一種秸稈配合生物炭免耕改良砂質(zhì)潮土的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于土壤改良技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種秸桿配合生物炭免耕改良砂質(zhì)潮土 的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 黃淮平原沙地面積203.1 X 104 hm2，是黃淮平原主要低產(chǎn)土壤類型。砂質(zhì)潮土土 壤質(zhì)地輕，保肥保水能力差、嚴(yán)重影響水肥利用效率，進(jìn)而影響小麥/玉米高產(chǎn)高效。因此， 探尋適宜的改良方法，提升砂質(zhì)潮土土壤養(yǎng)分含量及作物產(chǎn)量，能為砂質(zhì)潮土的改良提供 理論和實(shí)踐意義。
[0003] 秸桿還田是當(dāng)今世界上普遍重視的一項(xiàng)培肥地力的增產(chǎn)措施，在杜絕了秸桿焚燒 所造成的大氣污染的同時(shí)還有增肥增產(chǎn)作用。農(nóng)作物秸桿是農(nóng)田土壤有機(jī)質(zhì)的重要來(lái)源。 秸桿中含有農(nóng)作物生長(zhǎng)需要的氮、磷、鉀、鎂、鈣和硫等營(yíng)養(yǎng)元素，可以作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中重 要的肥料資源。還田不僅是回收利用秸桿的一種重要方式，還可以減少野外焚燒秸桿出現(xiàn) 的浪費(fèi)資源和環(huán)境污染等問(wèn)題。秸桿還田后在土壤中分解，能有效提高土壤有機(jī)質(zhì)含量和 肥料利用率，改良土壤結(jié)構(gòu)和物理性狀，使土壤疏松，孔隙度增加，容量減輕，促進(jìn)微生物活 力和作物根系的發(fā)育，綜合改善土壤水、肥、氣、熱等方面的生態(tài)效益。因此，秸桿還田能夠 改善砂質(zhì)潮土的理化性狀，進(jìn)而提高作物產(chǎn)量。
[0004] 生物炭（biochar)是生物質(zhì)在無(wú)氧條件下緩慢高溫分解得到的富含碳的有機(jī)物 質(zhì)。生物炭的兩個(gè)特性十分有價(jià)值:1、生物碳具有特殊的物理化學(xué)構(gòu)造，具有較強(qiáng)穩(wěn)定性和 離子吸附交換性能，難以分解，2、相比其它形式的土壤有機(jī)物質(zhì)，生物炭能夠保持土壤養(yǎng) 分。由于這兩個(gè)特性，生物炭產(chǎn)生三個(gè)環(huán)境效益：（1)減緩氣候變化，（2)提高土壤肥力，提高 作物產(chǎn)量，（3)減少環(huán)境污染。所以該材料在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用日益引起了研究者的重視，成為 當(dāng)前研究的熱點(diǎn)，為改良土壤，保肥增產(chǎn)提供新的途徑。
[0005] 免耕作為一項(xiàng)重要的保護(hù)性耕作措施，在蓄水保墑、培肥土壤、保護(hù)環(huán)境、節(jié)本增 效、增加農(nóng)民收入等方面表現(xiàn)出了其他耕作方式不可替代的作用，產(chǎn)生了良好的社會(huì)、經(jīng)濟(jì) 和生態(tài)效益，已成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。長(zhǎng)期以來(lái)，黃淮海平原一直采用秸桿全量還田，小麥 收獲后玉米季免耕還田，小麥季翻耕還田，屬于一種半免耕模式。但是目前有關(guān)全免耕對(duì)該 區(qū)域中低產(chǎn)田土壤理化性質(zhì)優(yōu)劣以及作物產(chǎn)量的影響尚存在爭(zhēng)議。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種秸桿配合生物炭免耕改良砂質(zhì)潮土 的方法，砂質(zhì)潮土采用全免耕模式，播種后覆蓋一半秸桿和該秸桿等碳量的生物炭，經(jīng)過(guò)3 年6季的改良試驗(yàn)，有效改善砂質(zhì)潮土物理化學(xué)結(jié)構(gòu)，提升了砂質(zhì)潮土養(yǎng)分和作物產(chǎn)量。 [0007 ]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案： 一種秸桿配合生物炭免耕改良砂質(zhì)潮土的方法，步驟如下： (1)玉米收獲后，一半質(zhì)量的玉米秸桿移除，一半質(zhì)量的玉米秸桿切成4~6cm小段得到 玉米秸桿碎，用開(kāi)溝器直接開(kāi)5cm深小溝播種小麥，然后均勻撒施玉米秸桿碎和玉米秸桿碎 等碳量的生物炭； (2)小麥?zhǔn)斋@后，一半質(zhì)量的小麥猜桿移除，一半質(zhì)量的小麥猜桿切成4~6cm小段得到 小麥秸桿碎，然后均勻撒施小麥秸桿碎和小麥秸桿碎等碳量的生物炭，播種器直接播種玉 米； (3 )重復(fù)步驟（1)和步驟(2 )三次。
[0008] 所述生物炭的總碳含量510.68，1^-1，(：/^為68.1，？!1為9.7。
[0009] 玉米和小麥化肥施用量一致，均為純N 180 kg/hm2、P2〇5 120 kg/hm2、K20 60 kg/ hm2，磷鉀肥全部在小麥、玉米出苗后于壟間一次性開(kāi)溝施入，氮肥60%作基肥，40%作追肥在 小麥拔節(jié)期和玉米大喇叭口期追肥溝施，追肥立即灌水，其他農(nóng)田栽培管理措施與當(dāng)?shù)剞r(nóng) 民管理習(xí)慣一致。
[0010] 所述小麥品種為周麥17,玉米品種為鄭單958。
[0011] 本發(fā)明的有益效果:砂質(zhì)潮土采用全免耕模式，播種后覆蓋一半全量秸桿和一半 等碳量的生物炭，經(jīng)過(guò)3年6季的改良試驗(yàn)，有效改善砂質(zhì)潮土物理化學(xué)結(jié)構(gòu)，提升了砂質(zhì)潮 土養(yǎng)分和作物產(chǎn)量。秸桿和生物炭是兩種不同碳形式，二者混施提高了田間碳源輸入形式 的多樣化。秸桿的主要成分是相對(duì)容易腐解的木質(zhì)纖維素類多糖物質(zhì)，能快速被微生物分 解并釋放養(yǎng)分，而生物炭是秸桿高溫炭化后的產(chǎn)物，性質(zhì)穩(wěn)定，其比表面積大，陽(yáng)離子代換 能力強(qiáng)，其中的碳形式較難降解，生物炭施用能改善土壤物理結(jié)構(gòu)。砂質(zhì)潮土物理狀態(tài)不 佳，粘粒含量低，土壤孔隙大，不保水不保肥。秸桿與生物炭混合配施，還田秸桿體現(xiàn)的是生 物化學(xué)作用，而生物炭體現(xiàn)的是其對(duì)砂質(zhì)潮土物理性質(zhì)的改善。秸桿的易降解性質(zhì)使得秸 桿自身養(yǎng)分元素可以快速釋放為作物利用，另外秸桿為土壤微生物增殖提供碳源，增殖微 生物又能促進(jìn)土壤中養(yǎng)分元素的周轉(zhuǎn)和有效化，滿足植物生長(zhǎng)需要，而生物炭的施用能有 效增加土壤總有機(jī)碳的積累，改善土壤容重、吸附性能、團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)、孔隙及持水量等物理 指標(biāo)，所以二者等比例混合施用比單獨(dú)施用效果好，二者配施提升土壤肥力效果最佳。長(zhǎng)期 以來(lái)，免耕措施能減少水土流失，有利于土壤水分的保蓄，所以免耕條件下，秸桿生物炭還 田對(duì)改良砂質(zhì)潮土有顯著的效果。
【附圖說(shuō)明】
[0012] 圖1為免耕模式下秸桿配合生物炭覆蓋還田降低砂質(zhì)潮土容重。
[0013] 圖2為免耕模式下秸桿配合生物炭降低砂質(zhì)潮土團(tuán)聚體分型維數(shù)D。
[0014] 圖3為免耕模式下秸桿配合生物炭覆蓋還田增加土壤含水量。
[0015] 圖4為免耕模式下秸桿配合生物炭覆蓋提升土壤有機(jī)質(zhì)含量。
[0016] 圖5為免耕條件下秸桿配合生物炭還田下砂質(zhì)潮土微生物群落結(jié)構(gòu)。
[0017]圖6為CK處理砂質(zhì)潮土土壤微生物群落結(jié)構(gòu)。
【具體實(shí)施方式】
[0018]試驗(yàn)設(shè)置在河南省新鄭市航空港區(qū)華北小麥-玉米輪作營(yíng)養(yǎng)與施肥科學(xué)觀測(cè)試驗(yàn) 站內(nèi)進(jìn)行。該地區(qū)地處黃河流域，全年氣候溫和濕潤(rùn)，四季分明。平均氣溫14.2°C，最高42.5 °C，最低一 12.9°C。無(wú)霜期年平均233天，年均降雨量676.1臟，最大降水量1083111111，6~9月份 降雨量占全年降雨量的64%。采用小麥-玉米一年兩熟種植方式。土壤類型為砂質(zhì)潮土，其基 本土壤理化性質(zhì)位:有機(jī)碳含量10.1 g/kg，堿解氮32.62mg/ kg，速效磷19.4 mg/kg，速效 鉀75. Omg/kg，pH 為7.2，0-60cm土壤機(jī)械組成為，砂粒81.28%，粉粒12.94%，粘粒5.77%。
[0019] 試驗(yàn)用生物炭購(gòu)自商丘三利生物能源有限公司，原料為小麥秸桿，經(jīng)厭氧500°C炭 化而成。其基本性質(zhì)為:總碳含量510.6 8*1^-1，(：/^為68.1，？!1為9.7。
[0020] 對(duì)照例 常規(guī)全量秸桿還田操作(CK):玉米收獲后，全部秸桿切成5cm左右小段還田，常規(guī)翻耕， 播種小麥。小麥?zhǔn)斋@后秸桿切成5cm左右小段均勻覆蓋，播種器直接在麥茬壟間播種玉米。 在黃淮海平原砂質(zhì)潮土區(qū)，主要采用這種玉米季免耕、小麥季翻耕的半免耕耕作措施。 實(shí)施例
[0021 ]本實(shí)施例（NT+1/2B+1/2S)的秸桿配合生物炭免耕改良砂質(zhì)潮土的方法，步驟如 下： (1) 玉米收獲后，一半質(zhì)量的玉米秸桿移除，一半質(zhì)量的玉米秸桿切成4~6cm小段得到 玉米秸桿碎，用開(kāi)溝器直接開(kāi)5cm深小溝播種小麥，然后均勻撒施玉米秸桿碎和玉米秸桿碎 等碳量的生物炭； (2) 小麥?zhǔn)斋@后，一半質(zhì)量的小麥猜桿移除，一半質(zhì)量的小麥猜桿切成4~6cm小段得到 小麥秸桿碎，然后均勻撒施小麥秸桿碎和小麥秸桿碎等碳量的生物炭，播種器直接播種玉 米； (3 )重復(fù)步驟（1)和步驟(2 )三次。
[0022]于2012年起在河南新鄭市航空港區(qū)華北小麥玉米輪作試驗(yàn)站進(jìn)行。2013年6月小 麥?zhǔn)斋@后進(jìn)行整地劃分小區(qū)。小區(qū)面積為6mX3m=18m2,小區(qū)田間排列采取完全隨機(jī)區(qū)組排 列，重復(fù)3次，為阻斷水分和養(yǎng)分的移動(dòng)，小區(qū)間用厚3mm的塑料板隔開(kāi)，隔板深度為60cm。采 用"S"形取樣法采集試驗(yàn)點(diǎn)0~20cm和20-40cm土層土壤樣品，每個(gè)小區(qū)采集10鉆作為待測(cè) 樣品，然后用無(wú)菌袋密封保存帶回實(shí)驗(yàn)室做后期的處理分析。各小區(qū)化肥施用量一致，均為 純N 180 kg/hm2、P2〇5 120 kg/hm2、K20 60 kg/hm2,磷鉀肥全部在小麥、玉米出苗后一次性 施入，氮肥60%作基肥，40%作追肥在小麥拔節(jié)期和玉米大喇叭口期追肥溝施，追肥立即灌 水。小麥品種為周麥17、玉米品種為鄭單958。其他農(nóng)田栽培管理措施與當(dāng)?shù)剞r(nóng)民管理習(xí)慣 一致。
[0023] (一)土壤容重的測(cè)定:土壤容重用環(huán)刀法測(cè)定。
[0024]在小麥?zhǔn)斋@期，對(duì)各小區(qū)0-20cm 土層進(jìn)行土壤容重測(cè)定（圖1)，分析免耕模式下秸 桿配施生物炭和對(duì)照之間土壤容重的差異。經(jīng)過(guò)連續(xù)3年的田間定位改良試驗(yàn)，不同處理間 土壤容重發(fā)生了變化，常規(guī)秸