果园生草草种腐解特征及其对土壤养分的影响

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渭北黄土高原作为我国苹果优质集中产区,苹果产业极大地促进了区域农业农村经济发展及生态环境建设。果园生草是果树生产发达国家普遍推行的果园土壤管理措施,也是渭北黄土高原苹果产区着力推广的果园土壤可持续发展管理措施,能够有效改良土壤结构、提升土壤肥力。果园生草田间翻压广泛应用于果园生产实践当中,研究生草草种翻压还田对促进地区苹果产业可持续发展有着重要意义。本研究基于西北农林科技大学白水苹果试验站长期定位实验,通过尼龙网袋法,利用固体13C核磁共振波谱技术,对14年豆科(小冠花Coronilla varia L.、白三叶Trifolium repens L.)与禾本科(鸡脚草Dactylis glomerata L.)生草草种还田腐解后植物残体腐解特征及对土壤肥力的影响进行了研究,以期为果园生草技术体系的建立、果园土壤管理模式的优化提供依据。主要研究结果如下:(1)明确了不同生草草种腐解过程中养分释放过程与特征:不同生草草种腐解过程主要包括快速(0-30 d)、缓慢(30-180 d)和较快腐解期(180-360 d)三个阶段,呈“快-慢-快”S型释放曲线;不同生草草种养分释放速率整体表现为:白三叶>小冠花>鸡脚草;碳、氮、磷、钾养分释放速率整体表现为钾>氮>碳>磷,并且钾在腐解初期基本释放完毕;一级动力学方程Yt=a(1-e-bt)能够很好地拟合生草草种养分释放过程中累积释放率随时间变化的关系曲线。(2)揭示了不同生草草种腐解过程中含碳官能团变化特征:不同生草草种中含碳官能团含量均表现为:氧烷碳>烷基碳>羰基碳>芳香碳;腐解过程中,氧烷碳相对含量明显降低,而烷基碳、羰基碳和芳香碳的相对含量逐渐升高;不同生草草种腐解过程中,烷基碳/氧烷碳、脂肪族碳/芳香碳、疏水碳/亲水碳三个含碳官能团指数变化趋势基本一致;腐解末期的烷基碳/氧烷碳、疏水碳/亲水碳比值均有所增加,而脂肪族碳/芳香碳有所下降;相关分析结果表明:烷基碳、羰基碳、芳香碳与碳、氮释放率呈显著正相关,而氧烷碳与碳、氮释放率呈极显著负相关。(3)探究了不同生草草种腐解对土壤养分的影响:不同生草草种还田腐解均可显著增加0-20 cm土层土壤有机质、全氮、全磷含量,但不同生草草种还田腐解对土壤有机质、全氮、全磷影响程度表现不一:豆科白三叶还田对土壤有机质、全氮、全磷提升效果均表现最佳,小冠花还田对土壤有机质、全氮提升效果较好,而对全磷影响较弱,禾本科鸡脚草还田腐解对土壤全磷提升效果相对较好;不同生草草种还田腐解土壤硝态氮、速效磷、速效钾含量均有明显升高,且呈现前期快速上升,后期保持稳定或略有降低的趋势。但不同生草草种还田腐解土壤硝态氮、速效磷、速效钾提升效果有所差异:白三叶还田对土壤硝态氮、速效钾含量提升效果最佳,鸡脚草还田对土壤速效磷含量提升幅度最大。各生草草种还田腐解对土壤铵态氮含量均无显著提升效果;同一生草草种地上部还田与地下部还田对土壤养分的提升表现基本一致,其中白三叶、小冠花地上部还田对土壤养分提升效果优于地下部,鸡脚草地上部还田对土壤养分提升效果弱于地下部。
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