本研究采用模拟试验与田间试验相结合的方法,研究不同种类秸秆养分释放规律及秸秆还田效应,主要从以下3个方面进行研究:选取长江中下游地区广泛种植作物(油菜、水稻、小麦)的秸秆作为研究对象,模拟水稻种植模式,研究秸秆腐解速率及养分释放规律;研究稻草、油菜秆用量对淹水培养下土壤表层溶液理化性质及培养结束后土壤养分变化的影响;在鄂东丘陵地区设置不同耕作模式下秸秆还田试验,探讨秸秆还田对作物产量以及土壤肥力的影响。主要研究结果如下:
1.采用尼龙网袋法研究稻草、麦草、油菜秆腐解规律。秸秆在培养前期腐解较快(前30 d),不同秸秆腐解速率表现为油菜秆大于稻草和麦草;后期腐解速率逐渐变慢,3种秸秆之间差异不明显。经过124 d的培养,稻草、麦草、油菜秆的累积腐解率分别为49.17%、52.17%和49.8%。秸秆中养分释放速率表现为K＞P＞C＞N。水稻、小麦和油菜秸秆在培养的前期碳释放较快,到培养结束时,分别有57.53%、66.58%、52.54%的碳已经释放。在培养的前20 d氮释放较快,随后进入相对稳定阶段。秸秆中磷释放较快,前6 d释放量占总量的50%,随后处于停滞阶段。经过12天的培养,秸秆中钾素释放率均达到98%以上。进一步研究发现,在秸秆还田2 h后,小麦、水稻和油菜秸秆钾的释放分别达到93.91%、84.38%、83.17%。秸秆碳氮比呈下降趋势,油菜秸秆均高于稻草、麦草。碳磷比的变化趋势与碳氮比变化趋势相类似。
2.采用模拟培养方法,研究油菜秸秆用量对淹水培养土壤表层溶液理化性质的影响。试验根据油菜秸秆用量设4个处理,分别为0、100、200、300 g/pot,分别测定了土壤表层培养液的电导率、pH、全氮、铵态氮、硝态氮、有机氮、全磷、全钾等指标。研究结果表明,各处理表层溶液电导率在培养初期呈上升趋势,第8 d达到最大值,4个处理的电导率分别为823、919、1242、1531μs/cm,随后略有降低。pH值在培养前3 d呈缓慢下降趋势,并与秸秆用量呈负相关,培养4 d后pH迅速升高,16 d后呈相对稳定状态。培养液中全氮浓度在培养初期呈逐渐升高趋势,第8 d达最高值,4个处理的全氮含量分别为21.81、32.41、39.12、41.55 mg/L,随后呈迅速降低,第44 d下降趋势减缓,此后全氮含量趋于稳定,到培养结束时4个处理的全氮浓度分别为7.87、12.63、16.88、22.53 mg/L。培养液中铵态氮变化趋势与全氮变化趋势相类似。长期淹水下,培养液中硝态氮含量较低。加施秸秆后溶液中有机氮含量高于CK处理。培养液中全磷呈上升趋势,第20 d达最高值,分别为0.36、0.61、0.73、1.07 mg/L,此后呈下降趋势。秸秆中钾素释放迅速,培养1 d后,溶液全钾含量达较高浓度,分别为7.56、29.33、64.13、109.55 mg/L,在整个培养期全钾浓度变化不大。
3.采用模拟培养方法,研究水稻秸秆用量对淹水培养土壤表层溶液理化性质的影响。试验根据水稻秸秆用量设4个处理,分别为0、100、200和300 g/pot,分别测定了培养液的电导率、pH、全氮、全磷、全钾等指标。研究结果表明,各处理表层溶液电导率在培养初期呈上升趋势,第36 d达最大值,分别为960、1150、1467和1620μs/cm,随后略有降低,到培养结束时分别为683、910、1083和1277μs/cm。pH值在培养的前3 d呈缓慢下降的趋势,与秸秆用量呈负相关;从第4 d开始pH迅速升高,16 d后达到相对稳定的状态,到培养结束时变化不大。施加的尿素导致培养液中全氮浓度在20 d内保持较高的浓度,随后全氮浓度迅速下降,到第76 d,下降趋势减缓。施加秸秆能够提高全磷含量。秸秆中钾释放迅速,培养1 d后,溶液全钾含量达到较高的浓度,分别为6.87、36.10、60.27、114.23 mg/L,在整个培养期全钾浓度变化不大。淹水培养条件下施加秸秆能够增加培养液中电导率、全磷及全钾浓度,秸秆用量呈正比,但是对pH、全氮影响较小。
4.稻草和油菜秸秆用量试验培养结束后,研究土壤养分变化的情况。研究结果表明,水稻秸秆和油菜秸秆对土壤肥力影响情况一致。秸秆还田能够提高土壤有机质含量,土壤有机质含量与秸秆用量呈正比;增加的土壤有机质主要为易氧化态有机碳,对稳定态有机碳的影响作用较小。土壤全氮与土壤有机质含量密切相关,其变化趋势与有机质相一致。土壤速效钾与秸秆用量有明显的正效应。秸秆对土壤pH、速效磷的影响作用较小。
5.不同耕作模式下秸秆还田试验表明,秸秆还田能提高作物产量;翻耕栽培模式明显好于免耕栽培。秸秆还田能够降低土壤容重,提高土壤孔隙度,改善土壤结构;能增加土壤总有机碳和易氧化态有机碳,并增加了土壤有机质的活性。秸秆还田在一定程度上提高了土壤全氮和速效钾的含量,但对pH、速效磷、全磷及全钾的影响作用较小。
