深耕与秸秆还田的土壤改良效果及其作物增产效应研究

【摘要】2008年国家现代玉米产业技术体系的调查发现，农田土壤紧实已经成为限制农作物产量提高的主要因素之一。从前人的研究看出，改进耕作方式是缓解农田土壤紧实、提高粮食单产的一条重要途径。本文研究分析了2010-2011年深耕与秸秆还田对漯河粘土和鹤壁壤土土壤理化和生物性状的调控效应，以期为缓解土壤紧实问题，提高农田土壤质量提供理论依据和技术支撑。通过研究获得以下结果：1、深耕与秸秆还田均能够改善土壤物理性状。土层深度、耕作方式和土壤质地对土壤容重、孔隙度、水分含量和土壤三相比的R值均有显著影响。土壤容重和土壤三相比的R值均随土层深度的增加而增大，土壤水分含量和土壤孔隙度均随土层深度的增加而降低。深耕后，土壤容重和土壤三相比的R值平均分别下降了0.7%和19.0%，土壤孔隙度、水分含量和耕层深度平均分别增加了1.3%、3.8%和71.4%。秸秆还田后，土壤三相比的R值平均下降了9.3%，土壤水分含量平均增加了3.2%。粘土和壤土的土壤物理性状差异显著，粘土的土壤容重、水分含量和土壤三相比的R值分别比壤土高0.7%、1.3%和16.1%，而土壤孔隙度比壤土低1.2%。土壤三相比的R值能够较好地反映处理间土壤三相比的变化。2、深耕与秸秆还田对不同土层土壤团聚体均有显著影响。深耕后壤土和粘土20-30cm土层水稳定性土壤团聚体的平均重量直径（MWD）平均分别增加了42.4%和52.3%，秸秆还田后同比平均分别增加了51.6%和52.4%。土壤团聚体的MWD随土层深度的增加而增加，0-10cm土层机械稳定性土壤团聚体的MWD平均分别比10-20cm和20-30cm土层低4.8%和10.8%，同样0-10cm土层水稳定性土壤团聚体的MWD平均分别比10-20cm和20-30cm土层低24.1%和29.6%。土壤中以粒径大于10mm的机械稳定性土壤团聚体和粒径小于0.25mm的水稳定性土壤团聚体为主，前者在壤土和粘土中的含量范围分别在34.3-71.5%和58.6-77.1%，后者在壤土和粘土中的含量范围分别在37.9-65.7%和22.0-37.9%。深耕与秸秆还田对壤土和粘土中土壤团聚体的影响不同，可能是因为在这两种土壤中团聚体形成时的主要胶结物质不同。只有当土壤团聚体形成时的主要胶结物质为有机质时，粒径大于0.25mm土壤团聚体的含量高低才能成为判断土壤质量的指标。3、深耕与秸秆还田均能增加土壤养分含量，降低土壤碳氮比。深耕后，壤土土壤全氮、有效磷和速效钾的含量平均分别增加了3.4%、14.2%、4.7%，土壤碳氮比平均下降了5.2%；粘土土壤全氮、有效磷和速效钾的含量平均分别增加了8.6%、7.6%、3.9%，土壤碳氮比平均下降了7.0%。秸秆还田后，壤土土壤有机质、全氮、有效磷和速效钾含量平均分别增加了3.0%、13.8%、11.0%和11.8%，土壤碳氮比平均下降了10.0%；粘土有机质、全氮、有效磷和速效钾含量平均分别增加了1.6%、20.2%、10.8%和6.0%，土壤碳氮比平均下降了15.8%。4、深耕与秸秆还田对土壤微生物类群均有显著影响。深耕后，壤土土壤细菌、真菌和放线菌的数量平均分别增加了16.4%、14.6%和52.3%，粘土平均分别增加了14.5%、31.3%和24.3%。秸秆还田后，壤土土壤细菌、真菌和放线菌的数量平均分别增加了50.0%、158.2%和77.0%，粘土平均分别增加了62.7%、54.0%和177.5%。深耕与秸秆还田均能促进夏玉米田土壤呼吸，在夏玉米不同生育时期土壤呼吸速率的大小顺序为：拔节期＞吐丝期＞成熟期。深耕改善了土壤的物理环境，秸秆还田提供了更多的碳源，共同提高了土壤微生物的数量和土壤呼吸速率。5、深耕与秸秆还田均显著增加了土壤酶活性。深耕后，壤土过氧化氢酶、磷酸酶、脲酶和蔗糖酶活性平均分别增加了19.6%、9.0%、5.5%和2.5%，粘土平均分别增加了10.3%、25.6%、1.5%和7.2%。秸秆还田后，壤土土壤过氧化氢酶、磷酸酶、脲酶和蔗糖酶活性平均分别增加了15.8%、51.3%、15.1%和20.4%，粘土平均分别增加了7.8%、30.5%、11.5%和14.4%。与壤土相比粘土还原酶活性较高，水解酶活性较低，有利于还田秸秆转化为土壤有机质。6、深耕与秸秆还田提高了作物产量。深耕后夏玉米和冬小麦产量平均分别增加了6.0%和3.5%，秸秆还田后夏玉米和冬小麦产量平均分别增加了5.0%和9.7%。深耕与秸秆还田对冬小麦的增产效果优于夏玉米，该效应随处理年份的增加趋于稳定。不同作物秸秆还田后的增产效应不同，其中夏玉米秸秆还田的增产效应优于冬小麦秸秆还田。为提高深耕和秸秆还田措施增产效应的稳定性，应将被还田的秸秆尽量切碎，适当增加耙磨次数和深度，提高种床土壤质量。
【作者】冀保毅；
【导师】李潮海；赵亚丽；
【作者基本信息】河南农业大学，作物栽培学与耕作学，2013，博士
【关键词】深耕；秸秆还田；土壤质地；土壤物理性状；土壤化学性状；土壤生物性状；

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