果菇套作系统秸秆还田量对土壤养分及CO2排放的影响

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三峡库区是柑橘种植的黄金地带,柑橘产业也是库区重要经济产业。柑橘园生态环境及经济效益直接影响到库区生态环境和人民经济收入。库区现存柑橘园大多数海拔高、坡度大,地表植被覆盖率低,加之库区降雨丰富,导致柑橘园土壤养分流失严重,土壤肥力降低;传统的果树单作模式行间距大,林下闲置可利用空间多,单位土地面积经济效益不高。因此,寻找一种高效利用柑橘林下闲置土地、提高果园土壤肥力、增加果园综合经济效益的种植模式意义重大。本研究考虑到三峡库区柑橘园林下闲置土地资源及光热分布特点,结合大球盖菇生长需要,选取重庆市江津区慈云镇典型柑橘园为试验点,提出一种新型复合农业经营模式——基于秸秆还田的柑橘/大球盖菇套作。以果菇套作模式下果园土壤为研究对象,利用腐熟秸秆作为大球盖菇培养基原料,通过柑橘园小区试验,分析了不同秸秆还田量处理下(半量2500 kg·hm-2、全量5000 kg·hm-2、倍量10000 kg·hm-2)土壤CO2排放规律以及秸秆辅料上下层(0~5 cm,20~30 cm)土壤养分变化特征,并进一步对比等量秸秆还田条件下栽培大球盖菇(HSM、ASM、DSM)与未栽培大球盖菇(HS、AS、DS)处理的土壤养分含量及CO2排放量差异,探明果菇套作系统不同秸秆还田量对土壤肥力及土壤CO2排放的影响;运用统计分析方法,结合土壤CO2累积排放量与养分变化量,明确土壤CO2排放与土壤养分变化之间的相互作用机制;结合大球盖菇产量与土壤碳排放效率,综合衡量不同秸秆还田量所产生的环境及经济效益,提出实际生产的适宜秸秆用量。以期为推广柑橘/大球盖菇套作模式提供基础数据和理论依据,为合理利用三峡库区柑橘园林下闲置土地、促进库区柑橘园经济发展及生态文明建设提供一种可行性方案。主要研究结果如下:(1)秸秆填埋还田和套作大球盖菇均提高了土壤总有机碳和氮磷钾养分含量及其有效性,提升了柑橘园土壤肥力水平。与柑橘园中净秸秆填埋还田相比,柑橘/大球盖菇套作模式可以进一步提高秸秆培养基上下层土壤全氮、速效钾,上层土壤总有机碳和下层土壤碱解氮、有效磷含量,且各处理均表现为秸秆辅料上层土壤(0~5 cm)养分含量显著高于下层土壤(20~30cm)。该套作模式下倍量秸秆还田(DSM)最有利于土壤养分积累,且土壤养分含量的增加均与秸秆还田量呈正比。较柑橘园中净秸秆填埋还田处理,柑橘/大球盖菇套作模式降低了秸秆辅料上下层土壤C/N,其下降主要集中在菌丝生长期。上层土壤C/N降幅最小的为全量秸秆还田处理(ASM,4.13%),下层土壤C/N降幅最小的为半量秸秆还田处理(HSM,10.77%)。与之相反,果菇套作模式提高了土壤N/P和C/P。其中倍量秸秆还田(DSM)最有利于提高秸秆辅料上下层土壤N/P和上层土壤C/P。(2)与柑橘园中净秸秆填埋还田相比,柑橘/大球盖菇套作模式进一步促进了土壤CO2排放,给柑橘园生态环境造成一定的负效应。果菇套作模式下土壤CO2排放量与秸秆还田量呈正比,并且在等量秸秆还田条件下,栽培大球盖菇对土壤呼吸的贡献作用大于净秸秆还田处理,其中倍量秸秆还田(DSM)处理的增排效果最明显,较CK增加了328.37%。土壤CO2排放主要集中在大球盖菇菌丝生长期,其次为出菇后和出菇期,其中DSM处理在菌丝生长期的土壤CO2累积排放量占其总累积排放量的比值最大,为43.27%,其次为ASM(42.63%)和HSM(40.57%)。表层5 cm土壤温度单因子与土壤CO2排放速率变化表现出极显著相关性,可以单独解释土壤CO2排放速率变化的27%~71%;土壤体积含水量单因子对土壤CO2排放速率的影响比较复杂,仅DSM处理中体现出了极显著相关性,其他处理均未表现出显著相关性。而水热因子对土壤CO2排放具有协同影响作用,土壤温度和土壤体积含水量双因子拟合可以解释土壤CO2排放速率变化的36%~82%。(3)果菇套作模式通过提高土壤总有机碳和全氮含量进一步促进了土壤CO2排放。相关分析结果表明,秸秆还田量和栽培大球盖菇两个因素显著影响土壤CO2排放,在等量秸秆还田条件下,栽培大球盖菇对土壤CO2排放的贡献作用大于净秸秆还田处理。同时,秸秆还田量还显著影响秸秆辅料上下层土壤全氮、碱解氮、速效钾,上层土壤总有机碳,下层土壤有效磷含量。秸秆还田量和栽培大球盖菇对土壤CO2排放及各养分指标不存在交互影响。土壤CO2排放与秸秆辅料上层土壤总有机碳和全氮含量表现出显著正相关关系,与全磷和速效钾之间呈显著负相关关系。(4)基于秸秆填埋还田的柑橘/大球盖菇套作模式充分利用了柑橘林下闲置土地资源,提高了柑橘园综合经济效益。果菇套作模式下,不同秸秆还田量处理的大球盖菇产量存在差异,其中倍量秸秆还田(DSM)处理的大球盖菇产量最高(49.70 t·hm-2),但其投入产出比最大(0.2926),经济效益最差;全量秸秆还田处理(ASM)的大球盖菇产量仅次于DSM,为47.00t·hm-2,其投入产出比最小(0.1360),经济效益最好,且全量秸秆还田(ASM)处理的土壤碳排放效率最高(CEE=1.14)。综上所述,柑橘/大球盖菇套作模式短期内会促进土壤CO2排放,但同时也能够提升果园土壤肥力水平,增加果园综合经济效益。本研究中,全量秸秆还田能较好地平衡果菇套作模式产生的环境与经济效益关系,从农业生产实际考虑,果菇套作模式下大球盖菇培养基用量以全量秸秆还田(5000 kg·hm-2)为佳。
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