中国农业科学 ›› 2024, Vol. 57 ›› Issue (17): 3408-3423.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2024.17.008
刘雅杰1,2,3(), 张天娇1,2,3, 张向前1,2(
), 路战远1,2,3(
), 刘战勇1, 程玉臣1,2, 武迪1,2,3, 李金龙4
收稿日期:
2023-12-29
接受日期:
2024-05-08
出版日期:
2024-09-01
发布日期:
2024-09-04
通信作者:
联系方式:
刘雅杰,E-mail:2745655513@qq.com。
基金资助:
LIU YaJie1,2,3(), ZHANG TianJiao1,2,3, ZHANG XiangQian1,2(
), LU ZhanYuan1,2,3(
), LIU ZhanYong1, CHENG YuChen1,2, WU Di1,2,3, LI JinLong4
Received:
2023-12-29
Accepted:
2024-05-08
Published:
2024-09-01
Online:
2024-09-04
摘要:
【目的】基于连续4年耕作定位试验,2020和2021年测定土壤相关指标,明确秸秆还田下不同耕作方式对大兴安岭南麓黑土农田土壤活性有机碳和碳库管理指数的影响。【方法】耕作定位试验设置7个处理,分别为深翻秸秆还田(DTS)、深松浅翻秸秆还田(DSS)、深松秸秆还田(STS)、重耙秸秆还田(SHS)、旋耕秸秆还田(RTS)、免耕秸秆还田(NTS)、浅翻秸秆不还田(CK)。玉米成熟期采集0—60 cm土层样品,用不同浓度(0.333、0.167和0.033 mol·L-1)的高锰酸钾溶液测定活性有机碳(R333)、中活性有机碳(R167)、高活性有机碳(R33)的含量,研究不同耕作方式对土壤活性有机碳组分含量及碳库管理指数的影响。【结果】(1)与CK相比,DSS、DTS、NTS、RTS、STS处理0—10 cm土层R333含量显著提高9.0%—63.7%,DSS处理最高,DTS、NTS次之;10—60 cm土层,DTS、DSS、NTS处理R333分别显著提高30.8%—134.5%、14.1%—97.8%、18.9%—63.0%(P<0.05)。(2)与CK相比,秸秆还田下各耕作方式0—10 cm土层R167含量显著提高(P<0.05),DSS处理的R167最高,提高了37.3%—101.0%;10—60 cm土层DTS处理的R167含量最高,显著提高了44.8%—72.9%,整体呈现DTS>DSS>NTS处理。(3)与CK相比,0—10 cm土层,DSS处理R33含量显著提高13.8%—55.6%(P<0.05);在10—20 cm土层,DTS、DSS、STS、RTS、NTS处理R33显著提高3.6%—29.3%(P<0.05),DTS最高,DSS次之;在20—60 cm土层,DTS、DSS、STS处理R33显著提高68.1%—20.0%(P<0.05)。(4)与CK相比,秸秆还田下各处理0—10 cm土层惰性有机碳(IOC)显著提高4.7%—21.8%(P<0.05),在0—20 cm土层DSS处理的IOC含量最高,相比CK显著提高了14.0%—29.0%;20—60 cm土层,DTS、DSS处理的IOC含量相比其他处理显著提高了5.3%—156.6%、4.2%—138.8%(P<0.05)。(5)与CK相比,DTS处理0—20 cm土层碳库活度、碳库活度指数显著提高7.7%—44.8%和7.7%—45.0%(P<0.05);DTS、DSS、STS、RTS处理各土层碳库指数均显著提高(P<0.05),DTS、DSS、NTS处理0—60 cm土层碳库管理指数分别显著提高了21.9%—140.9%、4.9%—103.7%、13.3%—62.0%(P<0.05)。(6)在0—60 cm土层,R333、R167、R33、IOC含量均与土壤有机碳含量、碳库活度指数、容重、团聚体几何平均直径呈极显著正相关,而与土壤总孔隙度呈极显著负相关(P<0.01),其含量提高可改善土壤物理结构,增强团聚体稳定性;IOC与作物产量、干物质量也呈极显著正相关(P<0.01)。【结论】黑土区采用深翻秸秆还田(DTS)和深松浅翻秸秆还田(DDS)在一定程度上均可提升土壤活性有机碳和惰性有机碳含量,有效改善农田有机碳库。
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表1
2018年0—60 cm土层基础地力"
土层 Soil depth (cm) | pH | 有机碳 Organic carbon (g·kg-1) | 碱解氮 Alkali hydrolysable nitrogen (mg·kg-1) | 速效磷 Available phosphorus (mg·kg-1) | 速效钾 Available potassium (mg·kg-1) | 全氮 Total nitrogen (g·kg-1) | 全钾 Total potassium (g·kg-1) |
---|---|---|---|---|---|---|---|
0-10 | 8.0 | 33.3 | 40.7 | 47.9 | 62.7 | 2.0 | 34.5 |
10-20 | 8.0 | 30.0 | 35.0 | 22.3 | 41.3 | 1.9 | 31.8 |
20-40 | 8.1 | 22.7 | 32.6 | 7.7 | 38.7 | 1.4 | 25.4 |
40-60 | 8.3 | 13.3 | 14.7 | 10.4 | 32.2 | 0.7 | 19.8 |
表2
试验处理"
处理 Treatments | 操作方法 Operations |
---|---|
深翻秸秆还田(DTS) Deep tillage with straw returning | 深翻深度30—35 cm,秸秆还田深度为5—30 cm。翌年春季重耙后进行播种 The depth of plowing is 30-35 cm, the depth of straw returning to the field is 5-30 cm, and the seeds are sown after heavy harrowing in the spring of the next year |
深松浅翻秸秆还田(DSS) Deep loosening and shallow with straw returning | 浅翻15—20 cm,深松25—30 cm,秸秆还田深度为2—15 cm。翌年春季重耙后播种 Shallow tillage to a depth of 15-20 cm, deep plowing to a depth of 25-30 cm, and incorporation of straw into the soil at a depth of 2-15 cm should be carried out. The seeds are sown after heavy harrowing in the spring of the next year |
深松秸秆还田(STS) Subsoiling tillage with straw returning | 深松25—30 cm,秸秆还田深度为0—8 cm。翌年春季重耙后播种 Subsoiling tillage to a depth of 25-30 cm, and straw returned to the field depth of 0-8 cm should be carried out. The seeds are sown after heavy harrowing in the spring of the next year |
重耙秸秆还田(SHS) Heavy harrowing with straw returning | 重耙两遍,重耙深度10—15 cm,秸秆还田深度为0—12 cm。春季常规播种 Heavy harrowing the soil twice to a depth of 10-15 cm, and the straw returned to a depth of 0-12 cm should be carried out. The seeds are conventionally sown in the spring |
旋耕秸秆还田(RTS) Rotary tillage with straw returning | 旋耕耙地两遍,旋耕深度10—15 cm,秸秆还田深度为0—12 cm。春季常规播种 Rotary tilling twice, rotary tillage depth of 10-15 cm, the straw returning depth of 0-12 cm should be carried out. The seeds are conventionally sown in the spring |
免耕秸秆还田(NTS) No-tillage with straw returning | 玉米秸秆均匀覆盖地表还田,秸秆还田深度为0—3 cm。春季免耕播种机播种 The straw are evenly covered on the surface and returned to the field, the straw is returned to the field depth of 0-3 cm, and the seeds are sown by no-tillage seeder in spring |
浅翻秸秆不还田(CK) Shallow tillage without straw returning | 玉米秸秆全部移除,浅翻土壤,深度17—22 cm。春季重耙,常规播种 All straw are removed. The soil is shallowly tillaged, which the depth was 17-22 cm. The heavy harrowing and conventional sowing are carried out in spring |
表3
秸秆还田条件下不同耕作方式对土壤碳库管理指数的影响"
处理 Treatment | 土层 Soil depth (cm) | 2020 | 2021 | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
碳库活度 Activity | 碳库活度指数 Activity index | 碳库指数 Carbon pool index | 碳库管理指数 Carbon management index | 碳库活度 Activity | 碳库活度指数 Activity index | 碳库指数 Carbon pool index | 碳库管理指数 Carbon management index | ||
DTS | 0-10 | 0.21±0.00a | 1.08±0.01a | 1.13±0.01c | 121.85±0.99b | 0.23±0.01b | 1.27±0.04b | 1.13±0.00c | 143.19±4.36c |
10-20 | 0.20±0.00b | 1.11±0.04b | 1.20±0.01b | 133.08±3.60a | 0.21±0.01a | 1.45±0.05a | 1.24±0.04b | 179.51±0.22a | |
20-40 | 0.20±0.01de | 0.64±0.03e | 2.09±0.04a | 135.00±4.02b | 0.17±0.01b | 1.21±0.03b | 1.75±0.03a | 212.50±3.73a | |
40-60 | 0.28±0.00c | 0.69±0.01c | 2.03±0.06a | 139.17±1.70a | 0.22±0.00a | 1.14±0.04a | 2.10±0.09a | 240.85±15.29a | |
DSS | 0-10 | 0.20±0.00b | 1.04±0.01b | 1.23±0.00a | 127.39±1.24a | 0.26±0.01a | 1.44±0.02a | 1.22±0.01a | 174.65±2.13a |
10-20 | 0.17±0.00e | 0.91±0.03e | 1.24±0.00a | 112.57±3.47b | 0.17±0.00b | 1.20±0.04b | 1.32±0.03a | 158.14±4.86b | |
20-40 | 0.19±0.01e | 0.61±0.03e | 1.93±0.03b | 117.10±5.84c | 0.17±0.00b | 1.22±0.05b | 1.67±0.03b | 203.70±9.94a | |
40-60 | 0.26±0.02d | 0.62±0.04d | 1.69±0.05b | 104.87±6.51cd | 0.19±0.00b | 0.96±0.02b | 1.88±0.09b | 180.99±8.64b | |
STS | 0-10 | 0.20±0.01b | 1.00±0.02c | 1.09±0.01d | 108.93±3.37d | 0.21±0.00c | 1.18±0.01c | 1.08±0.00d | 126.32±1.01d |
10-20 | 0.17±0.00de | 0.95±0.05de | 1.08±0.01d | 102.54±4.29c | 0.17±0.00b | 1.18±0.06bc | 1.19±0.04bcd | 140.09±5.37c | |
20-40 | 0.21±0.00d | 0.69±0.01d | 1.64±0.01c | 114.09±0.70c | 0.14±0.01c | 0.96±0.03c | 1.55±0.04c | 148.21±2.28b | |
40-60 | 0.29±0.01cd | 0.69±0.02c | 1.55±0.04c | 106.45±1.01c | 0.12±0.01d | 0.61±0.05d | 1.61±0.05c | 97.76±7.26e | |
SHS | 0-10 | 0.18±0.00c | 0.90±0.02e | 1.10±0.03cd | 99.50±0.82e | 0.18±0.00d | 0.99±0.00d | 1.08±0.00d | 106.23±0.07e |
10-20 | 0.20±0.00bc | 1.07±0.03bc | 1.05±0.01e | 112.08±1.51b | 0.16±0.00c | 1.09±0.05cd | 1.14±0.03d | 124.93±4.67d | |
20-40 | 0.30±0.01bc | 0.98±0.01bc | 1.10±0.02e | 107.01±3.05d | 0.18±0.01b | 1.29±0.05b | 1.05±0.02e | 135.53±3.85cd | |
40-60 | 0.30±0.01c | 0.72±0.02c | 1.47±0.03c | 104.91±1.23cd | 0.12±0.00d | 0.64±0.02d | 1.51±0.10cd | 97.18±4.09e | |
RTS | 0-10 | 0.18±0.00c | 0.94±0.01d | 1.18±0.01b | 110.76±0.47d | 0.19±0.01d | 1.05±0.05d | 1.16±0.01b | 121.80±5.47d |
10-20 | 0.16±0.01e | 0.88±0.02e | 1.15±0.00c | 101.20±2.58c | 0.12±0.00e | 0.85±0.02e | 1.22±0.02bc | 104.11±1.49e | |
20-40 | 0.29±0.00c | 0.93±0.01c | 1.29±0.01d | 120.29±1.65c | 0.15±0.00c | 1.04±0.03c | 1.23±0.01d | 128.08±3.48d | |
40-60 | 0.28±0.01cd | 0.67±0.01cd | 1.48±0.02c | 99.32±3.24d | 0.16±0.01c | 0.85±0.05c | 1.58±0.07cd | 134.06±6.63d | |
NTS | 0-10 | 0.20±0.00b | 1.03±0.01b | 1.13±0.03c | 117.03±1.09c | 0.25±0.01a | 1.38±0.05a | 1.12±0.01c | 153.90±5.27b |
10-20 | 0.23±0.01a | 1.24±0.04a | 1.06±0.02de | 130.88±1.88a | 0.17±0.00b | 1.21±0.06b | 1.15±0.03cd | 139.98±6.13c | |
20-40 | 0.49±0.01a | 1.59±0.02a | 1.01±0.02f | 160.73±0.65a | 0.20±0.00a | 1.39±0.06a | 1.03±0.00e | 143.24±6.25bc | |
40-60 | 0.35±0.01b | 0.84±0.03b | 1.35±0.04d | 113.31±0.93b | 0.23±0.01a | 1.18±0.01a | 1.43±0.05d | 167.98±5.22c | |
CK | 0-10 | 0.20±0.00b | 1.00±0.00c | 1.00±0.00e | 100.00±0.00e | 0.18±0.00d | 1.00±0.00d | 1.00±0.00e | 100.00±0.00e |
10-20 | 0.18±0.01cd | 1.00±0.00cd | 1.00±0.00f | 100.00±0.00c | 0.14±0.01d | 1.00±0.00d | 1.00±0.00e | 100.00±0.00e | |
20-40 | 0.31±0.00b | 1.00±0.00b | 1.00±0.00g | 100.00±0.00e | 0.14±0.00c | 1.00±0.00c | 1.00±0.00e | 100.00±0.00e | |
40-60 | 0.41±0.01a | 1.00±0.00a | 1.00±0.00e | 100.00±0.00cd | 0.19±0.01b | 1.00±0.00b | 1.00±0.00e | 100.00±0.00e |
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