秸秆还田对砂姜黑土团聚体及其速效养分的影响

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砂姜黑土面积约400万公顷,是黄淮海平原最典型的中低产田土壤。秸秆还田在改善砂姜黑土性状、提高砂姜黑土生产力、促进作物产量提升等方面发挥了重要的作用。本文在统计黄淮海平原旱作区和砂姜黑土区秸秆养分资源及其还田替代化肥潜力的基础上,通过长期秸秆还田定位试验,研究了小麦-玉米轮作系统中不同秸秆还田方式(CK1:对照处理,WMS+F:小麦玉米秸秆还田+常规氮磷钾,WS+F:小麦秸秆还田+常规氮磷钾,MS+F:玉米秸秆还田+常规氮磷钾,F:常规氮磷钾)以及秸秆还田配施氮肥(CK2、SN1、SN2、SN3、SN4的氮肥施用量分别为0 kg/hm~2、157.5 kg/hm~2、180 kg/hm~2、202.5 kg/hm~2、225 kg/hm~2)对砂姜黑土团聚体及其速效养分的影响,并选择同一区域(黄淮海平原)的潮土,设计秸秆不还田+氮肥的定位试验(CK3、FN1、FN2、FN3、FN4的氮肥施用量分别为0 kg/hm~2、50 kg/hm~2、190 kg/hm~2、270 kg/hm~2),进一步验证氮肥的施用对土壤团聚体的影响。研究取得结果如下:1.黄淮海平原旱作区和砂姜黑土区均以小麦、玉米种植为主,主要农作物(小麦+玉米)秸秆资源量分别为15836.29×10~4 t和2058.72×10~4 t。黄淮海平原旱作区主要作物秸秆氮、磷、钾养分资源总量分别为105.23×10~4 t(N)、40.25×10~4 t(P2O5)和316.38×10~4(K2O)t,而砂姜黑土区小麦、玉米秸秆氮、磷、钾养分资源总量约为60.04×10~4 t,含13.68×10~4 t(N)、5.23×10~4 t(P2O5)和41.13×10~4 t(K2O)。秸秆还田替代化肥潜力较大,其中黄淮海平原旱作区主要作物秸秆当季替代化肥潜力(N+P2O5+K2O)分别为190.55 kg/hm~2和120.36 kg/hm~2,砂姜黑土区秸秆(小麦+玉米)养分潜力分别为N 16.93 kg/hm~2、P2O58.10 kg/hm~2和K2O 91.61 kg/hm~2。2.长期秸秆还田增加了典型砂姜黑土有机质含量,降低了土壤p H;土壤全氮、全磷、碱解氮、有效磷、速效钾均有不同程度的积累,以速效钾积累最为显著,呈现出WMS+F>WS+F>MS+F>F>CK1的规律,与土壤有机质变化规律高度一致。全钾受到不同施肥处理及秸秆还田模式的影响相对较小。秸秆还田配施氮肥显著提高了土壤碱解氮含量(P<0.05),降低了土壤p H、有效磷和速效钾的含量。3.典型砂姜黑土团聚体均以>2 mm团聚体为优势粒级,占土壤干重量的30%以上,<0.25 mm粒径团聚体含量最低,其占比不超过15%。秸秆还田后,土壤不良结构体(>2 mm)易发生破碎,形成<2 mm的团聚体,其中以小麦秸秆还田处理(WS+F)效果最为显著(P<0.05),秸秆还田有利于改善土壤结构。随着氮肥施用量的增加,>2mm团聚体成梯度上升趋势,不利于土壤结构的改善。4.在典型砂姜黑土中,<0.25 mm团聚体中速效养分的含量较高。秸秆还田模式下,伴随<1 mm团聚体的形成积累了少量的碱解氮;外源性无机磷易于在<2 mm粒径中积累,但在秸秆还田模式下这种积累发生较为明显的下降。在秸秆全量还田和氮磷钾平衡施用下不同粒径团聚体中速效钾含量均明显的增加,秸秆还田是维持土壤钾素平衡的重要措施。5.秸秆还田配施氮肥对各粒径团聚体速效养分的增加并不明显,反而呈现下降的趋势。<2 mm团粒中土壤养分下降幅度明显低于>2 mm团聚体,尤其在单施氮肥条件下表现更为明显。单施氮肥处理下,伴随着不良结构体的形成,土壤有效磷主要集中在>2 mm团聚体中。综上所述,秸秆还田有利于改善典型砂姜黑土的土壤结构,氮肥施用是秸秆还田过程中的重要的调控措施,但过量施用会影响还田效果。秸秆还田与氮肥调控在典型砂姜黑土的改良中有一个明显的相互协调与制约的过程,相关机制依然需要进一步探索。
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