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        不同方式秸稈還田對土壤呼吸的影響

        2015-12-22 07:42:12王曉飛李志洪郭夢橋
        安徽農(nóng)業(yè)科學(xué) 2015年13期

        王曉飛,李志洪,郭夢橋,肖 宇,潘 靜

        (1.黑龍江省科學(xué)院大慶分院,黑龍江大慶163319;2.吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院,吉林長春130118)

        有機質(zhì)是土壤微生物生命活動的能源,可以提高微生物多樣性及其活動性,從而有助于改良以及保持土壤的物理、化學(xué)和生物學(xué)狀態(tài)[1-2]。有機質(zhì)含量顯著影響農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)[3]。研究土壤有機質(zhì)的保持對于今后的農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展有重要的意義。大量的研究表明,秸稈中除含有豐富的N、P、K和有機碳養(yǎng)分外,還可提供相當(dāng)數(shù)量的中量、微量元素和氨基酸、核酸、糖、維生素等有機營養(yǎng)成分[4];秸稈還田能提高土壤有機質(zhì)含量;秸稈分解釋放CO2,促進土壤微生物體固持或礦化釋放無機氮,最終形成土壤有機質(zhì)[5-7];秸稈還田還能刺激土壤微生物活性,為微生物提供生活的基質(zhì),增加土壤微生物量[8]。但是,以往的秸稈還田技術(shù)多數(shù)將秸稈施在土壤的表層,導(dǎo)致有機質(zhì)的加速礦化,土壤養(yǎng)分得不到積累,下層土壤得不到更多的養(yǎng)分,導(dǎo)致土壤質(zhì)量越來越差,植物根系下扎困難[9]。通過在燒杯和土柱中加入大量的秸稈來模擬秸稈還田,筆者分析了不同層次土壤加入粉碎的秸稈后CO2的釋放情況,揭示土壤有機質(zhì)礦化速度,為秸稈還田快速培肥提供理論依據(jù)。

        1 材料與方法

        1.1 供試材料 供試土壤采自吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)以南的耕地黑土,分別采取0 ~20、20 ~40、40 cm 三個層次,分別用 A、B、C來表示。供試土壤是位于吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)南部的黑土耕地,種植玉米,前茬玉米。A層土壤全氮1.15 g/kg,全磷0.35 g/kg,堿解氮 120 mg/kg,pH 6.27,有機質(zhì)含量 21.48 g/kg;B層土壤全氮1.05 g/kg,全磷0.31 g/kg,堿解氮115 mg/kg,pH 6.40,有機質(zhì)含量 20.26 g/kg;C 層土壤全氮 1.21 g/kg,全磷0.25 g/kg,堿解氮 110 mg/kg,pH 6.51,有機質(zhì)含量 10.04 g/kg。試驗所用的有機物料為粉碎的玉米秸稈。

        1.2 試驗設(shè)計 在500 ml燒杯中分別裝入A、B、C土壤以及相當(dāng)于土重4%和8%的粉碎秸稈,用硫酸銨調(diào)節(jié)碳氮比,分別在通氣和不通氣的條件下放入25℃的培養(yǎng)箱中進行培養(yǎng),同時注意補充水分。分別在第4、10、20、35、55、80、90、100 天測定CO2釋放量。另外,在土柱培養(yǎng)中,將混合好的土壤放入長30 cm的土柱中,每層10 cm。7個處理的土柱中從上到下分別為空白對照ABC、Ⅰ處理(A+R)BC、Ⅱ處理A(B+R)C、Ⅲ處理AB(C+R)、Ⅳ處理A(A+R)B、Ⅴ處理AA(A+R)、Ⅵ處理AA(B+R)、Ⅶ處理B(C+R)C。其中,+R代表加入4%的秸稈,A、B、C分別代表上、中、下三層土壤。土柱培養(yǎng)中,要注意控制土壤容重。

        1.3 分析方法 土壤氮、磷、鉀采用常規(guī)方法進行測定[10];土壤pH用pH計直接測定;有機質(zhì)采用重鉻酸鉀外加熱法測定;全氮采用半微量開氏法消煮,凱氏定氮儀測定;全磷采用HClO4-H2SO4法測定;堿解氮采用堿解擴散法測定;CO2采用堿液隔離法[11]測定。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 A層土壤按照不同方式加入秸稈后對土壤呼吸的影響 由圖1可知,在燒杯培養(yǎng)中A層土壤加入8%秸稈且處于通氣狀態(tài)的處理CO2釋放量最高,加入4%秸稈且處于不通氣狀態(tài)的處理CO2釋放量最低,隨著培養(yǎng)時間的延長,土壤各個處理CO2釋放量降低,從培養(yǎng)當(dāng)日至第35天土壤CO2釋放量下降幅度較大,即4~10 d A+4%通氣、A+4%不通氣、A+8%通氣、A+8%不通氣處理分別下降40%、20%、10%、23%,10~20 d各個處理CO2釋放量分別比上一階段降低了57%、72%、73%、63%,20~35 d CO2釋放量分別比上一階段降低了42%、50%、52%、51%,35 d以后各個處理CO2釋放量均處于較低水平。

        2.2 B層土壤按照不同方式加入秸稈后對土壤呼吸的影響由圖2可知,在燒杯培養(yǎng)中B層土壤加入8%秸稈且處于通氣狀態(tài)的處理CO2釋放量最高,加入4%秸稈且處于不通氣狀態(tài)的處理CO2釋放量最低,隨著培養(yǎng)時間的延長,土壤各個處理CO2釋放量降低,從培養(yǎng)當(dāng)日至第35天土壤CO2釋放量下降幅度較大,即4~10 d B+4%通氣、B+4%不通氣、B+8%通氣、B+8%不通氣處理分別下降51%、42%、14%、23%,10~20 d各個處理CO2釋放量分別比上一階段降低了54%、50%、68%、61%,20~35 d CO2釋放量分別比上一階段降低了43%、52%、54%、53%,35 d以后各個處理CO2釋放量均處于較低水平。

        2.3 C層土壤按照不同方式加入秸稈后對土壤呼吸的影響 由圖3可知,與A、B兩層土壤相比,C層土壤CO2釋放量的變化有所不同。在4~10 d CO2釋放量不是降低而是有所上升;在10 d以后,CO2釋放量下降,與前兩種土壤規(guī)律相近。在燒杯培養(yǎng)中,C層土壤加入8%秸稈且處于通氣狀態(tài)的處理CO2釋放量最高,加入4%秸稈且處于不通氣狀態(tài)的處理CO2釋放量最低,4~10 d C+4%通氣、C+4%不通氣、C+8%通氣、C+8%不通氣處理分別上升12%、4%、6%、2%,10~20 d各個處理CO2釋放量分別比上一階段降低了78%、68%、71%、69%,20~35 d CO2釋放量分別比上一階段降低了45%、48%、50%、52%,35 d以后各個處理CO2釋放量均處于較低水平。

        2.4 土柱中不同處理CO2釋放量變化 由圖4可知,隨著培養(yǎng)時間的延長,土壤各個處理的CO2釋放量降低,從培養(yǎng)當(dāng)日至第35天土壤CO2釋放量下降幅度較大,即4~10 d各處理分別下降 54.1%、51.2%、42.1%、37.3%、33.3%、27.4%、28.3%,10~20 d各個處理 CO2釋放量分別降低了37.1%、37.3%、53.0%、52.9%、62.16%、47.07%、50.2%,20~35 d CO2釋放量分別降低了 61.5%、48.6%、33.9%、57.5%、35.7%、45.9%、22.3%,35 d 以后各個處理 CO2釋放量均處于較低水平。從圖中還可以看出,不同處理同一時期CO2釋放量不同,其中處理Ⅰ和處理Ⅳ最高,其次是處理Ⅱ、處理Ⅴ,最后是處理Ⅵ和處理Ⅶ。

        3 結(jié)論與討論

        秸稈還田可以使土壤養(yǎng)分增加,但是所加入的秸稈并不能全部轉(zhuǎn)化為土壤的營養(yǎng)物質(zhì)。主要的損失途徑就是以CO2的形式釋放到空氣中。在一般情況下,作物秸稈以碳占絕大部分,直接施入土壤會刺激微生物迅速繁殖,導(dǎo)致大量土壤有效氮被暫時固定。因此,在生產(chǎn)中,秸稈還田往往要配施一定數(shù)量的氮肥,使得秸稈物料的C/N達到一定的數(shù)值[12]。

        試驗證明,不同形式的秸稈還田土壤的CO2釋放量是有所不同的,但是整體的趨勢一致,在第4~35天CO2釋放量的下降幅度最大,土柱培養(yǎng)中4~10 d各處理下降范圍為28.3% ~54.1%,10~20 d各個處理的CO2釋放量降低范圍為37.1% ~62.16%,在第20~35天CO2釋放量的降低范圍為22.3% ~61.5%,35 d以后各個處理的CO2釋放量均處于較低水平。由于較深土層通氣性較低,分解轉(zhuǎn)化變緩,更利于有機質(zhì)的積累[8]。不同處理同一時期的CO2釋放量不同,其中Ⅰ處理和Ⅳ處理最高,其次是Ⅱ處理、Ⅴ處理,最后是Ⅵ處理和Ⅶ處理。

        在燒杯培養(yǎng)中A、B兩層的土壤CO2釋放量一直降低,但是C層土壤有所不同,0~4 d呈上升趨勢。這主要是由于C層土壤為母質(zhì)土壤,其土壤結(jié)構(gòu)性差,微生物量少且活性低,當(dāng)加入秸稈以后微生物有了充足的養(yǎng)分,數(shù)量與活性增加,分解有機物的能力也隨之增加。所以,在10 d以后CO2釋放量達到最大值。另外,隨著加入秸稈量的增大,CO2的釋放量也在增加。

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