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    不同處理方式的作物秸稈田間腐解特性研究

    2016-10-27 02:14:30曹瑩菲呂家瓏
    農(nóng)業(yè)機械學報 2016年9期
    關(guān)鍵詞:碳氮比土壤溫度百分比

    曹瑩菲 張 紅 劉 克 呂家瓏

    (1.西北農(nóng)林科技大學資源環(huán)境學院, 陜西楊凌 712100;2.黃土高原土壤侵蝕與旱地農(nóng)業(yè)國家重點實驗室, 陜西楊凌 712100)

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    不同處理方式的作物秸稈田間腐解特性研究

    曹瑩菲1,2張紅1,2劉克1呂家瓏1,2

    (1.西北農(nóng)林科技大學資源環(huán)境學院, 陜西楊凌 712100;2.黃土高原土壤侵蝕與旱地農(nóng)業(yè)國家重點實驗室, 陜西楊凌 712100)

    采用尼龍網(wǎng)袋法,結(jié)合熱重分析,研究玉米和大豆秸稈在3種試驗地(葡萄園、桃園、農(nóng)田)腐解過程中的腐解率和組分變化,為秸稈還田措施提供理論依據(jù)。結(jié)果表明,腐解前期0~20 d作物秸稈腐解20%以上,20~120 d腐解率無明顯變化,120 d后繼續(xù)腐解至60%~70%,大豆秸稈前期較玉米秸稈腐解快。熱重分析得出,玉米秸稈在腐解期間(20~45 d)會產(chǎn)生TG曲線上200~300℃階段的失重(20%~30%),腐解后期,大豆秸稈在300~400℃的失重百分比高于玉米秸稈,TG-DTG曲線在600~700℃階段的失重量到腐解末期(300 d)均為6%左右,隨著腐解的進行,固定碳和灰分百分比上升至40%。作物秸稈的腐解率、組分百分比在不同處理間(新鮮與干燥處理、大豆秸稈與玉米秸稈處理、加氮與未加氮處理)差異顯著(P<0.05),在3個試驗地之間則無明顯差異(P>0.05),腐解率、固定碳與土壤溫度和降水量都呈極顯著正相關(guān),揮發(fā)分與土壤溫度、降水量呈顯著負相關(guān)(P<0.05)。玉米和大豆秸稈還田有增加土壤碳含量的作用,作物秸稈種類、碳氮比、干濕程度以及土壤溫度、降水條件都會影響作物秸稈在土壤中的腐解率和組分變化。

    秸稈腐解; 熱重分析; 腐解率

    引言

    我國作物秸稈類有機固體廢棄物的數(shù)量每年以5%~10%的速度遞增[1],而大量的作物秸稈就地焚燒不僅浪費了秸稈中的有機碳和養(yǎng)分資源,而且會增加大氣環(huán)境污染,因此,許多研究者建議將秸稈還田[2-4]。合理的秸稈還田可以改善土壤結(jié)構(gòu)[5]、理化性狀、養(yǎng)分循環(huán)[6-9]、土壤有機碳(SOC)含量以及控制土壤侵蝕。秸稈還田后,在土壤中的存在狀態(tài)、分解轉(zhuǎn)化和組分變化等都與秸稈還田的效果息息相關(guān)。有研究指出作物殘體在土壤中的腐解既與秸稈本身物質(zhì)構(gòu)成有關(guān),也與溫度、水分、土壤性狀、肥力等環(huán)境條件有關(guān)[10]。有研究指出,不同的作物殘體由于持水能力及本身組成的差異,其本身的生物學性質(zhì)和分解的動力學特征必然不同[11-12]。

    秸稈腐解是一個復(fù)雜的過程[13-14],其在土壤中分解轉(zhuǎn)化形成的中間產(chǎn)物復(fù)雜且難于分離。采用傳統(tǒng)的化學分析方法很難對混合組分的組成和結(jié)構(gòu)進行測定,而且測定過程中會改變其固有的性質(zhì)[15]。相對于化學分析方法,熱重分析有機物組分特征具有操作簡便、需要的樣品量少和樣品不需特殊分離等優(yōu)點[16-17]。因此,熱重分析可以作為作物殘體特征描述的一個方法[18],也可以應(yīng)用于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的相關(guān)分析[19]。

    目前,有關(guān)秸稈還田的研究多集中在對作物產(chǎn)量以及對農(nóng)田土壤理化性質(zhì)的影響等方面[20-21],而且作物殘體在土壤中分解、轉(zhuǎn)化較為復(fù)雜,其在土壤中的變化機制還不完全清楚。玉米是中國非常普遍且種植較多的農(nóng)作物,其秸稈在農(nóng)田系統(tǒng)中的循環(huán)利用非常重要,大豆秸稈又常常用來作為綠肥。因此,為了了解玉米和大豆秸稈在不同田地里的還田效果,探索其在土壤腐解過程中的腐解特性,本文選取陜西省楊凌區(qū)種植不同植物(農(nóng)田、桃樹、葡萄)的長期試驗基地(耕種史在10 a以上),采用網(wǎng)袋法進行玉米和大豆秸稈腐解試驗,結(jié)合熱重分析儀,分析玉米和大豆秸稈在不同腐解時期的腐解率和組分變化規(guī)律;確定影響作物殘體腐解變化的因素(不同作物碳氮比、水分、種類和不同土地利用類型),為秸稈還田措施提供理論依據(jù)[22-24]。

    1 材料與方法

    1.1試驗設(shè)計

    試驗地設(shè)在黃土高原南部的陜西省楊凌示范區(qū),年均氣溫13℃,年均降水量550~600 mm,主要集中在7—9月份,土壤為塿土(土墊旱耕人為土),質(zhì)地屬粉砂粘壤土。供試植物殘體為玉米和大豆秸稈(包括莖和葉)。玉米秸稈的全碳質(zhì)量比和全氮質(zhì)量比分別為402.50 g/kg和11.31 g/kg,碳氮比為35.59;大豆秸稈的全碳質(zhì)量比和全氮質(zhì)量比分別為373.18 g/kg和25.47 g/kg,碳氮比為14.65。秸稈還田的腐解試驗在3個試驗地(不同土地利用類型)進行,分別為國家黃土肥力與肥料效益野外科學觀測試驗站的農(nóng)田(34°17′51″ N,108°00′48″ E)、西北農(nóng)林科技大學標本園區(qū)的桃園(34°19′81″ N, 108°04′11″ E)和葡萄園(34°17′81″N, 108°04′17″ E)。農(nóng)田種植方式為冬小麥-夏玉米輪作;桃園與葡萄園常年種植桃樹與葡萄。3個試驗地的基本理化性質(zhì)見表1。

    表1 供試試驗地的基本性質(zhì)Tab.1 Basic soil properties in the three experiment fields

    具體步驟:快速將剛采取的新鮮供試作物秸稈剪為2~3 cm大小(包括莖和葉),在冰箱4℃冷藏保鮮作為新鮮樣品處理;另一部分作物秸稈先風干再60℃干燥至恒定質(zhì)量,粉碎過1 mm篩,作為干燥樣品處理;另外分別添加一定量的尿素至部分處理好的新鮮和干燥玉米秸稈中,拌勻,調(diào)整碳氮比至25(微生物分解最佳碳氮比[25]),作為對比試驗處理。即每個試驗地有6個處理:新鮮玉米秸稈(FC)、新鮮玉米秸稈+氮(fc)、新鮮大豆秸稈(FB)、干燥玉米秸稈(DC)、干燥玉米秸稈+氮(dc)、干燥大豆秸稈(DB)??紤]腐解速率以及含水率的不同,新鮮秸稈稱取30 g/袋裝入30 cm × 30 cm的350目尼龍網(wǎng)袋中,干燥秸稈稱取15 g/袋裝入20 cm × 20 cm 的350目尼龍網(wǎng)袋中,封口,則每個試驗地共有234袋。10月31日分別將各個處理的若干袋子埋入3個試驗地0~20 cm處的土壤中,于埋入后10、20、30、45、60、90、120、150、180、210、240、270、300 d取樣。每個處理每次取出3袋。取出的秸稈樣品60℃干燥稱其質(zhì)量,用于計算腐解率。之后將樣品磨細(100目), 用于熱重分析。由于土壤溫度和降水影響作物秸稈的腐解,所以在腐解試驗處(0~20 cm)埋入土壤溫度記錄儀(美國TidbiT v2型溫度記錄儀)監(jiān)測土壤溫度,列于表2,降水數(shù)據(jù)列于表3。

    表2 不同試驗地不同腐解期的土壤溫度Tab.2 Temperature in one year experimental period ℃

    注:數(shù)值為每月每天每個小時土壤溫度的平均值±標準差。

    表3 不同腐解時期的降水量Tab.3 Precipitations in one year experimental period

    1.2熱重分析儀器與方法

    熱重分析儀為德國耐馳(STA449C型)熱分析儀,試樣容器為Al2O3坩堝,采用氮氣氛圍進行熱解試驗,其中的氣體流量為20 mL/min,升溫速率為20℃/min。步驟:裝入約5 mg的樣品,通入空氣吹掃約1 h后,開始升溫至40℃并恒溫5 min,繼續(xù)升溫,最后加熱至1 000℃。隨著加熱溫度的上升和樣品質(zhì)量的變化得到TG(熱重)和DTG曲線,DTG曲線表示微商熱重,質(zhì)量變化率與溫度的函數(shù)關(guān)系。利用熱重分析儀自帶的計算軟件可以確定出作物殘體中水分、揮發(fā)分和固定碳等的質(zhì)量分數(shù)以及穩(wěn)定性[16]。

    1.3數(shù)據(jù)處理

    (1)秸稈腐解率R0計算公式為

    (1)

    式中X0——秸稈腐解前的初始質(zhì)量

    Xt——分解t時間的秸稈腐解后剩余質(zhì)量

    所有質(zhì)量都是通過含水率換算為干物質(zhì)的質(zhì)量。

    (2)秸稈揮發(fā)分質(zhì)量分數(shù)R1計算公式為

    R1=X1+X2+X3

    (2)

    式中X1——TG曲線中200~300℃階段的失重百分數(shù)

    X2——300~400℃階段的失重百分數(shù)

    X3——600~700℃階段的失重百分數(shù)

    (3)秸稈固定碳質(zhì)量分數(shù)R2計算公式為

    R2=Xr-Xa

    (3)

    式中Xr——TG曲線中的殘留質(zhì)量

    Xa——灰分的質(zhì)量分數(shù),通過馬弗爐(575±25)℃加熱5 h測得[16]

    所測定的數(shù)據(jù)采用SAS(9.1.2)軟件進行方差和相關(guān)分析。作物秸稈的末期腐解率以及揮發(fā)分、固定碳在不同處理和不同試驗地之間的方差分析采用Duncan新復(fù)極差法(P<0.05)進行,不同字母代表差異顯著;作物秸稈的末期腐解率、揮發(fā)分和固定碳與土壤溫度、降水的相關(guān)性分析運用CORR程序進行分析。

    2 結(jié)果與討論

    2.1不同作物秸稈的腐解率變化

    圖1 不同作物秸稈處理以及2種作物秸稈在3個試驗地不同腐解期平均腐解率的變化Fig.1 Decomposition rates of six treatments and decomposition rates of corn and bean residues in three long experiments during different decomposition periods

    6個作物秸稈處理和2種作物秸稈在3個試驗地不同腐解期的平均腐解率變化如圖1所示。由圖1a可見,各處理作物秸稈的腐解率在腐解初期(0~20 d)迅速上升,F(xiàn)B處理上升最多,達到60%左右,F(xiàn)C、fc和DB處理達到30%左右,DC和dc處理達到20%~25%;20~120 d內(nèi)相對穩(wěn)定,120 d之后不同處理的腐解率又逐漸上升,到270 d時,已經(jīng)基本上腐解了65%~75%;270~300 d腐解率變化較小。圖1b顯示,玉米和大豆秸稈在3個試驗地之間各自的腐解特性差異都不大,其變化趨勢與圖1a相似。由此可以得出本試驗中的作物秸稈腐解具有階段性,基本上是在前期0~20 d腐解率變化劇烈,腐解20%以上,20~120 d腐解較少,120~270 d繼續(xù)腐解,270 d后腐解率保持平穩(wěn)。這與張春慧等[26]、胡宏祥等[27]研究結(jié)果一致,作物秸稈進入土壤之后前期腐解最快,經(jīng)9個月后腐解主要進程已趨完成,腐解率趨于穩(wěn)定。

    結(jié)合腐解末期(300 d)作物秸稈腐解率的方差分析得出(表4),不同處理間腐解末期的腐解率差異顯著(P<0.05),新鮮樣品較干燥樣品腐解快,這與“分解的速度與秸稈中含水率有關(guān)”的結(jié)論相一致[12],碳氮比低的作物秸稈腐解快[28, 29],玉米和大豆秸稈的腐解特性不同,由圖1b也可以看出,大豆秸稈前期腐解率變化比玉米秸稈快,后期則變化較慢,玉米秸稈后期較大豆秸稈腐解率變化快,這表明大豆秸稈在前期迅速腐解,在中期達到穩(wěn)定;玉米秸稈則前期腐解較大豆秸稈慢,中期繼續(xù)腐解,腐解后期達到穩(wěn)定后,與大豆秸稈的腐解率相差不大。此外,不同試驗地之間作物秸稈腐解率無明顯差異(P>0.05)(表4),而與土壤溫度和降水量都達到極顯著相關(guān)(P<0.01)(表5),土壤溫度和降水量等氣候條件相似(表2、3)則是不同試驗地腐解率無差異的原因[30]。因此,秸稈腐解率與它自身的條件(秸稈碳氮比、干濕程度和種類)有關(guān)(表4)[28-29],碳氮比低、新鮮的作物秸稈腐解較快,大豆秸稈(碳氮比小)腐解率變化較玉米秸稈快,這是由于碳氮比以及水分條件有利于微生物的分解活動,其次,新鮮秸稈含有較高比例的簡單碳水化合物和蛋白質(zhì)易于降解;也與所處環(huán)境的水熱狀態(tài)有關(guān)(表5)[29],具有階段性:作物秸稈進入土壤中,由于微生物等的利用,進行快速分解,隨著土壤溫度下降至10℃以下,且降水量也有所減少,環(huán)境條件不適宜,微生物的活力受到溫度和水分的限制,腐解進行很慢,隨著土壤溫度升高和降水的逐漸增多,環(huán)境條件轉(zhuǎn)好,微生物活動旺盛,則分解作用可以繼續(xù)進行,腐解率上升,直至達到穩(wěn)定狀態(tài)。

    表4 不同作物秸稈處理和不同試驗地腐解末期的 腐解率差異比較Tab.4 ANOVA of decomposition rates on 300 d in different treatments and land uses

    注:方差分析采用Duncan氏新復(fù)極差法(P= 5%),相同字母表示差異不顯著,不同字母表示差異顯著。

    表5 不同處理秸稈腐解率與土壤溫度、降水量動態(tài) 變化的相關(guān)性Tab.5 Relationships of decomposition rates with soil temperature and precipitations

    注:** 表示極顯著(P<0.01)相關(guān)。

    2.2不同作物秸稈的熱重分析結(jié)果

    2.2.1玉米和大豆秸稈TG-DTG曲線變化

    圖2 不同作物秸稈原樣的TG-DTG曲線Fig.2 TG and DTG profiles of original plant samples

    圖2為不同作物秸稈原樣的TG-DTG曲線,大致分為3個失重階段:80℃、300~400℃和600~700℃。將由TG-DTG曲線(圖2)得出玉米、大豆秸稈原樣各個失重階段的失重百分比列于表6,結(jié)果顯示,兩種作物秸稈原樣中300~400℃的失重百分比最大,達到60%左右,表示作物秸稈中的纖維素含量比例較多,且玉米秸稈在該階段的物質(zhì)質(zhì)量百分比較大豆秸稈多。在600~700℃大豆秸稈較玉米秸稈的失重百分比大,由于在TG曲線中分解發(fā)生的失重溫度越高,該物質(zhì)穩(wěn)定性越高,越難被分解[17],所以大豆秸稈的難分解物質(zhì)成分較多(600~700℃階段),穩(wěn)定性較高(表6)。

    表6 玉米秸稈和大豆秸稈原樣各階段的失重百分比 和殘留質(zhì)量比Tab.6 TG characteristic parameters of original samples %

    隨著腐解的進行,作物殘體的熱重曲線有所變化,腐解末期(300 d)作物秸稈的TG-DTG曲線如圖3所示(以桃園新鮮樣品處理為例),此時與原樣(圖2)相比,玉米秸稈變?yōu)?個失重階段:80℃、200~300℃、300~400℃和600~700℃,大豆秸稈則在TG-DTG線型上無明顯變化(圖3)。80℃左右的失重是作物秸稈中水分散失造成的,由于其不穩(wěn)定性,在本文中不予討論;200~300℃之間的失重是由于半纖維素發(fā)生分解,產(chǎn)生揮發(fā)性物質(zhì);300~400℃是纖維素發(fā)生分解,大部分也是生成揮發(fā)性物質(zhì)[31]; 木質(zhì)素較難分解,分解溫度最寬,主要發(fā)生在280~900℃,一部分生成揮發(fā)性物質(zhì),一部分分解為碳[32],故600~700℃失重是由于木質(zhì)素等難分解的物質(zhì)分解揮發(fā)所致。

    圖3 腐解300 d桃園新鮮樣品的TG-DTG曲線Fig.3 TG and DTG profiles of fresh samples (300 d) in peach garden

    2.2.2玉米和大豆秸稈各階段組分變化

    由熱重曲線得出的不同腐解期作物秸稈各階段失重質(zhì)量百分比變化如圖4(6個處理)所示。由熱重曲線圖可知,200~300℃階段的失重是由玉米秸稈和玉米秸稈加氮處理在腐解過程中(20~60 d)產(chǎn)生的,因此,圖4a為FC、DC、fc、dc處理在TG曲線200~300℃階段的失重百分比變化,fc、dc處理較FC、DC處理先出現(xiàn)此階段的失重,各處理的該階段失重百分比先升高至30%左右(90~120 d),之后起伏變化。該階段的失重代表半纖維素的熱解揮發(fā),半纖維素容易被微生物利用分解,因此隨著玉米秸稈在土壤中的腐解,到了后期,玉米秸稈處理中200~300℃階段的失重百分比有所降低或消失。圖4b顯示的是300~400℃階段不同處理的失重百分比變化,此階段的失重是由于纖維素的熱解揮發(fā)所致。腐解初期大豆秸稈在300~400℃階段的失重百分比與玉米秸稈相近,腐解后期則明顯高于玉米秸稈,到90 d之后各個處理的變化都趨于平穩(wěn),這與腐解率的變化趨勢一致。600~700℃階段(圖4c),玉米秸稈則無明顯變化,大豆秸稈腐解初期該階段的失重百分比高于玉米秸稈,腐解0~30 d下降較快,30~120 d無明顯變化,腐解后期又逐漸下降,至末期(300 d)其失重百分比接近玉米秸稈(6%左右)。由于大豆秸稈中穩(wěn)定成分多于玉米秸稈(圖1和表6中得出),隨著腐解的進行,逐漸轉(zhuǎn)化、分解為易腐解的物質(zhì),所以大豆秸稈中較難分解物質(zhì)的百分比(600~700℃階段)下降(圖4c),分解為纖維素等易腐解的物質(zhì),加上玉米秸稈中的一部分纖維素易分解產(chǎn)生半纖維素,因此,到腐解后期300~400℃階段的失重百分比高于玉米秸稈(圖4b)。圖4d顯示,固定碳與灰分質(zhì)量百分比隨著腐解的進行逐漸上升,秸稈中容易腐解的揮發(fā)分等物質(zhì)分解釋放,比例下降,剩下的較難分解物質(zhì)(固定碳、灰分等)百分比則上升,并隨后可能混入土壤中,說明作物殘體在土壤中腐解有增加土壤碳含量的作用[33]。

    圖4 不同作物秸稈各階段失重百分比隨腐解時間的變化曲線Fig.4 Mass loss of 200~300℃, 300~400℃, 600~700℃, and remaining mass in six crop treatments during different decomposition periods

    TG曲線中的失重是由揮發(fā)分和水分的散失造成的,因此200~300℃、300~400℃和600~700℃階段失重百分比之和為作物秸稈揮發(fā)分質(zhì)量分數(shù),殘留物質(zhì)與灰分百分比之差為固定碳質(zhì)量分數(shù)[16],根據(jù)揮發(fā)分的數(shù)值,確定出作物秸稈轉(zhuǎn)化為氣體或液體的產(chǎn)率,對作物秸稈還田過程中的物質(zhì)轉(zhuǎn)化具有指導(dǎo)意義;固定碳則可以影響土壤碳含量。二者在6個處理和3個試驗地間的方差分析(表7、8)結(jié)果顯示,揮發(fā)分與固定碳在不同作物秸稈處理間的差異顯著(P<0.05),在3個試驗地之間則無明顯差異(P>0.05)。相關(guān)分析(表9)表明,揮發(fā)分與固定碳含量成反比,作物秸稈中的揮發(fā)分、固定碳質(zhì)量分數(shù)與土壤溫度和降水量呈顯著相關(guān)(P<0.05)。由方差分析和相關(guān)分析得出,大豆秸稈、新鮮玉米秸稈及其加氮處理的固定碳含量較高(P<0.05),變化趨勢與土壤溫度和降水條件有關(guān),與秸稈腐解率的變化相似,適宜的碳氮比、溫度、水分條件有利于微生物的分解活動[28-29],腐解進行較快,各組分變化較大;若環(huán)境條件不適宜,微生物的活力受到溫度、水分和碳氮比的限制,腐解進行較慢,各組分則無明顯變化。

    表7 固定碳與揮發(fā)分在6個不同作物秸稈處理之間 的方差分析Tab.7 Average percentage of fixed carbon and volatile matters with six plant residues treatments

    注:方差分析采用Duncan氏新復(fù)極差法(P=5%),相同字母表示差異不顯著,不同字母表示差異顯著。

    3 結(jié)論

    (1)由作物秸稈的腐解率變化得出,碳氮比低和新鮮的作物秸稈腐解效果較好(P<0.05),在3個試驗地之間無明顯差異(P>0.05),作物秸稈腐解的快慢與土壤溫度、降水大小極為相關(guān)(P<0.01)。經(jīng)過一年的腐解,作物秸稈腐解率達到60%~70%。

    表8 固定碳與揮發(fā)分在3個不同試驗地之間的方差分析Tab.8 Average fixed carbon and volatile matters percentage of plant residues in three different land uses

    注:方差分析采用Duncan氏新復(fù)極差法(P=5%),相同字母表示差異不顯著,不同字母表示差異顯著。

    表9 固定碳、揮發(fā)分、土壤溫度和降水量之間的相關(guān)性Tab.9 Correlation coefficients between fixed carbon and volatile matters in plant residues, soil temperature and precipitations

    注:*P<0.05; **P< 0.01。

    (2)由作物TG-DTG曲線得出,大豆秸稈的穩(wěn)定成分多于玉米秸稈。玉米秸稈在腐解期間產(chǎn)生200~300℃(TG曲線)的失重(20%~30%),大豆秸稈在腐解過程中300~400℃階段的失重百分比高于玉米秸稈,到腐解末期(300 d),不同處理的難分解物質(zhì)(600~700℃階段)含量相差不大,隨著腐解的進行,殘留質(zhì)量上升至40%。不同作物秸稈處理間各組分差異顯著(P<0.05),在3個試驗地之間則無明顯差異(P>0.05),與土壤溫度和降水量呈顯著相關(guān)(P<0.05),且TG-DTG曲線與作物秸稈種類和腐解時期有關(guān)。

    (3) 綜上所述,玉米和大豆秸稈還田有增加土壤碳含量的作用。將新鮮的玉米和大豆秸稈粉碎或切成2~3 cm,且玉米秸稈同時加入適量N肥有利于作物秸稈在土壤中的腐解,不同田地的腐解效果與土壤的溫度、降水條件關(guān)系密切。

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    Decomposition Characteristics of Crop Residues among Different Agricultural Treatments

    Cao Yingfei1,2Zhang Hong1,2Liu Ke1Lü Jialong1,2

    (1.CollegeofResourcesandEnvironment,NorthwestA&FUniversity,Yangling,Shaanxi712100,China2.StateKeyLaboratoryofSoilErosionandDrylandFarmingonLoessPlateau,Yangling,Shaanxi712100,China)

    This study was about crop decomposition characteristic changes of corn and bean residues (with different water conditions and C/N ratios) decomposition in the fields of three land uses (vineyard, peach orchard, farmland), using nylon mesh bags method and thermogravimetry (TG), which can provide a scientific basis for the rational use of straw resources. The results showed that at the early stage of the decomposition (0~20 d), the decomposition rate was more than 20% and the decomposition rate of bean straws was faster than that of corn straws. On 0~90 d of the decomposition, they were relatively stable. Then the decomposition rates increased to 60%~70% at the end (300 d). In TG-DTG curves, the mass loss of 200~300℃ stage(20%~30%) was caused by the corn straws during the decomposition (20~45 d). At the end of decomposition, the 300~400℃ mass losses of bean straws were significantly higher than those of corn straws. The values of 600~700℃ in TG and DTG curves at the end of the decomposition (300 d) were about 6%. The decomposition rates and percentages of fixed carbon and volatile matters were significantly different between fresh and dry treatments, corn residues and bean residues, and low C/N ratio and high C/N ratio treatments (P< 0.05). While, there were no obvious differences in three different land uses (P> 0.05). The decomposition rates and fixed carbon contents were significantly positively related to soil temperature and precipitation (P< 0.05), and volatile matters were negatively correlated with soil temperature and precipitation (P< 0.05). Corn and bean straws in soils could increase the carbon content. Type, C/N ratio and water condition of crop residues, and soil temperature and precipitation could affect the crop straw decomposition in the soil.

    crop residues decomposition; thermogravimetry; decomposition rate

    10.6041/j.issn.1000-1298.2016.09.030

    2016-03-03

    2016-04-10

    中國科學院黃土高原土壤侵蝕與旱地農(nóng)業(yè)國家重點實驗室基金項目(K318009902-1310)和陜西省科技統(tǒng)籌創(chuàng)新工程計劃項目(2011K01-48)

    曹瑩菲(1987—),女,博士生,主要從事土壤化學研究,E-mail: yingfeicao@126.com

    呂家瓏(1962—),男,教授,博生生導(dǎo)師,主要從事土壤和環(huán)境化學研究,E-mail: ljlll@nwsuaf.edu.cn

    S15

    A

    1000-1298(2016)09-0212-08

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