秸稈還田對土壤肥力關(guān)鍵指標(biāo)及作物產(chǎn)量的影響研究_第1頁
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文檔簡介

秸稈作為農(nóng)作物生產(chǎn)期間產(chǎn)出的副產(chǎn)品,營養(yǎng)含量豐富,可循環(huán)利用性強。農(nóng)作物秸稈可以作為畜牧養(yǎng)殖飼料、能源、建材、紡織原料等進行使用,也可將農(nóng)作物秸稈直接粉碎、堆漚、腐熟等處理后作為有機肥還田,增加土壤肥力基礎(chǔ)。在農(nóng)作物生產(chǎn)期間,提升對作物秸稈的綜合利用效果,可以減輕傳統(tǒng)焚燒秸稈造成的土壤、生態(tài)資源污染問題,并提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)綜合經(jīng)濟效益。在農(nóng)作物種植生產(chǎn)期間,為提升農(nóng)作物的產(chǎn)量及品質(zhì),技術(shù)人員會借助各種農(nóng)機、化學(xué)藥劑、化學(xué)肥料等開展農(nóng)作物田間管理,規(guī)避各種不良因素對作物生長的影響。但大量化學(xué)藥劑、化學(xué)肥料等產(chǎn)品的長期、過量使用,會對土壤質(zhì)地、肥力基礎(chǔ)造成影響,促使土壤質(zhì)地黏重、鹽堿化、重金屬含量超標(biāo)、有機質(zhì)含量下降等,威脅后續(xù)作物的生長發(fā)育及產(chǎn)出品質(zhì)量。同時,再加上自然生態(tài)風(fēng)蝕、土表徑流等問題,土壤中養(yǎng)分及有機質(zhì)含量逐步下降,加重土壤板結(jié)、鹽堿化、貧瘠化。一、秸稈主要成分農(nóng)作物秸稈是農(nóng)作物種植期間所產(chǎn)生的一種副產(chǎn)品,屬于可再生生物質(zhì)資源。利津縣農(nóng)作物種植面積廣闊,秸稈資源豐富,多用于畜牧養(yǎng)殖生產(chǎn)飼料、工業(yè)原料、能源材料及肥源物質(zhì)渠道。傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)期間,農(nóng)作物種植種類較雜、單一品種秸稈量少,無法實現(xiàn)規(guī)?;裳h(huán)利用,部分農(nóng)戶會選擇焚燒或廢棄的方式處理作物秸稈。隨著近年來秸稈還田措施的大面積推廣,秸稈還田模式逐漸被農(nóng)戶接受并大面積的應(yīng)用。秸稈作為土壤養(yǎng)分物質(zhì)的載體,其中含有大量的氮、磷、鉀、鈣、鎂、硫等大中微元素,以木質(zhì)素、纖維素及半纖維素組成。作物秸稈的碳氮比主要在60∶1~80∶1之間,有機碳含量豐富,施入土壤中可以有效提升土壤中有機質(zhì)含量。同時,秸稈還田腐化后,分解出的養(yǎng)分被作物吸收利用,同等栽培管理條件下,秸稈還田地塊豐產(chǎn)性更強。二、秸稈還田主要方式目前,在利津縣農(nóng)作物生產(chǎn)期間,秸稈還田主要可分為直接還田、間接還田兩種。1、秸稈直接還田秸稈直接還田是指在農(nóng)作物(玉米、大豆、小麥、水稻等)產(chǎn)品收獲后,使用粉碎機械將剩余的農(nóng)作物秸稈粉碎拋撒還田,隨后借助旋耕、犁耕等機械將粉碎后的秸稈翻入土中的一種土壤管理技術(shù)。秸稈直接還田方法可行性強、操作便捷,能夠?qū)⑥r(nóng)作物秸稈資源快速轉(zhuǎn)化為土壤肥力,并提升土壤的有機質(zhì)含量、豐富土層結(jié)構(gòu)。但在實際生產(chǎn)應(yīng)用期間,需注重以下幾點。①合理控制還田秸稈數(shù)量一次性還田大量秸稈可能會致使土壤過于疏松、上層土壤懸空,影響下茬作物根系的下扎與營養(yǎng)吸收利用性,降低土壤保肥保水性。因此,建議秸稈還田量控制在300~500kg/667m2之間為宜。依據(jù)常見大田農(nóng)作物種類來分析,水稻、小麥的秸稈還田量控制在150~200kg即可,玉米、高粱等秸稈可以全部還田。②同期施用氮肥農(nóng)作物收獲時,作物秸稈中的碳氮比含量相對較高,在分解為營養(yǎng)元素時會對土壤中的氮素造成一定量的消耗。因此,在秸稈還田時,建議施碳酸銨10kg/667m2或尿素3kg/667m2,均勻撒施至秸稈上,隨機械翻耕入土。通過補充土壤中的氮元素,促進農(nóng)作物秸稈的分解、腐熟效果。③選擇適宜的翻埋時間農(nóng)作物秸稈翻埋處理最佳時間為作物收獲后。作物收獲后立即對秸稈進行粉碎翻埋,此時秸稈含水量處于較高的水平,土壤翻埋處理后腐熟速度提升,對下茬作物影響較小。在部分干旱地區(qū),建議采取邊收獲、粉碎秸稈,邊翻埋的處理方式,促進秸稈的分解。④施用生石灰農(nóng)作物秸稈在土壤中分解時會產(chǎn)生有機酸,有機酸在土壤中會對作物的根系生長形成抑制,從而影響根系生長效果。在土壤翻埋時,施生石灰30~50kg/667m2,均勻撒施。生石灰可以對土壤中的酸性物質(zhì)進行綜合,從而避免土壤偏酸造成根系的影響,同時可以促進作物秸稈的分解腐化。2、秸稈間接還田①堆漚還田法堆漚還田是指將農(nóng)作物(玉米、大豆、小麥、水稻等)秸稈進行粉碎后,并對秸稈含水量進行調(diào)節(jié),將其堆壓處理,借助微生物在高溫條件下的生物轉(zhuǎn)化活動,快速分解出大量的有機物質(zhì),同時達到高溫滅菌、滅蟲的效果,堆漚處理后的作物秸稈再次統(tǒng)一還田處理。經(jīng)由堆漚處理后的作物秸稈在還田后,可以減少病蟲害的傳播與影響,并提升土壤肥力基礎(chǔ)。在開展秸稈堆漚還田時,首先需要選擇適宜的堆漚處理場地,通常為田間地頭、空閑地等區(qū)域,便于秸稈的堆積及處理。將農(nóng)作物秸稈充分粉碎至低于10cm的秸稈段,澆灌一次透水,促使秸稈含水量在70%左右。隨后,將秸稈與腐熟有機肥充分混合,通常添加有機肥1000kg/500kg作物秸稈。將混合好的作物秸稈及有機肥堆成山形,在上方使用泥漿或塑料薄膜密封處理,以保障堆體的溫度及濕度。通常在堆漚處理1個月左右,作物秸稈會轉(zhuǎn)變?yōu)楹稚蛏詈稚?,濕度大時秸稈柔軟有彈性,干燥時質(zhì)地脆易碎,此時作物秸稈已充分腐熟,完成堆漚處理。為提升秸稈堆漚處理效果,在夏季可以在田間地頭等區(qū)域挖一個容積在3~5m3的土坑。水分易下滲的坑底上可以鋪放一層防水布或塑料薄膜防滲,防滲層上方鋪設(shè)一層厚度10~20cm的熱源,即動物糞肥。將作物秸稈與腐熟有機肥充分混合,并澆灌水分,促使混合物含水量在70%~80%之間。處理結(jié)束后壓實,上方使用塑料薄膜覆蓋保溫,每間隔10~15d翻動1次混合物,充分堆漚處理1個月左右達到腐熟效果。堆漚處理后的作物秸稈與有機肥混合物,在下茬作物種植前1周作為有機肥施入土壤中即可,施入量在500~2000kg/667m2之間。堆漚還田法對比秸稈直接還田法,秸稈中的病菌、蟲害等通過堆漚發(fā)酵得到有效的清除,可以顯著降低田間病蟲害發(fā)生率及危害程度,適用于歷年病蟲害發(fā)生較嚴(yán)重的地塊。②過腹還田法過腹還田法是指將田間作物秸稈收集后統(tǒng)一處理,作為飼料飼喂牲畜,再將牲畜日?;顒又信懦龅募S便進行腐熟,作為有機肥還田,形成可循環(huán)利用的模式。過腹還田法應(yīng)用在農(nóng)作物生產(chǎn)中,進一步提升了農(nóng)業(yè)副產(chǎn)品的附加值,實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)可循環(huán)發(fā)展。秸稈在經(jīng)過青貯、粉碎等處理方式后,作為飼料飼喂草食性牲畜。秸稈飼料在進入牲畜消化道中,秸稈的部分養(yǎng)分物質(zhì)被牲畜消化吸收利用,轉(zhuǎn)化為動物生長所需的能量及蛋白質(zhì),未能消化的部分則以糞便的形態(tài)排出提升。此類排出的糞便中含有多種營養(yǎng)元素,在通過高溫腐熟處理后,可以作為有機肥施入土壤,豐富土壤理化性狀,改善土壤肥力,促進農(nóng)作物的良好生長。三、秸稈還田對土壤肥力及作物產(chǎn)量的影響農(nóng)作物種植生產(chǎn)期間,土壤作為作物生長的載體,土壤肥力基礎(chǔ)對作物的產(chǎn)量及品質(zhì)影響較大。土壤中含有豐富的營養(yǎng)元素,當(dāng)土壤肥力基礎(chǔ)較差時,無法供應(yīng)作物生長期間所需的養(yǎng)分基礎(chǔ),會致使作物生長發(fā)育異常,最終影響產(chǎn)量及品質(zhì)。當(dāng)土壤中缺乏氮元素時,作物長勢衰弱、葉色淡、光合作用效果差;當(dāng)缺乏磷元素時,作物莖稈細弱、果實少而?。划?dāng)缺乏鉀元素時,作物光合作用產(chǎn)生的有機物無法正常在植株內(nèi)傳輸應(yīng)用,植株易倒伏,果實品質(zhì)差。除此之外,缺乏部分中微量元素也會影響作物的正常生長。因此,在作物生長期間,需要通過各種方式提升土壤肥力基礎(chǔ),以促進作物高產(chǎn)豐產(chǎn)。秸稈還田作為一種培肥地力的高效方式,可循環(huán)利用性強。農(nóng)作物秸稈中有機質(zhì)平均含量高達15%,并含有多種作物生長期間所必需的中微量營養(yǎng)元素。而且,秸稈在農(nóng)事生產(chǎn)中來源廣、數(shù)量多、資源量豐富,將秸稈作為肥料應(yīng)用在作物生長期間,具有諸多優(yōu)勢。1、秸稈還田對土壤肥力的影響①提升土壤有機質(zhì)含量秸稈還田后作為肥料施入土壤中,可以減少秸稈收獲后一系列的處理流程,降低人力資源消耗量的同時也減少了肥料成本的投入。農(nóng)作物秸稈中含有大量的氮、磷、鉀、鈣、鎂、硫等多種大中微量元素,通過腐熟分解后,營養(yǎng)元素在土壤中停留,培肥地力,提升土壤中全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀等營養(yǎng)元素的含量。以常見還田作物秸稈玉米為例,玉米秸稈通常是由莖稈、穗、葉片等組成,成株莖稈直徑在25~40mm之間,秸稈為實心,株高800~3000mm。玉米秸稈中含有多種營養(yǎng)元素及有機質(zhì),其中,碳水化合物占比在30%以上,蛋白質(zhì)含量2%~4%,脂肪含量0.5%~1%,粗纖維含量37.7%,粗灰分含量9.5%,含氮量0.6%、含磷量0.27%、含鉀量2.28%,有機質(zhì)含量達15%左右。玉米秸稈在直接還田腐熟后,營養(yǎng)元素、有機質(zhì)等會被轉(zhuǎn)換為農(nóng)作物可吸收利用的營養(yǎng)元素,培肥地力。依照還田玉米秸稈量500kg/667m2進行計算,可以增加土壤有機質(zhì)75kg。同時,秸稈還田后腐化系數(shù)會得以提升,達0.25~0.5,即表示還田處理的秸稈中有25%~50%會轉(zhuǎn)變?yōu)橥寥栏迟|(zhì)。秸稈在腐熟處理后形成大量的腐殖酸,腐殖酸與土壤中的鈣、鎂等元素進行有效結(jié)合,形成腐殖酸鈣及腐殖酸鎂,在提升土壤疏松透氣性的基礎(chǔ)下,促進土壤水冷性團粒的形成,增加土壤孔隙度,從而實現(xiàn)調(diào)節(jié)土壤板結(jié)、保水保肥性效果的提升。相關(guān)試驗研究表明,在某一地塊連續(xù)3年開展作物秸稈直接還田300kg/667m2,可以提升土壤有機質(zhì)含量0.05%~0.09%之間、速效磷含量增加0.5~3.0mg/kg、速效鉀含量增加5~10mg/kg、土壤容重下降0.01~0.08g/m3、土壤總孔隙度提升1.11%。②提升土壤酶活性水平土壤中酶活性水平對作物生長影響較為關(guān)鍵,土壤中大部分的酶為蛋白質(zhì),在植物體內(nèi)主要體現(xiàn)在催化、植株生長調(diào)節(jié)等作用。作物吸收酶后作用在葉片上,可以起到固氮的效果;在作物莖稈中可以促進莖稈細胞的增殖及活性;在作物根部可以促進根系的生長,增強植株對肥水的代謝能力;在土壤中,可以對土壤中的氮磷鉀元素進行活化,從而提升作物對土壤肥料的吸收與利用水平。作物生長期間,當(dāng)缺乏中微量元素表現(xiàn)出缺素癥狀后,酶還可以起到協(xié)調(diào)生長的效果,對作物的生長狀態(tài)進行調(diào)節(jié),減輕缺素癥對植株生長的影響。秸稈還田后,土壤中的酶活性會出現(xiàn)一定程度的提升,減少由于長期、過量施入化學(xué)肥料而造成的土壤板結(jié)、鹽堿化、退化等情況。秸稈還田時,秸稈腐化后會增加土壤中微生物的種類及數(shù)量,優(yōu)化土壤種植環(huán)境條件,促使微生物分泌出大量的酶物質(zhì),增強土壤酶活性,提升土壤中的纖維素酶、蔗糖酶等多種酶活性,促進土壤中的有機質(zhì)快速轉(zhuǎn)化,并為微生物的活動及增殖提供碳源。有研究學(xué)者證明,在農(nóng)作物種植田塊秸稈粉碎覆蓋土表還田,對比地表鋪設(shè)防草布、透明地膜及反光膜來說更能提升土壤中的酶活性。秸稈還田對土壤中的過氧化氫酶活性、根際及非根際土壤的氨化細菌、真菌、放線菌等數(shù)量及脲酶、磷酸酶活性等活性均有不同程度的提升。以脲酶及磷酸酶等為例,其中,脲酶為土壤酶中對尿素具有轉(zhuǎn)化作用的酶成分,土壤脲酶的活性對土壤及肥料中的氮元素循環(huán)利用有著重要作用。同時,土壤脲酶還可以增強土壤中潛在養(yǎng)分的有效轉(zhuǎn)化速率,在土壤生產(chǎn)研究中,通常會以土壤中脲酶的活動水平對土壤肥力水平進行評價,其能夠反映出土壤生產(chǎn)力的狀態(tài)。土壤脲酶活性的提升對土壤肥力基礎(chǔ)及作物營養(yǎng)元素吸收利用率有重要影響,成正比。磷酸酶在土壤中屬于主要酶類的一種,其能夠?qū)?yīng)底物去磷酸化的酶進行水解處理,并將底物分子中的磷酸基團去除,生成大量的磷酸根離子及羥基。磷酸酶在土壤中可分為兩大類,分別為酸性磷酸酶、堿性磷酸酶。其中,酸性磷酸酶能夠從不同的磷酸酶底物上生成水解磷酸基團,供由作物吸收轉(zhuǎn)化為營養(yǎng)元素。而堿性磷酸酶為非特性磷酸單脂酶,對磷酸單脂進行催化、水解,生成大量的無機磷酸及醇、酚等物質(zhì)元素,供由作物的吸收與利用。秸稈還田腐化后,土壤中微生物、酶等活性得以提升,此類物質(zhì)被作物吸收利用后,可以顯著提升作物的產(chǎn)量及品質(zhì)。2、秸稈還田對作物產(chǎn)量的影響秸稈還田后作物是否達到增產(chǎn)、增收、增質(zhì)的效果,通常與秸稈還田時的農(nóng)事操作及秸稈品質(zhì)影響較大。當(dāng)秸稈還田期間,操作方法不當(dāng)時,例如秸稈粉碎長度過長,超過10cm的秸稈小段,在深翻整地時翻入土壤中,會造成土壤中的孔隙度過大。作物種子在播種后,土層懸空,出苗后無法完成根系的有效下扎,從而影響幼苗的生長效果。在秸稈還田時,需將作物秸稈粉碎至10cm以下的小段,同時進行旋耕整地,并鎮(zhèn)壓土壤,確保土面平整,無大塊坷垃、無懸空等現(xiàn)象,避免影響作物的發(fā)芽及生長。通常來說,秸稈還田后作物的產(chǎn)量對比非秸稈還田地塊產(chǎn)量相對較高,秸稈科學(xué)還田后處理的地塊同樣管理下對比未還田地塊水稻增產(chǎn)達8%~15%、小麥增產(chǎn)可達5%~13%、棉花增產(chǎn)可達4%~9%、玉米增產(chǎn)可達5%~12%。作物秸稈還田方式種類較多,通常可分為直接還田和間接還田兩種,不同的還田處理方式下,對作物的增產(chǎn)效果有所差異。由于間接還田時,作物秸稈多為腐熟狀態(tài)或還田有機肥,因此無需施入氮肥促進秸稈腐化。而直接還田時,秸稈尚未腐化,在翻埋秸稈時需施入氮肥、生石灰等,提升土壤中還田秸稈的快速分解腐熟效果,為作物的生長奠定肥力基礎(chǔ)。除此之外,秸稈直接還田時,由于秸稈中殘留病原、病蟲害種類較多,田間腐化殺菌、殺蟲效果不顯著,因此,作物生產(chǎn)時需加強對病蟲害的防治管理工作。在部分歷年病蟲害發(fā)

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