高茬还田模式对土壤肥力及环境的影响

摘要

秸秆是一种重要的生物质资源，但往往得不到有效利用，被弃置和焚烧，对环境造成巨大的危害。秸秆还田是解决秸秆焚烧和弃置的重要途径，为方便秸秆后续还田利用，水稻收割时往往会留高茬。迄今，关于农作物留茬高度及其对后茬作物生长影响的研究较多，鲜见作物高残茬留田期间物质组成变化及其对后续还田影响的报道。本文以留田高茬稻秸为对象，分别对两优262（留茬高度60cm）和南粳9108（留茬高度50cm）进行留高茬处理，于摘穗后不同时间段采样，研究其留田期间物质组成分布及动态含量的变化规律;采用室内喷淋降雨的模拟试验，分析了降雨量和降雨强度对高茬稻秸矿质养分的影响;采用田间小区试验，设置留高茬翻耕还田(CTH)、免耕覆盖还田(NTS)、留高茬免耕还田(NTH)三种处理，并设置免耕留低茬不还田处理作为对照，分析高茬稻秸的不同还田方式对土壤养分以及土壤微生物多样性的影响;通过对稻秸、土壤养分的估算，分析稻秸不同还田方式对环境的影响。论文取得以下主要结果:
　　(1)高茬稻秸体内物质组成存在垂直分布差异，除钾元素外，两种稻秸的养分分布均表现为自基部向上，半纤维素、全氮、全磷、以及钙镁元素含量升高，木质素、纤维素含量降低。在收获时间较早、气温相对较高的季节，两优262秸秆含水率变化较小，基本保持在65％－70％之间，含水率不因天气变化而变化;在温度较低的季节，南粳9108秸秆含水率的变化较大，变化范围在47％-68％之间，与降雨量显著相关。留茬35天后，两优262和南粳9108水稻秸秆养分含量出现明显变化:两优262秸秆半纤维素含量下降了7.36％，镁元素含量降低了20.09％，钙元素含量降低了35.58％，纤维素含量相对升高了4.24％，木质素含量相对升高了23.41％，全氮、全磷以及三素总含量变化不显著;南粳9108水稻秸秆半纤维素含量下降了8.63％，镁元素含量降低了14.77％，钙元素含量降低了19.22％，纤维素含量相对升高了4.33％，木质素含量相对升高了35.42％，全氮、全磷以及三素总含量变化不显著。
　　(2)在总降雨量为50mm时，钾元素的淋失量在0.3g.kg-1左右，钙、镁以及灰分含量没有显著变化。在相同降雨强度下，随着降雨时间增长，降雨量增大，钾元素的淋失量升高;当降雨量相同时，不同降雨强度下，高茬稻秸全钾含量差异不显著。此外，试验发现，没有经过降雨处理的空白组，摘穗后随着时间变化，矿质养分含量不断降低。降雨会加速钾素的淋洗，而其它镁、钙等矿质元素含量变化与降雨关系不大。导致高茬稻秸矿质养分含量降低的可能原因，是稻秸自身代谢导致的养分外排，而降雨会加速钾素向土壤移动。
　　(3)NTH处理的小麦种子发芽时间早于其他处理，试验100天后，NTH处理的土壤有效钾含量比NTL处理高20mg·kg-1，但低于NTS和CTH处理，NTH处理的土壤有效磷和碱解氮含量低于其他三种处理。NTH处理土壤微生物多样性指数和平均颜色变化率均低于CTH处理，但与NTS和NTL处理相比，无显著差异。
　　(4)与CTH处理相比，NTH处理同样能有效避免秸秆焚烧导致的温室气体的排放，并且其土壤有机碳损失量更低;相比于CTH处理，NTH不能避免施肥导致环境问题，但可以极大降低农田退水等导致水环境问题。
　　本研究系统阐明了高茬稻秸养分存在垂直分布现象，按不同部位回收秸秆有一定积极意义;在多雨季节，留高茬延迟回收并不能有效干燥水稻秸秆;高茬稻秸在留田1个多月期间，其主要物质组成变化不显著，不会影响后续收集和能源化利用价值;降雨会加速秸秆中钾素向土壤中转移，但对其它矿质养分影响不大，该试验说明，降雨并不明显降低秸秆本身作为土壤改良的一种资源的实际利用价值;在本试验期间，秸秆免耕留高茬还田处理能有效增加土壤有效钾的含量，对土壤有效磷、碱解氮影响较小，对土壤微生物多样性影响不大，且具有相对更好的环境效益。

目录

摘要

缩略语表

第一章 综述

1．1 秸秆基本性状

1．1．1 秸秆化学组成

1．1．2 秸秆的结构与物理性状

1．2 秸秆资源化利用主要技术与途径

1．3 秸秆还田的农学和环境效益

1．3．1 秸秆还田的农学效益

1．3．2 秸秆还田的环境效益

1．4 江苏省水稻秸秆综合利用现状及存在问题

1．4．1 江苏省水稻秸秆综合利用现状

1．4．2 稻秸再利用中的存在问题

1．5 高茬秸秆再利用研究现状

1．6 高茬秸秆分段回收利用前景

1．7 本课题研究目的与内容

1．7．1 研究目的和意义

1．7．2 研究内容

引言

2．1 试验材料及方法

2．1．1 试验地点概况

2．1．2 试验设计

2．1．3 测定指标及方法

2．1．4 数据分析

2．2 结果与讨论

2．2．1 两优262秸秆基本组成和分布特征

2．2．2 南粳9108秸秆基本物质组成与分布特征

2．2．3 时间和环境因子对两优262秸秆物质组成的影响

2．2．4 时间与环境因子对南粳9108秸秆物质组成的影响

2．2．5 分析

2．3 小结

引言

3．1 试验方法

3．1．1 试验设计

3．1．2 测试指标及方法

3．1．3 数据分析

3．2 结果与讨论

3．2．1 降雨量对留田高茬稻秸矿质元素的影响

3．2．2 降雨强度对留田高茬稻秸矿质养分的影响

3．2．3 分析

3．3 小结

引言

4．1 试验材料及方法

4．1．1 试验地点概况

4．1．2 试验设计

4．1．3 土壤养分检测的方法

4．1．4 数据分析

4．2 结果与讨论

4．2．1 稻秸不同还田方式对土壤微生物多样性的影响

4．2．2 稻秸不同还田方式对土壤肥力的影响

4．2．3 稻秸不同还田方式对小麦生长的影响

4．2．4 分析

4．3 小结

第五章 稻秸不同还田方式对环境的影响

引言

5．1 分析方法

5．2 结果与讨论

5．2．1 稻秸还田的减排效益

5．2．2 不同还田方式稻秸营养物质对水体环境的影响

5．3 小结

第六章 结论

第七章 存在的问题与建议

参考文献

附件

致谢

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