中国农业科学 ›› 2023, Vol. 56 ›› Issue (7): 1344-1358.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.07.012
马胜兰1,2(), 况福虹1(), 林洪羽1,2, 崔俊芳1, 唐家良1, 朱波1, 蒲全波3
收稿日期:
2022-02-24
接受日期:
2022-05-09
出版日期:
2023-04-01
发布日期:
2023-04-03
联系方式:
马胜兰,E-mail:mashenglan@imde.ac.cn。
基金资助:
MA ShengLan1,2(), KUANG FuHong1(), LIN HongYu1,2, CUI JunFang1, TANG JiaLiang1, ZHU Bo1, PU QuanBo3
Received:
2022-02-24
Accepted:
2022-05-09
Published:
2023-04-01
Online:
2023-04-03
摘要:
【目的】 探明秸秆还田量对农田土壤物理特征的影响,为川中丘陵紫色土区建立“提升土壤质量、高效利用秸秆”的种植业副产物利用模式,同时为秸秆资源化利用提供科学依据。【方法】 基于田间长期定位试验(2006—至今),采用原位监测和计算机断层微扫描技术(CT)相结合的方法,研究秸秆还田量(无秸秆还田(RMW0)、秸秆30%还田(RMW30)、秸秆50%还田(RMW50)和秸秆100% 还田(RMW100))差异对冬小麦-夏玉米轮作体系耕层土壤物理特征的影响。【结果】 (1)秸秆还田可明显改善土壤透气、持水和导水性能,随秸秆还田量增加改善效果明显增加。RMW30、RMW50和RMW100处理较RMW0处理土壤容重分别显著降低15.2%、11.7%和17.9%,土壤孔隙度则分别显著增加18.4%、13.7%和21.3%。另外,RMW100处理饱和导水率高达1.62 mm·min-1,导水性能优于其他处理。(2)秸秆还田促进已有孔隙发育成更大孔隙,且孔隙均匀性和孔隙间连通性明显改善,RMW100和RMW50处理对土壤大孔隙组成的改善优于RMW30和RMW0处理。RMW100处理平均孔隙直径趋大,孔隙间连通性最优。RMW50处理孔隙均匀性明显提高,大小孔隙配比较其他处理更合理。(3)与无秸秆还田处理相比,秸秆还田后>2 mm团聚体数量显著增加,0.25—2 mm团聚体数量显著减少,秸秆还田有利于形成土壤水稳性大团聚体,促进中团聚体向大团聚体转变,RMW50和RMW100处理改善效果均显著优于RMW30处理。(4)土壤容重、>0.25 mm团聚体和大孔隙特征是反映石灰性紫色土区耕层土壤物理特征的主要指标,第一主成分和第二主成分对土壤物理性质的解释度分别为57.8%和23.6%。RMW50与RMW100处理土壤物理特征接近,与RMW0和RMW30处理在PC1和PC2轴上出现明显离散。【结论】 川中丘陵紫色土区在产量无显著差异的基础上,不同秸秆还田量对耕层土壤物理性质的影响存在差异,秸秆50%和100%还田效果无显著差异,但显著优于秸秆30%还田和不还田处理,宜因地制宜进行还田量选择。
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表1
2008—2019年作物产量与秸秆产量"
冬小麦季Winter wheat | 夏玉米季 Summer maize | |||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
RMW0 | RMW30 | RMW50 | RMW100 | RMW0 | RMW30 | RMW50 | RMW100 | |
作物产量 Crop yield (kg·hm-2) | 3457±164ab | 3282±143b | 3721±212a | 3765±205a | 6115±342a | 6217±330a | 6254±269a | 6263±337a |
秸秆多年平均产量 Average straw production (kg·hm-2) | 5889±437 | 6247±272 | ||||||
秸秆还田量 The quantities of straw returning (kg·hm-2) | 0 | 1874±65 | 3123±109 | 6247±272 | 0 | 1767±131 | 2944±219 | 5889±437 |
表2
秸秆还田量对耕层土壤颗粒组成和水稳性团聚体的影响"
粒径 Size (mm) | RMW0 | RMW30 | RMW50 | RMW100 | |
---|---|---|---|---|---|
容重Bulk density (g·cm-3) | 1.45±0.06a | 1.23±0.01b | 1.28±0.04b | 1.19±0.02b | |
总孔隙度 Total porosity (%) | 45.4±2.34b | 53.76±0.46a | 51.63±1.60a | 55.09±0.69a | |
饱和含水量Saturated water content (w/w, %) | 25.77±2.24a | 24.00±0.56a | 26.31±1.10a | 26.05±1.00a | |
饱和导水率Saturated hydraulic conductivity (mm·min-1) | 0.80±0.01b | 0.79±0.03b | 1.11±0.26ab | 1.62±0.37a | |
土壤颗粒组成 Soil particle composition (%) | 0.05-2.0 | 25.43±4.78ab | 22.71±1.62b | 26.30±2.11ab | 27.64±1.07a |
0.002-0.05 | 43.40±3.65ab | 46.59±3.09a | 41.01±3.29b | 44.13±2.08ab | |
<0.002 | 20.09±1.01ab | 19.90±1.72ab | 21.56±1.49a | 16.19±1.05b | |
洗失量 Wash loss | 11.06±0.91ab | 10.79±0.64b | 11.13±0.46ab | 12.03±0.48a | |
水稳性团聚体含量 Water stable agglomerates content (%) | >2 | 18.14±4.36b | 26.09±8.53a | 27.99±5.02a | 27.21±0.87a |
0.25-2 | 50.66±6.33a | 38.59±7.80b | 43.47±4.6ab | 36.33±2.52b | |
0.053-0.25 | 15.38±2.44a | 17.40±1.48a | 14.74±0.95a | 17.40±1.48a | |
<0.053 | 15.82±3.48ab | 18.02b±0.7ab | 13.80±0.33b | 22.07±1.84a | |
土壤团聚度 Soil agglomeration (%) | 69.79±1.34a | 72.33±0.34a | 69.40 ±0.78a | 65.80±1.65b |
表3
秸秆还田量对耕层土壤大孔隙特征的影响"
处理 Treatment | 大孔隙度 (>25 μm)Macro porosity (%) | 大孔隙占总孔隙度的比例 Macro porosity as a proportion of total porosity (%) | 不同孔径孔隙占大孔隙数量比/体积比 Ratio of pores under different sizes to the number/volume ratio of large pores | 平均孔喉比 Mean pore-throat ratio | 平均喉道截面积 Mean sectional area of throat (μm2) | 形状因子 Shape factor-as circle | 平均配位数 Mean coordination number of pore | |||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
25-100 (μm) | 100-500 (μm) | 500-1000 (μm) | >1000 (μm) | |||||||
RMW0 | 13 | 28.6 | 51.0/0 | 41.9/7.0 | 4.6/6.2 | 2.6/86.8 | 0.15 | 0.22 | 0.81 | 0.68 |
RMW30 | 8 | 14.8 | 41.9/0 | 49.8/13.5 | 5.5/12.1 | 2.8/74.4 | 0.12 | 0.17 | 0.80 | 0.69 |
RMW50 | 7 | 13.5 | 33.3/0 | 43.3/12.7 | 12.7/37.5 | 10.7/49.8 | 0.34 | 0.13 | 0.70 | 0.53 |
RMW100 | 17 | 36.0 | 41.8/0 | 39.6/3.2 | 10.2/5.7 | 8.4/91.0 | 0.34 | 0.25 | 0.74 | 0.88 |
图6
秸秆还田条件下土壤物理特征相关性分析 a:土壤大孔隙特征和颗粒组成间相关关系Correlation analysis between soil large pores characteristics and particle composition;b:土壤大孔隙特征和团聚体间相关关系Correlation analysis between soil large pores characteristics and water stable agglomerates *表示显著性差异P<0.05(最低显著差异);**表示显著性差异P<0.01(中等程度显著差异);***表示显著性差异P<0.001(极显著差异)"
表4
主成分分析中各因子共同度和各指标的特征向量"
因子 Factor | 共同度 Communality | |
---|---|---|
容重 Bulk density | 0.959 | |
孔隙度 Porosity | 0.909 | |
土壤饱和含水量 Saturated water content | 0.822 | |
土壤饱和导水率 Saturated hydraulic conductivity | 0.860 | |
孔隙数量 Porosity quantity | 25-100 μm | 0.930 |
100-500 μm | 0.736 | |
500-1000 μm | 0.992 | |
>1000 μm | 0.991 | |
颗粒组成 Soil particle composition | 砂粒Sand | 0.853 |
粉粒Silt | 0.929 | |
黏粒Clay | 0.836 | |
水稳性团聚体 Water-stable agglomerates | 大团聚体Macro aggregate | 0.877 |
中团聚体Medium aggregate | 0.958 | |
黏粉粒团聚体 Clay powder aggregate | 0.935 | |
微团聚体Micro aggregate | 0.850 |
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