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寒地稻草还田对土壤还原性物质和水稻生长的影响

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  • 日期:2022-06-09
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农学论文哪里有?笔者认为土壤溶液耗氧量表征对水稻生长的影响,优于土壤氧化还原电位的表征效果。盆栽分段插秧试验中,插秧后 30 d 内土壤溶液耗氧量随稻草还田量的增加而增加,但水稻的生长随耗氧量的增加而减少;

1 前言

1.2.1 作物秸秆还田现状

农作物在收获籽粒后,残留在田间的茎叶等部分被称作秸秆,具有产量多、分布广、品种多的特点。是一种重要的可再生生物资源[4-5],含有非常丰富的有机质、氮、磷、钾以及各种中微量营养元素,其中碳元素占 40%、氮元素占 0.3%、磷元素占 0.1%、钾元素占 0.45%,我国是农业大国,秸秆资源丰富,农作物秸秆产量每年产出近 8 亿 t,占世界总量的30%[6]华北和长江中下游地区秸秆总量较多,分别占全国秸秆总量的 26.4%和 26.2%。黑龙江省秸秆养分资源总量最高,占全国秸秆养分资源总量的 10.3%,其次为河南和山东,分别占全国秸秆养分资源总量的 9.5%和 6.8%[7]。

秸秆是一种重要的生物质资源,在农业生产中,秸秆还田对培肥土壤[8]、降低土壤容重[9]、改善土壤结构[10]、增加土壤养分速效量[11]、促进作物增产[12]有一定的作用,另外,秸秆还田也可以通过增加土壤有机碳的直接输入实现固碳,从而维持土壤有机质平衡[13]还可通过增加土壤有机碳的直接输入实现固碳,促进土壤的养分循环,是一种保护性耕作措施,同时,利用秸秆还田与化肥配施能够减少氮、磷、钾化肥的用量的 10%-20%[14],王保君等[15]研究发现利用适当的秸秆还田配合氮肥减量处理,能够有效改善土壤的理化性状,提高水稻产量。表明秸秆还田能够替代部分氮素。数据显示, 每年中国生产的秸秆中养分约 1100 万 t 钾肥、460 万 t 氮肥、125 万 t 磷肥[16],但是,我国秸秆资源的利用率比较低秸秆利用率仅为 33%[17]。焚烧处理秸秆仍然是我国绝大多数农户所采用的方式[18]。CO2、CO、CH4、N2O 是水稻秸秆燃烧释放的气体,CO2 占 70%、CO 占 7%、CH4 占 0.7%、N2O占 2.1%[19]。在英国小麦秸秆在田间进行焚烧造成大量的 N 素流失,当禁止焚烧秸秆的时候氨排放从 1981 年的 20 kt·N/年减少到 1991 年的 3.3 kt·N/年[20]。Kumar 等[21]研究表明每焚烧一吨的小麦秸秆,就会有 2.4kg 的 N 流失。在澳洲研究发现焚烧高硫作物秸秆和低硫作物秸秆将会损失掉 S 含量的 40%-60%[22]。Collins[23]研究表明焚烧秸秆将会导致土壤中 57%的微生物量被降低,焚烧秸秆所带来的影响主要集中在 0-5 cm 的表层土壤,对深层土壤有较小的影响,焚烧秸秆会导致土壤表层真菌、放线菌、细菌的数量下降,分别下降了43.68%-73.43%、9.32%-74.83%、58.93%-81.44%,焚烧所带来的高温和水分散失会使土壤酶的活性下降[24]。这样不仅会对秸秆资源造成浪费,燃烧秸秆所释放出的气体更会造成大气环境的污染,间接造成雾霾天气,加剧全球温室效应[25]。

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3 结果与分析

3.1 稻草还田对土壤溶液还原性的影响

3.1.1 稻草还田对土壤氧化还原电位变化的影响

图 3-1 是稻草还田对土壤氧化还原电位变化的影响,由图可以看出无论是否稻草还田,随着插秧天数的延长,土壤氧化还原电位呈下降趋势,在插秧后 1-18 d 不还稻草处理氧化还原电位下降迅速,下降了 600%;18-48 d 呈缓慢下降态势,下降了 33%。还田处理在插秧后1-12 d 氧化还原电位有小幅度下降,还田处理在插秧后 12 d 趋于稳定。在插秧 48 d 后各个处理均基本达到最小值,且各个处理的氧化还原电位数值基本趋于稳定。不还稻草处理的氧化还原电位的初始数值要明显高于还田处理,且各个时间段的数值都要高于稻草还田处理。20 g 处理各个时间段内氧化还原电位均高于 40、60、80 g/盆处理。40、60、80 g/盆处理各组的初始数值间的差值较小,且随着插秧天数的延长各个时间段内数值差值波动较小。随着稻草还田的施入量增大,土壤的氧化还原电位在逐渐降低。

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4 讨论

4.1 稻草还田对土壤还原性物质的影响

氧化还原电位(Eh)也是反映土壤的氧化或还原程度的最重要的指标过强的氧化条件可以导致养分平衡的破坏,过强的还原条件可以引起低价铁锰离子的还原,产生硫化物质,以及一些有机酸的的产生。土壤氧化还原状况可以用土壤中还原性物质的总量来评估,因为土壤中还原性物质的总量是它的数量指标,耕层的 Eh 以及物理化学性质都受其影响,进而对作物生长及产量造成一定的影响。土壤中的还原性物质过多会导致土壤具有毒性,其中硫化氢毒性最强,作物中毒的状况与土壤中还原性物质的多少有关,但作物中毒症状具有共性,均表现为根系的腐烂,土壤发黑变臭。

李学垣等[131]研究表明相比较秸秆还田处理不还田处理在插秧后 15 天内土壤中还原性物质总量明显低于不还田处理,随着时间的延长两组处理间还原性物质的总量间的差异越来越小,主要是由于土壤中活性还原性物质所造成的。潘玉才等[132]等研究发现水稻土壤在水稻生长的中前期,是处于还原状态的,稻草还田后带来大量有机质,在土壤中部分转化为还原性物质,将更会加剧稻田土壤的还原性状态。王红妮[104]等采用盆栽的试验方法,在低温潜沼性稻田中发现,与秸秆相比,稻田残茬处理会导致稻田土壤氧化还原电位降低,土壤中还原性物质总量的增加,水稻植株长势不良,并且还原性物质的总量与稻田残茬数量呈正相关关系。马宗国等[133]在小麦秸秆还田对水稻生长及土壤肥力的影响时指出指出,秸秆在淹水的条件下,分解速度较慢,腐殖化程度较高,在分解的过程中可产生多种还原性物质,含量过高时,对稻根有毒害作用,使稻根变黑,且不长新根,是前期影响水稻生长的重要原因。在淹水情况下,秸秆腐解过程需要消耗大量化学氧,水体耗氧量会增加,因此,秸秆还田后稻田水体的化学耗氧量比不还田时增加 1-3 倍[134],在氧化还原定位值较低的环境下,土壤中的铁、锰等金属元素以低价态形式,在土壤溶液中大量溶解,同时,土壤中的氧化性有机酸大量转化为还原性[135],从而显著提高土壤中还原性物质总量[136-137]。

4.2 稻草还田对水稻养分积累、分蘖以及产量的影响

农作物秸秆是一种非常重要的可再生资源,秸秆还田对于保护土壤资源有很大好处,不仅可以促进碳素回归土壤,减少温室气体排放,改善土壤理化性质,增强土壤肥力提高土壤生产力和耕地质量;还可以将矿质营养归还到土壤中,补偿作物养分的吸收,促进养分平衡。

东北地区是我国重要的粮食生产基地,每年会有大量的秸秆剩余,其中水稻秸秆总量约为 3800 吨[138]。将秸秆直接粉碎还田是经济实惠的秸秆处理方式。王允青等[139]研究认为在不同水分条件下秸秆还田能促进氮磷钾的吸收利用。李斯平等[140]研究认为在稻麦轮作的体系下秸秆还田主要对水稻生长前期有明显的迫害作用,但在水稻生长中后期能有利于水稻生长,并且能提高水稻在中后期的养分积累。在我国湖北省江汉平原水稻-小麦轮作区,连续十年长期定位试验中发现秸秆还田有助于水稻生长,可以提高水稻籽粒和茎中氮和钾的含量,还有助于提高水稻的养分积累[141]。裴鹏刚等[142]研究结果表明在不施用氮肥的条件下,秸秆还田对水稻生育前期茎蘖的发生和茎蘖高峰的形成有明显的抑制作用,有利于水稻后期的干物质积累、氮素吸收及剑叶光合速率的提高。

5 结论

(1)稻草还田对土壤氧化还原电位动态产生了明显的影响。稻草不还田处理的氧化还原电位随插秧时间呈明显下降趋势,在插秧后 1-18 d 下降迅速下,下降了 600%,18-48 d呈缓慢下降趋势,下降了 33%;稻草还田处理随插秧时间下降幅度明显低于不还田处理,在插秧后 1-12 d 有小幅下降、12 d 后趋于稳定;稻草还田 40、60、80 g/盆处理间氧化还原电位差异不明显,但明显低于 0、20 g/盆处理;20 g/盆处理大幅度低于 0 g/盆处理。

(2)稻草还田对土壤溶液中 Fe2+浓度变化产生了明显的影响。插秧后 30 d 左右各个处理 Fe2+浓度达到峰值,且随稻草还田量的增加 Fe2+浓度明显增加。

(3)稻草还田对土壤溶液耗氧量产生了明显的影响。随着稻草还田量的增加,耗氧量在不断增大。插秧当天稻草还田 0、20、40 g/盆处理土壤溶液耗氧量显著低于稻草还田 60、80 g/盆处理。在插秧后 24 d 时,各处理的土壤溶液耗氧量均达到了最大值,其中稻草还田60、80 g/盆耗氧量显著高于稻草还田 0、20、40 g/盆的处理,以后耗氧量均在下降,且差异越来越小。

(4)稻草还田对水稻植株养分积累和产量产生了明显的影响。稻草还田对水稻分蘖期以前的生长和养分积累影响明显,后期稻草还田处理有所恢复;在盆栽试验中稻草还田处理水稻产量差异不显著,但明显低于不还田处理。

(5)土壤溶液耗氧量表征对水稻生长的影响,优于土壤氧化还原电位的表征效果。盆栽分段插秧试验中,插秧后 30 d 内土壤溶液耗氧量随稻草还田量的增加而增加,但水稻的生长随耗氧量的增加而减少;稻草还田 40、60、80 g/盆处理间氧化还原电位差异不明显,但三个处理水稻生长量有明显差异,表明用土壤溶液耗氧量表征对水稻生长的影响更全面。

参考文献(略)

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