稻-菜轮作条件下秸秆还田与化肥减量配施对作物产量及土壤性质的影响

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农作物秸秆是世界上数量最多的一种农业生产副产品。我国秸秆资源巨大,近几年作物秸秆的生产量均在7亿t以上,但对于秸秆的综合利用还没有形成完整有效的政策机制,作物秸秆的利用效率依旧较低。此外,秸秆直接焚烧既造成资源浪费,也造成环境污染。农业生产中化肥的过量施入,既造成士壤地力下降,也对地下水及江河湖泊造成污染,是农业面源污染的重要来源。作物秸秆含有大量N、P、K等营养元素、微量元素、丰富的有机质,是一种低廉的有机物料。秸秆还田能够把作物吸收的大部分营养元素归还到土壤,同时秸秆还田又能减少化肥的施用,达到改良土壤性状等作用,是秸秆资源有效利用最直接、最有效的途径,也是农业可持续发展的重要途径。本文通过2年的田间定位试验,分别设置氮磷钾全量施肥(NPK)、90%氮磷钾施肥+秸秆还田(90%NPK+S)、80%氮磷钾施肥+秸秆还田(80%NPK+S)、70%氮磷钾施肥+秸秆还田(70%NPK+S)、50%氮磷钾施肥+2倍秸秆还田(50%NPK+SS)共5个处理,研究了秸秆还田配合减量施肥对土壤物化性状、生物学性状、土壤养分状况以及作物产量及其构成因素、生长性状、品质等的影响,旨在为废弃秸秆资源化利用提供科学依据,主要研究结果如下1、稻-蔬轮作条件下连续秸秆覆盖还田配合减量施肥对士壤理化性质有较大的影响。与只施化肥处理相比,收获三季后,秸秆还田处理的士壤容重降低0.020~0.11 g·cm-3;pH值提高0.060-0.55;有机质提高2.55~12.9g·kg-1;全氮含量提高0.0290~0.941kg·-1;全磷含量提高0.033~0.392 g·kg-1;全钾含量提高-0.200~6.50g·kg-1;速效氮含量提高18.3~65.5 mg·kg-1;速效磷含量提高0.200-13.7mg·kg-1;速效钾含量提高4.20~61.5 mg·kg-1。由此可知,与全量施入氮磷钾处理相比,秸秆还田配合减量施肥可以降低耕层土壤的容重,改善耕层士壤容重;有效提高耕层土壤pH值,使之接近中性;同时,还可以提高耕层土壤有机质、全量氮磷钾含量、速效氮磷钾含量。其中,70%-80%NPK+全量秸秆还田对土壤理化性质的改良效果最显著。2、稻-蔬轮作条件下连续秸秆覆盖还田配合减量施肥对土壤生物学性状影响较大。秸秆还田后,土壤转化酶、蛋白粉、过氧化氢酶、脲酶和酸性磷酸酶活性均有显著的提高,高于只施化肥的NPK处理。与只施化肥处理相比,水稻(2013)、儿菜(2013)、水稻(2014)收获季后,秸秆还田处理的土壤转化酶活性提高11.5%、11.0%、5.8%;蛋白酶活性提高19.3%、29.3%、23.8%;过氧化氢酶活性提高9.1%、6.4%、0.6%:脲酶活性提高15.6%、45.9%、48.4%;酸性磷酸酶活性提高50.8%、40.3%、6.6%。其中,70%~80%NPK+全量秸秆还田对于土壤酶活性的提升效果最显著。此外,通过分析土壤养分与土壤酶活性的相关关系还发现,土壤有机质、pH、全量养分和速效养分均对脲酶、过氧化氢酶、转化酶、酸性磷酸酶和蛋白酶活性的相关性均达到极显著正相关,土壤容重与各种酶活性的相关性达到极显著负相关,说明较好的土壤理化性质对改善土壤酶活性有着积极地促进作用。3、稻-蔬轮作条件下连续秸秆覆盖还田配合减量施肥对作物产量、经济效益等也有较大影响。秸秆覆盖还田配合减量施肥,可以提高水稻产量,增产3.03%~17.89%。其中以90%NPK+全量秸秆还田和50%NPK+两倍秸秆还田处理增产效果最好,分别增产17.06%和16.31%。通过水稻产量构成因素相关性分析得到,对水稻产量起主要作用的是水稻的有效穗数和结实率(r=0.811**、0.514**),秸秆还田以增加水稻的有效穗数和结实率来提高产量。同时,秸秆还田配合减量施肥可以使儿菜增产12.18%~36.36%,增加氨基酸总量、维生素C含量、还原糖含量,一定程度上降低NO3-N含量,对于儿菜品质的提高有积极作用。此外,秸秆还田配合减量施肥可以增加水稻和儿菜的产值及产投比,有效提高水稻和儿菜的经济效益。从水稻和儿菜产量及经济效益综合来看,50%NPK+两倍秸秆还田处理平均产投比最高,达到21.6、11.6,是最经济实惠的施肥策略。4、稻-蔬轮作条件下连续秸秆覆盖还田配合减量施肥对水稻品质、氮磷钾吸收量等有较大影响。水稻不同器官中的氮、磷含量表现为籽粒>秸秆,钾含量表现为秸秆>籽粒。通过相关性分析发现,秸秆还田配合减量施肥与植株氮含量呈负相关关系(r=-0.298、-0.228),与其余各项指标均呈正相关关系。说明秸秆还田配合减量施肥可以提高水稻植株磷钾含量,降低植株氮含量。而水稻产量与植株氮磷钾含量均呈正相关关系,说明植株氮磷钾含量可能影响水稻产量的变化。对作物氮磷钾吸收量的相关分析发现秸秆还田配合减量施肥与作物吸氮量呈负相关关系(r=-0.244),与作物吸磷钾量呈正相关关系(r=0.629、0.567),说明秸秆还田配合减量施肥可以增加作物磷钾吸收量,减少作物氮素吸收量。此外,植株氮磷钾含量及吸收量之间也存在一定的相互作用。综上研究结果得到,70~80%NPK+全量秸秆还田(水稻季施入尿素170.8~195.0kg·hm-2、过磷酸钙189.2~215.8kg·hm-2、氯化钾60.8~69.2kg·hm-2、秸秆7500kg·hm-2,儿菜季施入尿素383.6~ 428.4 kg·hm-2、过磷酸钙266.9~305.1 kg·hm-2、氯化钾136.3~155.7 kg·hm-2、秸秆7500kg·hm-2)是该地区稻-蔬轮作模式的最优施肥方式。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。
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