氮含量、速效氮磷钾含量、作物根系生物量及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50.9% (P < 0.05) 和59.8% (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值使之趋于中性;2) 中、高量秸秆深埋还田显著提高了亚表层土壤养分,表现在T2、T3处理下SOC显著提高7%~20% (P < 0.05),全氮显著提高7%~18% (P < 0.05),速效养分含量显著提升10%~30% (P < 0.05),还能增加亚表层土壤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处理平均提高冬小麦根系生物量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程度高于T3处理。【结论】秸秆深埋还田可显著改善亚表层土壤结构,增加土壤养分库容以及提高根系生物量及籽粒产量。一次性深埋还田秸秆12000~18000 kg/hm2可显著提高亚表层土壤肥力质量,是培肥土壤的有效措施。
  • 图 1  试验期间日平均降雨量和日平均气温

    Figure 1.  Daily rainfall and mean temperature during the growth period at the experimental station

    图 2  2014—2016年亚表层平均土壤紧实度监测结果

    Figure 2.  Average soil compactness in subsoil monitored in 2014–2016

    图 3  旋转因子载荷分布

    Figure 3.  Loading distribution of the rotated factors

    图 4  不同秸秆还田量下2014—2016年小麦-玉米籽粒产量、秸秆以及根系生物量

    Figure 4.  Grain yield and straw and root biomass of wheat-maize under different straw returning rate in 2014–2016

    表 1  试验地0—40 cm土层土壤基本理化性状 (2013年10月1日)

    Table 1.  Physical and chemical properties of the test soil (Oct. 1,2013)

    土层
    Soil layer
    (cm)
    pH容重
    Bulk density
    (g/cm3)
    紧实度
    Compactness
    (kPa)
    含水量
    Water content
    (%)
    有机碳
    Organic C
    (g/kg)
    全氮
    Total N
    (g/kg)
    碱解氮
    Alk.-Hydr. N
    (mg/kg)
    速效磷
    Available P
    (mg/kg)
    速效钾
    Available K
    (mg/kg)
    0—207.761.351378.8913.19.020.7940.654.96128.38
    20—407.951.502946.2115.65.330.5534.123.28 83.41
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    表 2  2014—2016年不同用量秸秆还田后土壤pH的变化

    Table 2.  Changes of soil pH under different straw returning dosages from 2014 to 2016

    土层 (cm)
    Soil layer
    处理
    Treatment
    冬小麦季 Winter wheat season夏玉米季 Summer corn season
    201420152016201420152016
    0—20CK7.73 a7.71 a7.73 a7.68 a7.65 a7.70 a
    T1 7.64 ab7.67 a7.69 a7.62 a7.64 a7.67 a
    T2 7.67 ab7.62 a7.63 a7.64 a7.60 a7.65 a
    T37.62 b7.61 a7.65 a7.57 a7.60 a7.63 a
    20—40CK7.81 a7.84 a7.80 a7.89 a7.90 a7.87 a
    T17.27 b7.32 b7.51 b7.33 b7.45 b7.66 a
    T2 7.10 bc7.18 b7.29 b 7.20 bc 7.34 bc7.43 b
    T37.03 c7.17 b7.21 b7.12 c7.23 c7.34 b
    注(Note):T1—6000 kg/hm2; T2—12000 kg/hm2; T1—18000 kg/hm2; 同列数据后不同小写字母代表不同处理同一年份差异达 5% 显著水平 (P < 0.05) Values followed by different lowercase letters indicate significant difference among treatments in the same year at 5% level.
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    表 3  2014—2016年不同秸秆还田量对0—40 cm土壤蓄水量的影响 (mm)

    Table 3.  Effects of different straw returning amount on soil water storage capacity of 0–40 cm from 2014 to 2016

    处理
    Treatment
    冬小麦季Winter wheat season夏玉米季Summer corn season
    201420152016平均Average201420152016平均Average
    CK32.10 c55.58 c30.11 c39.2670.43 c80.06 c57.39 c69.29
    T143.46 b58.65 c 34.29 bc45.4777.15 b88.91 b61.75 b75.94
    T250.93 a65.39 b36.50 b50.9479.43 b 94.75 ab63.85 b79.34
    T356.05 a80.23 a43.04 a59.7785.67 a100.35 a68.42 a84.81
    注(Note):T1—6000 kg/hm2; T2—12000 kg/hm2; T1—18000 kg/hm2; 同列数据后不同小写字母代表不同处理同一年份差异达 5% 显著水平 (P < 0.05) Values followed by different lowercase letters indicate significant difference among treatments in the same year at 5% level.
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    表 4  不同秸秆还田量下亚表层土壤养分含量

    Table 4.  Nutrient contents in subsoil under different straw returning dosages

    年份
    Year
    处理
    Treatment
    有机碳 (g/kg)
    SOC
    全氮 (g/kg)
    Total N
    C/N有效氮 (mg/kg)
    Available N
    有效磷 (mg/kg)
    Available P
    速效钾 (mg/kg)
    Available K
    2014CK5.50 ± 0.14 b0.56 ± 0.02 b9.82 ± 0.04 a30.28 ± 0.73 b3.30 ± 0.02 b81.07 ± 0.80 b
    T15.84 ± 0.17 a 0.58 ± 0.03 ab10.07 ± 0.06 a 35.28 ± 0.50 a3.56 ± 0.06 a86.32 ± 0.63 a
    T25.95 ± 0.22 a0.60 ± 0.02 a9.92 ± 0.05 a34.49 ± 0.50 a3.67 ± 0.07 a87.94 ± 0.58 a
    T35.97 ± 0.15 a0.60 ± 0.02 a9.95 ± 0.06 a33.45 ± 0.27 a3.77 ± 0.08 a89.03 ± 0.69 a
    2015CK5.27 ± 0.21 c0.54 ± 0.02 c9.76 ± 0.06 a28.77 ± 0.75 b3.19 ± 0.06 c75.00 ± 1.04 c
    T1 5.60 ± 0.30 bc 0.57 ± 0.02 bc9.82 ± 0.09 a 32.97 ± 0.27 ab3.43 ± 0.05 b81.33 ± 1.28 b
    T2 6.11 ± 0.25 ab 0.61 ± 0.03 ab10.02 ± 0.07 a 35.97 ± 0.41 a3.73 ± 0.03 a 85.33 ± 0.95 ab
    T36.33 ± 0.33 a0.64 ± 0.04 a9.89 ± 0.06 a37.20 ± 0.81 a3.87 ± 0.10 a90.33 ± 1.30 a
    2016CK5.02 ± 0.27 b0.52 ± 0.04 b9.65 ± 0.08 c25.67 ± 0.49 c2.96 ± 0.09 c70.03 ± 0.58 c
    T15.41 ± 0.21 b0.55 ± 0.02 b9.84 ± 0.07 b 28.03 ± 0.81 bc3.22 ± 0.07 c74.10 ± 1.10 c
    T25.98 ± 0.19 a0.60 ± 0.02 a 9.97 ± 0.09 ab31.93 ± 0.74 b3.63 ± 0.03 b81.60 ± 0.49 b
    T36.32 ± 0.30 a0.62 ± 0.03 a10.19 ± 0.08 a 35.53 ± 0.81 a3.92 ± 0.07 a87.00 ± 0.38 a
    注(Note):T1—6000 kg/hm2; T2—12000 kg/hm2; T1—18000 kg/hm2; 表中数值为三次重复的平均值 ± SE Data are mean of triplicates ± SE. 同列数据后不同小写字母代表不同处理同一年份差异达 5% 显著水平 (P < 0.05) Values followed by different lowercase letters indicate significant difference among treatments in the same year at 5% level.
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    表 5  土壤肥力质量性状的主成分提取及旋转因子载荷矩阵

    Table 5.  Principal component extraction and rotated component matrix of soil fertility quality

    土壤肥力指标
    Soil fertility index
    主成分1 (F1)
    1st component
    主成分2 (F2)
    2nd component
    pH–0.3360.089
    含水量Soil water content0.2250.819
    紧实度Soil compactness–0.3500.071
    有机碳SOC0.356–0.104
    全氮Total N0.3530.005
    C/N0.295–0.518
    碱解氮含量Alk.-Hydr. N0.3510.142
    有效磷含量Available P0.360–0.080
    速效钾Available K0.3490.107
    特征值Eigenvalue7.5240.880
    VC(%)83.609.77
    CVC(%)83.6093.37
    注(Note):VC—方差贡献率 Variance contribution; CVC—累积方差贡献率 Cumulative variance contribution.
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    表 6  各因子得分以及土壤肥力质量综合得分

    Table 6.  Scores of principal components and general scores of soil fertility quality relative to treatment

    年份
    Year
    处理
    Treatment
    主成分1 (F1)
    1st component
    主成分2 (F2)
    2nd component
    综合得分
    Total score
    2014CK–0.7620.130–0.624
    T10.433–0.5310.310
    T20.5710.0710.484
    T30.7840.2070.676
    2015CK–1.2050.946–0.915
    T1–0.1811.168–0.037
    T20.8500.6470.774
    T31.2001.5051.150
    2016CK–1.933–0.199–1.635
    T1–0.934–0.843–0.863
    T20.174–1.2820.020
    T31.003–1.8210.661
    注(Note):T1—6000 kg/hm2; T2—12000 kg/hm2; T1—18000 kg/hm2.
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    表 7  冬小麦–夏玉米生物量与亚表层土壤肥力指标的相关性分析

    Table 7.  Correlation analysis between winter wheat–summer maize biomass and subsoil fertility index

    生长季
    Season
    指标
    Item
    pHSWSCSOCTNC/NANAPAK
    小麦季
    Wheat
    秸秆生物量
    Straw biomass
    –0.51670.6609*–0.49170.7179**0.7400**0.45830.6999*0.6949*0.5308
    籽粒产量
    Grain yield
    –0.6040*0.7191**–0.5884*0.7686**0.8010**0.46250.7642**0.7516**0.6302*
    根系生物量
    Root biomass
    –0.7164**0.4795–0.7084**0.8085**0.7774**0.7556**0.8165**0.7778**0.6513*
    玉米季
    Maize
    秸秆生物量
    Straw biomass
    –0.55400.9426**–0.6222*0.6040*0.6427*0.32840.8037**0.6401*0.7791**
    籽粒产量
    Grain yield
    –0.6484*0.8448**–0.6782*0.7301**0.7790**0.37990.8282**0.6942*0.7088**
    根系生物量
    Root biomass
    –0.8820**0.4278–0.9000**0.9512**0.9342**0.8181**0.9155**0.9483**0.9237**
    注(Note):SW―土壤含水量 Soil water content; SC―土壤紧实度 Soil compactness; SOC―土壤有机碳含量 Soil organic carbon content; TN―土壤全氮含量 Total nitrogen; AN―土壤碱解氮含量 Available nitrogen content; AP―土壤速效磷含量 Available P content; AK―土壤速效钾含量 Readily available K content. *—P < 0.05;**—P < 0.01.
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-01-31
  • 网络出版日期:  2020-01-13

不同量秸秆一次性深埋还田对亚表层土壤肥力质量的影响

    作者简介:丛萍E-mail:cpqdjz@126.com
    通讯作者: 逄焕成, panghuancheng@caas.cn
  • 1. 中国农业科学院农业资源与农业区划研究所,北京 100081
  • 2. 山东省德州市农业科学院,山东德州 253000
  • 基金项目: 国家重点研发计划(2016YFD0300804);旱地保护性耕作及其农艺化机械作业技术(2016-2020);公益性行业(农业)科研专项(201303130):北方旱地合理耕层构建技术及其配套耕作机具研究与示范。
  • 摘要: 【目的】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,造成亚表层土壤结构紧实、有机质匮乏,本文通过探讨不同倍量的粉碎秸秆深埋还田对亚表层土壤肥力质量的影响,为该地区培肥亚表层适宜的秸秆还田方式提供理论依据。【方法】本试验在微区土池中进行,设置低 (6000 kg/hm2,T1)、中 (12000 kg/hm2,T2)、高 (18000 kg/hm2,T3) 3种不同用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 (CK) 进行对照,研究2013~2016年深埋还田条件下不同用量秸秆对土壤蓄水量及紧实度、有机碳及全氮含量、速效氮磷钾含量、作物根系生物量及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50.9% (P < 0.05) 和59.8% (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值使之趋于中性;2) 中、高量秸秆深埋还田显著提高了亚表层土壤养分,表现在T2、T3处理下SOC显著提高7%~20% (P < 0.05),全氮显著提高7%~18% (P < 0.05),速效养分含量显著提升10%~30% (P < 0.05),还能增加亚表层土壤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处理平均提高冬小麦根系生物量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程度高于T3处理。【结论】秸秆深埋还田可显著改善亚表层土壤结构,增加土壤养分库容以及提高根系生物量及籽粒产量。一次性深埋还田秸秆12000~18000 kg/hm2可显著提高亚表层土壤肥力质量,是培肥土壤的有效措施。

    English Abstract

    • 黄淮海平原北部区作为中国重要的综合性农业生产基地,在保障国家粮食安全中具有举足轻重的地位[1-2]。然而,由于长期以旋代耕的方式造成土壤紧实、耕层变浅[3],严重影响作物生长[4]。有研究表明中国黄淮海平原传统旋耕方式下,土壤耕层不足15 cm,且75%的农田存在犁底层,犁底层厚度达15 cm左右。犁底层位于亚表层范围内,严重阻碍耕作层与心土层之间水、肥、气、热的连通性,有效水分保蓄较低[4,5]。在作物耗水高峰期,犁底层紧实度高达4700 kPa,严重影响作物生长[6]。另外,长期以来施用秸秆浅还等措施导致表层0—20 cm与亚表层20—40 cm有机质差异悬殊[2]。全国第二次土壤普查数据表明,中国黄淮海平原农作潮土区0—20 cm土壤有机质含量在9~18 g/kg,而20—40 cm土壤有机质含量仅为5~7 g/kg,亚表层有机质明显匮乏。而土壤亚表层是许多农作物根系的重要分布层[2],其肥力状况与耕性直接影响作物根系质量密度[3],从而影响作物产量。可见改善黄淮海地区亚表层土壤结构、提高其肥力质量已刻不容缓。

      国内外学者针对不同地区的土壤亚表层问题提出了相应的培肥措施。日本学者借助圆盘破碎机对菜田实施犁耕以破除犁底层,在此基础上甜菜和大豆的产量分别提高了6%和5%[7]。在干旱地区深埋有机肥与覆膜相结合的试验也表明深松或覆盖可提高水稻在干旱区气候条件下的籽粒产量[8]。虽然深施有机肥能够在打破犁底层的同时培肥亚表层土壤,但是有机肥价格昂贵,在中国现有国情下不适合农田大面积施用。我国学者窦森针对中国东北黑土地亚表层培肥提出了秸秆“富集深还”的方式[1],运用一种风力注入秸秆深还筒式犁实现秸秆深埋,具有不改变土层顺序、免耕播种、打破犁底层的优点。韩晓增等[9]针对东北黑土退化问题,将秸秆和有机肥深松施入20—35 cm土层来构建肥沃耕层,具有降低土壤容重、增加总孔隙度、提高土壤含水量的作用。这表明实施秸秆深还在黑土地区可促进亚表层良好土壤结构的形成,且秸秆中含有C、N、P、K等营养元素,施入到土壤中可将部分养分归还土壤,促进养分循环,是培肥土壤的可行方法[10]。但是以上研究中的秸秆还田量不足1倍,若要保证土壤肥力的持续增加则需要年年耕翻,这就增加了农机具进地次数,不利于土壤养分的固存。

      研究证明,因地制宜地增加秸秆还田量可快速培肥土壤。张静等[11]发现当施N 138 kg/hm2、玉米粉碎秸秆还田量 9000 kg/hm2时,较还田量6000 kg/hm2更能提高黄土高原地区土壤肥力,徐萌等[12]以辽宁褐土为供试土样研究了粉碎秸秆浅耕还田的培肥效果,发现粉碎秸秆以18000 kg/hm2还田可较全量还田显著提升土壤速效磷、钾含量,而Wang等[13]研究发现1倍量 (1 t/hm2) 秸秆还田较1/2倍量 (0.5 t/hm2) 秸秆还田显著提高土壤碳库管理指数。还有一些学者认为,大量秸秆还田后打破微生物生态平衡,与作物竞争土壤有效氮,并不利于作物生长[14-15]。由此可见,目前对秸秆还田量的研究仍然局限于浅耕还田,且土壤质地的不同也会造成秸秆还田量的差异。

      我国黄淮海地区属雨热同季暖温带大陆性季风气候,以小麦-玉米轮作种植制度为主,耕作频繁,化肥施用量大,土壤有机质矿化作用强烈[16]。由此推断,当一次性将大量秸秆施入土壤亚表层后,相当于投入了大量的有机碳源,不仅会改变土壤物理性状,同时也改变了土壤的养分供应状况,从而影响土壤的肥力质量,最终反馈到作物产量的变化。基于此,本试验增大秸秆用量,实施一次性深埋还田,连续3年观察亚表层土壤理化性状的变化,并用主成分分析法评价亚表层土壤的肥力质量,以期为黄淮海平原北部地区亚表层土壤肥力的快速提高获得理论依据。

      • 试验于2013—2016年在山东省德州市德城区黄河涯镇的德州市农业科学研究院试验园区 (116°18′E、37°27′N) 进行。该地区是典型的冬小麦-夏玉米轮作一年两熟种植区,属于暖温带大陆性季风气候。德州市气象局数据显示,试验区年均气温13.4℃,≥ 10℃的年均积温4621℃,无霜期205 天,年降雨量510 mm,主要集中在7~9月 (图1)。供试土壤为黄潮土,肥力均匀,试验前土壤养分状况如表1

        图  1  试验期间日平均降雨量和日平均气温

        Figure 1.  Daily rainfall and mean temperature during the growth period at the experimental station

        表 1  试验地0—40 cm土层土壤基本理化性状 (2013年10月1日)

        Table 1.  Physical and chemical properties of the test soil (Oct. 1,2013)

        土层
        Soil layer
        (cm)
        pH容重
        Bulk density
        (g/cm3)
        紧实度
        Compactness
        (kPa)
        含水量
        Water content
        (%)
        有机碳
        Organic C
        (g/kg)
        全氮
        Total N
        (g/kg)
        碱解氮
        Alk.-Hydr. N
        (mg/kg)
        速效磷
        Available P
        (mg/kg)
        速效钾
        Available K
        (mg/kg)
        0—207.761.351378.8913.19.020.7940.654.96128.38
        20—407.951.502946.2115.65.330.5534.123.28 83.41
      • 试验所用的秸秆取自2013年收获的夏玉米秸秆,低量还田处理是以当地玉米秸秆生产量6000 kg/hm2为基准,在此基础上倍量增加,增加的秸秆取自于当地净生产田,即不进行秸秆还田的地块。将收集来的秸秆自然风干后用HC-2000型粉碎机进行粉碎备用,粉碎后秸秆长度约在10~20 cm。秸秆C、N、P、K含量分别为54.2%、0.67%、0.24%、1.66%。

      • 试验为微区试验,微区土池于2013年10月5日开始修建,前茬玉米收获后,清除地上所有秸秆和根茬,每个微区四周挖深40 cm、宽10 cm的沟槽,放置长300 cm × 宽6 cm × 高55 cm的水泥板,其内侧铺设两层塑料薄膜,“U”钉固定在水泥板上,小区间隔50 cm,防止小区间相互影响,微区面积9 m2(3 m × 3 m)。微区试验内共设置4种不同用量的秸秆还田处理,即6000 kg/hm2(T1)、12000 kg/hm2(T2)、18000 kg/hm2(T3) 以及秸秆不还田 (CK),每个处理设置3次重复,共计12个微区。秸秆通过深埋的方式仅在2013年10月初布置试验时一次性施入,为不扰乱0—20 cm以及20—40 cm两个土层的土壤,分别将微区内2个土层的土壤人工挖出,将已准备好的粉碎秸秆按照不同用量仅在40 cm土层深处铺放,再将挖出的土壤按照原始土层次序移回池内以模拟秸秆深埋耕作,此后试验期间不再进行任何秸秆还田处理,仅进行作物种植。CK作为秸秆不还田对照,即人工用耙子耙至约15 cm,仅疏松表层土壤以模拟当地常规旋耕处理。

        试验时间为2013年10月—2016年10月,采用冬小麦-夏玉米轮作种植模式。按照上述方式在微区内埋入不同倍量的粉碎秸秆后,进行冬小麦播种,供试小麦品种为‘济麦22’,分别于2013年11月7日、2014年10月10日、2015年10月20日播种,行距20 cm,播量225 kg/hm2,并分别于2014年6月7日、2015年6月9日、2016年6月11日收获。冬小麦播种前表施化肥作为底肥,纯N、P2O5、K2O施用量分别为105、120和105 kg/hm2,拔节期追施纯N 69 kg/hm2,并且在小麦播种前以及追施拔节肥后分别灌水750 m3/hm2。小麦收获后进行夏玉米播种,供试玉米品种为‘郑单958’,分别于2014年6月25日、2015年6月15日、2016年6月16日播种,行距60 cm,种植密度为75000株/hm2,再分别于2014年9月27日、2015年9月30日、2016年9月30日收获。夏玉米播种时表施底肥,纯N、P2O5、K2O的施用量分别为135、120和100 kg/hm2,追施穗肥纯N 69 kg/hm2,在播种后、追施穗肥后进行两次灌溉,每次灌水量750 m3/hm2,其他管理措施与当地常规管理一致。

      • 在冬小麦及夏玉米成熟期,将微区内将作物整株连根挖出,根系挖至40 cm,挖根时尽可能减小剖面土层破环面积。将根系与地上部分分离,籽粒脱粒,置于105℃烘箱中杀青15~20 min,然后于75℃下烘干至恒重,测定籽粒产量、秸秆生物量以及根系生物量。

      • 于2014—2016年冬小麦和夏玉米成熟期,各小区取0—20 cm和20—40 cm土壤样品,用烘干法测定土壤含水量,每个处理3次重复。

        土壤含水量计算公式为:

        式中:θ为土壤含水量 (g/kg);m1为湿土重,m2为105℃烘箱烘干10 h后的恒重。

        根据0—20 cm及20—40 cm土层含水量换算0—40 cm土层的土壤蓄水量,土壤蓄水量计算公式为:

        式中:SW为土壤蓄水量 (mm);h为土层厚度 (cm);a为土壤容重 (g/cm3);θ为土壤质量含水量 (g/kg)。

      • 于2014—2016年冬小麦、夏玉米成熟期,在各小区内采用SC900型土壤紧实度仪于株间测定0~45 cm的土壤紧实度。SC900数字式土壤紧实度仪测定单位为kPa,空间分辨率为2.5 cm,压力分辨率为35 kPa,最大量程45 cm,测定压力范围为0~7000 kPa[4]

      • 于2014—2016年冬小麦、夏玉米成熟期,按照对角线法用不锈钢土钻在株间取0—20 cm和20—40 cm土层的土样 (注意避免在先前取植株位置进行土样采集),剔除可见的掉落物和根系,自然风干过2 mm筛,进行土壤养分含量分析。

        土壤有机碳 (SOC):采用重铬酸钾外加热法测定土壤有机质含量,根据SOM (g/kg) = SOC (g/kg) × 1.724换算成有机碳含量;全氮采用半微量凯氏法测定;速效氮采用碱解扩散法测定;速效磷采用钼锑抗比色法;速效钾采用火焰光度计法[17]

      • 利用Excel 2016 进行数据统计,运用SAS 9.2软件进行方差分析及主成分分析,其中方差分析采用最小显著差异法 (LSD) 进行多重比较 (P < 0.05),利用主成分分析法提取主成分并计算得分以评价土壤肥力质量[18]。主成分分析计算土壤肥力综合得分公式:

        式中:F指土壤肥力综合得分;F1指主成分分析中提取出的第1主成分的得分;δ1为第1主成分的方差贡献率;Fn指主成分分析中提取出的第n主成分的得分;δn为第n主成分的方差贡献率。

      • 不同用量秸秆还田后对0—20 cm土壤pH影响较小,但能显著降低20—40 cm土壤pH,降低后的土壤pH趋近于中性。从20—40 cm亚表层土壤pH变化看,pH值随秸秆用量的增加而降低,但均未低于7,这是由于当地分布有盐化潮土,土壤呈轻微碱性。秸秆深埋后对于调节土壤pH、阻断毛管上升水所携带的土壤盐分上移有重要意义。

        表 2  2014—2016年不同用量秸秆还田后土壤pH的变化

        Table 2.  Changes of soil pH under different straw returning dosages from 2014 to 2016

        土层 (cm)
        Soil layer
        处理
        Treatment
        冬小麦季 Winter wheat season夏玉米季 Summer corn season
        201420152016201420152016
        0—20CK7.73 a7.71 a7.73 a7.68 a7.65 a7.70 a
        T1 7.64 ab7.67 a7.69 a7.62 a7.64 a7.67 a
        T2 7.67 ab7.62 a7.63 a7.64 a7.60 a7.65 a
        T37.62 b7.61 a7.65 a7.57 a7.60 a7.63 a
        20—40CK7.81 a7.84 a7.80 a7.89 a7.90 a7.87 a
        T17.27 b7.32 b7.51 b7.33 b7.45 b7.66 a
        T2 7.10 bc7.18 b7.29 b 7.20 bc 7.34 bc7.43 b
        T37.03 c7.17 b7.21 b7.12 c7.23 c7.34 b
        注(Note):T1—6000 kg/hm2; T2—12000 kg/hm2; T1—18000 kg/hm2; 同列数据后不同小写字母代表不同处理同一年份差异达 5% 显著水平 (P < 0.05) Values followed by different lowercase letters indicate significant difference among treatments in the same year at 5% level.
      • 表3可知,秸秆深埋还田显著增加0—40 cm土层蓄水容量,增加幅度随秸秆用量的提高而递增。冬小麦季,2014年土壤蓄水量表现为T3 > T2 > T1 > CK,与CK相比T3、T2、T1处理增幅分别为74.5%、58.7%、35.4%,均达到显著水平;2015年仅T3、T2处理分别高于CK 44.3%、17.7%(P < 0.05),且T3处理显著高于T2处理;2016年T3、T2处理分别显著高于CK 43.0%、21.2%(P < 0.05),且T3处理显著高于T2 17.9%。夏玉米生长期间降水量增加,不同处理间土壤蓄水量差异减小,2014年T3、T2、T1处理土壤蓄水量分别显著高于CK 21.6%、12.8%、9.54%,且T3处理显著高于T2、T1处理;2015年T3、T2、T1处理分别显著高于CK 25.3%、18.3%、11.1%,且T3处理显著高于T1处理;2016年T3、T2处理显著高于CK19.2%、11.3%。由此可见,秸秆增量深还更利于干旱时期土壤的蓄水保墒,即在冬小麦收获期能够显著提高土壤蓄水量。

        表 3  2014—2016年不同秸秆还田量对0—40 cm土壤蓄水量的影响 (mm)

        Table 3.  Effects of different straw returning amount on soil water storage capacity of 0–40 cm from 2014 to 2016

        处理
        Treatment
        冬小麦季Winter wheat season夏玉米季Summer corn season
        201420152016平均Average201420152016平均Average
        CK32.10 c55.58 c30.11 c39.2670.43 c80.06 c57.39 c69.29
        T143.46 b58.65 c 34.29 bc45.4777.15 b88.91 b61.75 b75.94
        T250.93 a65.39 b36.50 b50.9479.43 b 94.75 ab63.85 b79.34
        T356.05 a80.23 a43.04 a59.7785.67 a100.35 a68.42 a84.81
        注(Note):T1—6000 kg/hm2; T2—12000 kg/hm2; T1—18000 kg/hm2; 同列数据后不同小写字母代表不同处理同一年份差异达 5% 显著水平 (P < 0.05) Values followed by different lowercase letters indicate significant difference among treatments in the same year at 5% level.
      • 土壤紧实度是指土壤抵抗外力压实和破碎的能力,其大小直接影响土壤中水、肥、气、热等状况,对作物生长、发育和产量具有重要影响[19]。对各生长季所测得的20—40 cm土壤紧实度均值进行统计 (图2),从图2可以看出,秸秆还田处理的土壤紧实度均低于秸秆不还田处理,其大小表现为T3 < T2 < T1 < CK,秸秆还田处理的紧实度范围在1188~2747 kPa,CK在2297~3274 kPa,土壤紧实度随干湿季呈现明显交替上升变化。综上,秸秆深埋还田可显著降低20—40 cm土层土壤紧实度,随着还田年份的增长,不还田处理的土壤紧实度逐年升高,而秸秆还田3年后的土壤紧实度基本与还田之初的水平相一致,这说明秸秆深埋还田有利于缓解由压实或淋溶导致的土壤紧实度增大。

        图  2  2014—2016年亚表层平均土壤紧实度监测结果

        Figure 2.  Average soil compactness in subsoil monitored in 2014–2016

      • 2014年,与CK相比,秸秆还田能够显著提高20—40 cm土壤亚表层有机碳 约8%、全氮约7%、速效氮约14%、速效磷约11%、速效钾约8%,碳氮比则无显著提高,不同秸秆用量间无显著差异 (表4)。

        表 4  不同秸秆还田量下亚表层土壤养分含量

        Table 4.  Nutrient contents in subsoil under different straw returning dosages

        年份
        Year
        处理
        Treatment
        有机碳 (g/kg)
        SOC
        全氮 (g/kg)
        Total N
        C/N有效氮 (mg/kg)
        Available N
        有效磷 (mg/kg)
        Available P
        速效钾 (mg/kg)
        Available K
        2014CK5.50 ± 0.14 b0.56 ± 0.02 b9.82 ± 0.04 a30.28 ± 0.73 b3.30 ± 0.02 b81.07 ± 0.80 b
        T15.84 ± 0.17 a 0.58 ± 0.03 ab10.07 ± 0.06 a 35.28 ± 0.50 a3.56 ± 0.06 a86.32 ± 0.63 a
        T25.95 ± 0.22 a0.60 ± 0.02 a9.92 ± 0.05 a34.49 ± 0.50 a3.67 ± 0.07 a87.94 ± 0.58 a
        T35.97 ± 0.15 a0.60 ± 0.02 a9.95 ± 0.06 a33.45 ± 0.27 a3.77 ± 0.08 a89.03 ± 0.69 a
        2015CK5.27 ± 0.21 c0.54 ± 0.02 c9.76 ± 0.06 a28.77 ± 0.75 b3.19 ± 0.06 c75.00 ± 1.04 c
        T1 5.60 ± 0.30 bc 0.57 ± 0.02 bc9.82 ± 0.09 a 32.97 ± 0.27 ab3.43 ± 0.05 b81.33 ± 1.28 b
        T2 6.11 ± 0.25 ab 0.61 ± 0.03 ab10.02 ± 0.07 a 35.97 ± 0.41 a3.73 ± 0.03 a 85.33 ± 0.95 ab
        T36.33 ± 0.33 a0.64 ± 0.04 a9.89 ± 0.06 a37.20 ± 0.81 a3.87 ± 0.10 a90.33 ± 1.30 a
        2016CK5.02 ± 0.27 b0.52 ± 0.04 b9.65 ± 0.08 c25.67 ± 0.49 c2.96 ± 0.09 c70.03 ± 0.58 c
        T15.41 ± 0.21 b0.55 ± 0.02 b9.84 ± 0.07 b 28.03 ± 0.81 bc3.22 ± 0.07 c74.10 ± 1.10 c
        T25.98 ± 0.19 a0.60 ± 0.02 a 9.97 ± 0.09 ab31.93 ± 0.74 b3.63 ± 0.03 b81.60 ± 0.49 b
        T36.32 ± 0.30 a0.62 ± 0.03 a10.19 ± 0.08 a 35.53 ± 0.81 a3.92 ± 0.07 a87.00 ± 0.38 a
        注(Note):T1—6000 kg/hm2; T2—12000 kg/hm2; T1—18000 kg/hm2; 表中数值为三次重复的平均值 ± SE Data are mean of triplicates ± SE. 同列数据后不同小写字母代表不同处理同一年份差异达 5% 显著水平 (P < 0.05) Values followed by different lowercase letters indicate significant difference among treatments in the same year at 5% level.

        2015年,除全氮外,以T3、T2处理的养分含量最高,其次为T1,CK最低。T3、T2处理的养分含量之间无显著差异,二者的土壤有机碳、全氮、速效氮、有效磷以及速效钾含量较CK平均分别提高18.0%、15.7%、25.4%、12.2%以及17.1%。

        2016年,还田量的不同造成土壤养分含量差异明显,以速效养分最为显著,表现为T3 > T2 > T1 > CK,与CK相比,全氮分别提高38.4%、24.4%、9.19%,全磷分别提高32.4%、22.6%、8.78%,全钾分别提高24.2%、16.5%、5.81%。T3、T2两个处理间差异不显著,但二者均能显著提高土壤有机碳、全氮以及碳氮比,平均分别较CK提高约23%、17%、5%。可见在试验期内,增加秸秆还田量可使土壤养分维持在较高水平,而低量还田 (T1) 仅在还田第一年显著提高土壤养分含量,此后随着还田时间的延长对养分的供应能力影响减弱。

      • 本文选取pH、土壤含水量、土壤紧实度、土壤有机碳、全氮、C/N、速效氮、有效磷、速效钾9个土壤理化指标运用主成分分析法对3年土壤肥力质量状况进行评价,以累积方差贡献率 ≥ 85%作为提取原则,得到两个主成分,其累积贡献率为93.37% (表5),第一主成分 (F1) 与第二主成分 (F2) 的特征值分别为7.524、0.880,贡献率为83.60%、9.77%。结合图3比较各指标在2个主成分因子下的载荷分布可以看出,F1以土壤有机碳、全氮、C/N、速效氮、速效磷、速效钾、pH、土壤紧实度为主要影响因子,其中土壤有机碳、C/N是反映土壤肥力的重要指标,全氮表征土壤总氮水平,土壤速效氮、有效磷、速效钾反映土壤养分供应状况;土壤含水量在F2中的载荷值最大,表明土壤水分是影响作物生长的关键因子。

        图  3  旋转因子载荷分布

        Figure 3.  Loading distribution of the rotated factors

        表 5  土壤肥力质量性状的主成分提取及旋转因子载荷矩阵

        Table 5.  Principal component extraction and rotated component matrix of soil fertility quality

        土壤肥力指标
        Soil fertility index
        主成分1 (F1)
        1st component
        主成分2 (F2)
        2nd component
        pH–0.3360.089
        含水量Soil water content0.2250.819
        紧实度Soil compactness–0.3500.071
        有机碳SOC0.356–0.104
        全氮Total N0.3530.005
        C/N0.295–0.518
        碱解氮含量Alk.-Hydr. N0.3510.142
        有效磷含量Available P0.360–0.080
        速效钾Available K0.3490.107
        特征值Eigenvalue7.5240.880
        VC(%)83.609.77
        CVC(%)83.6093.37
        注(Note):VC—方差贡献率 Variance contribution; CVC—累积方差贡献率 Cumulative variance contribution.

        对3年试验结果进行统计分析计算出F1与F2得分,并与之相应的方差贡献率作为权数进行加权求和计算出土壤肥力质量综合得分,结果如表6所示。2014年T1、T2、T3处理下的土壤肥力质量得分为正,表明土壤肥力呈上升状态;2015年T1处理土壤肥力质量得分为负,而T2、T3处理为正且高于2014年得分,表明T1处理的土壤肥力提升幅度开始降低,T2、T3处理由于还田量较高,仍能大幅提高亚表层土壤肥力;2016年T1、T2、T3处理的土壤肥力质量得分均低于2015年,表明其对土壤肥力的提升幅度开始降低。3年土壤肥力质量得分随秸秆用量基本表现为T3 > T2 > T1 > CK,但T3与T2处理间差异小,且此二者得分3年均为正值,可见一次性秸秆增量还田可连续多年维持较高土壤肥力,然而T2与T3处理第2年至第3年的土壤肥力质量开始呈下降趋势,为保证土壤肥力质量的有效提高,建议3年实施一次秸秆还田。

        表 6  各因子得分以及土壤肥力质量综合得分

        Table 6.  Scores of principal components and general scores of soil fertility quality relative to treatment

        年份
        Year
        处理
        Treatment
        主成分1 (F1)
        1st component
        主成分2 (F2)
        2nd component
        综合得分
        Total score
        2014CK–0.7620.130–0.624
        T10.433–0.5310.310
        T20.5710.0710.484
        T30.7840.2070.676
        2015CK–1.2050.946–0.915
        T1–0.1811.168–0.037
        T20.8500.6470.774
        T31.2001.5051.150
        2016CK–1.933–0.199–1.635
        T1–0.934–0.843–0.863
        T20.174–1.2820.020
        T31.003–1.8210.661
        注(Note):T1—6000 kg/hm2; T2—12000 kg/hm2; T1—18000 kg/hm2.
      • 不同用量秸秆深埋还田对冬小麦及夏玉米籽粒产量、秸秆生物量以及根系生物量均有提高,且三者具有极强的相关性。从籽粒产量的变化看 (图4),在冬小麦季,T2处理3年冬小麦平均籽粒产量最高为5.65 t/hm2,较CK提高7.02%,增幅最为显著,T3处理在2015年、2016年亦分别显著高于CK11.0%与6.21%,然而在2014年籽粒产量与CK无显著差异,可见在秸秆深埋的条件下,适当增大秸秆用量有助于冬小麦产量的快速提高。在夏玉米季,增加秸秆用量有增产作用,其中T2处理的平均产量为10.9 t/hm2,增幅为5.11%,而T3处理仅在2014年、2015年显著提高了玉米产量,但还田第一年并无大幅增产的优势。不同处理对作物秸秆生物量的影响仅在2016年差异显著,随秸秆还田量的提高而增加。T2处理在2014年和2015年显著提高冬小麦根系生物量,而T3仅在2016年对冬小麦根系生物量的提高表现出显著性;T2、T3处理均能在2015年、2016年显著提高夏玉米根系生物量。

        图  4  不同秸秆还田量下2014—2016年小麦-玉米籽粒产量、秸秆以及根系生物量

        Figure 4.  Grain yield and straw and root biomass of wheat-maize under different straw returning rate in 2014–2016

      • 土壤亚表层是指土体20—40 cm的深度,一般包括犁底层和心土层的上部分[1],是重要的养分储存库,对作物生长过程中养分的供应有重要作用。本研究发现,秸秆还田比CK多保蓄9%~75%的土壤水分,减小土壤紧实度10%~50%,并且随着秸秆用量的增加,0—40 cm土壤蓄水能力以及土壤紧实度均有大幅改善。这与张帅等的研究结果相似,他们将玉米秸秆深施于28 cm土层后发现,土壤蓄水空间和能力显著提高,越接近秸秆深施处的土壤含水量越大,反之越小,这是因为秸秆本身具有保水性[19],并且实施翻埋的同时打破犁底层、疏松土壤,改变了土壤通气透水性等[4]。然而,随着还田时间的增加,低量秸秆逐渐腐解完全,蓄水保墒作用丧失,因此还田后期与CK差异不显著。

        本研究中秸秆增量深还使亚表层土壤养分在2015年和2016年大幅提升,SOC最高增幅达22.5%,全氮最高增加17.3%,C/N的显著提高也表明土壤肥力的提升。这主要是因为秸秆作为有机活性物质,含有C、N、P、K等多种营养元素[10],大量秸秆被微生物分解后释放的养分浓度也会提升[20,21],而低量还田由于秸秆量少,养分总含量低,无法达到后期对养分的供给需求,这从速效养分的变化也能看出,后期中、高量还田各速效养分的增幅大多高于20%,而低量还田增幅低于10%。此外,不少学者认为秸秆还田量存在阈值问题,还田量超过一定限度,不仅不会起到提升养分的作用,还会打破微生物平衡,降低秸秆腐解速率,对根部病虫害以及小麦出苗率均有影响[22]。但本研究中秸秆高量还田并未对土壤以及作物产生明显不利影响,这可能与深埋还田有关,张彬等[23]、陈冬林等[24]皆认为翻耕与少耕下宜实行全量还田,而张静[11]将9000 kg/hm2的粉碎秸秆施入20 cm土层深度时效果最好,可见秸秆用量需随施入的深度而增加才会发挥较好的培肥效果,并且秸秆深埋是将大量有机质直接固定在土体内部进行消纳,其阈值也应随消纳量而提升。此外,不同地区气候以及土壤肥力状况不同,导致对秸秆的消纳速率产生差异,窦森等在室内模拟东北黑土地秸秆深还时发现,当秸秆还田120天时,其分解率就达到60%以上,330天时超过65%,秸秆经过1年的分解和腐殖化即可形成像泥炭一样的层次,不仅第二年不会影响种植,并且培肥了亚表层土壤[1],而对于雨热同季的黄淮海地区而言,菌群代谢速率加快[25],提高了秸秆腐解速率,有机质的矿化作用也更显著,使得有机质积累较少,因此应当适度增加秸秆还田量以促进土壤肥力的提高。

      • 土壤肥力质量是土壤质量综合评价的一个重要方面,虽然评价方法较多但目前尚无统一的方法。本文首先利用较为常用的主成分分析法[26]对不同倍量秸秆深埋还田后的土壤肥力质量进行评价,将8个原始指标降维、提取出两个主成分,累积贡献率达93.37%。比较两个主成分发现,第一主成分的累积贡献率为83.60%,而第二主成分贡献率仅为9.77%,说明第一主成分即土壤养分成分在评价不同倍量秸秆深埋还田下的土壤肥力具有更为重要的作用。从各指标的变化看,秸秆在最高还田量时土壤含水量、土壤有机碳、全氮、速效氮、有效磷、速效钾均有显著增加,而SC有显著降低,这与主成分分析法所得到的土壤肥力评价结果具有一致性[18,27]。土壤肥力质量得分的年际间变化表明,CK与T1得分呈持续下降,说明秸秆不还田时土壤肥力逐年降低,而秸秆低量还田一周年后土壤肥力也在逐渐降低,说明低量还田维持土壤肥力时期短,而秸秆中、高量还田土壤肥力质量得分呈先升高后降低状态,说明中、高量还田对土壤肥力的提升程度先达到峰值后缓慢降低,实现了“一次性还田管多年”的培肥模式,不仅改善了亚表层土壤结构,增加了亚表层土壤养分库容,同时也减少农机具进地次数,充分利用了秸秆资源,创造了较高的生态环境效益。然而中、高量秸秆还田处理的土壤养分以及土壤肥力质量得分均在第2年达到峰值,第3年开始呈现下降状态,此变化趋势与张静等[11]的研究结果相似,可见为了保证秸秆还田3年后土壤肥力的持续提升,建议每3年实施一次秸秆深还。此外,还需要指出的是,仅利用土壤物理与化学指标评价土壤肥力质量尚具有片面性,缺少土壤生物指标的补充,因此在后续研究中要加强土壤生物学指标的表征,同时高效提高土壤肥力的秸秆还田量也需要继续研究。

      • 土壤亚表层是连通土壤心土层与表土层的重要部分,与植物生长和土壤固碳关系密切,同时也属于作物根系的重要分布层 (0—40 cm)[1-2]。作物干物质量可表征作物生长状况,对冬小麦—夏玉米收获期的秸秆生物量、籽粒产量以及根系生物量与亚表层各肥力指标的相关性分析 (表7),结果表明,小麦秸秆生物量与土壤有机碳、全氮极显著正相关,小麦籽粒产量与土壤含水量、土壤有机碳、全氮、速效氮、速效磷极显著正相关,除土壤含水量与速效钾外,小麦根系生物量与其他指标均极显著相关。许多研究证实,地上部干物质的形成与土壤水分含量以及土壤氮养分含量密切相关[28-29],土壤水分状况的改善促进了养分向籽粒转运[28],而土壤氮素、磷素是籽粒蛋白质形成的重要营养元素[30-31],共同促进产量形成,因此籽粒产量与土壤含水量、全氮、速效氮以及速效磷相关性极显著,SOC作为土体内部各生化反应重要的能量供应库,是衡量土壤肥力的重要指标,与作物生物量的形成显著相关[32]。许多研究表明,小麦玉米根系生长与土壤水分状况有关[33],水分胁迫抑制小麦、玉米根系生长,随土壤含水量的减少根系长度缩短,总生物量降低[34-35],但在本研究中根系生物量与含水量无显著相关性,因为本试验在小麦播种后以及拔节—抽穗期分别进行灌水,基本保证冬小麦全生育期需水量,即使不同处理下的土壤含水量降低也不会对根系生物量造成显著影响。根系生物量与SC的极显著负相关表明,土壤紧实度过高不利于根系生长,说明犁底层的存在是阻碍根系深入下扎的重要原因。由此可见,良好的土壤结构性对土壤肥力的提高具有至关重要作用。本研究中秸秆增量深埋还田从土壤结构上解决了犁底层问题,同时也增加了土壤养分库容,对于增加土壤肥力具有重要意义。

        表 7  冬小麦–夏玉米生物量与亚表层土壤肥力指标的相关性分析

        Table 7.  Correlation analysis between winter wheat–summer maize biomass and subsoil fertility index

        生长季
        Season
        指标
        Item
        pHSWSCSOCTNC/NANAPAK
        小麦季
        Wheat
        秸秆生物量
        Straw biomass
        –0.51670.6609*–0.49170.7179**0.7400**0.45830.6999*0.6949*0.5308
        籽粒产量
        Grain yield
        –0.6040*0.7191**–0.5884*0.7686**0.8010**0.46250.7642**0.7516**0.6302*
        根系生物量
        Root biomass
        –0.7164**0.4795–0.7084**0.8085**0.7774**0.7556**0.8165**0.7778**0.6513*
        玉米季
        Maize
        秸秆生物量
        Straw biomass
        –0.55400.9426**–0.6222*0.6040*0.6427*0.32840.8037**0.6401*0.7791**
        籽粒产量
        Grain yield
        –0.6484*0.8448**–0.6782*0.7301**0.7790**0.37990.8282**0.6942*0.7088**
        根系生物量
        Root biomass
        –0.8820**0.4278–0.9000**0.9512**0.9342**0.8181**0.9155**0.9483**0.9237**
        注(Note):SW―土壤含水量 Soil water content; SC―土壤紧实度 Soil compactness; SOC―土壤有机碳含量 Soil organic carbon content; TN―土壤全氮含量 Total nitrogen; AN―土壤碱解氮含量 Available nitrogen content; AP―土壤速效磷含量 Available P content; AK―土壤速效钾含量 Readily available K content. *—P < 0.05;**—P < 0.01.
      • 在麦玉轮作体系下,作物生物量的增加与亚表层土壤肥力的提高具有显著正相关性。一次性秸秆增量深还能够较长时间维持较高的土壤肥力质量,显著提高冬小麦、夏玉米产量7.02%、5.11%,作物根系生物量亦有显著提高。

        秸秆12000~18000 kg/hm2深埋还田可显著提高土壤蓄水保墒能力,打破犁底层,降低亚表层土壤紧实度达50%,能够较好地改善亚表层土壤结构;显著提升亚表层土壤有机碳、全氮及速效养分含量。

        为保证该地区土壤肥力的持续提高,建议在黄淮海地区每3年秸秆还田一次。

    参考文献 (35)
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