一种提高耕层土壤氮素缓冲容量的秸秆还田处理方法

1.本发明涉及农业生产技术领域，具体是指一种提高耕层土壤氮素缓冲容量的秸秆还田处理方法。


背景技术：

2.氮素是植物生长必需的营养元素之一。在氮磷钾三种大量营养元素中，氮素在土壤中是最“活跃”的。施入土壤的氮肥有三个去向：被作物吸收利用、残留在土壤中、损失掉。华北平原冬小麦～夏玉米种植制度下，氮素三个去向大致为当季利用率25～45％，土壤氮素残留率30～45％，氮素损失率10～45％。其中氮肥的损失途径主要包括氨挥发、硝化～反硝化和淋洗损失。
3.常用的氮肥形态主要有三种：铵态氮(碳酸氢铵、硫铵等)、硝态氮(硝酸铵钙、硝酸磷肥等)、酰胺态氮(尿素)。在北方旱地土壤，施入的铵态氮肥或酰胺态氮肥会在微生物作用下经3～10天的时间转化成硝态氮，在很长的时间内，氮素会以硝态氮的形态被保存在土壤不同层次剖面中。土壤中硝态氮带有负电荷，而土壤胶粒也带有负电荷，导致硝态氮很少被土壤颗粒所吸附，主要以溶质的形式存在于土壤溶液中，会随土壤水的运动迁移。当降雨量或灌溉量超过田间饱和持水量时，硝态氮会随水向下迁移。通常认为0～40cm土层的氮素对作物的有效性最高，硝态氮淋溶出100cm土层会对地下水造成潜在污染，威胁人类健康。根据raun 等的定义，土壤无机n缓冲容量是指土壤剖面——植物系统对土壤中硝态氮增减的一种反应能力，这种能力可以阻止无机n在土壤中的浓度变化。简单来说就是农田土体能够保存的硝态氮的量。有研究表明小麦季、玉米季0～100cm土壤硝态氮缓冲容量变幅为12～91kg/ha、 7～63kg/ha，高于此阈值时土壤硝态氮含量迅速增加，增加了硝态氮淋失风险。土壤类型、土体结构、有机质含量、氮肥施用量、耕作方式等因素均能影响土壤硝态氮缓冲量。
4.秸秆还田是阻控氮素淋失、提高土壤硝态氮缓冲能力的有效措施，尤其是碳氮比高的作物秸秆(例如玉米秸秆)效果更为明显。麦玉轮作模式下，玉米收获后秸秆粉碎还田是秸秆最主要的处理方式。秸秆对防控氮淋失的作用，一方面通过微生物，将土壤硝态氮转化为微生物态氮，降低淋溶风险；另一方面秸秆还田提高土壤有机质含量，增加土壤的缓冲能力；还有秸秆还田能够提高土壤的保水能力，减少水分渗漏，降低土壤氮素淋失风险。这些被固定的氮素是供应作物需求重要的缓冲库。目前实际生产中，玉米秸秆还田主要是粉碎还田，秸秆被机械粉碎为粉末状或宽度1～5毫米、长度10cm以下的细丝状，粉碎的越细、越小为最好。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题是肥料氮素淋溶损失的问题，提供一种提高耕层土壤氮素缓冲容量的秸秆还田处理方法。
6.为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种提高耕层土壤氮素缓冲容
量的秸秆还田处理方法，所述的处理方法为改秸秆粉碎还田为切段还田，所述的切段还田为用机械将玉米茎秆、叶片切制成圆柱状茎秆段和片状叶片，所述的圆柱状茎秆段和片状叶片经旋耕或翻耕均匀分布在农田耕层土壤中。
7.作为改进，所述的圆柱状秸秆的长度为3～7cm。
8.作为改进，所述的圆柱状秸秆的长度为5cm。
9.本发明与现有技术相比的优点在于：与粉碎相比，切段处理改变了秸秆还田形态，由粉末状改为圆柱状小段，玉米茎秆表皮和蜡质层不被破坏，内部为秸秆茎髓，由于茎皮和蜡质层的保护，土壤溶液只能从秸秆小段两端进出秸秆内部，施肥后，土壤溶液中氮素浓度大幅度提升，段状秸秆能够暂时把高浓度的氮肥溶液贮存起来，形成天然的“肥料胶囊”，待土壤中硝态氮浓度下降，秸秆段中的氮素再扩散出来，供作物吸收利用，由此增加了耕层土壤氮素的固持能力，提高0～40cm土壤硝态氮缓冲量。
具体实施方式
10.实施例一
11.以小麦玉米轮作为试验对象，采用大田小区试验方法，研究玉米秸秆切段还田和粉碎还田对不同时期土壤硝态氮含量的影响。
12.试验设在河北省农林科学院藁城马庄试验站(n 37
°
55
′
22
″
e 114
°
46
′
53
″
)进行，试验土壤为轻壤质潮褐土，基础地力情况0～30cm土壤有机质含量15.40g/kg、全氮含量0.12％、有效磷含量9.3mg/kg、速效钾含量96mg/kg、ph 8.09。
13.试验设两个处理：玉米秸秆粉碎还田和玉米秸秆切段还田，施肥相同，养分用量如下： n 200kg/hm2、p2o5120 kg/hm2、k2o 75kg/hm2，磷钾全部底施、氮肥底追各半，肥料选用含 n 46％的尿素、含p2o543％的重过磷酸钙、含k2o 60％的氯化钾，各处理重复3次，随机区组排列，分别在小麦分蘖期即还田后20天、越冬期即还田后65天、拔节期即还田后166天、收获期即还田后247天分0～10cm、10～20cm、20～40cm三层次采集土壤样品，测定土壤硝态氮含量。
14.不同秸秆还田方式下0～40cm土层硝态氮含量见表1，小麦全生育期内，秸秆切段还田处理土壤硝态氮含量显著高于粉碎还田处理，玉米秸秆还田后20天小麦处于分蘖关键期，切段处理土壤硝态氮含量显著高于粉碎处理，其中0～10cm土层高107.4％、10～20cm土层高21.6％、20～40cm土层高28.5％，0～40cm土层平均提高52.5％；玉米秸秆还田65天，小麦停止生长进入越冬期，切段处理土壤硝态氮含量仍显著高于粉碎处理，其中0～10cm土层高36.4％、10～20cm 土层高38.4％、20～40cm土层高53.8％，0～40cm土层平均提高42.8％；玉米秸秆还田166天，小麦处于拔节期，此阶段是养分吸收关键期，切段处理土壤硝态氮含量仍显著高于粉碎处理，其中0～10cm土层高41.4％、10～20cm土层高36.8％、20～40cm土层高11.3％，0～40cm土层平均提高30.0％；玉米秸秆还田247天，小麦收获后切段处理土壤硝态氮含量仍显著高于粉碎处理，其中0～10cm土层高82.1％、10～20cm土层高40.7％、20～40cm土层高26.8％，0～40cm土层平均提高49.9％。
15.表1不同时期土壤硝态氮含量(mg/kg)
[0016][0017]
综合以上结果，玉米秸秆还田247天内，切段处理与粉碎相比0～40cm土层硝态氮含量提高30.0％～52.5％，差异最大时期在分蘖期，差异最小在拔节期。
[0018]
实施例二
[0019]
采用氮十五示踪试验方法，研究玉米秸秆切段还田和粉碎还田对土壤硝态氮含量的影响。
[0020]
试验设在河北省农林科学院藁城马庄试验站(n 37
°
55
′
22
″
e 114
°
46
′
53
″
)进行，试验土壤为轻壤质潮褐土，采用原装原位土柱进行试验：先将土柱四周土壤垂直挖出，留下直径0.44m、高1.2m的原状土柱，用塑料薄膜围起，再将四周土壤填回，夯实到接近原容重，原状土柱即为试验区域，为保持地面微区边界，在地面上以直径0.44m的pvc边框将塑料薄膜支起，使微区边缘高出地面7～9cm，n用量210kg/hm2，其中底施90kg/hm2，追施120kg/hm2，p2o5用量100kg/hm2，k2o用量75kg/hm2，底肥选用二铵18—46—03.30g/微区；丰度10.15％、含 n 46％的氮十五标记尿素1.68g/微区；含k2o 60％的氯化钾1.9g/微区；返青期追施含n 46％的普通尿素3.96g/微区，微区内种植小麦。
[0021]
小麦收获后分层取土，测定底施尿素残留率如表2所示，结果表明0～90cm土壤中，玉米秸秆切段还田处理底施氮素残留率为49.8％、秸秆粉碎还田残留率为49.2％，相差不大。而氮素在土层中的分布有明显差异，秸秆切段还田有助于氮素保存在0～40cm土层，显著降低40～90cm土层的氮素残留，其中0～20cm土层秸秆切段还田氮素残留率为25.6％，显著高于粉碎还田的23.1％，提高幅度为10.8％，20～40cm土层切段还田与粉碎还田相比，氮素残留率提高了7.6％，而40～60cm土层、60～90cm土层氮素残留率分别降低了19.0％、20.7％。
[0022]
表2小麦收获后底施尿素残留率(％)
[0023][0024]
大田试验和氮十五示踪试验结果均表明：玉米秸秆切段还田与粉碎还田相比能显著提高 0～40cm土壤无机氮容量，将氮素保持在耕层及亚耕层，降低氮素淋溶出耕层污染地下水的风险。
[0025]
以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。