关中平原作物秸秆不同还田方式对土壤有机碳和碳库管理指数的影响

以关中平原持续4年的小麦、玉米(麦玉)秸秆还田中长期定位试验为基础,研究了麦玉秸秆9种不同还田方式对土壤总有机碳(TOC)、活性有机碳(LOC)含量和活性有机碳分配比例(LOC/TOC)、总有机碳储量(SCS)及碳库管理指数(CPMI)的影响.结果表明:麦玉秸秆还田均可显著提高土壤(0~30 cm)TOC、LOC含量和SCS,且土壤有机碳主要集中于耕层(0~20 cm);麦玉秸秆双季还田的TOC、LOC含量和SCS显著高于单季还田和双季均不还田,其中,与双季均不还田相比,小麦秸秆粉碎还田-玉米秸秆深松还田的TOC、LOC含量和SCS提高幅度最显著.在0~10和10~20 cm土层中,小麦秸秆粉碎还田-玉米秸秆深松还田的CPMI显著高于其他处理,其中,小麦秸秆粉碎还田较其不还田可使CPMI提高19.1%和67.9%,玉米秸秆深松还田较其不还田可提高22.6%和32.4%.相关性分析显示,CPMI较LOC/TOC更能有效表征0~30 cm土层土壤有机碳的固持和转化关系.从提高本地区土壤有机碳固持量角度来看,小麦秸秆粉碎还田-玉米秸秆深松还田为最佳还田方式.     

玉米秸秆还田和耕作方式对小麦养分积累与转运的影响

以冬小麦品种‘烟农19’为材料,于2008～2009年在淮北砂姜黑土区,设置玉米秸秆不还田(CK)和玉米秸秆全量粉碎还田——翻埋还田(HM)、旋耕还田(HX)、覆盖还田(HG)4种处理方式,通过大田试验研究玉米秸秆全量还田和耕作方式对小麦干物质和氮、磷、钾积累与分配的影响。结果显示:(1)小麦成熟期籽粒是干物质和养分的主要积累器官,其次为茎秆和叶片;在成熟期,籽粒积累的干物质、氮、磷、钾素分别占地上部总积累量的43.31%～46.13%、75.14%～76.83%、75.79%～77.99%、12.37%～12.82%。营养器官花前贮藏干物质和养分的转运量以叶片最高,其次为茎秆和颖壳;营养器官转运干物质和氮、磷、钾素对籽粒的贡献率分别为30.40%～36.54%、81.86%～86.10%、65.34%～74.83%、98.91%～125.85%。(2)玉米秸秆全量粉碎还田处理的小麦干物质和养分积累量与营养器官转运量均显著高于玉米秸秆不还田处理;玉米秸秆还田后不同耕作方式中,玉米秸秆全量覆盖还田处理的小麦籽粒干物质积累量和营养器官干物质转运量显著高于其它耕作方式,但氮、磷、钾的积累量和转运量在各耕作方式间差异均不显著。研究表明,在本试验条件下,在砂姜黑土区玉米秸秆全量粉碎覆盖还田处理更有利于小麦群体养分的积累与转运。     

关中平原麦玉轮作体系作物秸秆不同还田模式下土壤有机碳和无机碳库变化特征

为探究不同秸秆还田模式对土壤碳库的影响,以陕西关中平原连续11年麦玉秸秆还田定位试验为基础,选择5种还田模式,即秸秆均不还田(CK)、小麦高留茬-玉米秸秆粉碎还田(WH-MC)、小麦玉米秸秆均粉碎还田(WC-MC)、小麦高留茬-玉米秸秆不还田(WH-MN)和小麦秸秆粉碎还田-玉米秸秆不还田(WC-MN),测定不同模式土壤有机碳(SOC)、活性碳组分和无机碳(SIC)在0～40 cm土层的分布。结果表明: 与CK相比,WH-MC和WC-MC的SOC储量分别增加28.1%和22.2%,SIC储量分别增加20.4%和17.3%;与试验初始土壤碳储量相比,各还田模式SOC固持量变化为-0.84～6.55 t·hm^-2,SIC固持量为-0.26～8.61 t·hm^-2;土壤总固碳效率为7.5%,维持土壤初始碳储量水平的最小碳投入量为4.65 t·hm^-2·a^-1;与CK相比,WH-MC和WC-MC显著提升0～20 cm土层活性碳组分含量。主成分分析表明,不同还田模式下土壤碳库变化主要受秸秆投入量的影响。来源于灌溉水和植物残体的Ca²⁺、Mg²⁺与SOC矿化产生的CO₂可共沉淀形成CaCO₃,可能是本研究SIC增加的主要机制。从提高土壤碳固持角度来看,小麦高留茬-玉米秸秆粉碎还田模式为最佳还田模式。     

水分胁迫下秸秆还田对玉米产量和根系空间分布的影响

为了探究水分胁迫条件下秸秆还田对玉米产量和根系空间分布的影响,自2016年起连续2年在沈阳农业大学试验田设置了秸秆还田控水试验.于大型遮雨棚内采用滴灌控水的方法,设置行间秸秆翻埋(T₁)与混拌(T₂)两种还田方式,15 cm (D₁)、30 cm (D₂)、45 cm (D₃) 3个还田深度,以秸秆不还田3个翻埋深度为对照,在玉米苗期和吐丝期分别进行旱、涝处理,分析水分胁迫条件下玉米产量和根系空间分布特征. 结果表明: 2016年S₁T₁D₂(秸秆翻埋还田30 cm)产量显著高于对照处理,增产幅度为5.7%～7.1%;侧根和深层根系根干质量较其他处理分别高67.3%～149.9%和17.9%～116.4%;植株地上部干物质积累量显著低于其他处理,降低幅度为2.1%～35.8%. S₁T₁D₂可以提高玉米根系生长量,扩展根长的空间分布范围,缓解了旱涝危害,实现降雨不均条件下的增产和稳产. 因此,在东北地区先旱后涝的气候条件下,春玉米生产推荐行间翻埋30 cm的秸秆还田方式.     

秸秆不同还田方式对旱地棕壤CO_2排放和土壤碳库管理指数的影响

通过玉米种植田间试验,研究了玉米秸秆直接还田和炭化还田对旱地棕壤CO2排放及土壤碳库管理指数的影响。结果表明:与对照相比,秸秆直接还田和秸秆炭化还田均显著增加了土壤CO2的累积排放量,分别高于对照132%和76%;在同等化肥施用条件下,秸秆炭化还田比直接还田显著降低了土壤CO2的累积排放量,降幅为24%。与秸秆直接还田相比,生物炭的施入起到了良好的CO2减排效果。秸秆还田可以显著提升土壤碳库管理指数,与秸秆炭化还田相比,秸秆直接还田的效果更为显著。     

秸秆还田方式对东北水稻土理化性质及微生物群落的影响

【目的】研究秸秆还田方式对东北黑土理化性质及微生物群落的影响。【方法】试验周期为2019年12月至2021年10月,秸秆还田采用2种方式： 秸秆直接还田+微生物菌剂WJ(strawdirect return+microbial agent WJ;MD),秸秆堆肥还田+微生物菌剂WJ(straw compost return +microbial agent WJ;MC)。分析土壤肥力、酶活和微生物群落。【结果】分析两种方式土壤有机质(SOM)、腐殖酸(HS)和富里酸有机碳(FA-C)含量,发现秸秆直接还田+微生物菌剂WJ比秸秆堆肥还田+微生物菌剂WJ分别增加2.28g/kg、7.82g/kg和5.26g/kg。土壤铵态氮(NH4⁺-N)、速效磷(AP)略高于秸秆堆肥还田+微生物菌剂WJ,均在6月份达到峰值。胡敏酸有机碳(HA-C)含量下降。此外,土壤脲酶、转化酶、纤维素酶活性和碱性磷酸酶活性对比发现,秸秆直接还田+微生物菌剂WJ比秸秆堆肥还田+微生物菌剂WJ分别高8.55%、15.46%、4.35%和6.19%。高通量测序结果显示,秸秆直接还田+微生物菌剂WJ中细菌和真菌的多样性均比秸秆堆肥还田+微生物菌剂WJ丰富。其中Anaerolinea、Bacteroidetes、Pseudomonas为优势细菌,Tausonia、Mrakia、Mrakiella为优势真菌。【结论】秸秆直接还田+微生物菌剂WJ比秸秆堆肥还田+微生物菌剂WJ更有利于土壤有机质、腐殖酸、土壤酶活性和微生物多样性的增加,这说明秸秆添加WJ菌剂直接还田可以减少有机养分的流失,保持田间土壤肥力。     

不同玉米秸秆还田方式对冬小麦田土壤呼吸的影响

在连续耕作10年的保护性耕作农田进行定位试验,采用静态箱-TGC气体分析仪法田间原位观测玉米秸秆还田对冬小麦田土壤呼吸的影响.结果表明:麦田土壤呼吸与玉米秸秆留茬高度呈显著正相关关系,且在小麦整个生育期具有两个峰值;免耕不还田处理的土壤呼吸为免耕全量还田处理的72.5％,常规耕作不还田处理的土壤呼吸为常规耕作全量还田处理的76.5％.土壤呼吸与20 cm土层土壤温度和有机碳含量呈显著正相关,但与40 cm土层土壤有机碳含量相关性不显著;土壤水分与土壤呼吸的相关性显著.麦田秸秆全量还田处理的土壤日呼吸值呈单峰曲线,于18:00达到最高.20 cm土层土壤温度与土壤呼吸值的变化趋势一致.不同秸秆还田量处理中,留茬1 m的秸秆还田处理能显著减少土壤呼吸,是较合理的秸秆还田方式.     

秸秆不同还田量对宁南旱区土壤水分、玉米生长及光合特性的影响

在宁南半干旱区通过大田定位试验研究了不同秸秆还田量对农田土壤水分、春玉米生长性状、关键生育期光合特性及产量的影响。试验设计为3个秸秆还田量水平,小麦秸秆按3000 kg/hm²(L)、6000 kg/hm²(M)、,9000 kg/hm²(H)粉碎还田;玉米秸秆按4500 kg/hm²(L) 、9000 kg/hm²(M)、13500 kg/hm²(H)粉碎还田,对照为秸秆不还田。每个处理设3次重复,随机区组排列,秸秆被粉碎机打碎成5cm左右的小段,人工均匀翻埋至25cm左右深度的土层。结果表明,不同秸秆还田量(高、中、低)下, 播前各处理0-200cm土层土壤贮水量均较CK(对照)有显著提高, 秸秆还田量由高到低,0-200cm土层土壤贮水量增加量是30.17-32.83 mm,不同还田量之间没有显著差异。玉米株高、茎粗和单株叶面积显著增加,和对照比较差异达显著水平(P<0.05)。还田处理玉米叶片的光合速率和蒸腾速率在12:00-15:00持续出现高值,高、中、低3个秸秆还田量处理的叶片光合速率分别显著高出对照6.52、3.74、3.20μmol · m^-2 · s^-1 (P<0.05),蒸腾速率分别高于对照2.08、1.63、0.72μmol · m^-2 · s^-1 。随秸秆还田量由高到低,高、中、低3个不同秸秆还田量处理的玉米籽粒产量较对照分别提高了58.3%、36.7%和5.4%,玉米水分利用效率(WUE)较CK分别提高38.5％、31％和0.9％。秸秆还田可提高土壤的水分利用率和蓄水能力,促进作物的光合作用,进而使作物增产。不同土壤含水量条件下,光合速率、蒸腾速率的日变化规律不同,土壤水分亏缺对干旱地区作物光合作用来说将是最大的限制因子。     

不同作物秸秆还田对设施黄瓜生长及光合特性的影响

以黄瓜品种‘津优4号’和经过1年腐熟的花生秸秆、玉米秸秆和稻壳为试验材料,研究不同作物秸秆还田对黄瓜生长、营养吸收及光合特性的影响。结果显示:（1）与对照相比,不同作物秸秆还田不仅显著增加了黄瓜植株的根系活力和叶片硝酸还原酶活性,而且提高了黄瓜叶片的叶绿素含量、PSⅡ最大光化学效率（F^v/F^m）和实际光化学效率（Ф^PSⅡ）及光合速率,使得黄瓜叶片对光能的利用效率增加,净光合速率显著增强。（2）不同秸秆还田还促进了黄瓜的株高、茎粗、地上部和根系的干鲜重增加,显著提高了黄瓜产量。（3）玉米秸秆还田效果最好,其黄瓜产量（5 765.74 g·m^-2）较对照显著提高了43.8%,其次为花生秸秆还田,稻壳还田效果稍差。研究表明,秸秆还田促进了黄瓜植株根系吸收能力,显著增强了叶片的氮代谢、光能利用效率、净光合速率,从而促进了黄瓜植株的生长发育,提高了产量,并以玉米秸秆还田效果最佳。     

玉米秸秆不同还田方式对黑土耕层温度影响的短期效应

阐明东北黑土区玉米秸秆不同还田方式的土壤温度效应,对农田秸秆管理和热量资源高效利用具有重要意义。本研究在大田试验条件下,设置传统垄作秸秆不还田(CT)、秸秆深翻还田(PTSR)、秸秆碎混还田(RTSR)和秸秆覆盖还田(NTSR)4个处理,2018—2020年测定了玉米生育期5、15、30 cm土壤温度和含水率动态变化及秸秆覆盖率,分析了不同处理各土层温度差异、≥10℃土壤积温和有效积温(GDD)、土壤温度日动态变化和空气积温生产效率,以及影响土壤温度差异的因素。结果表明：不同处理主要影响玉米播种至出苗期(S～VE)的土壤温度,土壤日平均温度呈现CT>PTSR>RTSR>NTSR的趋势,随着生育进程推进和土壤深度增加土壤温度差异逐渐缩小。与CT相比,PTSR、RTSR和NTSR处理5 cm土壤温度分别降低0.86、1.84和3.50℃;NTSR处理显著降低了不同土层≥10℃积温和GDD,5、15和30 cm土层≥10℃积温分别降低216.2、222.7和165.1℃·d, GDD分别降低201.9、138.7和123.9℃·d; NTSR处理还显著降低了空气积温生产效率...     

复合菌系RSS-4腐解稻秆过程中的菌系动态变化

采用传统平扳分离培养方法和PCR—DGGE技术研究了水稻秸秆腐解复合菌系RSS-4在腐解稻秆过。程中菌种区系变化情况。结果表明：平板分离培养方法显示,在稻秆腐解过程中,微生物的数量呈现出先升后降的变化趋势,在整个腐解过程中细菌的数量占优势;DGGE图谱显示,至少有12种细菌和18种真菌的近缘种参与到稻秆的腐解过程。在其腐解过程中,不同腐解阶段真菌的组成呈现出多样性,数量变化差异也较大：细菌DGGE图谱中的条带1、9、10等以及真菌DGGE图谱中的条带8、9、13等为优势菌株,它们贯穿于稻秤腐解的整个过程;细菌中的条带12以及真菌中的条带4在腐解的前期起作用,而后迅速消失;细菌中的条带3、11等以及真菌中的条带3、10等在腐解的后期才出现而起作用;而细菌中的条带2以夏真菌中的条带1、5等仅出现在腐解的莱一时期。     

粉碎和添加菌剂对红壤区自然堆沤条件下稻秆养分释放的影响

通过对新鲜稻秆进行粉碎或添加菌剂处理,探索在红壤区气候条件下,稻秆加速腐化的技术措施及其N、P、K养分释放特征,为合理利用秸秆的养分资源提供科学依据。在每个60cm×120cm的200目尼龙滤布袋装入5kg新鲜水稻秸秆,设置原状、粉碎、粉碎+腐熟剂和粉碎+农家肥等4种处理,尼龙滤布袋置放在田间自然条件下堆沤,在处理后的第0、10、28、35、51、74天和91天采集样本测定秸秆的干物质、水分和氮、磷、钾养分含量,求算秸秆的干物质腐解及养分释放规律。经过91d自然堆沤置放后,粉碎过的稻秆,干物质腐解率比不处理的水稻秸秆提高4.2%(绝对值,下同),N、P、K养分释放率提高10.4%、6.8%、12.2%;在粉碎的基础上,添加菌剂后的干物质腐解率提高6.3%—7.3%,N、P、K养分释放率提高1.0%—5.8%、11.6%—14.9%、2.2%—5.3%;粉碎后的水稻秸秆在腐解20d内P素养分的释放强度在腐解高峰期明显受到抑制,但添加菌剂后,则消除了对P素释放的抑制作用。秸秆粉碎后加入腐熟剂或农家肥均促进秸秆的腐解和氮磷钾的释放,商品腐熟菌剂若无针对性,则对水稻秸秆的腐熟无明显效果。     

施入不同土层的秸秆腐殖化特征及对玉米产量的影响

耕作和秸秆还田是打破犁底层、改善黑土肥力的重要措施.本研究利用田间试验,分析了耕作和秸秆还田对秸秆腐殖化系数、总有机质含量(SOC)和玉米产量的影响.结果表明:深耕+秸秆施入20～35 cm(ST+S)能够打破犁底层,与浅耕(TT)、深耕(ST)和浅耕+秸秆还田(TT+S)相比,试验6年间土壤容重平均降低了5.7%、3.3%和5.7%,其中ST和ST+S试验第一年效果最好;试验6年后秸秆腐解率表现为0～20 cm土层(72.0%)>20～35 cm土层(59.2%);0～20和20～35 cm土层秸秆腐殖化系数在试验的第一年达到了最大值,分别为15.9%和12.7%;与初始土壤相比,TT、ST和ST+S处理0～20 cm土层SOC和轻组有机碳(LFOC)含量呈下降趋势,而TT+S处理分别增加了2.9%和12.4%,ST+S处理20～35 cm土层分别增加了9.2%和9.9%;对玉米产量的影响表现为ST+S>TT+S>ST>TT,耕作和秸秆还田的时间效应明显,其中ST处理玉米产量的影响可以持续3年,而ST+S处理可以持续6年.因此,通过耕作的方式将秸秆施入20～35 cm土层是一种有效的、可持续改善黑土质量的农业措施.     

大田环境下转Bt基因玉米对土壤酶活性的影响

在大田自然条件下,比较研究了转Bt基因玉米和非转基因亲本玉米在种植和秸秆分解时对土壤酶活性影响的差异。结果表明,与亲本非转基因玉米相比,在各生育期内种植转Bt玉米对土壤蛋白酶和土壤脲酶活性均没有显著影响;在喇叭口期和抽雄期,土壤蔗糖酶和土壤酸性磷酸酶活性显著提高。在秸秆还田后,两种玉米秸秆对土壤酸性磷酸酶活性的影响没有显著差异,但使用转Bt玉米秸秆的土壤蔗糖酶、土壤脲酶和土壤蛋白酶的活性则有显著提高。与亲本玉米相比,在所有观测期内,种植Bt玉米及秸秆还田对土壤酶活性的影响,在影响的幅度及趋势上随玉米生育期和土壤酶种类的不同而产生差异,但没有观测到显著不利影响;商业化Bt玉米的环境释放仍有待长期定位观测和评价。     

施氮对关中还田玉米秸秆腐解和养分释放特征的影响

在陕西关中平原的冬小麦-夏玉米轮作区,采用尼龙网袋田间填埋与¹⁵N同位素标记玉米秸秆相结合的方法,设置不施氮和施氮200 kg·hm^-2两个处理,研究施氮对小麦生长期内还田玉米秸秆腐解的影响以及腐解过程中秸秆碳、氮、磷、钾的养分释放.结果表明: 从小麦播种到越冬期,施用氮肥对秸秆碳和干物质分解无显著影响,但可促进秸秆中磷的释放,抑制氮和钾的释放.灌浆到成熟期,氮肥对秸秆腐解及其N、P、K养分的释放无显著影响,但秸秆碳的释放显著增加.不同生育期,玉米秸秆碳的释放与干物质分解变化趋势一致,C/N逐渐下降.种植一季小麦后,秸秆干物质累计腐解率不足50%;秸秆碳释放率为47.9%～51.1%,不施氮和施氮处理的秸秆C/N分别由32.2降低到20.2和17.9.小麦收获时,秸秆氮、磷、钾均为净释放,氮释放量为7.2～9.4 kg·hm^-2,占秸秆氮的12.7%～16.6%;磷释放量为1.29～1.44 kg·hm^-2,占29.0%～32.4%;钾的释放量大、释放快,越冬前超过80%,成熟时释放量为51.8～52.5 kg·hm^-2,占90.5%～91.7%.在秸秆还田条件下,应考虑秸秆归还的钾,减少小麦钾肥用量,适量补充氮、磷.     

麦田土壤真菌多样性对麦玉轮作长期秸秆还田和配施有机肥的响应

【背景】土壤真菌主导田间秸秆腐解的过程,秸秆还田配施有机肥可为真菌提供良好的营养物质。【目的】研究麦玉轮作模式下长期秸秆还田配施有机肥对麦田土壤真菌多样性的影响。【方法】依托山西南部麦玉轮作区长达14年的秸秆还田和施有机肥长期定位试验,采用高通量测序开展土壤真菌群落结构和多样性对不施肥+秸秆清茬(CK)、氮磷化肥+秸秆清茬(NP)、氮磷化肥+秸秆还田(SNP)、氮磷化肥+有机肥+秸秆清茬(NPM)及氮磷化肥+秸秆还田+有机肥(SNPM)的响应差异研究。【结果】秸秆还田和施有机肥处理组的物种丰富度指数、Chao1指数和ACE指数均高于CK。5个处理共产生953个分类操作单元(operational taxonomic units, OTU),CK、NP、NPM、SNP和SNPM分别具有398、451、472、462和440个OTU。在门水平上共检测出9个菌门,其中子囊菌门(Ascomycota)、毛霉门(Mucoromycota)和担子菌门(Basidiomycota)为3个主要菌门,各处理中所占丰度差异显著;在属水平上共检测出262个真菌属,其中CK丰度较高的3个属为柄孢壳菌属(Podospora) 18.85%、被孢霉属(Mortierella) 16.67%和镰刀菌属(Fusarium) 7.77%;NP、NPM、SNP和SNPM丰度较高的前3个相同属均为Dendrostilbella、毛葡孢属(Botryotrichum)和被孢霉属(Mortierella),但相对丰度值存在差异。由聚类分析可知,NPM和SNPM群落组成相似度高,归为一类,而CK、NP、SNP各独立为一类。与环境因子间冗余分析发现,TN含量是影响土壤真菌群落结构的关键因子,也受速效磷、pH、速效钾、碱解氮和全磷等环境指标影响。【结论】长期秸秆还田和施有机肥改变了小麦土壤真菌种群结构和多样性。     

秸秆纤维素分解菌的酶活力测定

目的:测定秸秆纤维素分解菌的酶活力。方法:从土壤中分离出具有分解纤维素能力的菌株,采用刚果红染色法进行粗选,得到7株透明圈较大的菌株。将这7株菌株液体发酵培养6d,再分别用滤纸分解度观察、羧甲基纤维素酶活法(CMC)、滤纸酶活法(FPA)和天然纤维素酶活法测定其酶活力。结果:在7株菌株中,F-1、F-2、F-3、F-5的酶活力测定结果与其溶解圈的测定结果、滤纸分解结果基本相同。且天然纤维素酶活力高的菌株,其CMC酶活、FPA酶活也高,滤纸分解效果也比较明显。结论:CMC法、FPA法和天然纤维素酶活法适于测定秸秆纤维素分解菌的酶活力。     

The use of 13C-NMR for studies of wheat straw decomposition

13C-NMR was used to study the field decomposition of surface retained and incorporated wheat straw. Results showed decreasing proportions of straw carbon as carbohydrate and increasing proportions of aromatic compounds during straw decomposition. These changes were greater for the surface retained straw, however greater relative microbial contamination of incorporated straw may have affected results. The cost of 13C-NMR may lessen its role in studies of this nature.     

冬小麦田秸秆覆盖的小气候效应

近年来,国内外对秸秆覆盖的整体功能和节水效应[1～4]已有较多研究,但对秸秆覆盖地的小气候效应研究较少。小气候效应能够反映秸秆覆盖的机理和功效,为秸秆覆盖的进一步研究提供科学依据。本文对不同水分条件下的秸秆覆盖处理进行了研究,目的是了解秸秆覆盖冬小麦田的小气候效应。1　设计与方法1.1　试验地点试验于1996～1997年在郑州市南郊河南省气象局科学研究所试验基地进行。试验地土壤为砂壤土,肥力中等。小麦供试品种为温麦4号。1.2　试验设计试验设置了麦秸覆盖、玉米秆覆盖、裸地(对照)三种形式,以及土壤含水量占田间持水量的40%～5…