稻草不同还田方式对水稻产量和土壤碳库的影响毕业论文.doc

JIANGXI AGRICULTURAL UNIVERSITY本 科 毕 业 论 文题目： 稻草不同还田方式对水稻产量和土壤碳库的影响 学 院： 国土资源与环境学院 姓 名： 学 号： 专 业： 农业资源与环境 年 级： 资环101 指导教师： 副教授 二0一四 年 五 月目录摘要IAbstractII前言11 材料与方法21.1 供试材料21.2 试验设计21.3 测定指标与方法21.4 计算公式31.5 数据处理32 结果与分析32.1 稻草还田方式对双季早、晚稻产量及其构成因素的影响32.2 不同稻草还田方式对土壤碳素形态及其有效率的影响42.3不同稻草还田方式对土壤碳库管理指数的影响53 讨论53.1 关于稻草还田与水稻产量问题53.2 关于稻草还田与土壤不同形态碳素变化问题6参考文献7致谢8摘要通过设置不施肥（CK）、单施化肥（NPK）、稻草烧灰还田化肥（SINPK）、稻草全量还田化肥（SNPK）4个处理，研究了不同稻草还田方式对水稻产量及其构成因素和土壤碳库的影响 。结果表明：早稻产量SNPK SINPK NPK，晚稻产量SINPK NPK SNPK。稻草全量还田对土壤有机碳影响较大，不同还田方式对耕作层土壤有机碳和活性炭的影响呈现出SNPKSINPKNPKCK的趋势。关键词：稻草还田方式、水稻产量、土壤碳库指数AbstractFour treatments were installed，including balanced mineral fertilization( NPK) ，NPK plus cut rice straw returning ( SNPK) ，NPK plus incinerated rice straw returning( SINPK) ,and no fertilization ( CK) , to study the effects of different rice straw returning modes on the rice grain yield, yield component and soil carbon pool in a double rice- cropping systemThe results showed that in early rice，the grain yield of SNPK treatment was the highest，and SINPK was much higher than treatment NPK; in late rice，the grain yield of SINPK treatment was the highest，and SNPK was much higher than treatment NPK. Total rice straw incorporation had had a significant influence on soil organic carbon, and the effect of different rice straw returning modes on organic carbon and active carbon of surface soil presented the following trend: SNPK SINPK NPK CK.Key words: Straw returning to field、Rice yield、CPMIII前言土壤有机碳库是由不同稳定性的组分组成，其概念性库包括活跃库、慢性库和惰性库。土壤总有机碳可能在较短时间内对因农业管理措施导致的土壤质量的变化反映不甚敏感1。稻田作物秸秆还田少耕或免耕有利于土壤碳固定，提高农田生态系统中土壤碳含量。土壤有机碳是矿化分解、合成的平衡结果，当土壤肥力达到一定水平或有机质含量超过一定数量后，两者之间不完全成正相关，实际上存在有机碳的质量问题。土壤矿化碳与全碳的比值可以指示土壤有机碳活性；土壤活性碳与全碳的比值可以度量土壤有机碳氧化稳定性2-3。土壤碳库动态平衡与作物营养、土壤管理关系密切，直接影响作物产量和土壤肥力的高低，土壤有效碳库对调节土壤C素和养分流向有重要作用，故对土壤碳库变化的定量研究(即CPMI的建立)尤为重要。目前中国学者对不同施肥、不同地带典型土壤的有机碳活性组成和CPMI进行了报道4-6。如袁颖红等吲对长期施肥下红壤性水稻土，沈宏等7对于不同土壤类型以及李琳等5就不同耕作方式下壤有机碳库的影响都进行了深入研究。前人对不同施肥下土壤有机碳库变化做了大量研究，但针对稻草还田模式下等养分施肥量双季稻稻田土壤有机碳库的报道较少8-9。为此，笔者就稻田作物秸秆还田对土壤不同形态有效碳及土壤碳库管理指数的影响进行研究，探讨土壤碳库管理指数对土壤碳库监测的有效性，为保持和提高稻草全量还田方式下的合理施肥提供理论基础。1 材料与方法1.1 供试材料2013年在江西省进贤县温圳镇杨溪村进行早、晚稻稻草全量还田田间定位试验，供试土壤为第四纪红色粘土发育的潴育型水稻土，试前土壤基本性质为：有机质34.16g/kg，全氮2.271g/kg，碱解氮126.0 mg/kg，速效钾97.9 mg/kg，有效磷31.34mg/kg，pH5.48。供试早、晚稻品种分别为陆两优996和五丰优T025。1.2 试验设计试验设计4个处理：（1）不施肥（CK）; （2）单施NPK化肥（NPK）;（3)稻草烧灰还田化肥（SINPK）,即联合收割机收获早、晚稻后人工撒匀稻草，晒干后燃烧成灰，灌适量水后用手扶拖拉机旋耕作为早、晚稻基肥；（4）稻草全量还田化肥（SNPK）, 即联合收割机收获早、晚稻时将稻草切碎成约5cm小段，早稻稻草人工撒匀灌水后用拖拉机将稻草旋耕入土，作为晚稻基肥；晚稻稻草人工撒匀后，来年春耕时用拖拉机旋耕入土，作为早稻基肥。每处理小区面积326.7m2，无重复。除不施肥处理外，其它各处理氮、磷、钾用量相等，即早稻氮肥165kg/hm2，晚稻195 kg/hm2，早、晚稻NP2O5K2O施用比例均为10.450.9，稻草和草木灰中的养分数量按实际分析结果计算，不足之数用化肥补够。早稻氮肥按基肥分蘖肥穗肥=523施用；晚稻氮肥按基肥分蘖肥穗肥=424施用；早、晚稻钾肥按分蘖肥穗肥=73施用，磷肥一次性做基肥施用，化肥用尿素、钙镁磷肥和氯化钾。其他管理措施基本一致。1.3 测定指标与方法在早、晚稻成熟期于田间每处理采集耕作层（015cm）5个点的混合土样，用于土壤有机碳、活性碳和矿化碳的测定。土壤有机碳的测定采用常规方法；土壤活性碳测定：称量处理过约含15 mg 有机碳的土样，放在塑料瓶(100ml) 内，用333 mmol/ L KMnO4溶液25 ml 震荡处理1 h，震荡后离心5min (4000r/ min)，取上清夜，用去离子水按1625比例稀释，然后用分光光度计565nm比色测定，根据KMnO4浓度的变化计算活性有机碳含量，单位mgC / g (氧化过程中1 mmol/L KMnO4消耗0.175 mmol/L或9 mg 碳) ；土壤矿化碳含量采用碱吸收法测定：称取土样5 g(风干土质量)放入广口瓶中，将土壤样品平铺于瓶底，用蒸馏水调至最大田间持水量的60 %，在25 的培养箱内培养，每个处理3 次重复。培养过程中所释放的CO2 用5 ml 1 mol/ L NaOH 溶液吸收，在培养3 d 后用0.5 mol/ L H2 SO4 溶液滴定法计算累积矿化量，所用指示剂为酚酞。1.4 计算公式稳态碳总碳活性碳；碳库指数(CPI)农田土壤有机碳参考农田土壤有机碳；碳库活度(A) 活性碳/稳态碳；碳库活度指数(AI) 农田碳库活度参考土壤碳库活度；碳库管理指数(CPMI) 碳库指数碳库活度指数100 。1.5 数据处理用Excel和DPS软件进行计算和统计分析处理。2 结果与分析2.1 稻草还田方式对双季早、晚稻产量及其构成因素的影响不同稻草还田方式对早、晚稻产量机器构成因素的影响存在差异（表1）。无论是早稻还是晚稻，各施肥处理产量极显著高于不施肥处理。在施肥水平相同的情况下，早稻产量由大到小依次为SNPK、SINPK、NPK,且稻草全量还田水稻产量显著高于其他两处，增幅为3.4%到4.3%，而单施化肥与稻草烧毁还田处理间差异不明显。晚稻产量由大到小依次为SINPK、NPK、SNPK。且稻草烧毁还田水稻产量显著高于其他两处，增幅为9.5%到9.8%，而单施化肥与稻草全量还田处理间差异不显著。表明在等养分条件下，晚稻稻草全量还田有利于提高第二年早稻产量，而早稻稻草全量还田对当年晚稻产量的影响虽没有早稻明显，但稻草全量还田减少了化肥的用量，尤其是明显减少了钾肥的用量。产量结构因素中，在等养分条件下，早稻单位面积有效穗的变化与其产量趋势基本一致；而晚稻则不同，稻草全量还田处理，单位面积有效穗最少，这可能是稻草还田后微生物分解稻草需要小号土壤氮素而影响水稻分蘖的缘故。而每穗粒数、结实率和千粒重各处差异不明显。相关分析表明，早、晚稻产量的主要影响因素是有效穗数和每穗粒数，与产量的相关性早稻达到显著水平，相关系数分别为0.8316和0.8256，而晚稻相关不显著，相关系数分别为0.8211和0.6150。表1 不同稻草还田方式对双季早、晚稻产量及其构成因素的影响 处理有效穗数（104/hm2）每穗粒数 结实率（%）千粒重（g）产量 (kg/hm2)早稻CK168.3bB110.7a97.19a29.20a4386.0cCNPK 286.2aA114.9a90.38a28.41a6691.5bBSINPK287.3aA122.7a93.06a27.66a 6750.0bABSNPK301.5aA122.0a93.45a28.27a6979.5aA晚稻CK237.6cB148.8a89.32a22.95a5952.0cCNPK 357.8aA147.7a82.76a23.73a8143.5bABSINPK315.9bA161.8a82.45a23.99a8919.0aASNPK311.9bA151.3a82.45a24.53a8122.5bAB注： 同列数据中不同大小写字母表示差异达到 1和5显著水平，下同。 2.2 不同稻草还田方式对土壤碳素形态及其有效率的影响 不同稻草还田方式对土壤碳素形态及其有效率的影响存在差异（表2）。无论是早稻还是晚稻，有机碳、活性碳中各施肥处理都显著高于不施肥处理。早、晚稻有机碳中SNPK、SINPK、NPK之间无明显差异，活性碳中SNPK显著高于SINPK、NPK，SINPK和NKP无明显差异。早、晚稻中矿化碳无明显规律，早稻矿化碳含量NPKSINPKSNPK,晚稻中矿化碳含量SNPKNPKSINPK。早稻矿化率NPKSINPKSNPK，晚稻矿化率SNPKNPKSINPK。早、晚稻活性碳有效率都呈SNPKNPKSINPK。实验表明，稻草还田方式，对土壤有机碳和矿化碳含量的提高效果是明显的。而土壤中活性炭占有机碳的百分比可以直接反映土壤有机碳的有效性，活性有机碳所占比例越高，表示有机碳活性越强，土壤质量越好，而稻草还田对活性炭含量提高效果显著高于其它处理，也就说明了稻草全量还田对提高土壤碳素有效率有较好的效果。表2土壤碳素形态及其有效率处理有机碳（g/kg)活性碳（g/kg）矿化碳 （g/Kg)矿化碳有效率 (%)活性碳有效率 (%)早稻CK18.29b3.80c0.794.32 20.78 NPK 19.48a4.21b2.2311.45 21.61 SINPK19.83a4.06b1.758.83 20.47 SNPK20.55a4.60a1.637.93 22.38 晚稻CK16.77b3.55c1.9912.62 21.17 NPK 17.61a3.81b1.9911.30 21.64 SINPK18.45a3.88b1.518.18 21.03 SNPK18.38a4.11a2.5313.76 22.36 2.3不同稻草还田方式对土壤碳库管理指数的影响不同稻草还田方式对土壤碳库管理指数的影响存在差异（表3）。早稻碳库指数SNPK、SINPK显著高于NPK，晚稻中各施肥处理间没明显差异。早稻中碳库管理指数SNPK、SINPK季显著高于NPK，晚稻中碳库管理指数SNPK极显著高于SINPK，SINPK极显著高于NPK。早、晚稻稳态碳施肥处理显著高于不施肥处理，施肥处理间没明显差异。活性碳间没明显关系。早、晚稻碳库活度SNPKNPKSINPK。早稻施肥处理碳库活度指数无明显差异，晚稻施肥处理碳库活度指数SNPK、SINPK显著高于NPK。实验表明，稻草还田方式对碳库管理指数提高有明显的促进作用。由于碳库管理指数主要决定于碳库活度和碳库指数因子，而碳库活度与碳库指数则分别决定土壤活性有机碳和有机碳10，两季稻草还田配施化肥后土壤活性有机碳和有机碳均大于不还田处理，故其碳库管理指数最高。相关分析表明，土壤碳库管理指数与双季早、晚稻产量呈显著抛物线关系，相关系数早稻为0.9829*，晚稻为0.9828*。表3不同稻草还田方式对土壤碳库管理指数的影响处理稳态碳（g/kg）活性碳（g/kg）碳库活度活度指数碳库指数碳库管理指数早稻CK14.49b3.80cCD0.2621.000 1.000100NPK 15.27a4.21bB0.2761.051a 1.065b 112.0bB SINPK15.77a4.06bBC0.2571.053a 1.146a 120.6 aASNPK15.95a4.60aA0.2881.091a 1.187a 129.5aA 晚稻CK13.22b3.55cCD0.2681.000 1.000100NPK 13.80a3.81bBC0.2760.950b 1.117a 106.1 cCSINPK14.57a3.88bAB0.2661.010a 1.146a 115.7 bBSNPK14.27a4.11aA0.2881.127a 1.144a 128.9 aA3 讨论3.1 关于稻草还田与水稻产量问题农作物秸秆还田能否起到与化学肥料同等的营养作用，一直是许多学者关注的焦点问题之一。一些研究认为，稻草还田对水稻生长发育与产量有促进作用，原因是稻草还田能促进水稻分蘖，增加有效穗数及每穗实粒数，生育中后期能维持较高的叶面积指数和较高的干物质积累量，从而提高产量。本实验也得到了相似的结论。与稻草不还田处理比较，等施肥条件下，稻草全量还田处理的叶面积指数以及干物质积累量生育前期相对较低，而不施肥条件下差异较小，这与稻草还田后减少了速效肥有关。同时也说明稻草还田有利改善生育中后期土壤养分供应。3.2 关于稻草还田与土壤不同形态碳素变化问题土壤有机质的活性成分对土壤养分、植物生长、乃至环境都有直接的影响，在现代土壤研究中非常重视土壤活性有机质的作用。对土壤活性有机质及CMI的研究，能够明确土壤管理和施肥的科学性。近20 年来，我国农田土壤有机碳呈增加趋势，尤其是南方红壤丘陵地区和太湖地区更为明显。已有的研究认为，土壤不同形态碳素含量和碳库管理指数的变化程度与耕作方式和施肥等农业管理措施密切相关12-15。稻草还田能提高土壤不同形态碳素含量和碳库管理指数，但其影响程度与耕种年限13、稻草还田年限14和耕作方式15有关。本研究认为，与单施化肥和稻草烧灰还田两处理处理相比，无论是稻草还田一次，还是周年还田，均有利于耕作层土壤活性碳含量和碳库管理指数的提高，且对增加土壤碳素有效率有较好的效果。参考文献1 Blair G J，Lefoy R D BSoil C fractions based on their degree ofoxidation and thedevelopment of a C man agement index foragriculturalstemsJ】AustJAgriRes，1995，46：145914662 Bradley R LFyles J W A kinetic parameter describing soilavailable C and its relationship to rate increase in C mineralization【J】Soil BoilBiochem，1995，27(2)：1671723 Sparling G P，Ord B G，Vaughan DChanges in microbial biornassand activity in soils a mended with phenolic acidsJSoil BiolBiochem，1981，13：4554604 袁颖红，李辉信，黄欠如，等长期施肥对红壤性水稻土活性碳的影响J生态环境，2007，16(2)：5545595 李琳，李素娟，张海林，等保护性耕作下土壤碳库管理指数的研究J水土保持学报，2006，20(3)：106-1096 Paul E ADynamics of soil oanic matterJ】Plant and Soil，1984，76：2752857 沈宏，曹志洪，徐志红施肥对土壤不同碳形态及碳库管理指数的影响J土壤学报，2000，37(2)：1661738 徐明岗，于荣，王伯仁，等长期施肥对我国典型土壤活性有机质及碳库管理指数的影响J植物营养与肥料学报，2006，l2(4)：4594659 倪进治，徐建民，谢正苗，等不同有机肥料对：t壤生物活性有机质组分的动态影响J】植物营养与肥料学报，2001，7(4)：37437810曾研华 ，吴建富 ，潘晓华 ，石庆华 ，吴自明 ，邓伟明 ，杨小华 ，吴玉成. 不同稻草还田方式下土壤碳库管理指数的研究.中国农学通报 2011,27(30)：778111吴建富，曾研华，潘晓华，石庆华.机械化稻草全量还田对水稻产量和土壤碳库管理指数的影响.江西农业大学学报，2011，33（5）：835-83912李琳，李素娟，张海林 保护性耕作下土壤碳库管理指数的研究J 水土保持学报， 2006， 20( 3) : 106-10913沈宏，曹志洪，徐志红 施肥对土壤不同碳形态及碳库管理指数的影响J 土壤学报， 2000， 37( 2) : 166-17314徐明岗，于荣，王伯仁，等 长期施肥对我国典型土壤活性有机质及碳库管理指数的影响J 植物营养与肥料学报，2006， 12( 4) : 459-46515陈尚洪，朱钟麟，刘定辉，等 秸秆还田和免耕对土壤养分及碳库管理指数的影响研究J 植物营养与肥料学报，2008， 14( 4) : 806-809致谢首先感谢校领导及院里相关领导给予我毕业实习的机会，让我在实习期间锻炼自我，最后得以完成毕业论文数据的采集。其次感谢我的论文指导老师：吴建富教授的悉心指导和点拨。吴老师作为我的专业课老师和班主任一直很关心我们，感谢他四年来对我们班付出的心血。还有我的师兄丁奇、赵新凡，一直关注我的毕业论文动态，还给与我无私的帮助，很感谢他们。最后感谢我们资环101班的所有同学四年来的陪伴和帮助。8