吳俊松, 劉　建, 劉曉菲, 楊海水, 王小華, 許明敏, 魏亞鳳, 卞新民,*

1 南京農(nóng)業(yè)大學(xué), 農(nóng)學(xué)院, 南京　210095 2 江蘇沿江地區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所, 南通　226541

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稻麥秸稈集中溝埋還田對(duì)麥田土壤物理性狀的影響

吳俊松1, 劉建2, 劉曉菲1, 楊海水1, 王小華1, 許明敏1, 魏亞鳳2, 卞新民1,*

1 南京農(nóng)業(yè)大學(xué), 農(nóng)學(xué)院, 南京210095 2 江蘇沿江地區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所, 南通226541

摘要:通過(guò)5.5a的大田定位試驗(yàn)，將上季秸稈全量溝埋還田，設(shè)置秸稈溝埋還田深度為20、40 cm以及免耕秸稈不還田(對(duì)照)3個(gè)處理。 研究秸稈溝埋還田對(duì)麥田土壤水勢(shì)、溫度的影響以及長(zhǎng)期秸稈溝埋還田方式下，溝埋還田20 cm處理各埋草溝土壤容重、總孔隙度的變化。結(jié)果表明：秸稈溝埋還田具有降低土壤容重，增加土壤總孔隙度的作用，隨著還田時(shí)間的增加，這種作用逐漸降低。當(dāng)降雨量較大(26.6 mm)時(shí)，溝埋還田各處理水勢(shì)值在短時(shí)間內(nèi)上升的較快，而對(duì)照則相對(duì)較慢；當(dāng)降雨量較小(10 mm)時(shí)，溝埋還田40 cm處理水勢(shì)值上升速度大于溝埋還田20 cm，對(duì)照處理最慢；降雨過(guò)后的12d內(nèi)，溝埋還田各處理水勢(shì)值下降速度較對(duì)照更快；連續(xù)40d各處理土壤水勢(shì)日均值大小為對(duì)照>溝埋還田40 cm>溝埋還田20 cm。土壤0—15 cm溫度日較差大小為溝埋還田20 cm>對(duì)照>溝埋還田40 cm，土壤20 cm處日較差對(duì)照最大；溝埋還田20 cm處理0—15 cm以及溝埋還田40 cm處理0—20 cm土壤日均溫高于對(duì)照，溝埋還田20 cm處理20 cm處土壤日均溫與對(duì)照較為接近。在沿江稻麥輪作地區(qū)，秸稈集中溝埋還田具有較好的改善土壤物理性質(zhì)的作用。

關(guān)鍵詞：稻麥秸稈；溝埋還田；容重；總孔隙度；水勢(shì)；溫度

農(nóng)作物秸稈是一種寶貴的可再生資源，具有很大的利用價(jià)值[1]。路文濤[2]等經(jīng)過(guò)四年研究發(fā)現(xiàn)，秸稈還田可以降低土壤容重，提高土壤孔隙度。隨秸稈還田量的降低，土壤容重降低幅度隨之減小，土壤孔隙度增加幅度減小。土壤水勢(shì)能夠反映土壤對(duì)水分的吸納能力及作物可利用的土壤水分狀況[3]。在長(zhǎng)江中下游地區(qū)，長(zhǎng)期施行免耕、少耕，土壤耕層緊實(shí)，過(guò)多的降水導(dǎo)致麥田排水困難，土壤濕度大，因而成為限制小麥產(chǎn)量的重要因子。土壤溫度直接作用于作物根系的生長(zhǎng)發(fā)育，從而影響作物對(duì)養(yǎng)分的吸收利用[4]。劉春曉[5]研究表明，秸稈溝埋還田增大了埋草溝上層土壤溫度變化幅度，對(duì)埋草溝下層土壤具有保溫作用。冬小麥在初春拔節(jié)時(shí)期，對(duì)環(huán)境溫度變化較為敏感，適宜的土壤溫度對(duì)于增加冬小麥產(chǎn)量具有重要意義[6]。秸稈還田作為一種秸稈處理方式已有多年研究，傳統(tǒng)的秸稈還田存在諸多弊端，如降低作物出苗率，影響作物苗期生長(zhǎng)[7]；還田過(guò)淺，秸稈分解快，不利于土壤碳匯的積累[8]；不利于土壤耕作層的加深等。秸稈集中溝埋還田是一種將當(dāng)季收獲的作物秸稈以整稈的方式集中埋于試驗(yàn)溝中，通過(guò)逐季更換埋草溝的位置實(shí)現(xiàn)全田土壤漸進(jìn)式深翻的新技術(shù)體系。已有的研究結(jié)果表明，秸稈溝埋還田具有加深耕層、改善土壤結(jié)構(gòu)、協(xié)調(diào)土壤水肥氣熱，降低CO2排放量，增加碳儲(chǔ)匯[9- 10]等特點(diǎn)；由于秸稈整株深埋，秸稈腐解慢[11]，因而殘留的秸稈相當(dāng)于肥料庫(kù)，能夠不斷地向土壤中釋放養(yǎng)分。關(guān)于秸稈集中溝埋還田不同深度對(duì)麥田土壤物理性質(zhì)影響的研究報(bào)道較少。為此，于2008起在沿江地區(qū)進(jìn)行定位試驗(yàn)，通過(guò)設(shè)置不同秸稈還田深度，研究秸稈溝埋還田對(duì)土壤水勢(shì)、溫度的影響以及長(zhǎng)期秸稈溝埋還田對(duì)不同還田時(shí)間的埋草溝土壤容重、總孔隙度的變化，探索秸稈溝埋還田的特點(diǎn)，為稻麥兩熟地區(qū)秸稈集中溝埋還田技術(shù)的推廣提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2008年10起在江蘇沿江地區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所水稻試驗(yàn)田進(jìn)行，該地區(qū)屬北亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，雨熱同季，年平均氣溫為 14.8 ℃，年平均無(wú)霜期 215 d，≥0℃的活動(dòng)積溫為5223 ℃，≥10 ℃的活動(dòng)積溫 3810 ℃；日照充足，年平均日照時(shí)數(shù) 2007.3 h，日照百分率 45%；水汽充足，降水充沛，年平均降水量 1049.8 mm，年均降水日數(shù) 135.7 d。供試土壤類型為潮土，2008年10月試驗(yàn)開始時(shí)的前茬作物為水稻.供試土壤0—20 cm主要理化性質(zhì)：容重1.4 g/cm；砂粒(2—0.05)占22.10%，粘粒(<0.002)占12.68%，粉粒(0.05—0.002)占65.22%；有機(jī)質(zhì)20.45 g/kg；總氮1.62 g/kg；速效磷12.75 mg/kg；速效鉀44.41 mg/kg；pH值7.5。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)置秸稈集中溝埋還田深度為20、40 cm以及免耕秸稈不還田(對(duì)照)3個(gè)處理。每個(gè)處理3次重復(fù)。于2008年10月開始，將當(dāng)季收獲的作物秸稈以整稈的方式埋于對(duì)應(yīng)的埋草溝中。小區(qū)面積為3 m×6 m，每個(gè)小區(qū)設(shè)3條相同埋草溝，相同埋草溝間距為2 m，溝寬20 cm，溝長(zhǎng)3 m。以當(dāng)?shù)厮窘斩捔?0000 kg/hm2為參照還田量，折算為秸稈溝埋量6 kg/溝，即每條埋草溝掩埋6 kg秸稈，小麥秸稈還田量為5000 kg/hm2，折算為秸稈溝埋量3 kg/溝。小區(qū)埋草溝示意圖(圖1)及挖溝埋草工藝圖(圖2),以溝埋還田20 cm為例。溝埋還田40 cm處理過(guò)程與溝埋還田20 cm一致，區(qū)別僅僅是埋草溝的深度不一樣(溝埋還田40 cm的溝深為40 cm)。第1條埋草溝為2008年10月收獲的水稻秸稈，設(shè)在小區(qū)北緣。第2條埋草溝所埋秸稈為2009年6月份收獲的小麥秸稈，位置位于第1條埋草溝的南邊，間距為1 m，第3條埋草溝(埋水稻秸稈)在第1條埋草溝的南邊，相距40 cm。第4條埋草溝(埋小麥秸稈)第2條埋草溝的南邊，相距40 cm，以此類推.當(dāng)小區(qū)埋草溝全部埋完時(shí)，再?gòu)牡?條埋草溝開始，即5a為一個(gè)循環(huán)。試驗(yàn)溝覆土完畢后采用免耕機(jī)淺旋，深度約為5 cm。試驗(yàn)采用稻麥兩熟種植制度，水稻品種為南粳44，小麥品種為揚(yáng)麥13。稻麥生長(zhǎng)過(guò)程中田間管理與當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)生產(chǎn)管理相同。

1.3測(cè)定方法

1.3.1土壤容重與總孔隙度

于2013年6月小麥?zhǔn)斋@后，用環(huán)刀法[12]測(cè)定溝埋還田20 cm處理各埋草溝(共9條埋草溝)及對(duì)照的土壤容重。環(huán)刀規(guī)格：容量為100 cm3，高度為4.5 cm，內(nèi)徑為5.5 cm。總孔隙度根據(jù)茂榮[13]的測(cè)定方法測(cè)得。取樣位置為每條埋草溝的中間，取樣深度分為0—7、7—14 cm，取樣過(guò)程中未取到秸稈。

1.3.2土壤水勢(shì)

于2014年4月18日—5月28日連續(xù)40d，采用Tensiomark Ⅱ型水勢(shì)傳感器測(cè)量溝埋還田20 cm、溝埋還田40 cm兩個(gè)處理的第8條(即還田時(shí)間為22個(gè)月)埋草溝以及對(duì)照的土壤水勢(shì)，測(cè)量深度為15 cm，此處無(wú)秸稈。測(cè)量時(shí)間間隔為1h。降雨量采用SM-1型不銹鋼雨量計(jì)測(cè)量，測(cè)量口徑為20 cm。當(dāng)天的降雨量值為前一天18：00至當(dāng)天18:00降雨量總和。

1.3.3土壤溫度

于小麥拔節(jié)期，采用HW型土壤溫度自動(dòng)記錄儀連續(xù)15d測(cè)定土壤溫度。測(cè)量的處理為溝埋還田20 cm、溝埋還田40 cm以及對(duì)照。選擇每個(gè)處理的第1條(此埋草溝埋草時(shí)間距測(cè)量時(shí)僅6個(gè)月，即已埋2次秸稈)埋草溝，測(cè)量該埋草溝及對(duì)照處理5、10、15 cm及20 cm處土壤溫度.測(cè)量時(shí)間間隔為30 min，日均溫為當(dāng)天每30 min測(cè)定值的平均值，日較差為當(dāng)天測(cè)定的最高溫度與最低溫度的差值。

1.4數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2007進(jìn)行整理及繪制圖表，用SPSS 17.0進(jìn)行方差分析。

2結(jié)果與分析

2.1長(zhǎng)期秸稈集中溝埋還田方式下，溝埋還田20 cm處理各埋草溝土壤容重及總孔隙度的變化

由圖3可以得出，溝埋還田20 cm處理各埋草溝0—7、7—14 cm土壤容重均低于對(duì)照。在0—7 cm，還田6個(gè)月及還田24個(gè)月的埋草溝土壤容重與對(duì)照差異顯著，較對(duì)照分別降低17.1%、7.9%。其余埋草溝差異均不顯著.在7—14 cm，除還田時(shí)間為36個(gè)月的埋草溝較對(duì)照差異不顯著性外。其余各埋草溝均達(dá)顯著性差異，且埋水稻秸稈及小麥秸稈的各埋草溝土壤容重均隨還田時(shí)間的增加而逐漸增大.但各埋草溝之間未全部達(dá)到顯著性差異。

由圖4可知，溝埋還田20 cm處理各埋草溝0—7、7—14 cm土壤總孔隙度均高于對(duì)照。在0—7 cm，各埋草溝較對(duì)照均未達(dá)顯著性差異。在7—14 cm，各埋草溝土壤總孔隙度較對(duì)照達(dá)顯著性差異，埋水稻秸稈的各埋草溝總孔隙度較對(duì)照相比增加幅度為9.2%—14.0%，且以還田6個(gè)月時(shí)，總孔隙度增加最多。埋小麥秸稈的各埋草溝土壤總孔隙度較對(duì)照增加幅度為12.6%—15.1%。各埋草溝之間均未達(dá)到顯著性差異. 隨還田時(shí)間的增加，埋水稻秸稈及小麥秸稈的各埋草溝土壤總孔隙度總體呈降低的趨勢(shì)。

2.2秸稈集中溝埋還田20、40 cm對(duì)土壤水勢(shì)的影響2.2.1降水量為26.6 mm各處理土壤水勢(shì)變化情況

由圖5可知，在降雨前，土壤水勢(shì)對(duì)照> 溝埋還田20 cm>溝埋還田40 cm，在降雨的2h內(nèi)(23:00到01:00)，溝埋還田40 cm水勢(shì)值從-18.3 kPa上升到-3.5 kPa，變化量為14.8 kPa，溝埋還田20 cm水勢(shì)從-17.2 kPa上升到-1.5 kPa，變化量為15.7 kPa，對(duì)照水勢(shì)從-15.6 kPa上升到-13.4 kPa，變化量為2.2 kPa，由此可見，溝埋還田40 cm、溝埋還田20 cm處理水勢(shì)值變化較大，而對(duì)照水勢(shì)變化量較小。表明溝埋還田40 cm、溝埋還田20 cm在這兩個(gè)小時(shí)內(nèi)水勢(shì)值上升的較快，而對(duì)照則上升緩慢。在2:00時(shí)，對(duì)照的水勢(shì)值為-6.5 kPa，仍低于溝埋還田40 cm的-3.5 kPa及溝埋還田20 cm的-1.1 kPa。至4:00，對(duì)照的水勢(shì)值趨于穩(wěn)定，此時(shí)水勢(shì)值為溝埋還田20 cm>對(duì)照>溝埋還田40 cm。

2.2.2降水量為10 mm各處理土壤水勢(shì)變化情況

由圖6可知，在降雨量較小(10 mm)的情況下，對(duì)照和溝埋還田20 cm水勢(shì)呈不斷上升的趨勢(shì)，水勢(shì)變化量較小，在降雨的12h內(nèi)(06:00至17:00)水勢(shì)變化量分別為16.2 kPa、20.7 kPa。溝埋還田40 cm在此段時(shí)間內(nèi)水勢(shì)變化量為130.4 kPa，為對(duì)照的8倍，為溝埋還田20 cm的6.3倍。在17:00以后，溝埋還田40 cm水勢(shì)開始降低，溝埋還田20 cm及對(duì)照的水勢(shì)值繼續(xù)升高。至00：00各處理水勢(shì)值溝埋還田40 cm>對(duì)照>溝埋還田20 cm。

2.2.3降水后12d內(nèi)各處理土壤水勢(shì)變化情況

由圖7可得出，在降雨結(jié)束后(降水量6 mm)的5d內(nèi)(4月28日—5月2日)，土壤水勢(shì)值大小為溝埋還田20 cm>對(duì)照>溝埋還田40 cm，在第5天—第6天(5月2日—5月3日)，溝埋還田40 cm土壤水勢(shì)開始高于對(duì)照，此時(shí)土壤水勢(shì)值大小為溝埋還田20 cm>溝埋還田40 cm>對(duì)照；在第6天—第7天(5月3日—5月4日)，溝埋還田40 cm土壤水勢(shì)繼續(xù)升高，并高于溝埋還田20 cm，此時(shí)土壤水勢(shì)值大小為溝埋還田40 cm>溝埋還田20 cm>對(duì)照；在第7天—第8天(5月4日—5月6日)，水勢(shì)值大小為溝埋還田40 cm>對(duì)照>溝埋還田20 cm；第8天以后，各處理水勢(shì)值差異開始增大，水勢(shì)值對(duì)照>溝埋還田40 cm>溝埋還田20 cm。

2.2.4連續(xù)40d各處理土壤水勢(shì)日均值

由表1可以得出，連續(xù)40d，各處理土壤水勢(shì)日均值大小為對(duì)照>溝埋還田40 cm>溝埋還田20 cm，且各處理間差異顯著。溝埋還田20 cm、溝埋還田40 cm處理較對(duì)照降低幅度分別為118.4%、88.3%。

Table 1The daily average soil water potential of each treatment for 40 days

不同小寫字母表示同一土壤層次不同處理間差異顯著(P<0.05)

2.3秸稈集中溝埋還田20 cm、40 cm對(duì)土壤日較差及日均溫的影響

由圖8可知，土壤日較差隨土層的加深而逐漸降低。土壤5 cm處，溝埋還田40 cm處理土壤日較差最低，溝埋還田20 cm及對(duì)照土壤日較差高于溝埋還田40 cm。當(dāng)日較差較高時(shí)，這種差異更加明顯.在土壤10 cm層，土壤日較差呈現(xiàn)出溝埋還田20 cm >對(duì)照>溝埋還田40 cm的規(guī)律，僅在04-16、04-26、04-27日表現(xiàn)為溝埋還田40 cm>對(duì)照。在土壤15 cm處，溝埋還田20 cm處理土壤日較差最高，當(dāng)日較差較高時(shí)，溝埋還田40 cm高于對(duì)照，當(dāng)日較差較低時(shí)，溝埋還田40 cm低于對(duì)照。溝埋還田20 cm及對(duì)照日較差變化范圍相對(duì)較大，分別為0.4—2.6℃、0.2—1.6℃.土壤20 cm處日較差值較小，總體上表現(xiàn)為對(duì)照日較差較高。

由圖9可知，土壤5 cm處，對(duì)照的日均溫最低，溝埋還田20 cm處理土溫最高.當(dāng)日均溫較高時(shí)，對(duì)照與其它處理相比，溫差更為明顯，在04-17日，溝埋還田20 cm、溝埋還田40 cm分別較對(duì)照高0.62、0.35℃。04-25—04-27日，溝埋還田20 cm、溝埋還田40 cm分別較對(duì)照高0.60—0.72℃、0.19—0.58℃。土壤10 cm處，當(dāng)日均溫較低時(shí)，溝埋還田20cm要低于對(duì)照；當(dāng)日均溫較高時(shí)，溝埋還田20 cm要高于對(duì)照。溝埋還田40 cm處理土壤日均溫則較低，僅在04-27—04-28日高于對(duì)照。土壤15 cm處，溝埋還田20 cm及溝埋還田40 cm土壤日均溫要高于對(duì)照，對(duì)照日均溫最低。溝埋還田20 cm、溝埋還田40 cm與對(duì)照日均溫最高差值分別為0.87、0.70。在土壤20 cm處，溝埋還田40 cm處理土壤日均溫一直較高，其與對(duì)照的差值范圍在0.18—0.57 ℃。溝埋還田20 cm與對(duì)照日均溫相近，差異較小。

3討論與結(jié)論

3.1秸稈集中溝埋還田對(duì)土壤容重及總孔隙度的影響

土壤容重、孔隙度等是作物生長(zhǎng)的重要土壤環(huán)境條件，起到調(diào)節(jié)土壤中水、氣、熱狀況等作用[14]。關(guān)于秸稈溝埋還田不同深度對(duì)埋草溝土壤容重、孔隙度的影響前人已有研究[15]，其研究側(cè)重于比較不同還田深度的埋草溝土壤容重、孔隙度的差異，其結(jié)果表明，秸稈溝埋還田20、40 cm時(shí)，越靠近秸稈層，土壤容重降幅越大，孔隙度增幅也越大。本文側(cè)重于研究長(zhǎng)期秸稈溝埋還田方式下，不同還田時(shí)間的埋草溝土壤容重、孔隙度變化的情況。本研究表明，秸稈溝埋還田具有降低麥田土壤容重，增加土壤總孔隙度的作用，且這種作用在還田54個(gè)月時(shí)，表現(xiàn)仍為明顯，這表明秸稈溝埋還田在降低土壤容重和增加土壤總孔隙度方面具有長(zhǎng)效的作用。本研究中，埋水稻秸稈和小麥秸稈的埋草溝土壤容重有一定差異，這可能是由于還田時(shí)間的長(zhǎng)短不同造成的，而受不同秸稈類型的影響較小。隨著還田時(shí)間的增加，土壤緊實(shí)度逐漸增加，從而導(dǎo)致土壤容重逐漸增高，總孔隙度逐漸降低，直至接近對(duì)照水平。在0—7 cm，各埋草溝與對(duì)照相比，土壤容重和總孔隙度差異不顯著，這可能是由于耕作措施對(duì)土壤表層擾動(dòng)較大的原因，這與慕平[16]等研究結(jié)果一致。綜上表明秸稈溝埋還田在改善土壤環(huán)境條件方面確有積極的作用。

3.2秸稈集中溝埋還田對(duì)土壤水勢(shì)的影響

土壤水分含量是指土壤中水分?jǐn)?shù)量的多少，通常用體積百分?jǐn)?shù)、質(zhì)量百分?jǐn)?shù)等來(lái)表示。土壤水分含量雖然能夠表示土壤中水分?jǐn)?shù)量的多少，但并不能表示土壤中植物可利用的水分含量大小[17]。土壤水勢(shì)是表征土壤干旱程度以及土壤水分對(duì)植物有效性的重要指標(biāo)，用水勢(shì)描述土壤中水分對(duì)作物的有效性能夠避免土壤質(zhì)地的影響，因而具有較好的代表性[18]。本試驗(yàn)結(jié)果表明：在降雨時(shí)的短時(shí)間內(nèi)，會(huì)有大量雨水進(jìn)入埋草溝，這是由于溝埋還田20 cm、溝埋還田40 cm處理土壤較為疏松，土壤導(dǎo)水率較好，有利于水分的入滲[19]，此時(shí)土壤水勢(shì)急劇升高；在降水結(jié)束后，大量雨水由埋草溝進(jìn)入大田的排水溝中，土壤水勢(shì)快速下降。即表明秸稈溝埋還田具有較好的排水降漬效果。當(dāng)降雨量較小時(shí)(10 mm)，溝埋還田40cm處理水勢(shì)在降雨的短時(shí)間內(nèi)上升速率高于溝埋還田20 cm和對(duì)照，說(shuō)明溝埋還田40 cm處理在降雨量較小時(shí)，仍具備較好的排水降漬效果。這可能是由于溝埋還田20 cm處理0—20 cm土壤疏松，在20 cm以下則相對(duì)緊實(shí)，因此在越靠近20 cm處，土壤含水量越高，水勢(shì)相對(duì)較高，這在一定程度上阻礙了上層土壤水分的下滲，使得水分入滲速率降低。溝埋還田40 cm處理由于埋草溝較深，降雨能夠在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)入埋草溝深層土壤中，因而在降雨量較小時(shí)，上層水分入滲速率仍較快，水勢(shì)值變化較溝埋還田20 cm更快。在降雨停止后的較長(zhǎng)時(shí)間里，溝埋還田20 cm處理土壤水勢(shì)值先高于溝埋還田40 cm，后低于溝埋還田40 cm，這可能是由于降雨結(jié)束后的前一段時(shí)間內(nèi)，溝埋還田20 cm處理埋草溝中積累的水分高于溝埋還田40 cm處理，因而水勢(shì)值高于溝埋還田40 cm處理。后期埋草溝中剩余的水分由下部不斷向上部蒸發(fā)散失，一方面由于溝埋還田20 cm、溝埋還田40 cm埋深不同導(dǎo)致秸稈腐解速度不一，溝埋還田40 cm處理秸稈腐解速度相對(duì)較慢[11]，因而秸稈殘留量多，其水分總含量高于溝埋還田20 cm處理[20]；另一方面，溝埋還田20 cm處理20 cm以下緊實(shí)，溝埋還田40 cm處理由于下層(20—40 cm)土壤疏松，導(dǎo)致下層土壤水分向上層蒸發(fā)速率較快[21]，上層土壤中水分含量相對(duì)較高，因而溝埋還田40 cm處理上層土壤水勢(shì)高于溝埋還田20 cm處理。綜上結(jié)果表明，秸稈溝埋還田具有較好的排水降漬效果，在降雨量較小或降水結(jié)束后短期內(nèi)溝埋還田40 cm處理排水降漬效果較好，而從長(zhǎng)期效果來(lái)看，溝埋還田20 cm處理效果最好。

3.3秸稈集中溝埋還田對(duì)土壤溫度的影響

土壤溫度是影響作物生長(zhǎng)的重要生態(tài)因子，對(duì)作物根系水分、養(yǎng)分等吸收有重要影響[22].楊濱娟等研究表明，較對(duì)照相比，秸稈還田配施化肥后在8：00和20:00時(shí)提高了土壤溫度，在14：00時(shí)降低了土壤溫度，并且具有降低整日低溫變化幅度的作用[23]。Ramakrishna[24]等研究表明，秸稈覆蓋還田主要影響10 cm以內(nèi)土溫，而對(duì)深層土溫的調(diào)控作用較小。本研究表明，在小麥拔節(jié)期，秸稈溝埋還田具有增大溝埋還田20 cm處理秸稈層以上0—15 cm土壤日較差的作用，這是由于秸稈層的存在，一方面吸收了較多的上層土壤熱量，另一方面，秸稈下層土壤熱量不能有效的傳遞到秸稈上層土壤中[25]。秸稈溝埋還田40 cm時(shí)，秸稈上層0—20 cm土壤日較差反而較低，這可能是由于溝埋還田40 cm，翻動(dòng)土壤較深，使得0—40 cm土壤較為疏松，白天溫度高時(shí)，進(jìn)入土壤深層的熱量較多，夜晚溫度降低時(shí)，下層土壤熱量可以較快的向上層傳送，使得上層土壤溫差變化較小。因而溝埋還田40 cm有降低表層土壤日較差的作用。秸稈溝埋還田還具有增加溝埋還田20 cm處理0—15 cm以及溝埋還田40 cm處理0—20 cm土壤日均溫的作用，這與埋草溝具有較好的排水降漬效果及降低土壤容重，增加土壤孔隙度有較大關(guān)系。一方面，排水降漬較好，導(dǎo)致埋草溝中土壤含水量低，由于水的比熱容較高，土壤含水量少，在吸收了同樣的熱量之后，土壤溫度上升的越高；另一方面，土壤容重低，土壤孔隙度高，表明土壤通氣性較好，有利于水分的蒸發(fā)，降低了土壤含水量，同樣有利于土壤溫度的增加。溝埋還田20 cm處理在20 cm處較為特殊，此處秸稈上層土壤較為疏松，下層土壤較為緊實(shí)，形成類似于排水溝的結(jié)構(gòu)，因此此處秸稈和土壤濕度大。同時(shí)，秸稈的腐解也會(huì)產(chǎn)生一定的熱量[26]，這些因素的綜合作用一方面導(dǎo)致溫度變化幅度較小，土壤日較差低于對(duì)照；另一方面，土壤日均溫較小，其值與對(duì)照較為接近。秸稈溝埋還田增加了溝埋還田20 cm處理秸稈層以上土壤日較差，其對(duì)作物生長(zhǎng)的影響仍有待進(jìn)一步研究。

參考文獻(xiàn)(References):

[1]王寧堂, 王軍利, 李建國(guó).農(nóng)作物秸稈綜合利用現(xiàn)狀、途徑及對(duì)策. 陜西農(nóng)業(yè)科學(xué), 2007, (2): 112- 115.

[2]路文濤, 秸稈還田對(duì)寧南旱作農(nóng)田土壤理化性狀及作物產(chǎn)量的影響[D]. 西安: 西北農(nóng)林科技大學(xué), 2011.

[3]Hedge DM. Effect of soil matric potential method of irrigation and nitrogen fertilization on yield quality nutrient uptake and water use of radish (RaphanussativusL.). Irrigation Science, 1987, 8(1): 13- 22.

[4]謝文, 鄭元紅, 胡娟, 陸笛, 申玲. 畢節(jié)地區(qū)小麥秸稈覆蓋還土試驗(yàn)研究. 貴州農(nóng)業(yè)科學(xué), 2002, 30(5): 17- 20.

[5]劉春曉. 稻麥兩熟制秸稈溝埋還田作用特點(diǎn)研究[D]. 南京: 南京農(nóng)業(yè)大學(xué), 2010.

[6]徐海成, 尹燕枰, 蔡鐵, 倪英麗, 楊衛(wèi)兵,彭佃亮, 楊東清, 王振林. 冬小麥拔節(jié)期不同莖蘗對(duì)低溫脅迫的反應(yīng)及抗凍性評(píng)價(jià). 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2013, 24(8): 2197- 2204.

[7]劉陽(yáng). 玉米秸稈還田對(duì)接茬冬小麥生長(zhǎng)、衰老及土壤碳氮的影響. 西安: 西北農(nóng)林科技大學(xué), 2008.

[8]劉世平, 陳文林, 聶新濤, 張洪程, 戴其根, 霍中洋, 許軻. 麥稻兩熟地區(qū)不同埋深對(duì)還田秸稈腐解進(jìn)程的影響. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2007, 13(6): 1049- 1053.

[9]高文玲, 卞新民, 吳潔, 郭偉, 李勝, 杜磊, 石建福. 溝埋還田方式下不同埋草量對(duì)冬季稻CO2排放的影響. 農(nóng)業(yè)系統(tǒng)科學(xué)與綜合研究, 2011, 27(3): 295- 300.

[10]查良玉, 吳潔, 仇忠啟, 段華平, 曹偉召, 杜磊, 卞新民. 秸稈機(jī)械集中溝埋還田對(duì)農(nóng)田凈碳排放的影響. 水土保持學(xué)報(bào), 2013, 27(3): 229- 236.

[11]李新舉, 張志國(guó), 李貽學(xué). 土壤深度對(duì)還田秸稈腐解速度的影響. 土壤學(xué)報(bào), 2001, 38(1): 135- 138.

[12]魯如坤. 土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法. 北京: 中國(guó)農(nóng)業(yè)科技出版社, 2000

[13]衛(wèi)茂榮. 一次取樣連續(xù)測(cè)定土壤物理性質(zhì)的方法. 遼寧林業(yè)科技, 1990, (1): 56- 57.

[14]江永紅, 宇振榮, 馬永良. 秸稈還田對(duì)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)及作物生長(zhǎng)的影響. 土壤通報(bào), 2001, 32(5): 209- 213.

[15]朱琳, 劉春曉, 王小華, 孫勤芳, 卞新民. 水稻秸稈溝埋還田對(duì)麥田土壤環(huán)境的影響. 生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報(bào), 2012, 28(4): 399- 403.

[16]慕平, 張恩和, 王漢寧, 方永豐. 連續(xù)多年秸稈還田對(duì)玉米耕層土壤理化性狀及微生物量的影響. 水土保持學(xué)報(bào), 2011, 25(5): 81- 85.

[17]周紹松, 李永梅, 鄭毅, 周敏. 大麥/蠶豆間作對(duì)土壤水勢(shì)的影響. 土壤通報(bào), 2009, 40(3): 487- 491.

[18]賀軍奇. 土壤水勢(shì)與桃樹生命互作過(guò)程試驗(yàn)研究[D]. 西安: 西北農(nóng)林科技大學(xué), 2008.

[19]張亞麗, 李懷恩, 張興昌. 土壤質(zhì)地對(duì)坡地土壤水分運(yùn)動(dòng)與轉(zhuǎn)化特征的影響研究. 灌溉排水學(xué)報(bào), 2008, 27(6): 27- 30.

[20]馬永良, 師宏奎, 張書奎, 呂潤(rùn)海. 玉米秸稈整株全量還田土壤理化性狀的變化及其對(duì)后茬小麥生長(zhǎng)的影響. 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2003, 8(增刊): 42- 46.

[21]崔向新, 蒙仲舉, 高永, 王劍然, 劉志國(guó), 秦清船. 不同粒徑礫石覆蓋對(duì)土壤水分蒸發(fā)的影響. 中國(guó)農(nóng)村水利水電, 2009, (3): 21- 23.

[22]易建華, 賈志紅, 孫在軍. 不同根系土壤溫度對(duì)烤煙生理生態(tài)的影響. 中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 2008, 16(1): 62- 66.

[23]楊濱娟, 黃國(guó)勤, 錢海燕. 秸稈還田配施化肥對(duì)土壤溫度、根際微生物及酶活性的影響. 土壤學(xué)報(bào), 2014, 51(1): 150- 157.

[24]Ramakrishna A, Tam HM, Wani S P, Long T D. Effect of mulch on soil temperature, moisture, weed, infestation and yield of groundnut in northern Vietnam. Field Crops Research, 2006, 95(2/3): 115- 125.

[25]陳素英, 張喜英, 裴冬, 孫宏勇. 秸稈覆蓋對(duì)夏玉米田棵間蒸發(fā)和土壤溫度的影響. 灌溉排水學(xué)報(bào)，2004, 23(4): 32- 36.

[26]強(qiáng)學(xué)彩. 秸稈還田量的農(nóng)田生態(tài)效應(yīng)研究[D]. 北京: 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué), 2003.

Effects of rice and wheat straw ditch-buried returns on the soil physical properties of wheat fields

WU Junsong1, LIU Jian2, LIU Xiaofei1, YANG Haishui1, WANG Xiaohua1, XU Mingmin1, WEI Yafeng2, BIAN Xinmin1,*

1CollegeofAgriculture,NanjingAgriculturalUniversity,Nanjing210095,China2InstituteofAgriculturalScienceResearchintheYangtzeRiverinJiangsu,Nantong226541,China

Key Words:rice and wheat straw; ditch-buried return; bulk density; total porosity; soil water potential; soil temperature

Abstract：Straw usually refers to the aboveground part of crops after grain harvesting and is the main byproduct of crop production. Straw return is considered an effective way of recycling crop straw residues. In this study, a 5.5-year field experiment was conducted to evaluate different total straw returning methods using the following treatments: ditch-buried return at 20 cm and at 40 cm soil depths and the control treatment of conventional tillage with no straw return. The amount of rice and wheat straw returned was 2 kg/m2and 1 kg/m2, respectively. This study investigated the soil water potential and soil temperature at the different ditch-buried return depths, as well as the effect of long-term ditch-buried returns to a depth of 20 cm on the bulk density and total porosity of soils. Our results suggested that a ditch-buried return to a depth of 20 cm could reduce soil bulk density and increase total porosity compared with the control treatment. The beneficial effects on soil structure were present even after 4.5 years. The effect gradually declined as the length of time after straw return increased. In the 0—7 cm soil layer, the bulk density and total porosity of ditch-buried return at 20 cm and 40 cm depth gradually became closer to the control treatment. However, there were significant differences between both ditch-buried straw return depths and the control treatment in the 7—14 cm soil layer. When rainfall was high (26.6 mm), the variation in soil water potentials of the ditch-buried return to depths of 20 cm and 40 cm were 15.7 kPa and 14.8 kPa, respectively, within two hours, whereas the change in the soil water potential of control treatment was 2.2 kPa. This indicates that the soil water potentials of ditch-buried return to depths of 20 cm and 40 cm show a faster increase than the control treatment. When rainfall was low (10 mm), the water potential of ditch-buried return to a depth of 40 cm showed a faster increase than that of ditch-buried return to a depth of 20 cm, which was faster than the control treatment. It was found that the water potentials of ditch-buried return to depths of 20 cm and 40 cm decreased rapidly and were lower than the control treatment 12 days after rainfall. The changes in soil water potentials for both ditch-buried straw returns and the control treatment were 187.62 kPa, 141.38 kPa, and 104.48 kPa, respectively. The soil water potential of each treatment over 40 consecutive days was control treatment > ditch-buried return 40 cm > ditch-buried return 20 cm. On average, the soil water potentials of ditch-buried return to depths of 20 cm and 40 cm were significantly lower than those of the control treatment (P< 0.05). The soil diurnal temperature range was ditch-buried return 20 cm > control treatment > ditch-buried return 40 cm, when measured at a soil depth of between 0 and 15 cm. However, it was highest for the control treatment at 20 cm soil depth. In addition, ditch-buried straw return to a depth of 20 cm increased the mean daily temperature in the 0—15 cm soil layer, and ditch-buried straw return to a depth of 40 cm increased mean daily temperature in the 0—20 cm soil layer. The mean daily temperature at 20 cm soil depth of ditch-buried return to a depth of 20 cm was close to that of the control treatment. In summary, ditch-buried straw return improves soil physical properties in a rice-wheat rotation system in the Yangtze River delta agricultural regions.

基金項(xiàng)目:農(nóng)業(yè)部公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(xiàng)(200803028); 環(huán)保公益性行業(yè)科研專項(xiàng)(201109024)

收稿日期:2014- 09- 07; 網(wǎng)絡(luò)出版日期:2015- 08- 05

*通訊作者

Corresponding author.E-mail: bjxlml@163.com

DOI:10.5846/stxb201409071766

吳俊松, 劉建, 劉曉菲, 楊海水, 王小華, 許明敏, 魏亞鳳, 卞新民.稻麥秸稈集中溝埋還田對(duì)麥田土壤物理性狀的影響.生態(tài)學(xué)報(bào),2016,36(7):2066- 2075.

Wu J S, Liu J, Liu X F, Yang H S, Wang X H, Xu M M, Wei Y F, Bian X M.Effects of rice and wheat straw ditch-buried returns on the soil physical properties of wheat fields.Acta Ecologica Sinica,2016,36(7):2066- 2075.