一种秸秆配合生物炭免耕改良砂质潮土的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于土壤改良技术领域，具体涉及一种秸杆配合生物炭免耕改良砂质潮土 的方法。
【背景技术】
[0002] 黄淮平原沙地面积203.1 X 104 hm2，是黄淮平原主要低产土壤类型。砂质潮土土 壤质地轻，保肥保水能力差、严重影响水肥利用效率，进而影响小麦/玉米高产高效。因此， 探寻适宜的改良方法，提升砂质潮土土壤养分含量及作物产量，能为砂质潮土的改良提供 理论和实践意义。
[0003] 秸杆还田是当今世界上普遍重视的一项培肥地力的增产措施，在杜绝了秸杆焚烧 所造成的大气污染的同时还有增肥增产作用。农作物秸杆是农田土壤有机质的重要来源。 秸杆中含有农作物生长需要的氮、磷、钾、镁、钙和硫等营养元素，可以作为农业生产中重 要的肥料资源。还田不仅是回收利用秸杆的一种重要方式，还可以减少野外焚烧秸杆出现 的浪费资源和环境污染等问题。秸杆还田后在土壤中分解，能有效提高土壤有机质含量和 肥料利用率，改良土壤结构和物理性状，使土壤疏松，孔隙度增加，容量减轻，促进微生物活 力和作物根系的发育，综合改善土壤水、肥、气、热等方面的生态效益。因此，秸杆还田能够 改善砂质潮土的理化性状，进而提高作物产量。
[0004] 生物炭（biochar)是生物质在无氧条件下缓慢高温分解得到的富含碳的有机物 质。生物炭的两个特性十分有价值:1、生物碳具有特殊的物理化学构造，具有较强稳定性和 离子吸附交换性能，难以分解，2、相比其它形式的土壤有机物质，生物炭能够保持土壤养 分。由于这两个特性，生物炭产生三个环境效益：（1)减缓气候变化，（2)提高土壤肥力，提高 作物产量，（3)减少环境污染。所以该材料在农业上的应用日益引起了研究者的重视，成为 当前研究的热点，为改良土壤，保肥增产提供新的途径。
[0005] 免耕作为一项重要的保护性耕作措施，在蓄水保墒、培肥土壤、保护环境、节本增 效、增加农民收入等方面表现出了其他耕作方式不可替代的作用，产生了良好的社会、经济 和生态效益，已成为当前研究的热点。长期以来，黄淮海平原一直采用秸杆全量还田，小麦 收获后玉米季免耕还田，小麦季翻耕还田，属于一种半免耕模式。但是目前有关全免耕对该 区域中低产田土壤理化性质优劣以及作物产量的影响尚存在争议。
【发明内容】
[0006] 针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种秸杆配合生物炭免耕改良砂质潮土 的方法，砂质潮土采用全免耕模式，播种后覆盖一半秸杆和该秸杆等碳量的生物炭，经过3 年6季的改良试验，有效改善砂质潮土物理化学结构，提升了砂质潮土养分和作物产量。 [0007 ]为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案： 一种秸杆配合生物炭免耕改良砂质潮土的方法，步骤如下： (1)玉米收获后，一半质量的玉米秸杆移除，一半质量的玉米秸杆切成4~6cm小段得到 玉米秸杆碎，用开沟器直接开5cm深小沟播种小麦，然后均匀撒施玉米秸杆碎和玉米秸杆碎 等碳量的生物炭； (2)小麦收获后，一半质量的小麦猜杆移除，一半质量的小麦猜杆切成4~6cm小段得到 小麦秸杆碎，然后均匀撒施小麦秸杆碎和小麦秸杆碎等碳量的生物炭，播种器直接播种玉 米； (3 )重复步骤（1)和步骤(2 )三次。
[0008] 所述生物炭的总碳含量510.68，1^-1，(：/^为68.1，？!1为9.7。
[0009] 玉米和小麦化肥施用量一致，均为纯N 180 kg/hm2、P2〇5 120 kg/hm2、K20 60 kg/ hm2，磷钾肥全部在小麦、玉米出苗后于垄间一次性开沟施入，氮肥60%作基肥，40%作追肥在 小麦拔节期和玉米大喇叭口期追肥沟施，追肥立即灌水，其他农田栽培管理措施与当地农 民管理习惯一致。
[0010] 所述小麦品种为周麦17,玉米品种为郑单958。
[0011] 本发明的有益效果:砂质潮土采用全免耕模式，播种后覆盖一半全量秸杆和一半 等碳量的生物炭，经过3年6季的改良试验，有效改善砂质潮土物理化学结构，提升了砂质潮 土养分和作物产量。秸杆和生物炭是两种不同碳形式，二者混施提高了田间碳源输入形式 的多样化。秸杆的主要成分是相对容易腐解的木质纤维素类多糖物质，能快速被微生物分 解并释放养分，而生物炭是秸杆高温炭化后的产物，性质稳定，其比表面积大，阳离子代换 能力强，其中的碳形式较难降解，生物炭施用能改善土壤物理结构。砂质潮土物理状态不 佳，粘粒含量低，土壤孔隙大，不保水不保肥。秸杆与生物炭混合配施，还田秸杆体现的是生 物化学作用，而生物炭体现的是其对砂质潮土物理性质的改善。秸杆的易降解性质使得秸 杆自身养分元素可以快速释放为作物利用，另外秸杆为土壤微生物增殖提供碳源，增殖微 生物又能促进土壤中养分元素的周转和有效化，满足植物生长需要，而生物炭的施用能有 效增加土壤总有机碳的积累，改善土壤容重、吸附性能、团聚体结构、孔隙及持水量等物理 指标，所以二者等比例混合施用比单独施用效果好，二者配施提升土壤肥力效果最佳。长期 以来，免耕措施能减少水土流失，有利于土壤水分的保蓄，所以免耕条件下，秸杆生物炭还 田对改良砂质潮土有显著的效果。
【附图说明】
[0012] 图1为免耕模式下秸杆配合生物炭覆盖还田降低砂质潮土容重。
[0013] 图2为免耕模式下秸杆配合生物炭降低砂质潮土团聚体分型维数D。
[0014] 图3为免耕模式下秸杆配合生物炭覆盖还田增加土壤含水量。
[0015] 图4为免耕模式下秸杆配合生物炭覆盖提升土壤有机质含量。
[0016] 图5为免耕条件下秸杆配合生物炭还田下砂质潮土微生物群落结构。
[0017]图6为CK处理砂质潮土土壤微生物群落结构。
【具体实施方式】
[0018]试验设置在河南省新郑市航空港区华北小麦-玉米轮作营养与施肥科学观测试验 站内进行。该地区地处黄河流域，全年气候温和湿润，四季分明。平均气温14.2°C，最高42.5 °C，最低一 12.9°C。无霜期年平均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%。采用小麦-玉米一年两熟种植方式。土壤类型为砂质潮土，其基 本土壤理化性质位:有机碳含量10.1 g/kg，碱解氮32.62mg/ kg，速效磷19.4 mg/kg，速效 钾75. Omg/kg，pH 为7.2，0-60cm土壤机械组成为，砂粒81.28%，粉粒12.94%，粘粒5.77%。
[0019] 试验用生物炭购自商丘三利生物能源有限公司，原料为小麦秸杆，经厌氧500°C炭 化而成。其基本性质为:总碳含量510.6 8*1^-1，(：/^为68.1，？!1为9.7。
[0020] 对照例 常规全量秸杆还田操作(CK):玉米收获后，全部秸杆切成5cm左右小段还田，常规翻耕， 播种小麦。小麦收获后秸杆切成5cm左右小段均匀覆盖，播种器直接在麦茬垄间播种玉米。 在黄淮海平原砂质潮土区，主要采用这种玉米季免耕、小麦季翻耕的半免耕耕作措施。 实施例
[0021 ]本实施例（NT+1/2B+1/2S)的秸杆配合生物炭免耕改良砂质潮土的方法，步骤如 下： (1) 玉米收获后，一半质量的玉米秸杆移除，一半质量的玉米秸杆切成4~6cm小段得到 玉米秸杆碎，用开沟器直接开5cm深小沟播种小麦，然后均匀撒施玉米秸杆碎和玉米秸杆碎 等碳量的生物炭； (2) 小麦收获后，一半质量的小麦猜杆移除，一半质量的小麦猜杆切成4~6cm小段得到 小麦秸杆碎，然后均匀撒施小麦秸杆碎和小麦秸杆碎等碳量的生物炭，播种器直接播种玉 米； (3 )重复步骤（1)和步骤(2 )三次。
[0022]于2012年起在河南新郑市航空港区华北小麦玉米轮作试验站进行。2013年6月小 麦收获后进行整地划分小区。小区面积为6mX3m=18m2,小区田间排列采取完全随机区组排 列，重复3次，为阻断水分和养分的移动，小区间用厚3mm的塑料板隔开，隔板深度为60cm。采 用"S"形取样法采集试验点0~20cm和20-40cm土层土壤样品，每个小区采集10钻作为待测 样品，然后用无菌袋密封保存带回实验室做后期的处理分析。各小区化肥施用量一致，均为 纯N 180 kg/hm2、P2〇5 120 kg/hm2、K20 60 kg/hm2,磷钾肥全部在小麦、玉米出苗后一次性 施入，氮肥60%作基肥，40%作追肥在小麦拔节期和玉米大喇叭口期追肥沟施，追肥立即灌 水。小麦品种为周麦17、玉米品种为郑单958。其他农田栽培管理措施与当地农民管理习惯 一致。
[0023] (一)土壤容重的测定:土壤容重用环刀法测定。
[0024]在小麦收获期，对各小区0-20cm 土层进行土壤容重测定（图1)，分析免耕模式下秸 杆配施生物炭和对照之间土壤容重的差异。经过连续3年的田间定位改良试验，不同处理间 土壤容重发生了变化，常规秸