论文部分内容阅读
氮（N）是作物生产中最重要的产量限制因素,因此,为了满足全球人口快速增长对粮食的需求常被过量施用。过量氮肥的长期施用不仅降低了作物产量和品质,氮肥利用率持续下降,也造成了大气、水体和土壤等环境的严重污染。秸秆还田会部分消除过量氮肥施用产生的负面效应。本研究依托始于2013年在甘肃省定西市安定区进行的不同氮用量定位试验。定位试验设置6个氮肥施用量（N0:不施氮,对照、N75:施氮量 75 kg ha-1、N150:施氮量 150 kg·ha-1、N225:施氮量 225 kg·ha-1、N300:施氮量300 kg·ha-1和N375:施氮量375 kg·ha-1）。2018年春季播种之前每个小区裂区进行玉米秸秆还田,选择其中4个处理进行秸秆还田试验:0kg N ha-1（对照,CK）、75kg N ha-1（低氮量,LN）、150kg N ha-1（中氮量,MN）和 300kg N ha-1（高氮量,HN）,玉米秸秆还田量为9t ha-1,共8个处理,CK、CK+S,LN、LN+S,MN、MN+S,HN、HN+S。研究施氮量和秸秆还田对马铃薯生长与产量、土壤理化性质和土壤碳库特性的影响。主要试验结果如下:1.适量施氮和秸秆还田显著促进了马铃薯生长、提高了块茎产量和品质,及氮肥利用率。a)在不同施氮量下,中量施氮的MN处理在2018和2019年的马铃薯生物块茎产量和经济块茎产量、利润率和氮氮肥利用效率最高。中量施氮的MN处理在2018和2019的生物产量和经济产量分别比对照CK提高了 31.3%、32.8%和36.9%、35.0%。相比于中量施氮的MN处理,超量施氮的HN处理2018年度的生物块茎产量、经济块茎产量和利润率分别下降了 2.0%、1.1%和 4.9%,2019 年度下降了 2.9%、1.5%和 4.2%。b)秸秆还田的处理在第一年2018年降低了马铃薯的生物产量、经济产量和边际产量,分别比不还田的处理降低了 0.2%,0.8%,和1.9%,但在2019年则分别提高了 3.0%,5.6%和 6.6%。C)所有处理中,以中量施氮-秸秆还田的MN+S处理马铃薯种植效益最高。MN+S处理的生物产量和经济产量在2018分别比对照增加了 29.8%和34.7%,2019增加了 34.7%和40.7%;利润在两个年度分别增加了 55.5%和63.0%。2.土壤总有机碳（TOC）、微生物生物量碳（MBC）、溶解有机碳（DOC）、易氧化碳（ROC）和碳管理指数（CPMI）均随土层深度的增加而降低,土壤有机碳储量则随土层深度的增加而增加。MN+秸秆处理的TOC、DOC、MBC、ROC和腐殖质物质（黄腐酸、腐殖酸和腐殖质）与HN+S处理相似,因为两个处理都提供了足够的养分,满足秸秆分解、矿化和腐殖质化对微生物氮的需求。有机碳含量的变化与有机碳活性组分的异常积累显著相关;土壤有机碳活性组分对施氮和秸秆还田比TOC含量更敏感。相关性分析表明,TOC、SOC和CPMI与活性SOC成分和腐殖质呈显著正相关。a)四种施氮量中,HN处理的土壤有机质组分、碳管理指数（CPMI）和腐殖质含量最高;然而,它与MN处理中获得的结果相当。与CK相比,MN处理增加了土壤总有机碳（TOC）、易氧化碳（ROC）、可溶解性有机碳（DOC）、微生物量碳（MBC）、碳管理指数（CPMI）、腐植酸碳（HAC）和腐殖质碳（HMC）,在实验进行的18个月中分别在0-20厘米深度处下降 7.9%、13.9%、20.5%、24.1%、15.0%、5.8%和 3.0%。b)经过18个月的实验,在0-20 cm深度中,与无秸秆处理相比,有秸秆处理使土壤总有机碳（TOC）增11.4%、易氧化碳（ROC）增加14.8%、可溶解性有机碳（DOC）增加35.0%、微生物量碳（MBC）增加34.9%、碳管理指数（CPMI）增加15.4%、腐植酸碳（HAC）增加17.0%和腐殖质碳（HMC）增加8.9%。在与0-20厘米深度土壤不施加秸秆的处理相比,秸秆还田在6、12和18个月时分别促进了 63.79%、70.80%和70.16%的碳固存。c)由于交互作用的影响,MN+S和HN+S处理在统计上相似土壤有机质组分、碳管理指数（CPMI）和腐殖质,因为这两种处理都提供了足够的养分,满足秸秆分解、矿化和腐殖化的微生物氮需求。经过18个月的实验,与对照相比,MN+S处理在土壤0-20厘米深度的土壤总有机碳（TOC）、易氧化碳（ROC）、可溶解性有机碳（DOC）、微生物量碳（MBC）、碳管理指数（CPMI）、腐植酸碳（HAC）和腐殖质碳（HMC）的含量分别提高了 18.4%、26.7%、51.9%、52.6%、15.4%、21.7%和 10.3%。3.施氮量和秸秆还田显著影响土壤微生物残留量、氨基糖浓度、CO2排放和土壤理化性质。添加秸秆处理和无秸秆处理的CO2排放量分别在第1天和第14天达到峰值。a)a)HN处理较CK,CO2累积排放量、总氮、SOM和硝酸盐含量分别增加了 13.6%、22.6%、9.2%和74.2%,并与CK处理0-20 cm深度的土壤相比,土壤pH和容重分别降低了 1.1%和 0.2%。相比于对照,HN 处理在 0-20、20-40、40-60、60-80 和 80-100 cm深度分别促进了土壤中硝酸盐积累的75.1%、74.2%、77.9%、75.9%和77.4%。b)与无秸秆处理相比,有秸秆的处理在0-20 cm深处的土壤CO2累积排放量、总氮和SOM分别增加了 62.9%、2.0%和11.4%,而土壤pH值和容重分别降低了 0.2%和1.7%。在 0-20、20-40、40-60、60-80 和 80-100 cm 深度的土壤,与没有施加秸秆的处理相比,秸秆还田的硝酸盐含量分别降低了 29.11%、23.91%、28.75%、33.94%和36.10%。c)秸秆氮处理和秸秆锰处理的总氨基糖含量显著高于秸秆氮处理,对氮的需求足以促进微生物的增殖。与对照相比,HN+S处理在0-20 cm深度的土壤CO2累积排放量、总氮、土壤有机质和硝酸盐含量分别增加68.1%、19.6%、24.2%和75.1%,而土壤pH和容重分别降低0.6%和2.0%。综上所述,在玉米秸秆还田后施用氮肥,可以提高矿化率,降低固定化率,从而改善马铃薯的生产性能。应在硝酸盐含量高的土壤中还田,以防止水的富营养化、地下水污染和人类健康的损害。秸秆还田后施氮不仅可以提高马铃薯块茎产量和品质,而且也增加生产效益、氮肥利用效率以及土壤肥力的改善,也是促进农业可持续发展的有效措施。但秸秆还田后施氮也会增加CO2的排放量,对环境产生负面影响。