秸秆还田对土壤结构和春玉米生长的影响.pdf

浙江农业学报 ():/.于博王钰艳任琴等.秸秆还田对土壤结构和春玉米生长的影响.浙江农业学报():.:/.收稿日期:基金项目:乌兰察布市基础研究项目()内蒙古自治区自然科学基金()集宁师范学院博士创新科研基金项目()集宁师范学院博士科研启动基金()大学生创新创业训练计划项目()作者简介:于博()男吉林白山人博士讲师主要从事土壤肥力调控与作物生理生态研究:.秸秆还田对土壤结构和春玉米生长的影响于 博王钰艳任 琴党玉蕾张志鹏王 宇(集宁师范学院 生命科学与技术学院内蒙古 乌兰察布)摘 要:为探讨秸秆还田对旱地土壤结构和春玉米生长的影响设置连续 的秸秆还田定位试验测定土壤物理性质、结构、春玉米根系指标和产量的变化 结果显示秸秆还田 后 团聚体的质量占比、团聚体平均质量直径、团聚体几何平均直径分别显著()增大了 、团聚体稳定指数、团聚体不稳定系数分别显著增大了 和 百分点团聚体破坏率显著减小了 土壤容重显著降低了 总孔隙度、质量含水量和田间持水量分别显著增加了、百分点耕层()春玉米根干重、根表面积和根体积显著增加产量显著提高 结果表明长期秸秆还田改变了春玉米旱地的土壤结构状况提高了土壤的保水性、通透性、团聚体的稳定性改善了春玉米根系的生长环境增产效果明显关键词:秸秆还田土壤团聚体平均质量直径春玉米根系中图分类号:文献标志码:文章编号:()():.()().:作物秸秆是培肥土壤重要的可再生资源秸秆还田是培肥和改良土壤最为经济有效的技术措施同时可解决秸秆田间焚烧污染大气的环境问题 土壤容重和毛管孔隙度是反映土壤结构特性的重要指标秸秆还田对降低土壤容重、增加孔隙度有积极作用 韩上等研究表明施用稻草后土壤总孔隙度增加土壤容重降低王秋菊等研究表明秸秆还田后土壤容重降低耕层土壤孔隙度和非毛管孔隙度增大毛管孔隙增加大孔隙占总孔隙的比例增大黏质土壤的通透性改善 庞党伟等研究表明秸秆深耕还田后 土层的土壤容重减小总孔隙度和毛管孔隙度增加 徐莹莹等研究表明深翻秸秆还田后耕层土壤容重显著降低 总孔隙度增加 通气孔隙增加 非毛管孔隙增加 玉米秸秆还田可促进土壤微粒的团聚作用显著改善土壤结构性状 高洪军等、张翰林等研究表明秸秆还田条件下土壤水稳性大团聚体数量、平均质量直径和几何平均直径均显著提高分形维数显著降低还田年限越长该趋势越明显 冀保毅等研究表明秸秆还田能增加壤土和黏土的机械稳定性和水稳定性团聚体的平均质量直径进而增加土壤团聚体的稳定性秸秆还田培肥土壤改善了土壤结构利于作物根系的生长发育促进了根系的吸收活动增加了玉米根干重、根表面积和根体积利于作物增产 内蒙古平原灌区玉米带是我国重要的粮食生产基地在生产实践中受制于长期的小动力农机耕作和有机肥投入不足、化肥不合理施用当地的春玉米主产区普遍存在耕层浅、亚耕层()坚硬、土壤通透性差、蓄水保肥能力偏低的土壤结构和土壤肥力问题导致春玉米根系下扎困难难以利用深层土壤养分成为制约当地春玉米高产栽培技术重演和大面积推广的科技难题 随着农村土地经营模式的不断变革和农业机械保有体制和现状的变化一些传统的土壤培肥理论和技术体系已落后于当前农村土地经营模式、农机保有现状及由此产生的耕作、施肥与栽培模式等不断变革的需求导致春玉米高产农田的定向培育目标和方向不明确为此本研究设计了秸秆还田定位试验旨在探究秸秆还田对春玉米旱地土壤结构的影响阐明土壤结构与春玉米根系的关系为科学利用秸秆进行土壤肥力调控、实现玉米大面积高产稳产提供理论支持 材料与方法 试验设计秸秆还田定位试验于 年 月至 年 月在集宁师范学院玉米试验田进行玉米秸秆收获后全量粉碎深翻()还田 自 年起逐年形成秸秆还田 共 个试验处理:仅 年还田、年连续 还田 年连续 还田 年连续 还田 秸秆还田量按照 的籽粒 秸秆比计算 年秸秆年均还田量分别为 、以秸秆不还田作为对照()每个试验小区长 、宽 小区面积 共 个试验小区随机区组排列每个处理重复 次 试验田土壤质地层次以“砂 黏 砂”的形式出现土壤质地剖面如下:(耕层)为轻壤土 (亚耕层)为中壤土(心土层和底土层)为砂壤土 耕层土壤基本理化性质如下:有机质含量 碱解氮含量 速效磷含量 速效钾含量 值 春玉米品种为先玉 密度 株等行距 种植 按照内蒙古平原灌区饲用玉米施肥技术规程(/)的规定施肥施肥量折纯:磷、钾肥全部作基肥氮肥按 的比例分别用作基肥和 次追肥(分别于拔节期与灌浆期前追肥)玉米生育期灌水 次:拔节期 次大喇叭口期 次灌浆期 次每次的灌水定额为 测定指标与方法土壤剖面观测:于春玉米吐丝期挖取土壤剖面观测耕层与亚耕层的分界线、颜色等特征用环刀采集原状土 点取样每个点重复 次烘干法测定土壤容重和质量含水量测算土于博 等.秸秆还田对土壤结构和春玉米生长的影响壤总孔隙度、孔隙比、质量含水量、田间持水量采用萨维诺夫法(干筛、湿筛)测定不同粒级土壤团聚体的相对百分含量计算粒径 团聚体的质量占比()、团聚体平均质量直径()、团聚体几何平均直径()、团聚体破 坏 率()、团聚体稳定指数()、团聚体不稳定系数()和分形维数()采用“/株距 /行距”法 点取样用 根系分析系统(加拿大)分析根系形态指标并测定根鲜重和干重于收获期实测每个小区的春玉米产量 取连续 个果穗风干后考种测定 含水率的百粒重 数据处理采用 软件绘制图表 采用 软件进行方差分析对有显著()差异的采用最小显著差数法()进行多重比较 结果与分析 秸秆还田对土壤剖面特征的影响依据芒塞尔土壤比色卡 的耕层土壤颜色为黄色(图)秸秆还田 后耕层土壤的颜色依次为棕黄色、棕色、深棕色和黑色 随秸秆还田年限增加土壤耕层颜色逐渐加深 秸秆还田对土壤基本物理性质和土壤水分的影响总体来看随秸秆还田年限增加土壤容重呈降低趋势(图)其中 与 无显著差图 不同秸秆还田年限下土壤剖面特征的变化.柱上无相同字母的表示差异显著().图 不同秸秆还田年限下土壤容重的变化.异但、显著小于 与 无显著差异 与 无显著差异但、显著低于 和 与 相比 的土壤容重显著降低了 降幅 随秸秆还田年限增加:土壤总孔隙度整体呈增大趋势(表)其中、显著高于其他处理 的最低显著低于除 外的其他处理土壤孔隙比亦呈增大趋势、显著高于其他处理其他处理间无显著差异土壤质量含水量逐年显著增加土壤田间持水量亦呈逐年增加趋势除 分别与 和 无显著差异外其他处理间均差异显著 与 相比的土壤总孔隙度增加了 百分点孔隙比增加了 质量含水量增加了 百分点田间持水量增加了 百分点由以上结果可知秸秆还田 土壤的基浙江农业学报 第 卷 第 期表 不同秸秆还田年限下土壤水分和孔隙的变化 处理总孔隙度/孔隙比 质量含水量 /田间持水量/同列数据后无相同字母的表示差异显著()下同 .本物理性质和水分含量变化不明显但秸秆还田 后土壤容重显著减小土壤质量含水量、田间持水量、总孔隙度和孔隙比显著增加表明土壤耕层的松紧状况得到改善土壤保持水分的能力增强土壤有效水的贮存能力显著提高土壤的通透性增强 综上连续 的秸秆还田使得耕层土壤的基本物理性质得到显著改善 秸秆还田对土壤结构的影响 秸秆还田对土壤团聚体含量和特征数的影响各处理相比 处理粒径 的团聚体含量显著低于其他处理(图)的团聚体含量显著低于其他处理 处理粒径 的团聚体含量显著小于除 外的其他处理、处理粒径 的团聚体含量显著小于 其他粒径的团聚体含量在各处理间无显著差异 总的来看随秸秆还田年限增加土壤中粒径 的团聚体含量逐年增加 与 相比 处理粒径 和 的团聚体含量分别显著增加了 百分点和 百分点 增幅分别为 和 粒径 和 的团聚体含量分别显著降低了 百分点和 百分点降幅分别为 和 粒径 和 的团聚体含量无显著变化与 相比秸秆还田后、的 分别显著增加、(表)同一粒径柱上无相同字母的表示处理间差异显著().图 不同秸秆还田年限下土壤团聚体的变化.于博 等.秸秆还田对土壤结构和春玉米生长的影响表 不同秸秆还田年限下土壤团聚体特征数的变化 处理 粒径 团聚体的质量占比平均质量直径几何平均直径稳定指数团聚体破坏率分形维数 .和 的 分别显著增加 和 和 的 分别显著增加 和 和 的 分别显著增加 和 和 的 分别显著下降 和 其他处理与 相比无显著差异 秸秆还田对水稳性团聚体含量和水稳系数的影响从各处理不同粒径的水稳性团聚体含量(表)来看:水稳性团聚体 最低 最高二者均显著异于其他处理 处理间无显著差异 水稳性团聚体、显著大于 而 显著小于 水稳性团聚体、显著大于 水稳性团聚体 最高 最低二者均显著异于其他处理其他处理间无显著差异 水稳性团聚体、显著大于 水稳性团聚体 且各处理间均差异显著 与 相比 各粒径的水稳性团聚体含量均发生显著变化、水稳性团聚体的含量分别增加 、百分点而 各处理间均差异显著 与 相比 的 提高了 百分点总的来看秸秆还田 改良土壤结构的效果不明显但随着秸秆还田年限的增加至秸秆还田 时土壤结构已得到明显改善表现为 水稳性团聚体含量增加团粒的机械稳定性和水稳性增强团粒抵抗外力破坏的能力增强 秸秆还田对春玉米根系的影响 秸秆还田对春玉米根质量的影响在 土层秸秆还田各处理的玉米根干重和鲜重均显著大于(表)、处理还显著高于 在 土层各处理的玉米根干重和鲜重均表现为 且各处理间差异显著在 土层各处理的玉米根干重和鲜重无显著差表 不同还田年限下土壤水稳性团聚体含量和团聚体不稳定系数()的变化 ()处理不同粒径水稳性团聚体的含量 团聚体不稳定系数 .浙江农业学报 第 卷 第 期表 不同秸秆还田年限下春玉米根质量的变化 指标处理不同土层的根质量 鲜重 干重 同列数据后无相同字母的表示同一指标下处理间差异显著()各处理间差异显著在 土层各处理的春玉米根体积无显著差异在 土层、处理的春玉米根体积显著大于 此外表 不同秸秆还田年限下春玉米根表面积的变化 处理不同土层的根表面积 表 不同还田年限下春玉米根体积的变化 处理不同土层的根体积 于博 等.秸秆还田对土壤结构和春玉米生长的影响 处理还显著大于、在 土层、处理的春玉米根体积显著大于 和 与 相比 处理 、土层的根体积分别显著增加了 、总的来看耕层春玉米的根质量、根表面积和根体积随秸秆还田年限延长而增加亚耕层的根质量和根体积无明显变化心土层()的春玉米根系秸秆还田 无明显变化但当秸秆还田 时根质量和根体积增加 秸秆还田 对耕层和心土层的春玉米根系生长表现出明显促进作用但对亚耕层根系的影响不明显这可能与亚耕层土壤结构坚硬春玉米根系难以大量下扎穿过坚硬的亚耕层向土壤深层生长有关 秸秆还田后根系在耕层吸收的养分增加向心土层玉米根系运移的养分增加这可能是导致心土层春玉米根质量和根体积增大的原因 秸秆还田对春玉米产量和产量构成的影响在有效穗数上、均显著高于(表)较 增加 秸秆还田各处理间无显著差异 在穗粒数上秸秆还田各处理间无显著差异但均显著高于 比 增加 在百粒重上 显著高于除 外的其他处理比 增加 在产量上秸秆还田各处理均显著高于 的产量还显著高于 和 比 增加 表 不同秸秆还田年限下春玉米产量和产量构成的变化 处理有效穗数 /穗粒数 百粒重/产量/()讨论近年来关于秸秆还田对土壤物理性质和玉米根系影响的研究很多但聚焦土壤结构与玉米根系变化的研究报道相对较少 以往的研究显示秸秆还田是提升肥力质量的有效措施 长期秸秆还田后 团聚体和水稳性团聚体的含量增加团聚体的机械稳定性和水稳性提高有利于土壤团粒结构的形成有利于改善土壤腐殖化程度和土壤结构性 秸秆还田提高了耕层 团聚体的含量降低了 粒级 秸秆深翻还田后 水稳性团聚体比例显著增加 秸秆还田还提高了土壤水稳性团聚体的 和 增加了壤土和黏土的机械稳定性和水稳定性团聚体的平均质量直径 在本研究中与 相比秸秆还田 、和 显著增加秸秆还田 后、逐年显著增大 逐年减小土壤团聚体的机械稳定性和水稳性逐年增强 还田后秸秆中的可溶性糖、淀粉、纤维、果胶、蛋白质、木质素、单宁、蜡质等成分被微生物分解形成土壤腐殖质腐殖质中的腐殖酸联结矿物质颗粒形成团粒的关键成分腐殖酸中的亲水性极性基团(羧基、羟基、酰胺基等)以静电力、范德华力与金属离子吸附以阳离子桥与土壤微粒发生交换和吸附作用形成土壤团粒结构 秸秆还田 土壤中的亲水性基团较少土壤团粒结构特征变化不明显秸秆还田 亲水性基团积累增加这可能是促使 逐年提高和出现前述现象的原因 另外土壤腐殖酸分子还可与矿物颗粒以氢原子结合而吸着水形成结合水层并通过结合水层形成团粒 土壤团聚体在干筛与湿筛过程中的水环境差异很大结合水层的多少也会影响团聚体的稳定性 这可能是导致本研究中 与 提高趋势不一致的原因秸秆还田对土壤容重、孔隙度、田间持水量有较好的改善效果 张奇等研究显示秸浙江农业学报 第 卷 第 期秆还田 后土壤容重降低总孔隙度增加田间持水量增加 秸秆还田 的改土效果比秸秆还田 要好 秸秆还田促进了干旱年份 土层根密度的增加促进了深层根系的发育 秸秆还田 后玉米根系总表面积、总体积显著增加 秸秆还田还能增强玉米的扎根性能使其根系分布空间扩大 秸秆深层还田的根系主要分布在 土层 在本研究中随秸秆还田年限增加土壤耕层的春玉米根质量、根表面积、根体积逐年增加但亚耕层的根质量、根表面积和根体积无显著变化心土层的春玉米根系在秸秆还田 时无明显变化但在秸秆还田 时根质量和根体积增加 这说明秸秆还田对耕层的春玉米根系有明显的促生长作用但对亚耕层根系无明显影响秸秆还田 对心土层的根系发育无明显影响但秸秆还田 对心土层的根系生长有一定的促进作用总的来看秸秆还田有利于促进吐丝期作物的根系形态发育和耕层空间分布有助于促进干物质的积累从而实现增产目的综上本研究表明秸秆还田初期()对土壤结构改良的效果不明显但随着秸秆还田年限增加至秸秆还田 时土壤颜色最深土壤容重显著降低了 总孔隙度、质量含水量和田间持水量分别增加了 、百分点、分别增加了 、百分点 显著降低 土壤团粒的机械稳定性和水稳性增强耕层春玉米根干重、根表面积和根体积显著增加产量显著提高 在内蒙古平原灌区利用秸秆还田措施连续培肥土壤 可有效改良土壤结构促进春玉米根系生长发育实现春玉米增产稳产的目的参考文献():于博 徐松鹤 任琴 等.秸秆还田研究进展及内蒙古玉米秸秆深翻还田现状.作物杂志():.():.()邹文秀 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