水旱轮作条件下秸秆还田的培肥和增产效应

【摘要】：本文采用尼龙网袋研究法,连续2年在不同水稻栽培模式和秸秆还田方式下,研究了油菜、小麦秸秆腐解特征及养分释放规律；研究了不同水分管理条件下,秸秆还田对土壤生物学特性和土壤养分状况的影响；采用田间定位试验研究方法,连续3年研究了水旱轮作条件下秸秆覆盖还田对土壤理化性质和作物产量的影响。主要研究结果如下： 1、不同水稻栽培模式和秸秆还田方式下油菜、小麦秸秆腐解特征及养分释放规律的研究结果表明,秸秆还田后,在0-30d腐解较快,后期腐解速率逐渐变慢。油菜秸秆在节水栽培模式下,采用翻压还田腐解率最大,90d时腐解率达到61.06%。试验结束时,小麦秸秆累计腐解率为48.88%-59.95%,油菜秸秆为50.88%-61.06%。常规栽培模式下的秸秆腐解率表现为覆盖还田翻压还田；节水栽培模式下为秸秆翻压秸秆覆盖。秸秆覆盖还田时,两种栽培模式秸秆腐解率差异不大。而在秸秆翻压还田时,节水栽培的秸秆腐解率大于常规栽培。秸秆中养分释放速率表现为钾磷氮≈碳；90d时,小麦秸秆中48.29%-63.79%的碳、48.35%-52.83%的氮、54.83%-67.49%的磷和91.98%-95.99%的钾被释放；油菜秸秆中50.29%-66.55%的碳、46.48%-57.67%的氮、56.44%-75.64%的磷和92.31%-96.24%的钾被释放。栽培模式和还田方式对秸秆碳、氮和磷释放规律的影响与秸秆腐解趋势基本一致。腐解30d时,秸杆中已有超过90%的钾被释放出来。实行秸秆还田后,水稻栽培模式宜采用节水灌溉栽培,一方面可以促进秸秆腐解,提高其养分释放率；另一方面可减少稻田养分流失,防止农田面源污染；还可以提高水分利用效率,节约水资源。 2、不同水分管理条件下秸秆还田对土壤生物学特性和土壤养分状况影响的研究结果表明,秸秆还田后,土壤微生物数量呈现“前期迅速增加,中期急剧减少,后期缓慢减少”的变化特征。土壤脲酶、碱性磷酸酶和蔗糖酶活性的变化规律与微生物相似,而纤维素酶活性呈现“前期剧升、中期缓增、后期骤降”的变化趋势。节水栽培模式下秸秆还田土壤微生物数量和酶活性均显著高于常规栽培。秸秆还田用量对微生物数量和酶活性影响的总体趋势为：适当增加秸秆用量可以提高微生物数量和酶活性,用量过高对细菌和放线菌数量有负效应。秸秆还田可显著提高土壤有机碳和养分含量。土壤有机碳、全氮、碱解氮和速效磷含量在整个试验期间均呈增加趋势。速效钾含量在秸秆还田30d时达到最高,而后则逐渐降低。节水栽培模式下秸秆还田后土壤有机碳和养分含量的提高效应显著高于常规栽培。增加秸秆还田量对土壤养分含量有显著正效应。 3、水旱轮作条件下连续秸秆覆盖对土壤理化性质和作物产量影响的研究结果显示,连续秸秆覆盖显著降低了土壤表层(0-5cm)容重,提高了0-5cm和5-15cm土层土壤含水量。同时连续秸秆覆盖还田还可以县著提高0-25cm土层土壤有机质、碱解氮、速效磷和速效钾含量。秸秆覆盖对表层(0-5cm)土壤养分状况的效应更明显。秸秆连续覆盖5季后,0-5cm土层土壤速效钾含量的增幅(7.64%-15.33%)速效磷(7.52%-10.03%)碱解氮(7.30%-8.74%)有机质(6.08%-7.53%)。连续秸秆覆盖还田还可以显著提高0-5cm、5-15cm和15-25cm土层土壤NH4+-N、NO3--N含量,并且随着秸秆覆盖还田年限的延长和用量的提高,3个土层土壤的NH4+-N、NO3--N含量的增幅也随之增加。第5季水稻收获后,秸秆覆盖处理NH4+-N、NO3--N含量的增幅分别达到了18.01%-38.43%和11.69%-48.16%。秸秆覆盖还田使水稻生育前期土壤NH4+-N、NO3--N含量降低,有利于减少了N03--N的淋失。而后期N素得到释放满足作物生殖生长的需要,有利于作物产量的提高。另一方面,秸秆覆盖还田使土壤N03--N有向下迁移的趋势。秸秆覆盖还田后,可以提高作物产量,其中旱季作物(小麦、油菜)的增产效应要高于水季作物(水稻),并且随着秸秆还田年限和用量的增加,作物的增产幅度也随之提高。秸秆覆盖还田起主要作用的产量构成因素是通过增加小麦、水稻的有效穗数以及油菜的单株角果数和每角粒数来提高产量。秸秆还田是水旱轮作条件下提高土壤肥力和增加作物产量的重要途径。 【关键词】：水旱轮作 秸秆还田 培肥和产量效应 秸秆腐解
【学位授予单位】：华中农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：S141.4
【目录】：

• 目录5-9
• 摘要9-11
• ABSTRACT11-14
• 第一章 绪论14-28
• 1.1 水旱轮作的研究概况14-15
• 1.1.1 水旱轮作对土壤物理性质的影响14
• 1.1.2 水旱轮作对土壤化学性质的影响14-15
• 1.1.3 水旱轮作对土壤生物学性质的影响15
• 1.2 我国农作物秸秆资源量现状15-16
• 1.3 秸秆还田效应的研究现状16-24
• 1.3.1 秸秆还田对土壤物理性状的影响16-19
• 1.3.1.1 秸秆还田对土壤结构的影响16-17
• 1.3.1.2 秸秆还田对土壤水分含量的影响17-18
• 1.3.1.3 秸秆还田对土壤温度的影响18-19
• 1.3.2 秸秆还田对土壤化学性状的影响19-22
• 1.3.2.1 秸秆还田对土壤有机质含量的影响19-20
• 1.3.2.2 秸秆还田对土壤氮素含量的影响20
• 1.3.2.3 秸秆还田对土壤磷素含量的影响20-21
• 1.3.2.4 秸秆还田对土壤钾素含量的影响21
• 1.3.2.5 秸秆还田对土壤微量营养元素含量的影响21-22
• 1.3.2.6 秸秆还田对土壤pH的影响22
• 1.3.3 秸秆还田对土壤微生物和酶活性的影响22-23
• 1.3.3.1 秸秆还田对土壤微生物活性的影响22-23
• 1.3.3.2 秸秆还田对土壤酶活性的影响23
• 1.3.4 秸秆还田对作物产量的影响23-24
• 1.4 还田秸秆的腐解特征、影响因素及其研究方法24-28
• 1.4.1 还田秸秆的腐解特征24
• 1.4.2 还田秸秆腐解的影响因素24-26
• 1.4.3 还田秸秆腐解特征的研究方法26-28
• 第二章 课题研究目的及意义、内容、技术路线28-31
• 2.1 研究目的及意义28-29
• 2.2 研究内容29-30
• 2.2.1 不同水稻栽培模式和秸秆还田方式条件下秸秆腐解特征研究29
• 2.2.2 不同水分管理条件下秸秆还田对土壤生物学特性和土壤养分状况的影响29
• 2.2.3 水旱轮作条件下连续秸秆覆盖还田对土壤理化性质和作物产量的影响29-30
• 2.3 技术路线30-31
• 第三章 不同水稻栽培模式和秸秆还田方式下作物秸秆腐解特征和养分释放规律研究31-40
• 3.1 前言31
• 3.2 材料与方法31-33
• 3.2.1 试验地点与材料31
• 3.2.2 试验设计31-32
• 3.2.3 采样方法与测定项目32-33
• 3.2.4 数据分析方法33
• 3.3 结果与分析33-38
• 3.3.1 不同水稻栽培模式和秸秆还田方式对小麦、油菜秸秆腐解率的影响33-34
• 3.3.2 不同水稻栽培模式和秸秆还田方式对小麦、油菜秸秆养分释放规律的影响34-38
• 3.3.2.1 小麦、油菜秸秆碳释放规律34-35
• 3.3.2.2 小麦、油菜秸秆氮释放规律35-36
• 3.3.2.3 小麦、油菜秸秆磷释放规律36-37
• 3.3.2.4 小麦、油菜秸秆钾释放规律37-38
• 3.4 小结与讨论38-40
• 第四章 不同水分管理条件下秸秆还田对土壤生物学特性和土壤养分状况的影响40-55
• 4.1 前言40
• 4.2 材料与方法40-41
• 4.2.1 试验地点与材料40
• 4.2.2 试验设计40-41
• 4.2.3 采样方法与测定项目41
• 4.2.4 数据分析方法41
• 4.3 结果与分析41-52
• 4.3.1 不同水分管理模式和还田秸秆用量对土壤微生物数量的影响41-44
• 4.3.2 不同水分管理模式和还田秸秆用量对土壤酶活性的影响44-47
• 4.3.3 不同水分管理模式和还田秸秆用量对土壤养分状况的影响47-51
• 4.3.4 土壤微生物数量、酶活性与土壤养分含量的相关性研究51-52
• 4.4 小结与讨论52-55
• 第五章 水旱轮作条件下连续秸秆覆盖对土壤理化性质和作物产量的影响55-75
• 5.1 前言55
• 5.2 材料与方法55-57
• 5.2.1 试验地点与材料55-56
• 5.2.2 试验设计56
• 5.2.3 采样方法与测定项目56
• 5.2.4 数据分析方法56-57
• 5.3 结果与分析57-70
• 5.3.1 连续秸秆覆盖对土壤容重和含水量的影响57-58
• 5.3.1.1 连续秸秆覆盖对土壤容重的影响57-58
• 5.3.1.2 连续秸秆覆盖对土壤含水量的影响58
• 5.3.2 连续秸秆覆盖对土壤有机质含量的影响58-60
• 5.3.3 连续秸秆覆盖对土壤速效养分含量的影响60-63
• 5.3.4 连续秸秆覆盖对土壤无机氮供应特征的影响63-67
• 5.3.5 连续秸秆覆盖对土壤pH值的影响67-68
• 5.3.6 连续秸秆覆盖对作物产量及其构成因子的影响68-70
• 5.4 小结与讨论70-75
• 第六章 总结、创新点与展望75-78
• 6.1 总结75-76
• 6.1.1 不同水稻栽培模式下秸秆的腐解特征和养分释放规律75
• 6.1.2 秸秆还田对土壤生物学特性和土壤养分状况的影响75
• 6.1.3 水旱轮作条件下连续秸秆覆盖还田对土壤理化性质和作物产量的影响75-76
• 6.2 创新点76
• 6.3 展望76-78
• 6.3.1 尼龙网袋法与大田试验的差异76
• 6.3.2 秸秆养分释放规律研究76-77
• 6.3.3 秸秆还田技术的完善77-78
• 参考文献78-91
• 博士期间撰写与发表的与课题有关的论文91-92
• 致谢92

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