郭瑞華,靳紅梅*,常志州,王海候,孫小祥,4,沈明星,陸長嬰
(1.江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院循環(huán)農(nóng)業(yè)中心/江蘇省農(nóng)業(yè)廢棄物資源化工程技術(shù)研究中心,南京 210014;2.農(nóng)業(yè)部長江中下游平原農(nóng)業(yè)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,南京 210014;3.江蘇太湖地區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所,江蘇 蘇州 215155;4.鹽城師范學(xué)院城市與規(guī)劃學(xué)院,江蘇 鹽城 224007)
秸稈還田模式對土壤有機(jī)碳及腐植酸含量的影響
郭瑞華1,2,靳紅梅1,2*,常志州1,2,王海候3,孫小祥1,2,4,沈明星3,陸長嬰3
(1.江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院循環(huán)農(nóng)業(yè)中心/江蘇省農(nóng)業(yè)廢棄物資源化工程技術(shù)研究中心,南京 210014;2.農(nóng)業(yè)部長江中下游平原農(nóng)業(yè)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,南京 210014;3.江蘇太湖地區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所,江蘇 蘇州 215155;4.鹽城師范學(xué)院城市與規(guī)劃學(xué)院,江蘇 鹽城 224007)
通過9年水稻-小麥輪作田間定位試驗(yàn),探討南方稻麥兩熟制農(nóng)田秸稈還田模式對土壤有機(jī)碳(SOC)和腐植酸(HE)的影響。試驗(yàn)設(shè)置僅麥稈稻季還田(W)、僅稻稈麥季還田(R)、秸稈稻麥季均還田(RW)和秸稈均不還田(CK)共4個處理。結(jié)果表明,秸稈還田顯著(P<0.05)提高了0~10 cm土層SOC,對土壤總氮(TN)無明顯影響;不同秸稈還田模式處理下,0~10 cm土層SOC及TN大小為W>RW>R>CK;10~20 cm SOC及TN大小均為W>CK>RW>R,但各處理之間的差異均不顯著。秸稈還田處理中,0~10 cm土層土壤HE、富里酸(FA)和胡敏酸(HA)均低于CK,而在10~20 cm土層則高于CK。不同秸稈還田方式間,0~10 cm土層的HE、FA和HA以W處理為最高,其土壤腐殖化程度最大;而10~20 cm土層則以RW處理為最高,W處理的土壤腐殖化程度最小。相比其他秸稈還田模式,麥秸稻季還田能更好地提高土壤表層有機(jī)碳含量和腐殖質(zhì)品質(zhì)。
秸稈還田;模式;有機(jī)碳;腐植酸;富里酸;胡敏酸
農(nóng)作物秸稈作為物質(zhì)、能量和養(yǎng)分的載體,是一種寶貴的自然資源,以其作為肥料直接還田是當(dāng)今秸稈資源利用的主要途徑[1-2]。大量研究表明,秸稈還田在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的作用[3-5],特別是秸稈還田后,土壤外源有機(jī)物投入的增加,不僅影響土壤有機(jī)碳(SOC)的活性和穩(wěn)定性,而且能改變其組成與存在方式[6]。
SOC是土壤的重要組成部分,但SOC的數(shù)量只是一個礦化分解和合成的平衡結(jié)果,不能很好地反映轉(zhuǎn)化速率和SOC質(zhì)量的變化[1]。土壤腐殖質(zhì)是有機(jī)物質(zhì)經(jīng)過微生物分解后,再合成的一類組成和結(jié)構(gòu)復(fù)雜的深色非均質(zhì)化合物。它是SOC的重要組分之一[7],在SOC的循環(huán)和轉(zhuǎn)化中起到積極作用,在全球碳平衡中有著重要的影響[8-10]。腐殖質(zhì)可以通過改善土壤物理、化學(xué)及生物學(xué)性質(zhì)來提高土壤自修復(fù)能力及肥力,胡敏酸(HA)是土壤腐殖質(zhì)中的活躍物質(zhì),其變化與土壤的保肥和供肥性質(zhì)密切相關(guān)[11],對土壤養(yǎng)分循環(huán)和農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定平衡具有重要作用[12-14]。
由于SOC和土壤腐殖質(zhì)在土壤改良中的重要作用,二者在秸稈還田后的變化研究逐漸受到學(xué)者們的重視[3,15]。已有研究表明,秸稈還田不僅可以增加土壤微生物碳,進(jìn)而增加土壤碳庫存量,還可以明顯改善SOC的活性和質(zhì)量[16-19]。Henriksen等[20]研究報道,麥秸還田后發(fā)生激發(fā)效應(yīng),使土壤中礦物氮的含量顯著增加,進(jìn)而促進(jìn)秸稈碳的礦化,提高SOC的含量。鄒洪濤等[15]研究發(fā)現(xiàn)秸稈還田后SOC增加,腐植酸(HE)含量下降,而富里酸(FA)、HA及HA與HE的比值(PQ)都有所增加,土壤腐殖化程度加深;辛勵等[21]研究發(fā)現(xiàn),長期定位條件下秸稈還田能明顯提高SOC及腐殖質(zhì)含量。進(jìn)入土壤中有機(jī)物料的數(shù)量和種類是SOC數(shù)量和品質(zhì)最直接和最主要的影響因子之一[22]。因此,研究不同秸稈還田模式下SOC和腐殖酸含量的變化趨勢,更有利于優(yōu)化秸稈還田模式,平衡秸稈還田對農(nóng)田土壤肥力提升正效應(yīng)與環(huán)境風(fēng)險物質(zhì)增排負(fù)效應(yīng)之間的矛盾。
稻麥兩熟是我國長江下游地區(qū)農(nóng)田的重要種植生產(chǎn)模式之一,也是江蘇省最主要的糧食生產(chǎn)模式[23]。稻麥兩熟地區(qū)常規(guī)的秸稈還田模式主要有3種:僅麥秸稻季還田、僅稻秸麥季還田、秸稈稻麥季均還田。本文以蘇南地區(qū)稻麥兩熟制農(nóng)區(qū)為研究對象,通過9年的田間定位試驗(yàn),研究這3種秸稈還田模式對SOC和HE含量的影響,以期為稻麥兩熟農(nóng)區(qū)秸稈資源的合理利用與土壤培肥提供理論依據(jù)。
1.1 試驗(yàn)區(qū)概況
試驗(yàn)區(qū)位于江蘇省蘇州市現(xiàn)代農(nóng)業(yè)(水稻)示范區(qū)(31°27′45″N,120°25′57″E)。該地區(qū)屬于北亞熱帶季風(fēng)氣候,年日照時數(shù)3039 h,降雨量1128 mm,平均溫度15.7℃,有效積溫(>10℃)4947℃。秸稈還田模式定位試驗(yàn)始于2007年6月水稻生長季,試驗(yàn)土壤類型屬壤質(zhì)黃泥土。試驗(yàn)前,0~20 cm耕層土壤pH 6.1,容重1.1 g·cm-3,SOC、總氮(TN)和總磷(TP)含量分別為17.2、1.6、1.0 g·kg-1,土壤速效磷和速效鉀分別為38.7、115.2 mg·kg-1。種植制度主要實(shí)行夏水稻-冬小麥輪作。
1.2 供試材料
在9年秸稈還田試驗(yàn)中,水稻品種為常規(guī)粳稻蘇香粳1號,5月中旬播種,6月下旬人工移栽,移栽規(guī)格為行距23.3 cm、株距13.3 cm,每穴3苗,10月28日左右收獲。小麥品種為揚(yáng)麥系列(2008—2010年為揚(yáng)麥19號,2011—2016年為揚(yáng)麥22號),在上茬水稻收獲前10 d左右套播,播種量為150 kg·hm-2,5月底收獲。還田秸稈為試驗(yàn)田上茬收獲的作物秸稈,水稻生產(chǎn)季的麥秸(碳含量約為46.5%、氮含量約為0.48%)還田量約為4.5 t·hm-2、小麥生產(chǎn)季的稻秸(碳含量約為42.3%、氮含量約為0.72%)還田量約為6.0 t·hm-2。稻麥秸稈還田前機(jī)械粉碎均為5~10 cm。
1.3 試驗(yàn)處理
試驗(yàn)設(shè)置3種秸稈還田模式處理,即僅麥秸稻季還田(W)、僅稻秸麥季還田(R)、稻麥季秸稈均還田(RW);同時設(shè)置對照處理,即稻麥季秸稈均不還田(CK)。每個處理3次重復(fù),小區(qū)面積32.5 m2(6.5 m× 5.0 m)。
1.4 田間管理
不同還田模式連續(xù)9年處理的秸稈還田方式:麥秸稻季旋耕還田(旋耕深度約13 cm)、稻秸麥季免耕覆蓋還田。水稻季氮肥(純氮)、磷肥(五氧化二磷)和鉀肥(氧化鉀)用量分別為225、90、180 kg·hm-2,氮肥按基肥∶分蘗肥∶穗肥=4∶3∶3施用,磷肥一次性基施,鉀肥作基肥和穗肥施用,每次50%,分蘗肥和穗肥分別于6月27日、8月6日前后施用。水稻生長期間水分管理采用前期淺水(移栽至7月25日)、中期烤田(7月26日至8月9日)、后期干濕交替(8月10日至收獲前15 d)的管理模式,其他田間管理措施同一般高產(chǎn)大田。小麥季氮肥(純氮)、磷肥(五氧化二磷)和鉀肥(氧化鉀)用量分別為180、90、120 kg·hm-2,氮肥按基肥∶越冬肥∶拔節(jié)返青肥=5∶3∶2施用,磷鉀肥一次性基施,越冬肥和拔節(jié)返青肥分別于1月15日、3月5日前后施用。小麥生長期間田間管理措施同一般高產(chǎn)大田。各處理9年的施肥量及肥料運(yùn)籌均相同。
1.5 樣品采集與測定
1.5.1 土壤樣品采集
于2016年5月底小麥?zhǔn)斋@后,每個小區(qū)按“S”形分別采集0~10 cm、10~20 cm土層土壤,混勻之后風(fēng)干、研磨并過100目篩,密封干燥保存?zhèn)溆谩?/p>
1.5.2 指標(biāo)測定
土壤pH用pH計電位法測定(土∶水=1∶5);利用環(huán)刀法測定土壤容重[24];SOC采用K2Cr2O7氧化外加熱法測定;土壤TN用半微量凱氏定氮法測定[24]。
土壤HE及其組分的測定:稱取3 g土樣,取濃度均為0.1 mol·L-1的Na4P2O7和NaOH的混合液20 mL作為浸提液,機(jī)械振蕩24 h后4000 r·min-1離心過濾,再用15 mL浸提液重復(fù)上述步驟兩次,將所有離心后的上清液混合均勻,取部分過0.45 μm濾膜,用TOC儀(multi N/C 3100,德國)測HE碳含量;另取20 mL上清液,用2.5 mol·L-1HCl酸化至pH=1.5,將酸化了的混合液離心,離心管中沉淀即為HA,上清液即為FA,將上清液過0.45 μm濾膜,用TOC儀測FA碳含量,HA碳含量即為HE碳含量與FA碳含量的差值。
1.6 數(shù)據(jù)處理與分析
各理化指標(biāo)在不同秸稈還田模式處理間的差異采用單因素方差分析(ANOVA)。試驗(yàn)數(shù)據(jù)整理采用Microsoft Excel 2010完成,統(tǒng)計分析采用SPSS 20.0,作圖采用Origin 8.5完成。
2.1 秸稈還田模式對土壤pH的影響
土壤pH是土壤的基本理化指標(biāo),直接或間接影響土壤結(jié)構(gòu)、土壤生物活性和植物生長等,進(jìn)而影響土壤肥力。各處理不同土層土壤pH特征詳見圖1。與CK處理相比,秸稈還田對0~10 cm、10~20 cm土層土壤pH均無顯著影響。但從整體上看,秸稈還田有提高0~10 cm土層土壤pH的趨勢,各處理間大小為R>RW>W>CK,前三者分別比CK處理高0.17、0.14、0.10個單位;而在10~20 cm土層,秸稈還田有降低土壤pH的趨勢,各處理間大小為CK>RW>R>W,后三者分別比CK處理低0.24、0.27、0.29個單位。
圖1 不同秸稈還田模式下的土壤pHFigure 1 pH values of soils under different straw returning patterns
2.2 秸稈還田模式對土壤容重的影響
土壤容重是衡量土質(zhì)疏松程度的指標(biāo)之一,它影響土壤的孔隙度與孔隙度大小分配,以及土壤的穿透阻力,進(jìn)而影響土壤水、肥、氣、熱條件與作物根系在土壤中的分布。本研究中秸稈還田模式對土壤容重的影響詳見圖2。在0~10 cm土層,土壤容重在各處理間大小為CK>R>W>RW,且RW處理的土壤容重顯著低于其他處理;在10~20 cm土層,各處理間土壤容重差異不顯著。這說明,在0~10 cm土層,秸稈還田處理土壤容重相應(yīng)減少,土壤表層相對蓬松,可能導(dǎo)致HE容易隨雨水或灌溉不斷地下滲到更深的土層,進(jìn)而影響SOC及土壤質(zhì)量。
圖2 不同秸稈還田模式下的土壤容重Figure 2 Soil bulk density under different returning patterns of straw to field
2.3 秸稈還田模式對SOC、TN和C/N的影響
本研究中不同土層SOC、TN和C/N比詳見圖3。結(jié)果顯示,各處理0~10 cm土層SOC的大小為W>RW>R>CK。秸稈還田顯著(P<0.05)提高了0~10 cm土層SOC含量,與已有研究結(jié)果一致[25-26]。W、R和RW處理與CK相比,增幅分別為23.31%、17.02%、20.18%(圖3 A)。這主要是由于秸稈還田后腐解,為農(nóng)田土壤提供大量的外源有機(jī)碳輸入,從而提高土壤微生物量及其活性,進(jìn)而增加SOC含量[27]。但不同秸稈還田模式間0~10 cm土層SOC大小無顯著差異。各處理10~20 cm土層SOC的大小為W>CK>RW>R,與CK處理相比,W處理SOC提高了11.12%,而RW和R處理分別降低2.81%、9.46%。但秸稈還田各處理間差異不顯著(圖3 A)。可見,秸稈還田可顯著增加0~10 cm土層的SOC,主要與前期(8年)連續(xù)秸稈還田向土壤中輸入大量碳(W、R和RW處理的碳累計輸入量分別為16.72、20.30、37.02 t·hm-2)有關(guān)。但秸稈輸入量與SOC的含量并不成正比,W處理反而更有利于SOC的累積。這可能因?yàn)閃處理下,麥秸稻季還田后,在水稻田高溫高濕及厭氧好氧的條件下,秸稈更容易腐解。具體原因有待深入研究。
各處理0~10 cm土層TN的大小順序與同層SOC相同,但秸稈還田僅小幅增加了0~10 cm土層TN含量,與CK處理相比,W、R和RW處理增幅分別為1.92%、0.96%、1.91%(圖3 B)。各處理10~20 cm土層TN的大小順序與同層SOC相同。與CK處理相比,W處理TN提高了9.09%,而RW和R處理分別降低2.27%、9.09%(圖3 B)。不同秸稈還田模式對10~20 cm土層TN的影響均不顯著(圖3 B)。一方面,秸稈自身含有相當(dāng)數(shù)量的氮元素,還田即可直接提高氮素供應(yīng)[28-29];另一方面,秸稈還田還可以通過促進(jìn)固氮微生物的固氮作用,間接地增加土壤中的氮素含量[30]。
土壤C/N比的變化會引起土壤微生物活性及礦化率變化,進(jìn)而影響土壤質(zhì)量和土壤碳氮循環(huán)。本研究結(jié)果顯示,0~10 cm土層土壤C/N大小為W>R>RW>CK,與CK處理相比,前三者增幅分別為9.90%、7.66%、7.04%,而10~20 cm土層土壤C/N大小為CK>W(wǎng)>RW>R,與CK相比,后三者分別降低了7.14%、9.44%、10.47%(圖3 C)。這主要與秸稈淺層還田方式有關(guān),秸稈淺層還田后SOC主要集中在土壤淺層。
圖3 不同秸稈還田模式下的SOC、TN和C/NFigure 3 SOC,TN and C/N under different returning patterns of straw to field
2.4 秸稈還田模式對農(nóng)田土壤HE及其組分的影響
圖4 不同秸稈還田模式下的土壤HE、FA和HAFigure 4 Soil HE,F(xiàn)A and HA under different returning patterns of straw to field
如圖4所示,秸稈還田處理中,0~10 cm土層土壤HE、FA及HA含量均低于CK處理,而在10~20 cm土層則相反。各處理0~10 cm土壤HE大小為CK> W>RW>R,與CK相比,后三者分別降低了12.77%、17.65%、18.98%;而10~20 cm土壤HE大小為RW> W>R>CK,與CK相比,前三者分別增加了32.40%、24.88%、14.07%(圖4 A)。秸稈還田之所以有利于HE在10~20 cm土層的積累,主要有兩方面的原因:一是麥秸旋耕還田和稻秸免耕覆蓋還田兩種方式還田后,秸稈均主要集中在土壤表層,使土壤表層相對蓬松(土壤容重較?。?,進(jìn)而導(dǎo)致HE很容易隨雨水或灌溉不斷地下滲到更深的土層;另一方面可能和作物的根系分布及微生物的分布有關(guān)。相比0~10 cm土層,作物根系在10~20 cm土層的分布量更多,無論是秸稈輸入的有機(jī)碳還是作物的根系分泌物,都會刺激土壤微生物的發(fā)展,進(jìn)而促進(jìn)有機(jī)碳的分解和HE的形成。不同秸稈還田方式之間,0~10 cm表現(xiàn)為W處理的HE最高,而10~20 cm RW處理的HE最高,且HE與土壤pH值大小呈相反的趨勢。這主要是因?yàn)椋啾萊處理,W處理麥秸旋耕還田經(jīng)過稻田水浸泡,高溫高濕的環(huán)境使其更容易腐解;而與RW相比,后者的土壤由于還田秸稈量更多,土壤容重更低,土壤相對疏松,HE更容易從0~10 cm土層淋溶到10~20 cm土層。
FA、HA與HE趨勢基本一致。不同還田模式0~ 10 cm土壤FA大小為CK>RW>W>R,與CK相比,后三者土壤FA分別降低了15.48%、16.75%、18.13%;而10~20 cm土壤FA大小為W>RW>R>CK,與CK相比,前三者增幅分別為40.89%、40.43%、20.25%(圖4 B)。HA是土壤腐殖質(zhì)中的活躍物質(zhì),其變化與土壤的保肥和供肥性質(zhì)相關(guān)。不同還田模式0~10 cm土壤HA大小為CK>W>RW>R,與CK相比,后三者分別降低了9.67%、19.34%、19.64%;而10~20 cm土壤HA大小為RW>W>R>CK,與CK相比,前三者分別增加了26.91%、13.91%、9.98%(圖4C)。
PQ值為HA在HE中所占比例,反映有機(jī)質(zhì)腐殖化程度的高低。由圖5可知,在0~10 cm土層,不同秸稈還田模式PQ大小為W>CK>R>RW,其中W比CK的PQ值高3.67%,而R、RW處理比CK的PQ值分別降低0.88%、3.22%;在10~20 cm土層,不同秸稈還田模式PQ大小為CK>R>RW>W,與CK相比,后三者分別降低3.10%、3.19%、8.21%(圖5)。這說明在0~10 cm土層,W處理的土壤腐殖化程度最大;而10~20 cm土層,W處理的土壤腐殖化程度最小。這一方面可能因?yàn)辂溄盏炯拘€田后,經(jīng)水浸泡,在夏季高溫高濕的環(huán)境中更容易腐解;另一方面因?yàn)槎ㄎ辉囼?yàn)區(qū)域?qū)儆邳S泥土黏、閉的土壤環(huán)境,麥秸稻季還田的旋耕深度約13 cm,相比0~10 cm被完全旋耕的土層,10~20 cm土層不利于土壤微生物對秸稈的降解[31]。
圖5 不同秸稈還田模式下的土壤PQ值Figure 5 PQ under different returning patterns of straw to field
(1)秸稈還田提高了0~10 cm土壤的SOC和TN,其中,麥秸還田模式下SOC和TN均略高于其他秸稈還田處理。
(2)秸稈還田對土壤HE、FA和HA的影響不顯著,但0~10 cm土層整體上表現(xiàn)為麥秸還田處理的HE、FA和HA含量及其土壤腐殖化程度最高;而10~ 20 cm土層則表現(xiàn)為稻秸+麥秸均還田處理最高,同時10~20 cm麥秸還田處理的土壤腐殖化程度最低。相比其他秸稈還田模式,麥秸稻季還田能更好地提高土壤表層有機(jī)碳和腐殖質(zhì)品質(zhì)。
[1]路文濤,賈志寬,張鵬,等.秸稈還田對寧南旱作農(nóng)田土壤活性有機(jī)碳及酶活性的影響[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報,2011,30(3):522-528.
LU Wen-tao,JIA Zhi-kuan,ZHANG Peng,et al.Effects of straw returning on soil labile organic carbon and enzyme activity in semi-arid areas of southern Ningxia,China[J].Journal of Agro-Environment Science,2011,30(3):522-528.
[2]Liu C,Lu M,Cui J,et al.Effects of straw carbon input on carbon dynamics in agricultural soils:A meta-analysis[J].Global Change Biology, 2014,20(5):1366-1381.
[3]慕平,張恩和,王漢寧,等.連續(xù)多年秸稈還田對玉米耕層土壤理化性狀及微生物量的影響[J].水土保持學(xué)報,2011,25(5):81-85.
MU Ping,ZHANG En-he,WANG Han-ning,et al.Effects of continuous returning straw to maize tilth soil on chemical character and microbial biomass[J].Journal of Soil and Water Conservation,2011,25(5):81-85.
[4]He Y T,Zhang W J,Xu M G,et al.Long-term combined chemical and manure fertilizations increase soil organic carbon and total nitrogen in aggregate fractions at three typical cropland soils in China[J].Sci Total Environ,2015,532(1):635-644.
[5]李成芳,寇志奎,張枝盛,等.稻稈還田對免耕稻田溫室氣體排放及土壤有機(jī)碳固定的影響[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報,2011,30(11):2362-2367.
LI Cheng-fang,KOU Zhi-kui,ZHANG Zhi-sheng,et al.Effects of rape residue mulch on greenhouse gas emissions and carbon sequestration from no-tillage rice fields[J].Journal of Agro-Environment Science, 2011,30(11):2362-2367.
[6]王虎,王旭東,田宵鴻.秸稈還田對土壤有機(jī)碳不同活性組分儲量及分配的影響[J].中國應(yīng)用生態(tài)學(xué)報,2014,25(12):3491-3498.
WANG Hu,WANG Xu-dong,TIAN Xiao-hong.Effect of straw-returning on the storage and distribution of different active fractions of soil organic carbon[J].Chinese Journal of Applied Ecology,2014,25(12):3491-3498.
[7]Vergnoux A,Guiliano M,Dirocco R,et al.Quantitative and midnifrared changes of humic substances from burned soil[J].Environmental Research,2010,111(2):205-214.
[8]李凱,竇森,韓曉增,等.長期施肥對黑土團(tuán)聚體中腐殖物質(zhì)組成的影響[J].土壤學(xué)報,2012,47(3):579-583.
LI Kai,DOU Sen,HAN Xiao-zeng,et al.Effects of long-term fertilization on composition of humic substances in black soil aggregates[J].Acta Pedologica Sinica,2012,47(3):579-583.
[9]Martinez C M,Alvarez L H,Celis L B,et al.Humus-reducing microorganisms and their valuable contribution in environmental processes[J].Applied Microbiology and Biotechnology,2013,97(24):10293-10308.
[10]Andreas R,Zhang J.Characteristics of absorption interactions of cadmium(Ⅱ)onto humin from peat soil in freshwater and seawater media [J].Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology,2014,92(3):352-357.
[11]Shindo H,Yoshida M,Yamamoto A,et al.13C values of organic constituents and possible source of humic substances in Japanese volcanic ash soils[J].Soil Science,2005,170(3):175-182.
[12]Nichols K A,Wright S F.Carbon and nitrogen in operationally defined soil organic matter pools[J].Biology and Fertility of Soils,2006,43(2):215-220.
[13]王晶,何忠俊,王立東,等.高黎貢山土壤腐殖質(zhì)特性與團(tuán)聚體數(shù)量特征研究[J].土壤學(xué)報,2010,47(4):723-733.
WANG Jing,HE Zhong-jun,WANG Li-dong,et al.Properties of humus and content of soil aggregates in soils on Gaoligong mountain[J].Acta Pedologica Sinica,2010,47(4):723-733.
[14]黨亞愛,李世清,王國棟.黃土高原典型區(qū)域土壤腐植酸組分剖面分布特征[J].生態(tài)學(xué)報,2012,32(6):1820-1829.
DANG Ya-ai,LI Shi-qing,WANG Guo-dong.Distribution characteristics of humus fraction in soil profile for the typical regions in the Loess Plateau[J].Acta Ecologica Sinica,2012,32(6):1820-1829.
[15]鄒洪濤,關(guān)松,凌堯,等.秸稈還田不同年限對土壤腐殖質(zhì)組分的影響[J].土壤通報,2013,44(6):1398-1402.
ZOU Hong-tao,GUAN Song,Ling Yao,et al.Effect of different straw return years on humus composition of soil[J].Chinese Journal of Soil Science,2013,44(6):1398-1402.
[16]Potthoff M,Dyckmans J,Flessa H,et al.Dynamics of maize(Zea mays L.)leaf straw mineralization as affected by the presence of soil and the availability of nitrogen[J].Soil Biology and Biochemistry,2005,37(7):1259-1266.
[17]Zhu L Q,Hu N J,Yang M F,et al.Effects of different tillage and straw return on soil organic carbon in a rice-wheat rotation system[J].PLoS One,2014,9(2):e88900.
[18]Zhu L Q,Hu N J,Zhang Z W,et al.Short-term responses of soil organic carbon and carbon pool management index to different annual strawreturn rates in a rice-wheat cropping system[J].CATENA,2015,135:283-289.
[19]Zheng L,Wu W L,Wei Y P,et al.Effects of straw return and regional factors on spatio-temporal variability of soil organic matter in a highyielding area of Northern China[J].Soil Tillage Research,2015,145:78-86.
[20]Henriksen T M,Breland T A.Nitrogen availability effects on carbon mineralization,fungal and bacterial growth,and enzyme activities during decomposition of wheat straw in soil[J].Soil Biology and Biochemistry,1999,31(8):1121-1134.
[21]辛勵,劉錦濤,劉樹堂,等.長期定位條件下秸稈還田對土壤有機(jī)碳及腐殖質(zhì)含量的影響[J].華北農(nóng)學(xué)報,2016,31(1):218-223.
XIN Li,LIU Jin-tao,LIU Shu-tang,et al.The effect of long-term straw returning treatments on soil organic carbon and humus content[J].Acta Agriculturae Boreali-Sinica,2016,31(1):218-223.
[22]王嬌,張玉龍,張玉玲,等.不同灌溉方式對有機(jī)肥碳礦化及土壤活性有機(jī)質(zhì)含量影響[J].沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報,2010,41(1):37-41.
WANG Jiao,ZHANG Yu-long,ZHANG Yu-ling,et al.Effects of different irrigation patterns on mineralization of organic manure carbon and contents of soil labile organic matter[J].Jouranl of Shenyang Agricultural University,2010,41(1):37-41.
[23]楊建昌,杜永,劉輝.長江下游稻麥周年超高產(chǎn)栽培途徑與技術(shù)[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué),2008,41(6):1611-1621.
YANG Jian-chang,DU Yong,LIU Hui.Cultivation approaches and techniques for annual super-high-yielding of rice and wheat in the lower reaches of Yangtze River[J].Scientia Agricultura Sinica,2008, 41(6):1611-1621.
[24]魯如坤.土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法[M].北京:中國農(nóng)業(yè)科技出版社, 2000.
LU Ru-kun.Analytical methods for soil and agro-chemistry[M].Beijing:China Agricultural Science and Technology Press,2000.
[25]蔡太義,黃會娟,黃耀威,等.不同量秸稈覆蓋還田對土壤活性有機(jī)碳及碳庫管理指數(shù)的影響[J].自然資源學(xué)報,2012,27(6):964-973.
CAI Tai-yi,HUANG Hui-juan,HUANG Yao-wei,et al.Effects of different rates of straw mulching and returning to field on soil labile organic carbon and carbon pool management index[J].Journal of Natural Resources,2012,27(6):964-973.
[26]李新華,郭洪海,朱振林,等.不同秸稈還田模式對土壤有機(jī)碳及其活性組分的影響[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報,2016,32(9):130-135.
LI Xin-hua,GUO Hong-hai,ZHU Zhen-lin,et al.Effects of different straw return modes on contents of soil organic carbon and fractions of soil active carbon[J].Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering,2016,32(9):130-135.
[27]Lal R.Carbon management in agricultural soils[J].Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change,2007,12(2):303-322.
[28]楊憲龍,路永莉,同延安,等.長期施氮和秸稈還田對小麥-玉米輪作體系土壤氮素平衡的影響[J].植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報,2012,19(1):68-77.
YANG Xian-long,LU Yong-li,TONG Yan-an,et al.Effects of longterm N application and straw returning on N budget under wheat-maize rotation system[J].Plant Nutrition and Fertilizer Science,2012,19(1):68-77.
[29]陳金,唐玉海,尹燕枰,等.秸稈還田條件下適量施氮對冬小麥氮素利用及產(chǎn)量的影響[J].作物學(xué)報,2015,41(1):160-167.
CHEN Jin,TANG Yu-hai,YIN Yan-ping,et al.Effects of straw returning plus nitrogen fertilizer on nitrogen utilization and grain yield in winter wheat[J].Acta Agronomica Sinica,2015,41(1):160-167.
[30]孫海國,雷浣群.植物殘體對土壤結(jié)構(gòu)性狀的影響[J].生態(tài)農(nóng)業(yè)研究,1998,6(3):39-41.
SUN Hai-guo,LEI Huan-qun.Effects of plant residues on soil structure[J].Eco-Agriculture Research,1998,6(3):39-41.
[31]李秋梅,陳新平,張福鎖,等.冬小麥-夏玉米輪作體系中磷鉀平衡的研究[J].植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報,2002,8(2):152-156.
LI Qiu-mei,CHEN Xin-ping,ZHANG Fu-suo,et al.Study on balance of phosphorus and potassium in winter wheat and summer maize rotation system[J].Plant Nutrition and Fertilizer Science,2002,8(2):152-156.
Effects of returning patterns of straw to field on soil organic carbon and soil humus composition in rice-wheat double cropping systems
GUO Rui-h(huán)ua1,2,JIN Hong-mei1,2*,CHANG Zhi-zhou1,2,WANG Hai-h(huán)ou3,SUN Xiao-xiang1,2,4,SHEN Ming-xing3,LU Chang-ying3
(1.Circular Agriculture Research Center,Jiangsu Academy of Agricultural Sciences/Jiangsu Agricultural Waste Treatment and Recycle Engineering Research Center,Nanjing 210014,China;2.Department of Agriculture Agricultural Environment Key Laboratory of the Middle and Lower Reaches of the Yangtze River Plain,Nanjing 210014,China;3.Taihu Research Institute of Agricultural Sciences,Suzhou 215155,China;4.Yancheng Teachers University,Yancheng 224007,China)
A 9-years field experiment was conducted in Suzhou,Jiangsu Province of China,to study the effects of returning patterns of straw to field on soil organic carbon(SOC)and humus composition in the Taihu Lake Region,a typical rice-wheat rotation region.Four returning patterns were operated,i.e.,only wheat straw returning to field(W),only rice straw returning to field(R),both rice and wheat straw returning to field(RW)and no straw returning to field(CK).Soil samples from 0~10 cm and 10~20 cm soil layers were collected to analyze contents of SOC,total nitrogen(TN),humus acid(HE),fulvic acid(FA)and humilic acid(HA).The results indicated that returning straw could significantly(P<0.05)increase SOC contents in 0~10 cm soil layer,compared with that of CK,while no significant effects were found on TN contents.The contents of SOC and TN at 0~10 cm and 10~20 cm soil layers showed the orders of W>RW>R>CK and W>CK>RW>R,respectively.However,no significant differences of SOC and TN contents were found between the three straw returning patterns at the two soil layers.Compared with CK,HE,FA and HA were lower at 0~10 cm soil layer of straw returning treatments;whereas they were higher than that in CK at 10~20 cm soil layer.The contents of HE,FA and HA were the highest in soils from W treatment,while those were highest in soils from RW treatment.The PQ value(HA/HE)in W treatment was the highest at 0~10 cm soil layer,while the lowest at 10~20 cm soil layer.The results from this study showed that only wheat straw returning to field was the best pattern to improve SOC content and the soil humus quality at 0~10 cm soil layer,compared with other straw returning patterns.
straw returning;patterns;soil organic carbon;humus acid(HE);fulvic acid(FA);humilic acid(HA)
X712
A
1672-2043(2017)04-0727-07
10.11654/jaes.2016-1364
2016-10-27
郭瑞華(1986—),女,河南周口人,碩士,研究實(shí)習(xí)員,主要從事農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用和環(huán)境影響評價研究。E-mail:ruizhongrui@163.com
*通信作者:靳紅梅E-mail:hmjin@jaas.ac.cn
江蘇省農(nóng)業(yè)科技自主創(chuàng)新基金項(xiàng)目[CX(12)1002]
Project supported:The Agricultural Science and Technology Independent Innovation Fund of Jiangsu Province,China[CX(12)1002]
郭瑞華,靳紅梅,常志州,等.秸稈還田模式對土壤有機(jī)碳及腐植酸含量的影響[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報,2017,36(4):727-733.
GUO Rui-h(huán)ua,JIN Hong-mei,CHANG Zhi-zhou,et al.Effects of returning patterns of straw to field on soil organic carbon and soil humus composition in rice-wheat double cropping systems[J].Journal of Agro-Environment Science,2017,36(4):727-733.