秸秆还田配施腐秆剂对中国农田土壤碳氮磷钾含量的影响

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土壤碳、氮、磷和钾素在农田以及其它生态系统产中发挥着至关重要的作用。秸秆还田是改善土壤质量和秸秆资源化利用的一项重要措施,但是秸秆面临着在自然状态下腐解缓慢的问题,限制了其推广应用。腐秆剂作为一种微生物制剂能够加速秸秆腐解。目前,越来越多的研究将秸秆还田配合腐秆剂使用,以促进秸秆资源的高效利用。但是腐秆剂单一试验的田间应用效果仍然存在争议。因此,需要对秸秆还田配施腐秆剂对土壤碳氮磷钾的影响进行系统研究。本研究首先运用整合分析,研究了秸秆还田配施腐秆剂对我国农田土壤碳氮磷钾的整体影响,比较了在不同环境条件和农业管理措施下秸秆还田配施腐秆剂对土壤养分和有机碳的影响差异以及运用相对重要性分析方法探究其重要影响因素,总结出提升土壤有机碳和主要养分元素的最佳腐秆剂施用方案。在此基础上,进一步通过田间试验验证整合分析中秸秆还田配施腐秆剂施用对土壤碳氮磷钾影响的结果,以期明确提升土壤碳氮磷钾效应的最佳腐秆剂施用方案的田间应用效果。主要研究结果如下:1、通过整合分析,发现秸秆还田配施腐秆剂较秸秆单独还田总体上能显著提高土壤有机碳含量(95%CI,1.98~2.60)(P<0.05)。秸秆还田配施腐秆剂在不同环境条件和农业管理下对有机碳含量的影响较为稳定,只在同一分组的不同因素之间的增加幅度存在显著差异。土壤p H、年均降雨量、有机质含量和年均温度是腐秆剂增碳效应的重要影响因素。田间试验表明,施用腐秆剂SFD1、SFD2和SFD3处理较秸秆单独还田SF处理能分别提高11.69%、12.14%和2.90%的土壤有机碳的含量,其差异不显著(P>0.05)。此外,施用腐秆剂SFD1和SFD2处理较秸秆还田SF处理能分别显著增加了18.85%和17.99%的活性有机碳(P<0.05)。2、通过整合分析,发现秸秆还田配施腐秆剂较秸秆单独还田总体上能显著提高土壤全氮(95%CI,1.39~1.95)和碱解氮(95%CI,1.10~1.86)含量(P<0.05)。秸秆还田配施腐秆剂在不同环境条件和农业管理下对全氮含量的影响较为稳定。年均温度、还田条件、还田方式、土壤有机质含量、秸秆还田量和土壤p H是其效应的重要影响因素。而对于碱解氮来说,不同还田方式、秸秆还田量和腐秆剂用量会改变腐秆剂对其的效应。年均温度是腐秆剂对碱解氮效应的重要影响因素。田间试验表明,施用SFD2腐秆剂较SF能提高4.42%的土壤全氮含量,但其差异不显著(P>0.05)。SFD1和SFD2处理较对照SF能分别显著提升14.28%和15.64%的碱解氮含量(P<0.05)。3、整合分析结果表明,秸秆还田配施腐秆剂较秸秆单独还田总体上能显著提高土壤全磷(95%CI,1.87~3.28)和有效磷(95%CI,0.81~1.22)含量(P<0.05)。不同的气候条件、土壤有机质含量、土壤p H、还田条件、腐秆剂用量和还田年限会改变秸秆还田配施腐秆剂对全磷的效应,同一分组内的不同因素之间的增加幅度存在显著差异。土壤p H、年均降雨量和秸秆还田量是腐秆剂对全磷效应的重要影响因素。而对于有效磷来说,只有当腐秆剂施用量>30 kg·hm-2时,腐秆剂对其效应不显著,年均温度、年均降雨量和还田条件是腐秆剂对有效磷效应的重要影响因素。田间试验结果表明,秸秆还田配施SFD1、SFD2和SFD3腐秆剂能较对照SF处理可以分别提高9.09%、9.09%和2.27%土壤全磷以及分别提高29.02%、26.34%和6.25%的有效磷的含量,但其差异不显著(P>0.05)。4、整合分析结果表明,秸秆还田配施腐秆剂较秸秆单独还田总体上能显著提高土壤全钾(95%CI,0.27~0.90)和速效钾(95%CI,1.28~1.77)含量(P<0.05)。不同的气候条件、土壤p H、还田条件、还田方式、秸秆还田量、初始C/N、腐秆剂用量和还田年限会改变秸秆还田配施腐秆剂对全钾的效应,但无重要影响因素。而秸秆还田配施腐秆剂在不同环境条件和农业管理措施下对土壤速效钾的效应较稳定,腐秆剂用量和土壤p H是腐秆剂对速效钾效应的重要影响因素。田间试验表明,秸秆还田配施SDF1、SDF2和SDF3腐秆剂较对照SF处理分别提高1.92%、3.37%和2.88%的土壤全钾含量,SFD2较SF也可以提高4.49%的速效钾含量,但其差异不显著(P>0.05)。综上所述,腐秆剂对有机碳的效应显著高于对氮素、磷素和钾素的效应。全氮和碱解氮效应无显著差异,全磷效应显著高于有效磷,速效钾效应显著高于全钾效应。但秸秆还田配施腐秆剂总体上都能显著提高土壤碳氮磷钾含量。在亚热带季风气候和初始C/N>25条件下,将还田量≤6000 kg·hm-2的秸秆和施用量≤30 kg·hm-2的腐秆剂联合配施翻耕还田到的中性土壤中,将会对土壤碳氮磷钾起到最大的提升效果。因此,腐秆剂作为新型的微生物产品是一种可以普遍促进秸秆腐解,提高土壤肥力,实现绿色发展以及可持续利用农田作物秸秆的良好途径。
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