CN113875340A - 一种激发式秸秆错位轮还全耕层培肥方法 - Google Patents
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Abstract
一种激发式秸秆错位轮还全耕层培肥方法，第一年小麦季用深翻梨将前茬经粉碎的玉米秸秆深翻、混匀至35 cm土层；第二年小麦季用旋耕机将经粉碎的玉米秸秆浅旋、混匀至20 cm土层；第三年小麦季用旋耕机将经粉碎的玉米秸秆浅旋、混匀至15 cm土层；第四年小麦季用旋耕机将经粉碎的玉米秸秆浅旋、混匀至20 cm土层；第五年小麦季用旋耕机将经粉碎的玉米秸秆浅旋、混匀至15 cm土层；第六年小麦季用旋耕机将经粉碎的玉米秸秆浅旋、混匀至15 cm土层，每年玉米季的前茬小麦秸秆粉碎覆盖还至土壤表层，之后每六年为一个错位轮还周期轮回培肥。提升高强度种植土壤的有机质水平；解决秸秆还田问题，改善土壤结构；提高下耕层肥力，加强养分回流，提升有机养分的供应比例。
Description
技术领域
本发明属于土壤改良技术领域，具体涉及一种激发式秸秆错位轮还全耕层培肥方法。
背景技术
秸秆还田是改良土壤，增加土壤生产能力的有效措施。一是秸秆经过堆沤后施入土壤；另一种是在作物收获后，把秸秆切碎撒在地表后用犁翻压，直接还田，这样能够改善土壤的物理性质，促进土壤团粒结构形成，增加透气、透水、保肥能力，从而提高土壤肥力。综上，提高土壤有机质是培肥的核心，但黄淮海、东北旱作区高强度种植土壤因缺省养用轮替的生态恢复过程，高有机质黑土在退化，其他碱性土类有机质难以积累。这表明高强度种植土壤有机质提升技术必须突破。另一方面，高产使土壤养分移出多，秸秆还田和有机肥施用困难、化肥施用不合理，土壤养分非均衡化严重，下耕层肥力低。
发明内容
解决的技术问题：针对上述技术问题，本发明提供一种激发式秸秆错位轮还全耕层培肥方法，能够解决肥沃耕层浅薄、养分水分容量小等问题，扩大根系适宜生长空间，同时使土壤肥力大幅提升。
技术方案：
一种激发式秸秆错位轮还全耕层培肥方法，在作物收获后，将秸秆进行处理：其中玉米秸秆粉碎并分年度还到不同耕层深度，实现全耕层培肥，小麦秸秆粉碎覆盖地表且免耕播种玉米；以下步骤1到步骤6小麦季秸秆还田均配施秸秆降解生物激发剂100kg/亩，具体包括以下步骤：
步骤1，第一年小麦季用深翻梨将前茬经粉碎的玉米秸秆深翻、混匀至35cm土层，玉米季的前茬小麦秸秆粉碎覆盖还至土壤表层；
步骤2，第二年小麦季用旋耕机将经粉碎的玉米秸秆浅旋、混匀至20cm土层，玉米季的前茬小麦秸秆粉碎覆盖还至土壤表层；
步骤3，第三年小麦季用旋耕机将经粉碎的玉米秸秆浅旋、混匀至15cm土层，玉米季的前茬小麦秸秆粉碎覆盖还至土壤表层；
步骤4，第四年小麦季用旋耕机将经粉碎的玉米秸秆浅旋、混匀至20cm土层，玉米季的前茬小麦秸秆粉碎覆盖还至土壤表层；
步骤5，第五年小麦季用旋耕机将经粉碎的玉米秸秆浅旋、混匀至15cm土层，玉米季的前茬小麦秸秆粉碎覆盖还至土壤表层；
步骤6，第六年小麦季用旋耕机将经粉碎的玉米秸秆浅旋、混匀至15cm土层，玉米季的前茬小麦秸秆粉碎覆盖还至土壤表层，之后每六年为一个错位轮还周期轮回培肥，重复步骤1至步骤6。
进一步的，所述玉米秸秆需利用秸秆粉碎机进行粉碎至不大于5cm。
进一步的，所述生物激发剂为黄腐殖酸类物质。
进一步的，所述黄腐殖酸类物质为木本泥炭通过氧化降解获取，木本泥炭腐殖酸含量＞ 40％，通过硝酸或双氧水进行氧化降解，将木本泥炭腐殖酸的分子量降低，生成小分子的黄腐殖酸。
进一步的，所述第二年米秸秆浅旋后施加化肥。
本发明技术的原理为：分年度依次把作物秸秆轮流还田至耕层不同深度，实现全耕层培肥。小麦季将玉米秸秆粉碎还田至不同耕层深度，玉米季将小麦秸秆粉碎覆盖地表且免耕播种玉米。以不同耕作措施将不同季节的秸秆错位轮还至不同耕层深度(35cm、20cm、15cm、 0cm)，并通过各种错位轮还组合，辅以少量有机肥或激发剂激发分解，从而达到全耕层培肥效果。秸秆深还将使0-35cm土层翻转，上层沃土移至深层，同时深层秸秆分解因降低C/N 比需要，截获、固持淋溶氮，减少氮损失；后续的季节性秸秆错位还田(20cm、15cm、0cm) 耦合施肥将培肥翻转到上层的贫瘠土壤。以6年为一个错位轮还周期轮回培肥，土壤肥力大幅提升。为加速秸秆转化为土壤有机质培肥地力，在秸秆轮还到35cm、20cm、15cm耕层的季节时，可添加少量有机肥或激发剂，可快速提高微生物丰度，促进秸秆分解。
有益效果：1、解决肥沃耕层浅薄、养分水分容量小问题，扩大根系适宜生长空间；2、增加耕层土壤对秸秆的容纳量，减少秸秆还田对播种和出苗等负效应；3、降低化肥氮淋溶损失，提高养分利用效率；4、克服深松或深翻不能全耕层培肥弊病；5、不同深度错位轮还可平衡深还高耗能，并全程机械化。
附图说明
图1为2020年度小麦产量示意图，其中，处理1-秸秆常规还田+生物激发剂+化肥、处理2- 秸秆常规还田+化肥、处理3-秸秆常规还田+生物炭+化肥、处理4-秸秆常规还田+不施肥、处理 5-无秸秆还田+化肥、处理6-无秸秆还田+不施肥、处理7-秸秆错位轮还+生物激发剂+化肥、处理8-秸秆错位轮还+化肥、处理9-秸秆错位轮还+不施肥；
图2为栾城试验区耕作情况图；
图3为2020年栾城试验各处理间小麦籽粒产量比较示意图；
图4为2019年各耕作处理表层0-15cm(左)和下层(15-30cm)土壤有机质含量示意图；
图5为2020年度玉米产量示意图，其中，处理1-秸秆常规还田+生物激发剂+化肥、处理2- 秸秆常规还田+化肥、处理3-秸秆常规还田+生物炭+化肥、处理4-秸秆常规还田+不施肥、处理5-无秸秆还田+化肥、处理6-无秸秆还田+不施肥、处理7-秸秆错位轮还+生物激发剂+化肥、处理8-秸秆错位轮还+化肥、处理9-秸秆错位轮还+不施肥；
图6为本发明方法示意图。
具体实施方式
以下土壤试验进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。在不背离本发明精神和实质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所作的修改和替换，均属于本发明的范围。若未特别指明，以下实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段，试验中未注明的具体测定方法均采用鲁如坤等编著，土壤农业化学分析方法，中国农业科技出版社1999中所述的测定方法。
如图6所示，玉、麦指的是玉米种植季节(小麦秸秆还田)、小麦种植季节(玉米秸秆还田，激发式秸秆错位轮还全耕层培肥方法，在作物收获后，将秸秆进行处理：其中玉米秸秆粉碎至不大于5cm并分年度还到不同耕层深度，实现全耕层培肥，小麦秸秆粉碎覆盖地表且免耕播种玉米；以下步骤1到步骤6小麦季秸秆还田均配施秸秆降解生物激发剂 100kg/亩，具体包括以下步骤：
步骤1，第一年小麦季用深翻梨将前茬经粉碎的玉米秸秆深翻、混匀至35cm土层，玉米季的前茬小麦秸秆粉碎覆盖还至土壤表层；
步骤2，第二年小麦季用旋耕机将经粉碎的玉米秸秆浅旋、混匀至20cm土层，玉米季的前茬小麦秸秆粉碎覆盖还至土壤表层；
步骤3，第三年小麦季用旋耕机将经粉碎的玉米秸秆浅旋、混匀至15cm土层，玉米季的前茬小麦秸秆粉碎覆盖还至土壤表层；
步骤4，第四年小麦季用旋耕机将经粉碎的玉米秸秆浅旋、混匀至20cm土层，玉米季的前茬小麦秸秆粉碎覆盖还至土壤表层；
步骤5，第五年小麦季用旋耕机将经粉碎的玉米秸秆浅旋、混匀至15cm土层，玉米季的前茬小麦秸秆粉碎覆盖还至土壤表层；
步骤6，第六年小麦季用旋耕机将经粉碎的玉米秸秆浅旋、混匀至15cm土层，玉米季的前茬小麦秸秆粉碎覆盖还至土壤表层，之后每六年为一个错位轮还周期轮回培肥，重复步骤1至步骤6。
实施例1
砂姜黑土激发式秸秆错位轮还全耕层培肥方法：
砂姜黑土秸秆错位轮还全耕层培肥大田实验于2017年在安徽省太和县太和现代农业综合试验站展开，实验设置九个处理(表1)，连续监测至2020年。
表1秸秆错位轮还全耕层培肥大田实验处理
如图1所示，2020年度小麦产量数据显示：与处理6不还田+不施肥对照处理相比，处理7错位轮还+生物激发剂+化肥处理增产小麦195.85％、处理8错位轮还+化肥处理增产小麦 240.56％、处理9错位轮还+不施肥增产小麦32.92％。化肥是速效的，在最开始效果提升最好。但是在持续几年下去，就不如有机肥了。
与处理1常规还田+生物激发剂+化肥相比，处理7错位轮还+生物激发剂+化肥处理增产小麦8.69％；与处理2常规还田即小麦季玉米秸秆旋耕表层还田、玉米季小麦秸秆覆盖还田+ 化肥相比，处理7错位轮还+生物激发剂+化肥处理小麦产量没有显著差异；与处理4常规还田相比，处理9秸秆错位轮还增产小麦25.29％。
如图5所示，2020年度玉米产量数据显示：与处理6不还田+不施肥对照处理相比，处理7错位轮还+生物激发剂+化肥处理增产玉米119.07％、处理8错位轮还+化肥处理增产小麦 83.12％、处理9错位轮还+不施肥增产玉米46.06％。与处理1常规还田+生物激发剂+化肥相比，处理7错位轮还+生物激发剂+化肥处理增产玉米47.56％；与处理2常规还田+化肥相比，错位轮还+生物激发剂+化肥处理增产小麦0.58％；与处理4常规还田相比，处理9秸秆错位轮还增产玉米9.11％。综上，相比于常规还田，进行错位轮还四年后，可以使砂姜黑土区玉米增产，但只进行秸秆还田有可能使得砂姜黑土区玉米减产。
实施例2
黄淮海潮褐土激发式秸秆错位轮还全耕层培肥方法：
以河北栾城为典型试点开展田间验证试验(表2)，为了便于机械化操作，所用激发剂I 为黄腐殖酸类物质100kg/亩，小麦季还田秸秆为玉米，玉米季还田秸秆为小麦。试验开始于2016年，目前已开展了四年的田间试验。试验处理包括：错位轮还处理，秸秆移除和常规秸秆还田即小麦季玉米秸秆旋耕表层还田、玉米季小麦秸秆覆盖还田对照处理，对应施肥方式包括常规施化肥即施肥量与当地农合一致和不施肥，秸秆还田另设激发剂配施处理，秸秆移除另设增施有机肥处理。通过观测和对比各处理作物生理指标、土壤养分指标和土壤结构指标来评估旱作秸秆错位轮还全耕层培肥技术实施效果。
表2潮褐土错位轮还全耕层培肥试验处理
秸秆错位轮还对冬小麦亩穗数和千粒重的影响
1)籽粒产量：2020年栾城试验各处理间小麦籽粒产量存在显著性差异，但其产量相对大小发生较大变化。如图3所示，a b c字母不同代表在0.05水平下比较，统计上有显著差异，处理 7错位轮还+常规施肥处理籽粒产量在其各处理中处于中游，籽粒干产量仅有429.10kg/亩；旋耕+移除+不施肥处理的籽粒产量反而较高，为566.57kg/亩。各处理间对比可知：①小麦季秸秆移除反而提高了冬小麦的产量。在不施肥情况下，小麦季秸秆移除每亩地增产39％；在常规施肥情况下，小麦季秸秆移除每亩地减产8％。②小麦季秸秆移除条件下，有机无机配施可以提高籽粒产量36％，平均比秸秆还田+常规施肥处理高25％左右。③小麦季秸秆还田和肥料共同作用可以实现冬小麦的高产，但是本年度的秸秆还田处理产量反而低于不还田处理，秸秆还田有可能影响作物出苗并抢夺有限的养分资源导致作物减产。
2)秸秆产量：各处理间没有显著性差异，与籽粒产量相比，具有较好的一致性。这表明，各处理对营养生长和生殖生长的分配关系没有产生显著影响，籽粒产量的变化与营养分配无关，而可能与总的养分供给和吸收情况有关。
3)籽粒产量构成:各处理间亩粒数和千粒重差异明显。比较发现，千粒重和亩穗数与籽粒产量存在明显的一致性，穗粒数没有表现出这一点，说明千粒重和亩穗数对小麦籽粒产量的贡献大。需要特别注意的是错位轮还处理的产量虽然不是最高的，但其亩穗数和千粒重均与产量最高的秸秆移除+有机无机配施处理相当。测产样本过小，代表性不足可能是导致其产量优势不明显的重要原因。
千粒重最高的是错位轮还处理，为47.19g；最低的是旋耕+移除+不施肥处理，为46.33g。常规施肥条件下，小麦季秸秆移除处理的千粒重低于还田处理，旋耕处理的千粒重低于错位轮还处理，错位轮还处理的千粒重最高。小麦季秸秆移除情况下，有机肥处理的千粒重高于化肥处理。
如表3所示，通过比较各处理亩穗数发现：①不施肥情况下，麦季秸秆还田增加了养分供给，有利于增加亩穗数；施肥情况下，秸秆还田反而会影响出苗和分蘖，降低小麦的亩穗数；②麦季秸秆移除条件下，化肥处理和施用有机肥处理的亩穗数显著高于不施肥处理。③错位轮还模式下亩穗数最高。我们认为，秸秆还田就养分而言存在正负效应，在不施肥情况下，秸秆分解为作物提供了必要而亟需的养分，有利于小麦发芽分蘖，但在施肥情况下，肥料已经提供了冬小麦必需的养分供给，秸秆的肥料效应得不到体现，反而会增加地表湿度和病虫害，过量的秸秆覆盖也会对出苗造成影响，从而影响冬小麦的发芽和分蘖。有机肥配施肥则由于其相较于化肥更长的肥效，为冬小麦分蘖提供更充分的养分供给，而更有益于冬小麦分蘖。错位轮还处理提高亩穗数的原理大体与此相似，秸秆分季节错位轮还既减少了表层秸秆堆积，也增加了底层缓效养分储量，所以最终亩穗数最高，为作物高产创造了有利条件。
表3 2020年栾城试验各处理间小麦株高、穗长、穗位数比较
综上可知，小麦季秸秆还田促进了小麦分蘖，提高了小麦产量。在小麦季秸秆移除前提下，施用有机肥比施用化肥产量高。虽然本年度错位轮还没有获得最高产量，但是错位轮还提高小麦亩穗数，增加小麦千粒重的作用再次得到证实。
错位轮还对耕层结构和肥力影响
1)土壤养分：2019年度玉米季结束后的土壤养分分析表明，无论是表层还是亚表层土壤，各处理主要养分指标没有显著性差异。
2)土壤有机质：前两年的研究结果表明，错位轮还处理的第一年秸秆深还确实延缓了秸秆的整体分解速率，显著提高了下层土壤的有机质含量，第一年就可达显著水平。第3年度的结果表明如图4所示，错位轮还表层有机质含量与常规秸杆 还田和施肥处理相当，甚至优于有机肥处理，但是下层有机质含量出现较为明显的下降。比不施肥处理平均低26％，比施化肥处理平均低19％，比有机无机配施处理低11％。其原因可能是秸秆深还只是在第一年，其对作物增产的效果在前两年较为明显，其机制如前分析，可能是为作物生长提供了更合理的养分供给，经过三年的分解和释放，深还秸秆已充分分解，无法提供更多的养分，致使本年度增产不明显。此外，秸秆深还也增加了下层土壤的通气性，促进了下层微生物活动，土壤有机质分解，造成其下降。整体而言，下层有机碳变化与近两年的产量几乎密切相关，产量高的处理往往意味着更快的有机质分解和养分供给。
3)如表4所示，土壤团聚体结构：错位轮还处理对土壤团聚体有显著的改变。秸秆深还早期结果表明，与其他处理相比，错位轮还处理耕层中的大团聚体(>2mm)显著低于其他耕作处理，但其微团聚体(0.25-0.053mm)数量显著高于其他所有耕作和肥料处理。本年度结果则表明，错位轮还处理大团聚体(>2mm)和中等尺度的团聚体(2-0.25mm)的数量明显高于其他耕作处理，大体与有机肥处理相当。年际之间的变化有可能与深还秸秆的降解过程有关，早期秸秆为充分分解，尚没有形成颗粒之间的胶结物，反而增加透气性导致大团聚体崩解，微团聚体增加，随着秸秆分解的进行，用于颗粒胶结物的有机碳增加，进行促进更大团聚体的形成。
表4潮褐土错位轮还全耕层培肥试验玉米收获后各处理耕层土壤团聚体组成
综上所述，本年度结果再次验证了错位轮还对于作物生长、土壤有机质和土壤结构具有明显的影响。虽然错位轮还对作物产量，土壤有机质和土壤结构的影响结果与前期结果有一定差异，但错位轮还增加小麦亩穗数和千粒重的结果与之前一致。错位轮还作用存在年际变化，并呈现出一定季节性规律，这表明错位轮还的评估应考虑其跨季效应。
Claims (5)
1.一种激发式秸秆错位轮还全耕层培肥方法，其特征在于，在作物收获后，将秸秆进行处理：其中玉米秸秆粉碎并分年度还到不同耕层深度，实现全耕层培肥，小麦秸秆粉碎覆盖地表且免耕播种玉米；以下步骤1到步骤6小麦季秸秆还田均配施秸秆降解生物激发剂100kg/亩，具体包括以下步骤：
步骤1，第一年小麦季用深翻梨将前茬经粉碎的玉米秸秆深翻、混匀至35 cm土层，玉米季的前茬小麦秸秆粉碎覆盖还至土壤表层；
步骤2，第二年小麦季用旋耕机将经粉碎的玉米秸秆浅旋、混匀至20 cm土层，玉米季的前茬小麦秸秆粉碎覆盖还至土壤表层；
步骤3，第三年小麦季用旋耕机将经粉碎的玉米秸秆浅旋、混匀至15 cm土层，玉米季的前茬小麦秸秆粉碎覆盖还至土壤表层；
步骤4，第四年小麦季用旋耕机将经粉碎的玉米秸秆浅旋、混匀至20 cm土层，玉米季的前茬小麦秸秆粉碎覆盖还至土壤表层；
步骤5，第五年小麦季用旋耕机将经粉碎的玉米秸秆浅旋、混匀至15 cm土层，玉米季的前茬小麦秸秆粉碎覆盖还至土壤表层；
步骤6，第六年小麦季用旋耕机将经粉碎的玉米秸秆浅旋、混匀至15 cm土层，玉米季的前茬小麦秸秆粉碎覆盖还至土壤表层，之后每六年为一个错位轮还周期轮回培肥，重复步骤1至步骤6。
2.根据权利要求1所述的一种激发式秸秆错位轮还全耕层培肥方法，其特征在于，所述玉米秸秆需利用秸秆粉碎机进行粉碎至不大于5cm。
3.根据权利要求1所述的一种激发式秸秆错位轮还全耕层培肥方法，其特征在于，所述生物激发剂为黄腐殖酸类物质。
4.根据权利要求3所述的一种激发式秸秆错位轮还全耕层培肥方法，其特征在于，所述黄腐殖酸类物质为木本泥炭通过氧化降解获取，木本泥炭腐殖酸含量＞40%，通过硝酸或双氧水进行氧化降解，将木本泥炭腐殖酸的分子量降低，生成小分子的黄腐殖酸。
5.根据权利要求1所述的一种激发式秸秆错位轮还全耕层培肥方法，其特征在于，所述第二年玉米秸秆浅旋后施加化肥。
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