桓台县冬小麦和夏玉米秸秆长期还田的生态效益分析

山东省桓台县作为江北第一个"吨粮县",1980年以来农业集约化得到了快速发展。随着燃料需求的减少以及畜牧养殖与作物生产的分离,作物秸秆处理已日益成为当地农民和技术人员面临的巨大挑战。该地区冬小麦和夏玉米秸秆从1980年开始,还田比例逐步增加,到2010年两季秸秆接近全部还田。我们查阅年鉴数据,结合长期定位试验,收集相关数据计算和分析桓台地区1980—2014年期间的作物和秸秆产量、秸秆养分含量、土壤养分及有机碳状况、温室气体排放和氮淋溶等,并对秸秆还田的农田生态效应进行系统评估。研究发现,到2014年,两季秸秆还田对N、P、K养分的贡献率(即还田秸秆养分量与还田秸秆和肥料养分总量的比值)分别为19.3%、15.8%和59.8%。随着秸秆还田量的增加,土壤有机碳(SOC,0—20 cm)含量从(7.8±1.6)g/kg(1980年)增加到(11.0±2.3)g/kg(2014年),土壤碱解氮、速效磷和速效钾分别提高了134.0%、138.5%和62.2%。秸秆还田可以降低农田氮素损失,2010年代全县县域内减少温室气体排放量为24528 Mg CO_2-eq a~(-1),氨挥发和氮淋溶分别减少156.4 Mg N hm~(-2)和287.4 Mg N hm~(-2)。综上,秸秆还田能显著改善农学和环境效益,提高土壤固碳减排潜力,降低氮素投入量并减少氮素损失。今后农业生产中,在直接还田基础上,秸秆综合利用可以进一步优化(如进行堆肥或替代畜牧饲料等),从而增加秸秆还田的经济和环境效应。