秸秆还田腐解特征及其对土壤环境和小麦生长的影响

近年来,随着农家燃料结构的改变,农作物秸秆的利用率越来越低,秸秆焚烧对环境造成了严重污染,而秸秆还田是一种有效利用农业废弃物的方式,不仅可以减少秸秆焚烧带来的不利影响,还能培肥地力、改善土壤结构、促进作物生长,达到增产增收的目的。然而秸秆在还田过程中也存在一些技术问题,选择何种还田方式,如何避免秸秆还田带来的不利影响成为关注的焦点。在田间试验条件下,采用尼龙网袋法对不同还田深度下不同种类秸秆的腐解特征进行了研究,探讨了秸秆覆盖对土壤和小麦产量的影响。主要研究结果如下： 1.紫色土丘陵区麦/玉/豆“旱三熟”种植模式下小麦和大豆秸秆腐解特征研究 (1)小麦秸秆在不同还田深度下腐解过程表现出如下特征：秸秆还田深度分别为0cm(DO,覆盖),5cm(D5),15cm(D15),还田36周后的分解率D5(81.56%)>D15(80.19%)>DO(61%),碳释放率D15(83.76%)>D5(81.14%)>DO(62.81%),氮释放率D15(43.11%)>D5(40.61%)>DO(19.67%)；翻埋处理的分解率、碳释放率和氮释放率均显著高于覆盖处理；小麦秸秆碳氮比较高,腐解过程中一直维持在较高水平(高于或接近80),在分解末期下降到30左右,处理之间差异不显著。 (2)大豆秸秆在不同还田深度下腐解过程呈现如下特征：分解率、碳释放率、氮释放率均为D15>D5>D0,36周后腐解率分别为62.25%(DO)、72.87%(D5)和76.49%(D15),碳释放率分别为63.14%(DO)、73.19%(D5)和77.15%(D15),氮释放率分别为39.10%(DO)、44.78%(D5)和47.08%(D15),翻埋处理的这三项指标均显著大于覆盖处理。大豆秸秆在前期分解较快,尤其翻埋条件下更为显著。碳氮比维持在50左右,在分解末期降至20左右。 (3)两种秸秆的分解速率和碳、氮释放速率最高值均出现在前两周。由于大豆秸秆的碳氮比在整个腐解过程中显著低于小麦秸秆,两者腐解特征表现出一定差异性,小麦秸秆在前16周腐解程度较低,在16～36周腐解程度仍较高,而大豆秸秆在翻埋条件下前16周分解率达到40%以上。两种作物秸秆的碳氮比均高于微生物活动的最适范围,在腐解大部分时间内表现为上升的趋势,在秸秆还田后应结合作物不同发育期对养分的需求情况及秸秆营养的释放情况,适当施用氮肥,缓解秸秆腐解与作物争氮的矛盾,满足作物的生长需要,同时也可加速腐解进程。 2.紫色土丘陵区,麦/玉/豆“旱三熟”种植模式下秸秆覆盖对土壤环境及小麦产量的影响 (1)在小麦生长季内对耕层土壤微生物监测表明,秸秆覆盖能够显著提高土壤中微生物数量(细菌、放线菌和真菌数量),其中0～10cmm土层中,秸秆覆盖处理(S)相比对照(CK)的细菌、放线菌和真菌数量分别增加80.6%、137.1%和143.8%；10～20cmm土层中,S处理比CK的细菌、放线菌和真菌数量分别增加149.0%、34.5%和38.5%。10～20cmm土层中微生物数量显著高于0～10cmm土层。三类主要微生物的组成结构表现为细菌数量>放线菌>真菌。 (2)在小麦生长季内对耕层土壤微生物监测表明,秸秆覆盖对土壤中过氧化氢酶、转化酶和尿酶活性具有显著增强作用。在0～10cmm土层中,S处理相比CK的过氧化氢酶、转化酶和尿酶活性分别增强51.5%、81.8%和47.7%；10～20cmm土层中,S处理相比CK的过氧化氢酶、转化酶和尿酶活性分别增强34.2%、87.0%和37.8%,两个土层中差异不显著。 (3)秸秆覆盖可以显著增强土壤呼吸作用。CK土壤呼吸速率在0.4～1.9μmol·(m2·s)-1之间,均值为1.09μmol·(m2·s)-1;S土壤呼吸速率在0.5～2.7μmol·(m2.s)-1之间变化,均值为1.58μmol·(m2·s)-1,而秸秆覆盖+腐熟剂(SD)土壤呼吸速率在0.6～2.7μmol·(m2·s)-1之间变化,均值为1.41μmol.(m2·s)-1;S和SD土壤呼吸速率均值分别比CK增加了45.0%和29.4%。 (4)秸秆覆盖处理在小麦苗期以后对其生长促进作用显著；秸秆覆盖使小麦增产23.7%,秸秆覆盖配合秸秆腐熟剂将小麦产量提高了27.6%。