稻-油輪作下保護性耕作對土壤肥力的影響及評價*

殷志遙, 黃 麗, 薛 斌, 黃雅楠, 李小坤, 魯劍巍

(華中農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)部長江中下游耕地保育重點實驗室 武漢 430070)

稻-油輪作下保護性耕作對土壤肥力的影響及評價*

殷志遙, 黃 麗**, 薛 斌, 黃雅楠, 李小坤, 魯劍巍

(華中農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)部長江中下游耕地保育重點實驗室 武漢 430070)

本文選取湖北省武穴市、荊州市和武漢市3個稻-油輪作長期定位試驗點(試驗時間分別為9年、5年和3年), 通過連續(xù)監(jiān)測土壤容重、孔隙度、pH、有機質(zhì)、全氮、全鉀、堿解氮、速效磷和速效鉀等, 研究在不同耕作年限和方式下, 秸稈還田和免耕對水稻季(2015年 10月)和油菜季(2016年 5月)各土層(0～20 cm和20～40 cm)中土壤物理性質(zhì)和養(yǎng)分的影響, 并應(yīng)用內(nèi)梅羅指數(shù)法綜合評價各土層土壤肥力水平, 以探討長期秸稈還田對土壤肥力的影響。結(jié)果表明: 1)秸稈還田處理使水稻季和油菜季的土壤容重降低2.00%～16.54%, 土壤總孔隙度增加 1.00%～15.07%; 而免耕處理下油菜季的變化與其相反, 水稻季的變化不顯著。2)秸稈還田處理增加了3個試驗點0～20 cm土層中有機質(zhì)(4.76%～35.07%)、全氮(1.80%～32.03%)、速效磷(20.95%～65.82%)、堿解氮(5.97%～37.00%)和速效鉀(8.71%～133.04%)的含量, 其中速效鉀含量的增加幅度最高; 免耕處理對土壤各養(yǎng)分的影響不顯著, 而在配施秸稈后, 相對于其他處理, 其對各養(yǎng)分的增加效果相對最好。各處理對 20～40 cm土層的影響與0～20 cm土層相似, 但整體增加效果沒有后者顯著。3)各試驗處理中, 免耕+秸稈還田和施氮磷鉀肥+秸稈還田兩種處理增加各土層土壤綜合肥力系數(shù)較大(7.56%～25.93%), 它們對土壤肥力的提高效果相對較好。

稻-油輪作; 保護性耕作; 秸稈還田; 免耕; 土壤養(yǎng)分; 土壤綜合肥力系數(shù)

土壤質(zhì)量是土壤特性的綜合反應(yīng), 而土壤肥力是土壤質(zhì)量的重要組成部分[1], 如何維持和提高土壤肥力狀況是確保農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的熱點問題[2]。保護性耕作是目前發(fā)展可持續(xù)農(nóng)業(yè)的主要技術(shù)之一, 包括少免耕和地表覆蓋等措施[3]。與傳統(tǒng)耕作相比, 保護性耕作能明顯降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)投入, 對培肥地力,減少水土流失等有諸多貢獻, 已在國內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用[4]。因此, 研究保護性耕作對土壤肥力的影響對于提高農(nóng)田生產(chǎn)力、優(yōu)化田間管理等具有重要意義。

研究表明, 秸稈還田和施肥處理對提高土壤養(yǎng)分狀況, 改善土壤結(jié)構(gòu), 增加作物產(chǎn)量等有重要影響[5]。而免耕能否維持和提高土壤肥力, 不同研究者的結(jié)論各異。羅珠珠等[6]研究表明, 免耕處理能一定程度上提高耕層土壤有機質(zhì)、全氮和全磷含量, 具有一定的土壤培肥作用。而徐陽春等[7-8]研究指出,相對于翻耕處理, 免耕處理增加了0～5 cm土層有機碳、全氮、速效氮和速效鉀的含量, 而5～20 cm土層則與之相反; 同時, 免耕降低了0～20 cm土層的容重,增加了土壤孔隙度。而吳建富等[9]研究認為, 隨著免耕時間的增長, 土壤物理性質(zhì)會變差, 且作物產(chǎn)量均有一定程度降低。

科學(xué)客觀地評價土壤肥力水平對于土壤肥力提升的研究至關(guān)重要。曹承綿等[10]首先提出了將土壤肥力評價數(shù)值化的概念, 其核心是以各土壤肥力指標作為評價的基礎(chǔ), 通過計算各項指標對于肥力的貢獻值來確定土壤的綜合肥力狀況。楊帆等[11]研究表明, 相對于未秸稈還田, 秸稈還田處理增加了土壤的綜合肥力系數(shù)。也有研究表明, 免耕處理能提高土壤表層的綜合肥力狀況, 但在亞表層中的影響不明顯[12]。而劉世平等[13]的研究認為, 免耕處理后土壤的綜合肥力系數(shù)有一定程度降低, 但在配施秸稈后, 其對土壤綜合肥力的提高效果相對最好。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中常用pH、有機質(zhì)和氮、磷、鉀等養(yǎng)分來綜合衡量土壤肥力的高低[14]。

近年來, 我國開展了不少關(guān)于保護性耕作對土壤肥力影響的研究[15-16]。前人研究的結(jié)果中大多數(shù)包含了免耕和秸稈還田對土壤肥力的綜合影響, 往往不容易區(qū)分是免耕還是秸稈還田的效果; 同時大多數(shù)的研究主要集中在某一區(qū)域的長期定位試驗點上, 缺少比較不同耕作年限以及環(huán)境條件下土壤肥力性質(zhì)的變化, 且耕作措施對土壤肥力影響的綜合評價也較少。為此, 本文選取湖北省武穴市、荊州市和武漢市3個水稻-油菜輪作(稻-油輪作)長期定位試驗點, 通過連續(xù)監(jiān)測土壤的pH、有機質(zhì)、全氮、全鉀、堿解氮、速效磷和速效鉀7個指標來反映土壤綜合肥力狀況, 并探討秸稈還田和免耕對0～20 cm和20～40 cm土層土壤肥力的影響, 為保護性耕作措施的研究和土壤培肥管理提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗設(shè)計

試驗土壤分別取自湖北省武穴市、荊州市和武漢市的稻-油輪作長期定位試驗田。其中武穴長期定位試驗點始于 2007 年, 位于大金鎮(zhèn)(29°59′21″N,115°36′53″E), 其海拔 24 m, 氣候類型屬于亞熱帶季風性濕潤氣候, 年平均氣溫 16.9 ℃, 1985—2014年間平均降雨量1 489 mm, 年蒸發(fā)量1 361 mm。荊州長期定位試驗點始于2011年, 位于川店鎮(zhèn)(30°35′28″N,112°04′33″E), 海拔 80 m, 屬于亞熱帶季風氣候, 年平均氣溫 17.9 ℃, 年均降雨量 1 055 mm, 年蒸發(fā)量853 mm。武漢長期定位試驗點始于2013年, 位于華中 農(nóng) 業(yè) 大 學(xué) 校 內(nèi) 試 驗 基 地 (30°28′10′N,114°21′21′E)。3 個試驗點土壤均為第四紀沉積物發(fā)育的水稻土。供試土壤基本理化性質(zhì)如表1所示。

表1 試驗前各試驗點土壤的基本性質(zhì)Table 1 Soil basic properties of the experiment sites at the beginning of the experiment

武穴、荊州和武漢試驗點各設(shè)4個處理, 3次重復(fù), 共12個小區(qū), 小區(qū)面積20 m2, 隨機區(qū)組排列。其中武穴試驗點的 4種耕作處理分別為傳統(tǒng)耕作、傳統(tǒng)耕作+秸稈還田、免耕以及免耕+秸稈還田, 而荊州和武漢試驗點的耕作處理均為傳統(tǒng)耕作, 其中傳統(tǒng)耕作處理在每季作物種植之前對耕層土壤進行翻耕, 而免耕處理不翻耕。3個試驗點的具體施肥量見表2。水稻和油菜收獲后, 秸稈還田處理的秸稈全部還田給下一季, 未秸稈還田處理的秸稈全部拿走。試驗于2015年10月水稻收獲和2016年5月油菜收獲時用S型取樣法分別取0～20 cm和20～40 cm土層土樣, 混勻風干并剔除石塊以及植物根系后, 過篩待測。

表2 不同試驗點的田間試驗處理描述Table 2 Descriptions of different treatments of the field experiment in different experiment sites

1.2 測定項目及方法

土壤pH用電位法測定(水土比2.5∶1, 奧立龍868型pH計); 土壤有機質(zhì)(organic matter, OM)的測定用重鉻酸鉀容量法外加熱法; 全氮(total nitrogen,TN)用凱式法測定(K-9840自動定氮儀); 速效磷(available phosphorus, AP)用0.5 mol·L-1NaHCO3浸提比色法測定(UV-1600紫外可見分光光度計); 堿解氮(available nitrogen, AN)用堿解擴散法測定; 全鉀(total potassium, TK)用高氯酸和硫酸浸提, 速效鉀(available potassium, AK)用1 mol·L-1醋酸銨浸提, 火焰光度法測定(HG-3火焰光度計); 土壤容重(bulk density, BD)用環(huán)刀法測定, 并計算土壤總孔隙度、毛管孔隙度和通氣孔隙度[17]。

1.3 內(nèi)梅羅指數(shù)法

目前關(guān)于土壤綜合肥力評價的方法有很多, 其中內(nèi)梅羅指數(shù)法可以消除土壤各肥力指標之間量綱的差異, 通過此方法算出的土壤分肥力系數(shù)處于0～3之間, 使得相同的參數(shù)之間可比性較強, 且同一級別的各屬性之間分肥力系數(shù)比較接近, 可比性較高, 在國際上應(yīng)用較普遍[14]。

分肥力系數(shù)(IFIi)的計算:

式中: IFIi為分肥力系數(shù),x為該屬性測定值,xa與xp為分級標準下、上限,xc為介于分級標準上、下限間。各屬性值分級標準(xa,xc,xp)主要參考第2次全國土壤普查標準(表3), 每個等級反映了其各自的土壤肥力狀況[18]。

土壤綜合肥力系數(shù):

式中: IFI為土壤綜合肥力系數(shù), IFIi平均值與 IFIi最小值為土壤各屬性分肥力均值與最小值,n為評價指標個數(shù)。

表3 土壤各屬性的分級標準值Table 3 Grading standards of soil properties

1.4 數(shù)據(jù)處理

用Microsoft Excel和SPSS進行數(shù)據(jù)處理及統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 保護性耕作對土壤物理性質(zhì)的影響

由表 4可以看出, 相對于對照(CT、NP和 CK)處理, 3個試驗點在秸稈還田處理后(CTS、NPS和S), 水稻季和油菜季的容重顯著降低 4.24%～8.55%,總孔隙度和毛管孔隙度顯著升高1.72%～12.46%。相對于NT和NPK處理, NTS和NPKS處理的變化與其相似, 其中土壤容重顯著降低 2.00%～16.54%, 總孔隙度顯著升高1.00%～15.07%, 而毛管孔隙度的變化規(guī)律不明顯。土壤通氣孔隙度在 3個試驗點秸稈還田處理下無明顯變化。

NT處理下水稻季的土壤容重、總孔隙度、毛管孔隙度和通氣孔隙度均無顯著變化。油菜季的土壤容重升高1.00%, 總孔隙度降低0.66%, 毛管孔隙度和通氣孔隙度無明顯變化。相對于 CTS處理, NTS處理下油菜季的土壤容重升高 7.61%, 總孔隙度和毛管孔隙度降低3.87%和6.19%, 通氣孔隙度無顯著變化。這與武均等[19]的研究結(jié)果相反, 可能是由于當外界對土壤擾動減小后, 土粒會發(fā)生沉積作用,一定程度上引起了土壤板結(jié)[20]。

試驗結(jié)果表明, 秸稈還田處理能降低土壤容重,增加土壤總孔隙度和毛管孔隙度, 對土壤的物理性質(zhì)起到一定的改良效果, 而免耕處理對于土壤物理性質(zhì)的改良效果不明顯。

2.2 保護性耕作對土壤全量養(yǎng)分的影響

在 3個試驗點的供試土壤中, 有機質(zhì)、全氮及全鉀(除荊州試驗點)含量均表現(xiàn)為0～20 cm土層顯著高于20～40 cm土層(表5)。荊州試驗點各處理的全鉀含量分布表現(xiàn)不一致, 可能是由于土壤中的根系、新鮮植物殘體以及微生物中含有部分鉀素, 當其死亡后, 在微生物的作用下發(fā)生腐解, 使其所含養(yǎng)分釋放至土壤中, 又由于鉀素在底層土壤中轉(zhuǎn)移較慢, 因此一定程度上造成了鉀素在20～40 cm土層中的積累[21]。

表4 不同試驗點不同處理下土壤物理性質(zhì)的變化Table 4 Changes of soil physical properties under different treatments at different experiment sites

在0～20 cm土層, 相對于CT、NP和CK處理,CTS、NPS和 S處理整體上顯著增加了 3個試驗點水稻季和油菜季的有機質(zhì)(增幅為4.76%～27.21%)和全氮(增幅為 3.55%～23.94%)含量。全鉀含量在各試驗點中表現(xiàn)出一定差異, 其中3個試驗點水稻季的全鉀含量降低4.44%～11.85%,而武穴和荊州試驗點油菜季的分別升高 5.64%和3.12%, 武漢試驗點降低 8.17%?？赡苁怯捎谶€田時間較短及各形態(tài)鉀素間的轉(zhuǎn)換差異造成。相對于NT和NPK處理, NTS和NPKS處理對有機質(zhì)、全氮和全鉀的影響與上述相似, 有機質(zhì)、全氮和全鉀含量分別增加6.75%～35.07%、1.80%～32.03%和10.12%～29.52%。

免耕處理對土壤全量養(yǎng)分的提升效果不明顯。NT處理顯著降低水稻季和油菜季的有機質(zhì)(降幅分別為 6.69%和 8.51%)、全鉀(降幅分別為 7.94%和15.05%)以及油菜季的全氮(降幅為 5.58%)含量。且相對于CTS處理, NTS處理的有機質(zhì)和全氮含量變化均不顯著。可能與免耕處理下一定程度上造成土壤板結(jié)以及養(yǎng)分流失有關(guān)。

在20～40 cm土層, 各處理對水稻季和油菜季土壤有機質(zhì)含量均有一定程度提升作用(增幅為3.33%～43.10%)。而全氮和全鉀含量變化規(guī)律不明顯。

結(jié)果表明, 秸稈還田處理能一定程度上增加0～20 cm 和 20～40 cm 土層的有機質(zhì)和全氮含量(0～20 cm土層的增加效果好于20～40 cm土層), 而全鉀的變化規(guī)律不明顯。免耕處理對有機質(zhì)、全氮和全鉀的影響在各土層中表現(xiàn)不一致。

表5 不同試驗點各處理下不同土層土壤全量養(yǎng)分的變化Table 5 Changes of soil total nutrients contents of different layers under different treatments at different experiment sites

2.3 保護性耕作對土壤pH和速效養(yǎng)分的影響

武穴試驗點的 pH為 4.81～5.91, 荊州試驗點為5.93～6.76, 武漢試驗點為 6.24～6.72, 表現(xiàn)為酸性或中性偏酸性(圖 1)。在各土層中, 土壤 pH基本表現(xiàn)為0～20 cm土層顯著低于20～40 cm土層。相對于CT、NP及CK處理, NTS和NPKS處理均能一定程度上降低0～20 cm和20～40 cm土層土壤的pH, 其中在武穴試驗點均達到顯著差異, 而武漢和荊州試驗點在不同土層中的表現(xiàn)不一致(武漢試驗點在0～20 cm土層, 荊州試驗點在20～40 cm土層的差異均顯著)。這表明, 秸稈還田和免耕一定程度上降低了土壤pH, 這與孟紅旗等[22]的研究結(jié)果相似。

由表 6可知, 在武穴和武漢試驗點, 土壤速效磷、堿解氮和速效鉀含量均表現(xiàn)為0～20 cm土層顯著高于 20～40 cm 土層, 荊州試驗點的速效鉀含量在0～20 cm和20～40 cm土層的含量變化不一致, 速效磷和堿解氮含量的表現(xiàn)規(guī)律與武穴和武漢試驗點相似。

在0～20 cm土層, 相對于CT、NP和CK處理,CTS、NPS和S處理顯著增加了3個試驗點水稻季和油菜季的堿解氮(增幅為 5.97%～33.93%)和速效鉀(增幅為8.71%～121.49%)含量, 速效磷含量在3個試驗點也有一定程度的增加, 其中荊州試驗點水稻季和武漢試驗點的增加效果顯著(增幅為20.95%～65.82%)。且相對于NT和NPK處理, NTS和 NPKS處理后堿解氮和速效鉀含量分別增加9.05%～37.00%和 11.35%～133.04%, 速效磷含量在武穴和荊州試驗點顯著增加 27.25%～39.81%, 而武漢試驗點整體變化不明顯。

免耕處理對速效養(yǎng)分的影響與秸稈還田處理不同。相對于CT處理, NT處理下堿解氮、速效磷以及速效鉀的含量變化均不顯著。而相對于CTS處理,NTS處理顯著增加了武穴試驗點水稻季和油菜季的速效磷含量(增幅分別為14.90%和17.78%), 水稻季的堿解氮含量也顯著增長 31.38%, 速效鉀以及油菜季的堿解氮含量無明顯變化。整體上而言, 相對于秸稈還田處理, 免耕對土壤速效養(yǎng)分的增加效果相對較小。

圖1 不同試驗點各處理下不同土層土壤pH的變化Fig.1 Changes of soil pH of different layers under different treatments at different experiment sites

表6 不同試驗點各處理下不同土層土壤速效養(yǎng)分的變化Table 6 Changes of soil available nutrients contents of different layers under different treatments at different sites mg·kg-1

在20～40 cm土層, 秸稈還田整體上能提高3個試驗點的堿解氮(11.15%～50.64%)、速效磷(25.30%～150.00%)和速效鉀(10.81%～233.93%)含量,但增加效果沒有 0～20 cm土層的顯著, 這與 Zhang等[23]的研究結(jié)果相似。免耕處理下各速效養(yǎng)分的含量整體上無明顯變化。

由上可知, 秸稈還田處理一定程度上增加了0～20 cm和20～40 cm土層各速效養(yǎng)分含量(0～20 cm土層的增加效果好于 20～40 cm土層), 其中速效鉀的增加幅度相對較高。而免耕處理的影響不顯著。

2.4 保護性耕作對土壤綜合肥力系數(shù)的影響

用內(nèi)梅羅指數(shù)法對土壤養(yǎng)分進行綜合分析(表 7),結(jié)果表明 3個試驗點的土壤綜合肥力系數(shù)(IFI)均表現(xiàn)為油菜季高于水稻季, 0～20 cm 土層顯著高于20～40 cm土層。

在 3個試驗點的供試土壤中, 相對于 CT、NP及CK處理, CTS、NPS和S處理均增加了3個試驗點各土層的 IFI值(增幅為 3.68%～17.28%), 且相對于NT和NPK處理, NTS和NPKS處理的IFI值也增加了6.49%～27.69%(0～20 cm土層增加更為明顯)。

免耕表現(xiàn)與秸稈還田處理有一定的差別, 其中相對于CT處理, NT處理下的土壤IFI值在水稻季0～20 cm和20～40 cm土層變化不明顯, 油菜季顯著降低3.10%和6.76%。相對于CTS處理, NTS處理顯著增加了水稻季20～40 cm土層以及油菜季0～20 cm土層的IFI值(增幅分別為13.70%和2.90%)。

研究結(jié)果表明, 秸稈還田能有效提高各土層的土壤綜合肥力狀況, NT處理對土壤綜合肥力狀況的提高效果不明顯, 但 NTS處理則有較好的提高效果。在各處理中, 相對于對照(CT、NP和CK), NTS和NPKS處理對土壤肥力的提高效果相對較好(增幅為 7.56%～25.93%)。

表7 不同試驗點各處理下不同土層土壤綜合肥力系數(shù)(IFI)的變化Table 7 Changes of soil integrated fertility indexes of different layers under different treatments at different sites

3 討論

供試秸稈還田處理均能一定程度上增加0～20 cm土層中各養(yǎng)分含量, 其中速效鉀的增加幅度相對最高?？赡苁且驗樗竞陀筒酥械拟浰刂饕植荚谌~和秸稈, 秸稈中鉀相對含量一定程度上高于其中的氮和磷[24]。秸稈還田后在微生物的作用下發(fā)生腐解,將其中部分有機質(zhì)、氮、磷、鉀等營養(yǎng)元素歸還到土壤中, 一定程度上增加了土壤中各養(yǎng)分含量。且秸稈中的鉀素主要以離子態(tài)存在, 易被溶解出來,補充速效鉀中各組分(水溶性鉀, 交換性鉀)的含量;秸稈在腐解過程中還會釋放有機酸、陰離子和堿性金屬等, 進一步促進礦物鉀的釋放和轉(zhuǎn)化[25-26]。因此, 秸稈還田對速效鉀的影響在各養(yǎng)分中相對最好。另外, 秸稈腐解產(chǎn)生的有機酸也會促進難溶性磷向可溶性磷轉(zhuǎn)化[27], 間接提高了土壤磷的有效性。土壤中的氮素主要以有機氮的形式存在, 秸稈加入后, 激發(fā)了異養(yǎng)微生物對添加物質(zhì)的分解, 從而使氮的有效性升高[28-29]。而秸稈還田處理對各土層中養(yǎng)分的增加效果表現(xiàn)為 0～20 cm 土層優(yōu)于20～40 cm土層, 這與慕平等[30]的研究結(jié)果相似。可能是由于秸稈還田和施肥處理中養(yǎng)分的輸入多集中在土壤表層, 容易導(dǎo)致其在土壤表層中的高度富集,從而造成0～20 cm土層中的增加效果相對更好[31]。

本研究中, NT處理對土壤肥力水平的影響不明顯, 且在水稻季和油菜季之間表現(xiàn)出一定的差異。一方面可能是由于免耕處理改變了土壤物理性質(zhì),進而影響了其他的土壤性狀。在本研究中, NT處理增加了油菜季的土壤容重(增加1.00%), 降低了土壤總孔隙度(降低 0.66%), 而水稻季的變化不顯著, 這與薛斌等[32]的研究結(jié)果相似。研究表明, 土壤的物理性質(zhì)是影響土壤結(jié)構(gòu)、通氣和保水保肥等性能的關(guān)鍵因素[33]。隨著容重的增大, 土壤流失量會增多,從而造成部分養(yǎng)分的流失[34]。另一方面, 土壤酶對作物輪作以及不同耕作方式等的響應(yīng)比較敏感[6],環(huán)境的影響可能會使土壤酶的活性表現(xiàn)出差異。這些都可能造成 NT處理對土壤肥力水平影響結(jié)果不一致。相比之下, NTS和NPKS對土壤肥力的提升效果相對較好, 可能是因為增施秸稈后, 有利于土壤動物和微生物的生長繁殖, 疏松土壤, 降低土壤容重[20]。同時秸稈對土溫變化有一定的調(diào)節(jié)作用, 有利于土壤養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化[35]。因此, 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中, 在免耕或施肥的基礎(chǔ)上配合秸稈還田對于維持和提高土壤肥力具有積極作用。

4 結(jié)論

1)秸稈還田處理能降低土壤容重, 增加土壤總孔隙度, 對土壤物理性質(zhì)有一定的改良作用。同時能一定程度上增加 0～20 cm 土層中土壤養(yǎng)分含量,其中速效鉀的增加幅度相對最高。

2)NT處理對土壤物理性質(zhì)的影響在稻-油輪作制度下表現(xiàn)出一定的差異, 且對土壤養(yǎng)分的影響不明顯, 而 NTS處理對土壤養(yǎng)分含量則有較好的提高效果。

3)相對于對照處理, 秸稈還田處理能提高土壤綜合肥力水平(0～20 cm 土層的肥力狀況顯著優(yōu)于20～40 cm土層), 其中NTS和NPKS處理增加效果相對較好(7.56%～25.93%)。而NT處理對土壤肥力的提升效果不明顯。

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Effect of conservation tillage on soil fertility under rice-rape rotation system*

YIN Zhiyao, HUANG Li**, XUE Bin, HUANG Yanan, LI Xiaokun, LU Jianwei
(Key Laboratory of Arable Land Conservation (Middle and Lower Reaches of Yangtze River), Ministry of Agriculture, Huazhong Agricultural University, Wuhan 430070, China)

In this study, the long-term effects of straw returning and no-tillage on physical properties and nutrient content of soils were assessed by continuous monitoring of soil bulk density, porosity, pH, organic matter, total nitrogen, total potassium,available nitrogen, available phosphorus and available potassium.The study considered different soil layers (0-20 cm and 20-40 cm) under rice-rape rotation system in Wuxue, Jingzhou and Wuhan Cities in Hubei Province for various farming years(9, 5 and 3 years) and cultivation systems.Also the Nemoro index method was used to evaluate soil fertility in different soil layers.The aim of the study was to provide the scientific basis for application of conservation tillage measures and optimization of field management.Results showed that: 1) straw returning reduced soil bulk density by 2.00%-16.54% and increasedtotal porosity by 1.00%-15.07% in rice and rape seasons.The changes in rape season were reversed under no-tillage treatment,while no significant changes were noted in the rice season.2) Straw returning treatment increased the contents of organic matter (4.76%-35.07%), total nitrogen (1.80%-32.03%), available phosphorus (20.95%-65.82%), available nitrogen(5.97%-37.00%) and available potassium (8.71%-133.04%) in the 0-20 cm soil layer across the three sites.Compared with other nutrients, the greatest increase was recorded in available potassium.No significant differences were observed in no-tillage, although it had the best effect in terms of increase in soil nutrients compared with the other treatments after straw returning.The effect of each treatment on the 20-40 cm soil layer was similar to that on the 0-20 cm soil layer, but the total effect in terms of increase in the investigated parameters was not significant.3) The no-tillage + straw returning and the nitrogen, phosphorus, potassium fertilizers application + straw returning treatments led to more increase in soil fertility with higher increase in integrated fertility index (7.56%-25.93%), they were good choice for improvement of soil fertility in the study sites.

May 10, 2017; accepted Jun.15, 2017

Rice-rape rotation system; Conversation tillage; Straw returning; No-tillage; Soil nutrient; Integrated fertility index

S158

A

1671-3990(2017)11-1604-11

10.13930/j.cnki.cjea.170433

殷志遙, 黃麗, 薛斌, 黃雅楠, 李小坤, 魯劍巍.稻-油輪作下保護性耕作對土壤肥力的影響及評價[J].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報, 2017, 25(11): 1604-1614

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* 公益性行業(yè)專項基金(201503123)和國家自然科學(xué)基金(41271252)資助

** 通訊作者: 黃麗, 主要從事土壤化學(xué)和肥力方面的研究。E-mail: daisyh@mail.hzau.edu.cn殷志遙, 主要從事土壤化學(xué)方面的研究。E-mail: 18271390486@163.com

2017-05-10 接受日期: 2017-06-15

* This study was supported by the Public Welfare Industry Special Fund of China (201503123) and the National Natural Science Foundation of China (41271252).

**Corresponding author, E-mail: daisyh@mail.hzau.edu.cn