Journal of Zhej i ang Un iversity(A gric1&L ife Sci1)
文章编号:100829209(2003)0620627207
秸秆全量直接还田对土壤肥力及农田生态环境的影响研究
洪春来1,3,魏幼璋1,黄锦法2,王润屹3,杨肖娥1
(11浙江大学资源科学系,浙江杭州310029;21嘉兴市土肥站,浙江嘉兴314001;
31嘉兴市农业科学研究院,浙江嘉兴314016)
摘 要:通过秸秆全量直接还田两年定点试验研究,证实秸秆全量直接还田配合常规施肥对水稻的分
蘖,大麦的出苗率均未造成负面影响,并能提高土壤肥力,其有机质含量由试验前的4123%提高到
4138%,速效钾、速效磷的水平由试验前的83m g kg、619m g kg增加到11012m g kg和1117m g kg、全氮由01205%上升到01229%、碱解氮则净增了2515m g kg。优化了农田生态环境,杂草发生率大大
降低,无论从株防效还是鲜重防效看杂草均减少了约三分之二;全量还田缩小了麦田耕层(0～20c m)冬
季最高温与最低温的差,最低温时全量还田要比对照高出1～215℃,最高温时则比对照要低1～3℃,
耕层土壤的的含水量全量还田比对照高115%～3%;秸秆全量还田促进了作物产量的提高。
关 键 词:秸秆;全量还田;土壤肥力;生态环境
中图分类号:S158;S181.3 文献标识码:A
HON G Chun2lai1,3,W E I You2zhang1,HUAN G J in2fa2,WAN G R un2yi3,YAN G X iao2e1(11D ep t1of
R esou rce S cience,Z hej iang U niversity,H ang z hou310029,Ch ina;21S oil and F ertiliz er D iv ision,
A g ricu ltu re
B u reau of J iax ing,Z hej iang314001,Ch ina;31J iax ing A cad e m y of A g ricu ltu ral S ci2
ence,J iax ing,Z hej iang314016,Ch ina)
Effects of tot al crop straw return on so il fertility and f ield ecolog ical env ironm en t.Journal of Zhejiang U niversity(A gric1&L ife Sci1),2003,29(6):6272633
Abstract:Tw o years field experi m ents on app licati on of to tal crop straw return w ere carried out.R e2 sults show ed that rice tillering and barley seeding rati o w as no t apparently influenced by app licati on of
to tal crop straw return com bined w ith no r m al fertilizati on.T he level of so il fertility w as increased,the o rganic m atter content w as increased from the p revi ous4.23%to4.38%,readily available P and K
from83m g kg and6.9m g kg to110.2m g kg and11.7m g kg respectively,to tal nitrogen from0.
205%to0.229%,w hereas the net increase of available nitrogen w as25.5m g kg.F ield eco logical en2 vironm ent w as considerably i m p roved.W eed incidence rate w as decreased by2 3o r so.In w inter,the
gap betw een m axi m um temperature to m ini m um temperature in0220c m dep th of so il w as lessened ef2 fectively.U nder the conditi on of to tal crop straw return treatm ent the m ini m um so il temperature w as
122.5℃h igher than that of the contro l and the m axi m um temperature w as123℃low er.T he w ater
content in silt loam so il fo r the to tal crop straw return treatm ent w as1.5%23%h igher than that fo r the
contro l.T he crop yield w as enhanced by app licati on of to tal crop straw return.
收稿日期:2002207215
基金项目:浙江省科学技术计划(重点)资助项目(991102452)1
作者简介:洪春来(1976—),男,浙江淳安人,硕士研究生,主要从事植物微量元素营养与环境生态方面的研究。T el:05712 86971577。
通讯作者:魏幼璋,男,教授,主要从事微量元素营养与环境生态方面的研究。T el:0571286971907;E2m ail:yz w ei @m ail1hz1zj1cn1Key words:straw;to tal crop return;so il fertility;field eco logical environm ent
我国秸秆资源丰富,据统计全国每年共有各种秸秆612亿ton,约占全世界的20%～30%[1]。近年来,由于农村生活水平得提高,人们不再将秸秆用作燃料,大量秸秆过剩,出现了野外大面积焚烧现象。既浪费了资源,又污染了环境[1～4]。秸秆还田是秸秆利用的一种重要方式,直接还田可以提高土壤的养分水平,改善土壤的物理性状,优化农田生态环境,促进作物的增产[1,4～8]。近几十年国内有关此方面的研究方兴未艾,取得了很多的成果,许多省市还陆续制定出了相应的秸秆还田技术规程。全国各地秸秆还田面积在迅速扩大,但同时也应看到由于大部分研究都是建立在半量或部分量还田的基础上,对全量直接还田技术和秸秆还田后土壤速效养分的动态变化情况鲜见报道。另有研究认为:秸秆还田数量不宜太大,否则可能引起氮素缺乏,还原性物质增多,硫化氢等有害气体毒害等诸多负面影响,使水稻分蘖,大小麦出苗受到,最终造成减产[5,9～11]。这些都让广大农户对秸秆全量还田心存疑虑,因此,为了探讨秸秆全量直接还田对土壤和作物生长的影响,也为制定秸秆全量还田技术提供依据,1999～2001年在浙北平原稻麦两熟区进行了为期两年的定点试验。
1 材料与方法
111 试验地点
1999年6月～2001年6月,在嘉兴市农科院试验场进行,土壤为青紫泥,其农化性状为:有机质4123%,全氮01205%,碱解氮195m g kg,全磷010524%,速效磷619m g kg,速效钾83m g kg,pH513。
112 试验设计
根据两季栽种的作物与耕种方式不同,稻季采用麦秆全量翻压直接还田,麦季则采取晚稻秸秆全量直接覆盖还田(表1)。
表1 试验处理及设计
T able1 T he treatm ent and designing of experi m ent
处理还田方式秸秆鲜重 kg hm-2
麦秆稻秆
化肥施用 备 注
处理1(CK)不还田 0 0常规施肥方法及用肥量③
处理2半量还田②45007500常规施肥方法及用肥量
处理3全量还田①900015000常规施肥方法及用肥量
处理4全量还田900015000壮秆肥减一半,增施到分蘖肥中去,其他相同麦季播种量比其他增10%处理5全量还田900015000钾肥总用量减半,其他相同
处理6全量还田900015000钾肥不施,其他相同
注:①全量还田:收获的生物量除去籽粒外全部还田;②半量还田:还田的生物量为全量的一半;③常规施肥量:稻季按基肥,分蘖肥,壮秆肥,穗肥各施入尿素150kg hm2,150kg hm2,105kg hm2,120kg hm2。按基肥,分蘖肥各施入氯化钾75kg hm2,75 kg hm2。麦季施用碳铵600kg hm2,过磷酸钙450kg hm2,氯化钾150kg hm2,均做基肥施入。
小区面积31196m2(417m×618m),6个处理,3次重复,随机排列,麦草翻压还田深度一般为15c m左右。麦子播种量按125kg hm2撒播。然后在上面均匀的铺上稻草,并开沟培土,将碎土覆盖在稻草上面压实。
113 考察分析项目
在水稻生育期定点考察分蘖苗,有效穗,对各小区分别收割计产,考察经济性状。全生育期间每隔半个月左右取各处理土样和对应地上部植株样品进行理化分析。分别测定氮、磷、钾,有
机质等养分含量和还原性物质总量及pH。
在大麦生育期适时考察苗情,调查杂草防治情况,并从11月开始每隔一周分别对地面以下5、10、15、20c m,上午(7:30)、中午(13:00)、下午(17:00)的温度进行观测记载,定期测定0～20c m耕层土壤的含水量。
114 分析测定方法
还原性物质总量用012m o l L A l2(SO4)3浸提K2C r2O7氧化还原FeSO4滴定法;土壤有机质、氮、磷、钾等元素及pH的分析测定均采
826 浙江大学学报(农业与生命科学版) 第29卷 用常规分析法[12]。
2 结果与讨论
211 对土壤养分和还原性物质总量的影响21111 对土壤有机质的影响 经过两年的定位试验,随着有机物进入土壤中,逐步分解矿化,部分残留于土壤中形成稳定的腐殖质。表2表明:秸秆全量还田两年后,有机质均有不同程度的增加,由原来的4123%上升到4138%～4153%,而对照不还田下降了0114%,可见秸秆全量还田能促进土壤中有机质的积累。全量还田与半量还田比较,二者之间差异不明显。
表2 试验两年后土壤养分含量
T able2 T he content of so il fertility after two year
处理全氮
%
碱解氮
m g kg-1
有机质
%
速效磷
m g kg-1
速效钾
m g kg-1
pH 处理1(CK)
处理2
处理3
处理4
处理5
处理6
01208bAB
01221abA
01229aA
01238aA
01233aA
01231aA
20016bAB
21710abA
22015aA
22815aA
22610aA
22217aA
4109cC
4126
abc AB
4138abAB
4153aA
4151aA
4143
abAB
714cC
1011abAB
1117aA
1111aA
1118aA
1011abAB
9011bAB
9219bAB
11012aA
11811aA
8813bAB
5211cC
512
513
513
512
513
513
注:不同大小写字母分别表示同一列平均值间邓肯氏多重比较在P<0101和P<0105水平差异显著。
图1 土壤速效磷含量变化
F ig11 Changes of so il avai1P
21112 对土壤速效磷和速效钾变化的影响
秸秆中含有一定量的磷、钾元素,还田后能迅
速提高土壤中速效钾、速效磷的含量[11],根据
对还田后第一季(1999年)土壤中速效磷,速效
钾的动态监测表明(图1,图2):麦秆施入土壤
中两周后(7月12号)开始定期测定,全量还田
土壤速效磷、速效钾含量多数在对照之上,前期
尤以处理4的效果更为明显。这也说明秸秆还
田初期增施氮肥有利于提高秸秆的矿化速率,
增加养分的释放。同期作物全磷、全钾的含量变
化也反映了相同的趋势(图3,图4)。
图2 土壤速效钾含量变化
F ig12 Changes of so il avai1K
图3 作物全磷含量变化
F ig13 Changes of to tal p lant P
926
第6期 洪春来,等:秸秆全量直接还田对土壤肥力及农田生态环境的影响研究
图4 作物全钾含量变化
F ig14 Changes of to tal p lant K
经过两年的秸秆还田矿化,秸秆全量还田处理使土壤速效磷提高了312～419m g kg,土壤速效钾含量除常规量一半钾肥用量(处理5)和不施用钾肥(处理6)两个处理外,其余全量还田处理均净增了20m g kg以上,而对照仅维持了试验前的水平。上述结果表明秸秆还田对土壤中的速效磷,速效钾水平的提高是很明显的,究其原因除了秸秆本身的直接作用外,还可能是由于秸秆还田提高了土壤微生物和土壤酶(如磷酸酶)的活性,以及秸秆分解所产生的碳酸和有机酸等[9].
21113 对土壤速效氮的影响 如图5所示,秸秆还田初期一段时间速效氮含量比不还田对照有所降低,且全量还田比半量还田略低。这主要是因为用于还田的秸秆碳氮比值大,如麦秆的碳氮比可达70 1。而通常适合微生物矿化的合理比值为25 1,在前期等氮水平下,由于微生物争氮作用,降低了土壤中速效氮的含量。但是随着秸秆的逐步矿化,释放氮的数量增多,后期速效氮水平逐渐接近并超过了对照水平。同期作物氮素含量的测定结果也反映了这一点(图6)。从田间对水稻生育期查苗情况看,水稻的分蘖,最高苗,有效穗与对照相比并没有差异。据董百舒等人的研究,每公顷施3750kg麦秆只要配施150kg碳铵即可基本消除夺氮效应[13]。另据中国农科院土肥所研究得出,秸秆还田配合化肥氮的量以占秸秆风干重的117%～118%为好[3]。而目前当地生产上前期氮肥施用量远高于这个水平,所以认为在目前施肥条件下全量直接还田尚不会导致氮素营养缺乏而产生危害
。
图5 土壤碱解氮含量变化
F ig15 Changes of so il avai.
N
图6 作物全氮含量变化
F ig16 Changes of to tal p lant N
21114 对土壤还原性物质总量的影响 水稻田秸秆由于长期在水下浸泡,随着秸秆的矿化,释放养分的同时会产生一些还原性物质如有机酸,硫化氢等。这些物质积累太高会对植物根系产生毒害作用[10]。
表3 不同取样时期土壤还原性物质总量变化
T able3 V ariati on of to tal so il reducing m atter content at different stage%
处理
日期 月2日
7212722882118227
处理1(CK)
(不还田)
5188b8139b8114ab10130a 处理2
(半量还田)
6162a9117ab8197a10135a 处理3
(全量还田)
6178a9184a8131ab10125a
注:以烘干土计算,不同小写字母表示同一列平均值间邓肯氏多重比较在P<0105水平差异显著。
由表3可见,秸秆全量还田(处理3)的土壤中还原性物质总量高于对照,尤以前期较为
036 浙江大学学报(农业与生命科学版) 第29卷 明显。这和前期渍水有关。30d以后随着搁田,耘田,麦秆还田等处理还原性物质总量与对照差异基本接近,这与董百舒等人的研究结果相吻合[13]。通过对作物根系以及地上部的生长发育的观察对比,未见明显差异。说明在适宜的耕作条件和栽培措施下,秸秆全量还田产生的还原性物质不足以对作物生长带来毒害影响。212 秸秆全量还田对农田生态环境的影响21211 对杂草防治的影响 试验表明,稻草覆盖还有明显的防治杂草的效果。根据2000年2月28日调查显示:每平方米杂草:全量还田平均为51株,鲜重1117g;半量还田为68株,鲜重1316g;不还田杂草数达163株,鲜重3714g;4月10日调查每平方尺杂草情况为:全量覆盖还田处理平均46株,半量还田62株,不还田达125株,对应鲜重分别为2113,、2819、5718g。可见无论从株防效还是鲜重防效的效果看,稻草全量覆盖还田均有十分明显的防治作用。
21212 对农田小气候的影响 结果表明(表4):稻草全量还田土壤耕作层的含水量比对照高出115%～310%,比半量还田的处理也略有提高。说明秸秆全量覆盖还田能够防止水分的蒸发,有效保持土壤耕层的水分,使土壤蓄水能力增强,能够土壤供水,提高了田间水的利用效率[14]。对于冬季少雨气候的地区是有利的。
表4 秸秆全量覆盖还田对土壤耕作层含水量变化的影响
T able4 Effect of to tal straw returning to field on w ater content in silt loam so il%
处理
日期 月2日122011221012230121832163229
处理1
(不还田)
4116b3619b3617b3912b4319b3717b 处理2
(半量还田)
4217ab3911a4012a4113a4518a3912ab 处理3
(全量还田)
4314a3917a4013a4119a4610a4011a 注:不同小写字母表示同一列平均值间邓肯氏多重比较在P<0105水平差异显著。
很多研究表明,秸秆覆盖后土壤温度变化趋于缓和,低温时有“增温效应”,高温时又有“降温效应”,即能够平抑地温变化,缩小昼夜温差,这种两从效应对作物生长十分有利,能有效地缓解气温剧变对作物的伤害[1]。在冬季通过对地表以下5、10、15、20c m的温度观察记载显示秸秆全量覆盖还田对耕层以下5c m和10 c m的土层具有明显的保温作用。在天气晴好的时候,一天中早上最低地温全量覆盖还田比对照高出1～215℃,中午最高地温比对照要低1～3℃,下午不还田(对照)温度开始迅速下降。至17:00左右,全量还田又比对照高出1～215℃,均与上述报道是相吻合。但随着麦苗长高引起的遮阴作用和覆盖秸秆的矿化分解使得这种效应变得不明显。
213 对大麦出苗率及作物产量的影响
21311 全量覆盖还田对大麦出苗率的影响
秸秆还田以后,大麦分蘖初期,全量还田处理的苗数少于对照,如在12月中旬调查,全量还田分别比半量和不还田少6株和10株。这可能是前期光照不够充足所至。但随后全量还田区大麦分蘖速度开始比对照要快。最高苗期与齐穗期均比对照略提前2d。通过有效穗调查各处理之间基本上趋于同一水平,全量,半量和不还田每平方尺分别达到78,77和77,其中麦种用量增加10%的处理(见表1)有效穗达82,由此可见稻草全量覆盖还田总体上对大麦出苗率影响不大。21312 对作物产量的影响 由表5可见,无论稻季还是麦季,秸秆全量还田配合常规施肥的均较对照不还田而只施化肥的有不同程度的增产。第一季只有半量还田(处理2)与对照相比增产达显著水平。从第二季开始全量还田的优势就逐渐显现出来,处理4、3与对照相比以后各季都达到了显著水平。尤其以处理4的增产效果最明显,达到了1%的显著水平。这也说明在实施秸秆全量还田前期增施一定量的氮肥或把氮肥提前增施对促进秸秆的矿化发挥秸秆的最大效应是很有好处的。从经济性状上看,全量还田表现为千粒重增大,穗长增长。但是不施钾肥的处理6第一季产量水平低于对照。说明秸秆全量还田前期尚须增施一定量的钾肥。从处理5可以看出,配施常规用量一半钾肥就基本上可以满足作物生长对钾的需求。这也证实了秸秆全量还田对增加土壤钾素供应,加强
136
第6期 洪春来,等:秸秆全量直接还田对土壤肥力及农田生态环境的影响研究 作物钾素营养具有比较大的贡献。全量还田与半量还田相比,各季差异不显著,第一季甚至比半量还田略低,主要原因可能是随着还田秸秆生物量的增加,而碳氮比值又较大,引起前期土壤微生物的争氮效应,致使在相同施氮水平下,全量还田处理作物前期氮素营养稍显不足。但是这种影响随着还田的不断进行,氮素矿化的逐步增多,全量还田处理对作物的增产作用比半量还田明显,所以,从长远的还田周期看,全量还田对作物增产更有优势。
表5 秸秆全量还田对作物产量的影响
T able5 Effect of to tal straw returning to field on crop yield
处理1999～2000年 kg hm-2
单晚大麦
2001～2001年 kg hm-2
单晚大麦
合计 kg hm-2
处理1763510bBC300010bBC817210bC309115c B21815处理2808510aA325510abAB847510aABC349315abAB2330815处理37310abAB336010aAB856510aAB371215aA2353015处理4800215abc AB345010aA867010aA380710aA2392915处理5792910abAB316510abABC850015aABC363910abA2323315处理6737110dC312010abc ABC822415bBC327610bc AB2199115 注:不同大小写字母分别表示同一列平均值间邓肯氏多重比较在P<0101和P<0105水平差异显著。
3 结 论
311 在现有稻麦生物量水平下,浙北平原稻麦两熟区采取麦秸全量覆盖还田和单晚秸秆全量覆盖还田并配合常规施肥量尚不会对作物生长产生不利的影响。
312 秸秆全量直接还田能促进土壤有机质的积累,迅速提高土壤中速效磷、速效钾的含量,缓步提高速效氮和全氮水平,特别对增强作物钾素营养作用尤为明显。
313 秸秆全量还田特别是冬季秸秆全量覆盖还田起到了良好的保墒、保温作用,并且大大降低了麦田杂草的发生,优化了农田生态环境。314 秸秆全量直接还田促进了作物产量的提高,全量还田配合常规化肥施用比对照不还田增产达到显著水平,并且随着还田持续进行,增产优势比半量还田更加明显。
315 在不增加氮肥总用量的前提下,秸秆全量还田前期适当增大氮肥的施用比例,有利于降低土壤碳氮比,促进秸秆的矿化分解,防止微生物争氮带来不利的影响。
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22位院士呼吁加强野生动物保护
22位中国科学院院士日前联名发出呼吁:加强野生动物资源保护,完善野生生物资源保律法规,建立健康
饮食观。
据了解,这22位院士分别是洪德元、陈宜瑜、陈竺、路甬祥、赵忠贤、匡廷云、许智宏、梁栋材、贺贤土、欧阳钟灿、陈可冀、强伯勤、韩启德、王佛松、李静海、唐守正、李振声、刘以训、孙枢、安芷生、徐建中、郑哲敏。22位院士的研究领域不尽相同,但在野生动物资源的保护方面却有着高度共识。
这些院士认为,野生动物是自然生态环境中最活跃的部分,野生动物保护是我国生物多样性保护的薄弱环节。野生动物是自然生态系统的有机组成部分,是维系生态系统平衡的重要环节。
院士们说,过度开发利用和栖息地丧失等是导致目前我国野生动物资源处于濒危状态的主要原因,我国某些地区滥食野生动物的陋习则是促使野生动物资源过度开发、推动野生动物非法贸易的原动力。
院士们认为,滥食野生动物的陋习,不仅会加速导致野生动物资源的枯竭和生态环境的破坏,而且还会带来一系列疾病和健康问题。滥食野生动物的陋习不仅有悖于人类社会可持续发展的思想,严重破坏了生态环境,也直接对人类的身体健康造成威胁。
据介绍,滥食野生动物的陋习已对我国和周边国家的生物多样性保护造成危害。在滥食野生动物的过程中,餐馆露天或临街活剥加工野生动物,企业与个人非法收购、养殖和销售野生动物,野生动物的运输、笼舍、圈舍均达不到卫生标准,甚至出现违反国际法的问题,这些情况已经严重损害了我国的国际形象。
院士们认为,这次SA R S 疫情的发生和流行,不仅严重危害了人民的身体健康,也对国家的生态安全和经济发展产生了很大影响,暴露出我国在食品安全、生态环境保护与人民身体健康之间的一系列问题。加快野生动物管理和可持续利用的立法进程,尤其是完善作为食品的野生动物的管理和立法,提倡新的饮食文化和饮食观念,已经刻不容缓。
——摘自《科学时报》,2003211212(网络版)
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36 第6期 洪春来,等:秸秆全量直接还田对土壤肥力及农田生态环境的影响研究 下载本文
