分层覆盖下秸秆层演变规律及降解速率调控方法试验研究

摘要

果园秸秆分层覆盖技术对果园土壤具有保墒、保温、抑制杂草、培肥地力等诸多作用。覆盖层厚度一定程度上影响着覆盖效果，当覆盖厚度一定时，秸秆降解速率决定着覆盖效果的时效性。因此，研究秸秆覆盖层演变规律及降解速率调控方法对果园秸秆机械化覆盖作业的时机与周期的合理制定具有重要的意义。本文以小麦、玉米、大豆秸秆和菌渣为覆盖材料，腐熟剂、杀菌剂、尿素为添加剂，在室外容器中进行了 365d 的秸秆分层覆盖模拟试验。通过分析秸秆质量、厚度、养分、有机组分、气体释放、微观结构变化研究覆盖层的演变规律和降解速率调控方法，并建立秸秆降解与温度、水分的关系预测模型。结合果园实际需要制定合理的覆盖时机与周期。主要研究结果如下： （1）覆盖层的腐解规律均表现出前期快、后期慢的特点，分层覆盖延缓秸秆腐解进程。秸秆和菌渣腐解速率在试验前10d最高达2.67-3.63 g/(d·kg)，之后逐渐减小至平均1.59 g/(d·kg)；试验结束时（365d）平均累积腐解率为56.93%；秸秆和菌渣覆盖层厚度下降速率分别在150d和10d时达最大值0.040 mm/(d·cm)和0.049 mm/(d·cm)，试验结束时覆盖层平均厚度下降率为79.73%；3种秸秆和菌渣的累积腐解率和厚度随时间的变化分别可用方程来表述，决定系数R2分别>0.9603和0.9677。 （2）秸秆的养分快速释放期为前30d，累积释放率的顺序为K>N>P，试验结束时N、P、K的累积释放率分别为72.28%、63.22%和80.71%；秸秆有机组分前30d快速腐解，试验结束时纤维素、半纤维素、木质素的累积腐解率分别为77.76%、85.22、56.02%；覆盖层CO2释放量先增大后减小，秸秆和菌渣分别在60d和120d时达到峰值，CH4释放量呈波动变化，在45d和150d时分别达到峰值；秸秆的微观组织随腐解逐渐出现孔洞，结构松散变形是秸秆层厚度变化的主要原因。 （3）腐熟剂和杀菌剂在试验初期发挥作用，分别加快和延缓秸秆腐解进程。试验前10d腐熟剂处理的秸秆平均腐解速率为3.62 g/(d·kg)，而杀菌剂处理的秸秆平均腐解速率为1.99 g/(d·kg)；腐熟剂处理的秸秆层厚度下降速率平均高出杀菌剂处理0.014 mm/(d·cm)；CO2和CH4释放量表现为前期添加腐熟剂较高，后期添加杀菌剂较高。 （4）添加杀菌剂和氮肥影响秸秆覆盖层腐解速率和厚度下降速率的多元回归方程均极显著，决定系数R2分别为0.9521和0.9986；添加腐熟剂和氮肥影响秸秆覆盖层腐解速率和厚度下降速率的多元回归方程均极显著，决定系数R2分别为0.9758和0.9979。 （5）以腐解时间、覆盖层温度、覆盖层含水率为自变量，以覆盖层腐解速率和厚度下降速率为因变量分别建立多元二次回归方程，模型均显著且决定系数R2分别>0.823和0.808；对覆盖层腐解速率和厚度下降速率模型分别进行检验，预测值和实测值之间的决定系数R2分别>0.993和0.974，标准误差分别<0.023和0.043。 （6）以陕西为例确定了果园秸秆覆盖时机和周期。6月份小麦秸秆收获后直接覆盖， 10月份玉米、大豆秸秆收获后直接二次覆盖，一年两次覆盖为果园秸秆分层覆盖最优覆盖工艺。预测第一次覆盖15cm至第二次覆盖时的厚度>8.6±0.4cm，第二次覆盖15cm到次年第一次覆盖时的厚度>6.6±2.2cm。 覆盖层降解速率可通过添加剂来调控，并利用温度、水分进行预测，本文可为果园秸秆机械化分层覆盖作业时机和周期制定提供理论依据。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究的背景与意义

1.2国内外研究现状

1.3研究内容及技术路线

1.4 论文结构组织

第二章 覆盖层演变规律研究

2.1 预试验研究

2.2 试验材料与方法

2.3 覆盖层宏观演变规律

2.4 秸秆覆盖层化学演变规律

2.5 秸秆覆盖层微观图像演变规律

2.6 本章小结

第三章 秸秆覆盖层降解速率调控方法研究

3.1预试验研究

3.2试验材料与方法

3.3添加剂对秸秆腐解特征的影响

3.4响应面法优化秸秆覆盖层质量腐解速率

3.5响应面法优化秸秆覆盖层厚度下降速率

3.6 本章小结

第四章 秸秆覆盖层降解速率与温度、水分关系模型研究

4.1试验材料与方法

4.2秸秆覆盖层温度、水分变化规律

4.3秸秆覆盖层质量变化与温度、水分的关系模型及验证

4.4秸秆覆盖层厚度变化与温度、水分的模型及验证

4.5本章小结

第五章 果园秸秆覆盖时机与周期研究

5.1果树生长周期与园艺需要

5.2秸秆的出产时间与果园覆盖的时机匹配

5.3果园秸秆二次覆盖周期的确定

5.4本章小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 创新点

6.3 展望

参考文献

致谢

作者简介