玉米秸秆还田腐解率及其对土壤养分影响

我国是一个农业大国,根据2016年底的土地调查结果显示,我国的耕地面积大约有20.3亿亩左右。在这些农用耕地上,每年会产生7亿吨左右的各类农作物秸秆。而玉米则是我国东北地区的主要粮食作物之一,黑龙江每年有约3600万吨的玉米秸秆产生,在这3600万吨中,却有将近40%的秸秆都以焚烧或废弃的方式被无端浪费掉了,还田率只达到了10%。因此,在东北的黑土地区推广进行玉米秸秆还田措施,不仅可以阻止东北黑土的进一步退化,还可以减少秸秆焚烧带来的能源浪费和环境污染。还田后的玉米秸秆在增加土壤肥力、丰富土壤养分,改善土壤性状等方面扮演着重要的角色。在此对秸秆还田后,土壤中发生的一系列养分指标的变化进行探究,可以为秸秆还田的生产实践供理论指导。本研究采用田间试验与室内培养相配合的方式,田间试验主要分析玉米秸秆还田后,秸秆腐解率以及对土壤理化性质的影响,室内培养则是模拟粉末状秸秆与不同浓度氮肥搭配还田后,对土壤的呼吸状况,土壤酶以及微生物量碳的影响,研究得出的主要结论如下:各处理秸秆通过一年的还田时间,腐解率为57.9%-74.4%,其中长度为3-5厘米秸秆腐解率要高于长度5-10厘米的秸秆处理;在同一还田时间内,相同的埋深下,玉米秸秆腐解率随着所施氮肥的增加而增大;在同一还田时间内,相同的氮素水平下,15厘米埋深的秸秆腐解率大于30厘米埋深的秸秆。且处理当中的氮水平越高,玉米秸秆的腐解速率越快。玉米秸秆还田土壤当中后,可有效减少土壤容重,改善土壤孔隙状况。还田后,土壤容重的减少了2.24%-5.46%,孔隙度增幅为2.66%-6.06%,相同还田量与同一秸秆长度下,埋深为15cm各组处理的容重和孔隙状况优于埋深为30cm组。玉米秸秆还田可有效增加土壤当中各类营养元素的含量,各组处理中,土壤全氮的增幅为1.71%-7.46%、土壤全磷的增幅为2.1%-3.54%、土壤缓效钾的增幅达到了3.8%-23.73%,有机质的增幅为0.67%-4.46%。玉米秸秆还田后,各处理的碳氮比和CK相较均出现不同程度的降低,其中L3W2D2处理降低幅度最小,为0.016;L1W1D1降低幅度最大,为0.38,各组处理之间差异并不显著。土壤碱解氮的含量变化表现为,随着秸秆的加入先增高后降低,在还田150天后,各处理当中碱解氮增加量最大的处理是L2W1D1,增幅为28%,约16.54mg/kg,且与其他处理差异显著。土壤速效磷含量变化表现为,随秸秆还田后称M型动态变化,在前0-60天里逐渐增加至最大值随后降低,在还田150天后,各处理当中土壤速效磷增加量最大的处理是L1W1D1,增幅为14.7%,约13.57mg/kg,但与L2W1D1、L2W1D2差异不显著。土壤速效钾含量在还田30天时就已增幅明显,部分处理达到还田期间最大值,经过随后4个月的还田过程,最终逐渐降低,各处理当中土壤速效钾增加量最大的是L2W1D2,增幅为23.46%,约39.31mg/kg。玉米秸秆搭配一定浓度的氮素还田可以增加土壤当中微生物量碳含量,并能够使土壤脲酶,土壤蔗糖酶和土壤过氧化氢酶的活性得到显著提升;相同氮肥施用水平下,土壤微生物量碳与三种酶活性会随着还田秸秆量的增加而增强。在相同的还田秸秆量下,处理C1N2与C2N1为最优。这种还田方式对土壤多酚氧化酶活性表现出一定的抑制性。未加入秸秆与氮肥的对照处理C0N0当中,土壤多酚氧化酶活性显著高于其他处理。玉米秸秆搭配一定浓度的氮素还田可以显著增加土壤的呼吸总量,其中C1N0,C1N1,C2N1处理较对照处理C0N0相比,土壤呼吸量增加近4倍。土壤微生物量碳含量,土壤脲酶、蔗糖酶、过氧化氢酶活性与土壤的呼吸量均表现为显著正相关,土壤多酚氧化酶活性与土壤呼吸量表现为负相关。