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作物秸秆还田是秸秆综合利用的有效途径之一,而秸秆还田直接影响土壤养分平衡以及下季作物产量和养分利用率。明确秸秆还田对土壤养分平衡和小麦氮素利用的影响及其生态基础对于提高小麦产量、效益和保护环境具有重要意义。本文通过连续3年大田试验研究了秸秆还田与氮肥施用量对小麦产量和氮素利用率、土壤-小麦系统氮素平衡特征、土壤理化性状、土壤酶活性和微生物数量的影响,同时研究了在不同氮肥用量水稻秸秆腐解特征及养分释放规律,主要研究结果如下:1.秸秆还田提高了小麦产量和氮肥利用率。高肥力土壤的产量显著高于低肥力土壤,产量随着施氮量的增加而增加,当施氮量高于180kghm-2时,产量升高不显著甚至有下降趋势。秸秆还田在2010-2011年度对产量影响不显著,而显著提高了2011-2012和2012-2013年度的产量。秸秆还田降低了小麦生育前期的茎蘖数、干物质积累量和植株氮素吸收量,提高了分蘖成穗率,并增加了小麦中、后期干物质积累量和植株氮素吸收量;延长了灌浆持续时间,并提高最大灌浆速率和平均灌浆速率,从而提高了千粒重;增加了小麦每穗粒数,进而有利于提高小麦产量。高肥力土壤的氮肥利用率较低肥力土壤上的显著降低,随着施氮量的增加氮肥利用率显著下降;秸秆还田处理降低了播种至拔节期阶段的氮素表观回收率但增加了拔节至成熟阶段的氮素表观回收率,最终使氮素表观回收率高于不还田处理,秸秆还田处理的氮肥农学效率也有所提高。高、低肥力土壤获得高产最佳的氮肥量分别为223-229 kg hm-2和247-286 kg hm-2。而秸秆还田和不还田处理获得高产的最佳施氮量分别为233-252 kg hm-2和238-256 kghm-2。分析表明秸秆还田处理有利于冬小麦中后期的生长发育和氮素吸收能力,是秸秆还田后产量和氮肥利用效率提高的重要原因。2.明确了秸秆还田和氮肥施用量土壤无机氮动态变化规律及氮素表观平衡特征。施用氮肥显著提高了 0-40cm 土层的硝态氮和铵态氮含量,无机氮积累量随施氮量的增加而显著增加;在相同氮肥施用量下秸秆还田显著降低了小麦生育前期的土壤硝态氮和铵态氮含量,而提高了小麦中、后期土壤硝态氮和铵态氮含量。在不同肥力土壤条件下,不施氮肥在整个小麦生育期内均表现为土壤氮素亏缺,而施氮处理在播种至拔节期阶段均出现氮素的盈余,高肥力土壤的氮素盈余量高于低肥力土壤上的,且随着施氮量的增加氮素盈余量显著增加,而秸秆还田降低了全生育期土壤氮素盈余量。高、低土壤肥力条件下获得高产、高效和低土壤氮素盈余量所需施氮量分别为184-199 kg hm-2和229-253 kg hm-2,而秸秆还田和不还田处理所需施氮量则分别为188-206 kg hm-2和191-210 kg hm-2,并且秸秆还田处理可获得的产量分别较不还田处理提高了0.95%,2.96%和3.31%;氮素盈余量降低了 8.53,10.6和5.13 kg hm-2;而氮肥农学效率分别提高了 3.34%,4.82%和6.42%,在适量施用氮肥的条件下,水稻秸秆全量还田降低小麦生育前期无机氮的损失的风险,有利于提高了氮肥利用率。3.秸秆还田改善了 土壤理化特性。秸秆还田提高了 土壤温度和含水量,以播后0-30d提高幅度最大,降低了土壤pH值,随着氮肥施用量的增加而降低。秸秆还田显著提高了有机质含量,而施氮量对土壤有机质含量影响不显著。秸秆还田和氮肥施用量对土壤酶活性和微生物数量均有一定的影响。秸秆还田显著提高了 土壤过氧化氢酶、转化酶和脲酶活性。随着氮肥施用量的增加,土壤过氧化氢酶和转化酶活性呈先增加后降低的变化趋势,以180 kghm-2处理的酶活性最高;脲酶活性随氮肥施用量的增加而增加,以240 kghm-2处理的活性最大。秸秆还田显著提高了土壤细菌、真菌和放线菌的数量,以放线菌增幅最大,其次为细菌、真菌。随着氮肥施用量的增加,土壤细菌、放线菌和真菌数量增幅增加。试验结果表明秸秆还田并适量施用氮肥有利于了提高了土壤理化性状、土壤酶活性与微生物数量。4.增施氮肥增加了水稻秸秆腐解速率及养分释放速率。秸秆的腐解速率表现为前期快速腐解,后期腐解速率变慢,秸秆还田的30 d内秸秆腐解速率最快。氮肥施用量越多,秸秆腐解速率越快,经过210d的腐解,稻秸腐解率为49.78-65.18%。施氮量显著影响水稻秸秆的碳、氮、磷钾养分释放。在不同施氮水平下,水稻秸秆的碳、氮、磷和钾素释放速率随着施氮量的增加而增加,经过210d的腐解,水稻秸秆中约52.04-66.05%的碳,48.20-64.08%的氮,61.78-80.65%的磷,94.73-97.10%的钾被释放出来,施氮量对水稻秸秆碳、氮、磷和钾的释放率表现为:K>P>C>N。因此,在稻麦两熟区实施水稻秸秆全量还田,秸秆宜配施适量的氮肥,可以使水稻秸秆能较充分地腐解,并释放出较多的养分元素。因此,在长江中下游稻麦两熟区,秸秆全量还田获得高产的最佳施氮量和实现高产、高效和氮素盈余量降低的最佳施氮量均较不还田处理少,同时还降低了成熟期土壤氮素的表观盈余,改善了土壤的理化性质,增强了土壤酶活性和生物学特性,进而提高了产量和氮肥利用效率。