绿肥与秸秆协同还田模式下的土壤碳氮动态变化研究

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水稻秸秆和绿肥是我国南方稻田主要的有机肥源,合理利用可以有效培肥土壤,减少化肥用量。秸秆还田不但可以解决焚烧带来的环境污染问题,还可促进养分循环利用。利用冬闲田种植豆科绿肥,可以通过生物固氮富集氮素养分,翻压还田还可以释放养分供作物吸收利用。水稻秸秆C/N比大,富含半纤维素、木质素等难腐解的物质,大量还田后若不能及时腐解可能产生毒害物质,影响下茬作物生长。与水稻秸秆不同,豆科绿肥富含氮素养分,与水稻秸秆协同还田可以调节生物残体的C/N比,影响有机物料的腐解和养分释放。本研究立足于长江中下游绿肥、水稻种植区,对比研究不同绿肥和水稻秸秆腐解规律,明确腐解过程中养分释放特征;探究低C/N比绿肥与高C/N比秸秆配施对绿肥和秸秆养分释放的调控效果,以及二者对土壤碳、氮转化的动态变化过程。为该地区绿肥、水稻秸秆协同还田模式的田间管理提供理论依据,更好的服务于农业可持续发展。试验采用网袋培养法,模拟绿肥、秸秆还田,研究水稻秸秆与紫云英、苕子协同还田的腐解特征及对土壤碳、氮素养分的影响。主要研究结果如下:1)揭示了水稻秸秆、紫云英和苕子三种有机物料腐解特征。通过对紫云英(MV)、苕子(VV)、水稻秸秆(RS)进行180天模拟培养,明确三种不同有机物料的腐解规律,结果表明三种有机物料腐解规律均表现为在0~10 d迅速腐解,10~60 d腐解减缓,60~180 d腐解趋于平稳。MV、VV、RS培养180 d累积腐解率分别为85.12%、82.58%、77.22%,平均腐解速率分别为0.47 g/d、0.46 g/d、0.43 g/d。对比三种有机物料腐解规律可以发现0~10 d MV和VV处理的腐解速率分别比RS处理高94.26%、91.62%;10~60 d RS处理腐解最快,腐解速率分别比MV和VV处理高79.43%、43.14%;90~180 d RS处理腐解速率分别比MV和VV处理高36.42%、37.79%。不同有机物料腐解速率总体表现为MV>VV>RS。2)添加水稻秸秆促进紫云英和苕子在腐解中后期的养分释放。通过设置1、紫云英腐解(MV);2、紫云英和水稻秸秆协同腐解(MV+RS);3苕子腐解(VV);4、苕子和水稻秸秆协同腐解(VV+RS)4个处理,明确添加不同种类绿肥对水稻秸秆腐解的影响。结果表明添加水稻秸秆主要促进紫云英在30~60 d的腐解,在此时间段,紫云英的腐解速率、碳和磷素养分释放速率明显提高了42.68%、32.22%和19.18%;添加水稻秸秆主要促进苕子在60~120 d内的腐解,在此时间段,苕子的腐解速率、碳和磷素养分释放速率明显提高了45.40%、41.88%和19.06%。总体上看添加水稻秸秆对紫云英和苕子氮素和钾素养分释放影响不明显。3)添加绿肥促进水稻秸秆腐解和养分释放。通过设置1、水稻秸秆腐解(RS);2、紫云英和水稻秸秆协同腐解(RS+MV);3、苕子和水稻秸秆协同腐解(RS+VV)三个试验,对比分析添加绿肥对秸秆腐解的影响。结果表明添加绿肥促进水稻秸秆腐解和养分释放。与单独秸秆还田相比,添加紫云英和苕子试验结束时,秸秆累积腐解率分别提高了3.89%和3.28%;添加紫云英和苕子的水稻秸秆在前期0~30 d碳释放速率分别提高了35.48%和30.46%;紫云英和苕子试验全程均能提高水稻秸秆的氮释放,其中前期0~60 d、中期60~120 d和后期120~180 d氮释放速率分别提高了7.44%和13.62%、9.39%和6.82%、2.88%和0.56%;添加紫云英和苕子对水稻秸秆0~120 d磷释放速率有显著效果,分别提升49.89%和35.84%;添加绿肥对钾素养分释放的效果体现在试验前期,5~30 d紫云英和苕子分别提升水稻秸秆的腐解速率12.68%和15.96%,30 d后水稻秸秆中钾素养分基本释放完全。4)秸秆和绿肥还田有利于提高土壤碳和氮的储量。通过设置1、对照(CK);2、水稻秸秆腐解(RS);3、紫云英腐解(MV);4、苕子腐解(VV);5、水稻秸秆与紫云英协同腐解(RS+MV);6、水稻秸秆与苕子协同腐解(RS+VV)6个处理研究绿肥和水稻秸秆对土壤碳、氮素积累的动态变化的影响。结果表明秸秆和绿肥还田有利于提高土壤碳和氮含量。添加有机物料后增加了土壤有机碳、全氮含量分别提高了0.88%~5.92%、6.80%~14.56%;其中RS+MV处理对有机碳的增加效果最好。RS+VV处理对全氮的增加效果最好。通过对有机物料不同腐解时期土壤可溶性有机碳的分析可知,有机养分在试验后期的促进作用显著,在120~180 d期间内,MV、VV、RS+VV处理整体效果较好,分别提高18.86 mg/kg、7.05 mg/kg和7.29 mg/kg。绿肥对土壤铵态氮的增加效果在前5 d以VV和RS+VV处理为佳,分别提高22.12%和22.75%;试验中期不同处理波动较大,90 d时有机物料对土壤铵态氮促进作用明显,其中MV和RS+MV处理最为显著,分别比CK处理高121.88%和91.84%;120~180 d RS处理效果最佳,提高了104.62%。各处理对土壤硝态氮增加作用明显,试验结束VV和RS+VV处理最佳,分别提高286.64%、213.01%,其次是MV和RS+MV处理,分别提升122.57%、97.08%;RS处理促进效果较弱,提升土壤硝态氮含量42.21%。
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