论文部分内容阅读
为确定既能增强麦-玉两熟农田土壤固碳能力、促进养分积累,又能提高作物产量和经济效益的适宜轮耕培肥方式。我们设置了小麦季旋耕-玉米季深松(RS)、小麦季深松-玉米季免耕(SN)、小麦季翻耕-玉米季免耕(CN)3种轮耕方式,增施牛粪(F)、玉米秸秆还田(P)2种有机培肥方式,共6种轮耕培肥处理。研究了轮耕和有机培肥方式的单独及其交互作用对土壤有机碳组分、养分含量、酶活性和作物产量的影响,以及土壤酶活性与土壤有机碳组分、养分含量动态变化的相关关系。主要研究结果如下:1有机肥和轮耕方式对有机碳及其组分含量的影响轮耕方式、有机肥及其交互效应对土壤有机碳及其活性组分均有显著影响。在0-10cm和10-20 cm土层,轮耕方式RS、SN较CN显著提高了小麦、玉米收获期的有机碳及其碳组分含量。相同轮耕方式下,施用牛粪较秸秆还田显著提高了小麦收获期的易氧化有机碳和颗粒有机碳含量。牛粪和深松-免耕(FSN)相结合对土壤有机碳及其碳组分含量的提高要显著优于其它有机肥与轮耕方式的交互。在小麦-玉米周年生育期内,各处理20-30 cm和30-40 cm土层的有机碳含量在玉米开花期达到最大值。2有机肥和轮耕方式对土壤养分含量的影响轮耕方式、有机肥及其交互作用对土壤全氮、有效磷和速效钾均有显著影响。在0-10cm和10-20 cm土层,轮耕方式RS、SN较CN显著提高了小麦、玉米收获期的全氮、有效磷和速效钾含量。在20-30 cm土层,轮耕方式CN较RS显著提高了2016年玉米收获期土壤全氮含量12.23%-26.20%,较SN显著提高了10.89%-13.67%。在30-40 cm土层,轮耕方式CN的小麦收获期速效钾含量较RS、SN分别显著提高了1.88%-16.04%、2.82%-24.24%。施用牛粪较秸秆还田显著提高了0-10 cm土层的小麦、玉米收获期的有效磷含量。在各土层,秸秆还田较施用牛粪显著提高了玉米收获期的速效钾含量。在0-10cm和10-20 cm土层,各轮耕方式和培肥方式交互均以牛粪和深松-免耕相结合的土壤全氮和有效磷含量最高,而秸秆和旋耕-深松相结合显著提高了土壤速效钾含量。0-10 cm和10-20 cm土层,无论是在小麦生育期还是玉米生育期内,各处理速效钾含量在开花期达到最大值。小麦-玉米整个生育期内,各处理20-30 cm和30-40 cm土层的有效磷含量在小麦拔节期达到最大值;各处理的全氮含量在玉米拔节期处于最低。3有机肥和轮耕方式对土壤酶活性的影响轮耕方式、有机肥及其交互作用对土壤转化酶、脲酶、过氧化氢酶活性均有显著影响。在0-10 cm和10-20 cm土层,轮耕方式RS、SN较CN显著提高了小麦、玉米收获期土壤转化酶、脲酶活性。在20-30 cm和30-40 cm土层,轮耕方式RS较SN和CN显著提高了玉米收获期过氧化氢酶活性;轮耕方式SN较RS和CN显著提高了小麦收获期过氧化氢酶活性。施用牛粪较秸秆还田显著提高了小麦收获期10-20 cm和20-30 cm土层的转化酶活性,同时也显著提高了玉米收获期各土层的脲酶活性。在0-10 cm和10-20 cm土层,轮耕方式和培肥方式的交互以牛粪和深松-免耕相结合对土壤转化酶、脲酶、过氧化氢酶活性的提高最为显著。4有机肥和轮耕方式对作物产量及其经济效益的影响轮耕方式、有机肥及其交互作用对作物产量具有显著影响。深松-免耕和翻耕-免耕的投入成本相同,但是深松-免耕的周年产量和收益较翻耕-免耕分别显著提高了4.53%-9.43%、2.15%-11.82%。施用牛粪的投入成本比秸秆直接还田要高,但在轮耕方式SN、CN下,施用牛粪较秸秆还田显著提高了周年产量和收益。牛粪与深松-免耕相结合的投入不仅低于旋耕-深松,而且其产量和收益分别显著提高了5.05%-5.58%、9.07%-11.17%。5不同轮耕培肥处理下麦玉两熟农田的碳足迹各轮耕培肥处理下小麦季碳足迹的差异主要是由化肥施用和机械耕地产生的碳排放量不同造成的,其中化肥施用产生的碳足迹在各构成部分中所占比例是(69.25%-70.36%)最大的。玉米季碳足迹的差异主要是由农机进行不同耕作时所造成的油耗有差异而产生的碳排放不同,也表现为化肥施用产生的碳足迹在各构成部分中所占比例是(89.28%-92.16%)最大的。在小麦-玉米周年中,各处理中以FSN处理的粮食碳成本是最低的,仅为0.417 kg CO2-Ce/hm2,这说明深松与轮耕方式深松-免耕的交互处理在各处理中的不仅产投比低,而且其在生产过程中排放较少的碳,有利于土壤碳固存。6土壤有机碳组分、养分、酶活性和作物产量的相关关系土壤全氮与有机碳及其组分均呈显著正相关,有效磷与有机碳、易氧化有机碳和颗粒有机碳呈显著正相关,速效钾与有机碳和易氧化有机碳呈正相关。土壤有机碳和全氮与转化酶、脲酶、过氧化氢酶均呈正相关,微生物生物量碳和颗粒有机碳主要受转化酶的影响,易氧化有机碳和有效磷主要受转化酶和过氧化氢酶的影响,速效钾主要受脲酶和过氧化氢酶的影响,作物产量主要受碳足迹、全氮和微生物生物量碳的影响。牛粪和深松-免耕(FSN)相结合虽然在前期投入高于其它处理,但是其能够提高农田固碳能力、养分含量和土壤酶活性,为作物生长提供良好的生长环境和养分供应,从而获得高产和高收益。因此牛粪和深松-免耕相结合是提高土壤质量和获得作物高产的最优轮耕培肥方式。