不同轮耕方式与生物炭对土壤酶活性、土壤养分及小麦和玉米产量的影响

doi:10.16035/j.issn.1001-7283.2022.03.031

摘要/Abstract

摘要：

通过研究豫东平原不同轮耕方式与生物炭对土壤酶活性、养分及小麦和玉米产量的影响,为该地区选择适宜的耕作与培肥制度提供理论依据。采用3年田间定位试验,以小麦旋耕玉米免耕不施生物炭（RB0）为对照,设置3种生物炭用量（B1：2.5t/hm²,B2：5.0t/hm²,B3：7.5t/hm²）和2种轮耕耕作方式（R：小麦旋耕玉米免耕,D：小麦深翻玉米免耕）的交互处理。结果表明,在0~20cm土层,与RB0相比,不同处理均能显著提高土壤有机碳、速效养分含量及土壤酶活性,不同轮耕方式下土壤有机碳、速效养分含量及土壤酶活性随生物炭施用量增加而增加,RB3和DB3处理效果最好。在20~40cm土层,D处理显著提高土壤有机碳、速效养分含量及土壤酶活性,其中DB3处理效果最好。与2020年相比,除土壤碱性磷酸酶外,2021年不同处理均不同程度地提高了土壤有机碳、速效养分含量、脲酶和蔗糖酶活性。不同处理均能够显著增加小麦和玉米产量,2020年增幅分别为6.02%~17.52%和5.07%~11.02%,2021年分别为7.01%~20.87%和6.53%~18.13%,DB3处理产量最高,显著高于其他大部分处理。

关键词: 轮耕方式, 生物炭, 土壤酶活性, 土壤养分, 产量

Abstract:

The effects of different rotation tillage methods and biochar on soil enzyme activity, nutrient and yield in the Eastern Henan Plain were studied, aiming to select suitable tillage and fertilization system. Field experiments of three years were carried out with wheat rotary tillage and maize no tillage+no biochar (RB0) as the control, the three kinds of biochar dosage (B1: 2.5t/ha, B2: 5.0t/ha, B3: 7.5t/ha) and two rotation tillage methods (R: wheat rotary tillage and maize no tillage, D: wheat deep plowing and maize no tillage) were set. The results revealed that different treatments could considerably improve the level of soil organic carbon, accessible nutrients and soil enzyme activity in the 0-20cm soil layer compared to RB0 treatment. Biochar application improved the levels of soil organic carbon, accessible nutrients, and soil enzyme activity under varied rotation tillage, with RB3 and DB3 having the best treatment effect. In 20-40cm soil layer, the treatment of wheat deep plowing and maize no tillage significantly increased the content of soil organic carbon, available nutrients and soil enzyme activity, and DB3 treatment had the best effect. Compared with 2020, except soil alkaline phosphatase, different treatments in 2021 increased soil organic carbon, available nutrient content, urease and invertase activities to varying degrees. Different treatments could significantly increase wheat and maize yields, with the increase rates of 6.02%-17.52% and 5.07%-11.02% in 2020, and 7.01%-20.87% and 6.53%-18.13% in 2021. DB3 treatment had the highest yield, significantly higher than other treatments.

Key words: Rotation tillage, Biochar, Soil enzyme activity, Soil nutrients, Yield

郭书亚, 尚赏, 汤其宁, 张艳, 卢广远. 不同轮耕方式与生物炭对土壤酶活性、土壤养分及小麦和玉米产量的影响[J]. 作物杂志, 2022 (3): 211–217

Guo Shuya, Shang Shang, Tang Qining, Zhang Yan, Lu Guangyuan. Effects of Different Rotation Tillage Methods and Biochar on Soil Enzyme Activity, Soil Nutrients and Yield of Wheat and Maize[J]. Crops, 2022(3): 211–217

图/表 5

表1

图1

图2

表2

表3

参考文献 32

[1]	韩上, 卢昌艾, 武际, 等. 深耕结合秸秆还田提高作物产量并改善耕层薄化土壤理化性质. 植物营养与肥料学报, 2020, 26(2):276-284.
[2]	张海林, 高旺盛, 陈阜, 等. 保护性耕作研究现状、发展趋势及对策. 中国农业大学学报, 2005, 10(1):16-20.
[3]	陈学文, 张晓平, 梁爱珍, 等. 耕作方式对黑土硬度和容重的影响. 应用生态学报, 2012, 23(2):439-444.
[4]	王慎强, 李欣, 徐富安, 等. 长期施用化肥与有机肥对潮土土壤物理性质的影响. 中国生态农业学报, 2001, 9(2):77-78.
[5]	王改兰, 段建南. 长期施肥对黄土丘陵区土壤理化性质的影响. 水土保持学报, 2006, 20(4):82-89.
[6]	Pandey D, Agrawal M, Bohra J S. Effects of conventional tillage and no tillage permutations on extracellular soil enzyme activities and microbial biomass under rice cultivation. Soil and Tillage Research, 2014, 136:51-60. doi: 10.1016/j.still.2013.09.013
[7]	刘水. 不同耕作方式对农田夏玉米土壤微生物的影响. 安徽农业科学, 2018, 46(34):91-93,110.
[8]	刘红杰, 习向银, 刘朝科, 等. 深翻耕和连作对植烟土壤养分及其生物活性的影响. 福建农业学报, 2011, 26(2):298-303.
[9]	刘淑梅, 孙武, 张瑜, 等. 小麦季不同耕作方式对砂姜黑土玉米农田土壤微生物特性及酶活性的影响. 玉米科学, 2018, 26(1):103-107.
[10]	龙潜, 董士刚, 朱长伟, 等. 不同耕作模式对小麦-玉米轮作下潮土养分和作物产量的影响. 水土保持学报, 2019, 33(4):9.
[11]	朱长伟, 龙潜, 董士刚, 等. 小麦-玉米季不同旋耕和深耕管理对潮土微生物量碳氮与酶活性的影响. 植物营养与肥料学报, 2020, 26(1):51-63.
[12]	陈温福, 张伟明, 孟军. 农用生物炭研究进展与前景. 中国农业科学, 2013, 46(16):3324-3333.
[13]	刘小宁, 蔡立群, 黄益宗, 等. 生物质炭对旱作农田土壤持水特性的影响. 水土保持学报, 2017(4):112-117.
[14]	王典, 张祥, 姜存仓, 等. 生物质炭改良土壤及对作物效应的研究进展. 中国生态农业学报, 2012, 20(8):963-967.
[15]	孟繁昊, 高聚林, 于晓芳, 等. 生物炭配施氮肥改善表层土壤生物化学性状研究. 植物营养与肥料学报, 2018, 24(5):1214-1226.
[16]	王智慧, 殷大伟, 王洪义, 等. 生物炭对土壤养分、酶活性及玉米产量的影响. 东北农业科学, 2019, 44(3):14-19.
[17]	邹春娇, 张勇勇, 张一鸣, 等. 生物炭对设施连作黄瓜根域基质酶活性和微生物的调节. 应用生态学报, 2015, 26(6):1772-1778.
[18]	顾美英, 徐万里, 唐光木, 等. 生物炭对灰漠土和风沙土土壤微生物多样性及与氮素相关微生物功能的影响. 新疆农业科学, 2014, 51(5):926-934.
[19]	Vaccaria F P, Baronti S, Lugato E. Biochar as a strategy to sequester carbon and increase yield in durum wheat. European Journal of Agronomy, 2011, 34(4):231-238. doi: 10.1016/j.eja.2011.01.006
[20]	关松荫. 土壤酶学研究方法. 北京: 农业出版社, 1986.
[21]	鲍士旦. 土壤农化分析. 北京: 中国农业出版社, 2000.
[22]	王玉玲, 李军, 柏炜霞. 轮耕体系对黄土台塬麦玉轮作土壤生产性能的影响. 农业工程学报, 2015, 31(1):107-116.
[23]	陈山, 龙世平, 崔新卫, 等. 施用稻壳生物炭对土壤养分及烤烟生长的影响. 作物研究, 2016, 30(2):141-147.
[24]	高利华, 屈忠义. 膜下滴灌条件下生物质炭对土壤水热肥效应的影响. 土壤, 2017, 49 (3):614-620.
[25]	石晓宇, 张婷, 贾浩, 等. 生物炭对设施土壤化学性质及黄瓜产量品质的影响. 农学学报, 2019, 9(4):59-65.
[26]	冀保毅. 深耕与秸秆还田的土壤改良效果及其作物增产效应研究. 郑州:河南农业大学, 2013.
[27]	龙潜. 不同轮耕模式对潮土不同土层理化性状及作物产量的影响. 郑州:河南农业大学, 2019.
[28]	尚杰, 耿增超, 王月玲, 等. 施用生物炭对塿土微生物量碳、氮及酶活性的影响. 中国农业科学, 2016, 49(6):1142-1151.
[29]	张黛静, 胡晓, 马建辉, 等. 耕作和培肥对豫中区小麦-玉米轮作系统土壤氮平衡和温室气体排放的影响. 应用生态学报, 2021, 32(5):1753-1760.
[30]	李娟, 葛磊, 曹婷婷, 等. 有机肥施用量和耕作方式对旱地土壤水分利用效率及作物生产力的影响. 水土保持学报, 2019, 33(2):121-127.
	赵亚丽, 郭海斌, 薛志伟, 等. 耕作方式与秸秆还田对冬小麦-夏玉米轮作系统中干物质生产和水分利用效率的影响. 作物学报, 2014, 40(10):1797-1807.
[31]	姜英, 王峥宇, 廉宏利, 等. 深翻,有机无机肥配施对稻田水分渗漏和氮素淋溶的影响. 中国农业科学, 2021, 54(20):4385-4395.
[32]	孙悦, 李从锋, 齐华. 耕作和秸秆还田方式对东北春玉米吐丝期根系特征及产量的影响. 中国农业科学, 2020, 53(15):3071-3082.

相关文章 15

[1]	冯常辉, 焦春海, 张友昌, 别墅, 秦鸿德, 王琼珊, 张教海, 王孝刚, 夏松波, 蓝家样, 陈全求. 基于部分NCII交配设计的陆地棉产量和纤维品质性状遗传分析[J]. 作物杂志, 2022, (5): 13–21
[2]	常海刚, 李广, 袁建钰, 谢明君, 祁小平. 不同施肥方式对甘肃陇中黄土丘陵区土壤养分及春小麦产量的影响[J]. 作物杂志, 2022, (5): 160–166
[3]	张玺, 谢晋, 黄浩, 高仁吉, 鲁超, 周意霖, 梁增发, 王维. 普洱烟区氮肥运筹及株距对烤烟品种云烟116产量和质量的影响[J]. 作物杂志, 2022, (5): 188–194
[4]	石必显, 陶建飞, 高燕, 谢会红, 阿卜力米提·艾尔肯, 程平山, 麦提图尔荪·萨迪克, 沙红. 不同种植密度对3个复播食葵品种植株形态及产量的影响[J]. 作物杂志, 2022, (5): 195–200
[5]	徐敏, 金路路, 李瑞春, 孙丽园, 王子胜. 辽河流域棉区棉花化学封顶技术应用研究[J]. 作物杂志, 2022, (5): 201–207
[6]	陶玥玥, 孙华, 王海候, 陆长婴, 沈明星. 刈割期与晾晒天数对饲料油菜产量和粗蛋白含量及水分的影响[J]. 作物杂志, 2022, (5): 215–220
[7]	张崇华, 段里成, 王尚明, 张清霞, 王成孜, 吴风雨, 杨林. 播期对江西晚稻产量及温光资源利用的影响[J]. 作物杂志, 2022, (5): 229–234
[8]	潘俊峰, 刘彦卓, 梁开明, 黄农荣, 彭碧琳, 傅友强, 胡香玉, 钟旭华, 李妹娟, 胡锐. 长期和短期减施磷肥对华南双季稻产量与磷肥利用的影响[J]. 作物杂志, 2022, (5): 241–248
[9]	李睿, 董立强, 商文奇, 于广星, 代贵金, 王铮, 李跃东. 水稻苗期不同喷淋间隔处理对其生长发育及产量的影响[J]. 作物杂志, 2022, (5): 249–254
[10]	陈士勇, 王锐, 陈志青, 张海鹏, 王娟娟, 单玉华, 杨艳菊. 纳米锌和离子锌对水稻产量形成及籽粒锌含量的影响[J]. 作物杂志, 2022, (4): 107–114
[11]	唐建鹏, 陈京都, 温凯, 张明伟, 谢成林, 陆佩玲, 闵思桂, 王企銮, 成洁旻. 稻虾共作模式下不同优良食味粳稻物质生产及产量特征研究[J]. 作物杂志, 2022, (4): 115–123
[12]	孙庆圣, 原程, 张玉先. 减施氮肥和接种根瘤菌对黑大豆光合特性及产量的影响[J]. 作物杂志, 2022, (4): 132–137
[13]	杜甫, 夏茂林, 刘新源, 于兆锦, 张展, 刘云飞, 姬小明. 丙烯酰胺/羧甲基纤维素/生物炭复合水凝胶对烟苗镉胁迫的缓解效应研究[J]. 作物杂志, 2022, (4): 138–145
[14]	谢奎忠, 孙小花, 罗爱花, 柳永强, 唐德晶, 朱永永, 胡新元. 基施锌肥对长期连作马铃薯抗病性相关酶活性、土传病害和产量的影响[J]. 作物杂志, 2022, (4): 154–159
[15]	李祖军, 姜雪, 杨通莲, 吴朝昕, 张习春, 江学海, 龙武华, 张玉珊, 朱速松. 不同肥料配比对贵州禾苟当1号产量及食味品质的影响[J]. 作物杂志, 2022, (4): 160–166

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处理 Treatment	2020		2021
处理 Treatment	0~20cm	20~40cm	0~20cm	20~40cm
RB0	9.60d	5.07d	9.55c	5.11d
RB1	10.28c	5.78c	10.86b	5.71c
RB2	10.37c	5.62c	11.67a	5.60c
RB3	11.09b	5.63c	12.04a	5.89c
DB1	10.29c	5.66c	10.86b	5.93c
DB2	10.48c	6.18b	11.73a	6.74b
DB3	11.65a	6.70a	11.94a	7.28a
方差分析Analysis of variance
轮耕方式 Rotation tillage	*	**	ns	**
生物炭Biochar	**	**	**	**
轮耕方式×生物炭 Rotation tillage×biochar	*	**	ns	**

处理 Treatment	2020		2021
处理 Treatment	小麦 Wheat	玉米 Maize	小麦 Wheat	玉米 Maize
RB0	6924.51d	8258.74d	6974.16e	8298.37e
RB1	7341.63c	8476.23c	7463.82d	8627.26d
RB2	7528.38c	8578.51bc	7714.93cd	8846.39cd
RB3	7819.62b	8913.67a	7973.28bc	9157.72bc
DB1	7538.28c	8512.41c	7782.35cd	8869.47cd
DB2	7892.49ab	8879.34ab	8172.41ab	9238.16b
DB3	8137.72a	8946.83a	8429.56a	9566.54a
方差分析Analysis of variance
耕作方式 Rotation tillage	**	*	**	**
生物炭Biochar	**	**	**	**
轮耕方式×生物炭 Rotation tillage×biochar	ns	ns	ns	ns

项目 Item	有机碳 Organic carbon	碱解氮 Alkali hydrolyzed nitrogen	速效磷 Available phosphorus	速效钾 Available potassium	脲酶 Urease	蔗糖酶 Sucrase	碱性磷酸酶 Alkaline phosphatase	小麦产量 Wheat yield	玉米产量 Maize yield
有机碳Organic carbon	1
碱解氮Alkali hydrolyzed nitrogen	0.90^**	1
速效磷Available phosphorus	0.94^**	0.98^**	1
速效钾Available potassium	0.93^**	0.98^**	1.00^**	1
脲酶Urease	0.94^**	0.93^**	0.98^**	0.98^**	1
蔗糖酶Sucrase	0.90^**	0.98^**	0.99^**	0.99^**	0.97^**	1
碱性磷酸酶Alkaline phosphatase	0.93^**	0.97^**	0.99^**	0.99^**	0.98^**	0.99^**	1
小麦产量Wheat yield	0.92^**	0.82^*	0.81^*	0.81^*	0.79^*	0.75^*	0.79^*	1
玉米产量Maize yield	0.92^**	0.79^*	0.81^*	0.81^*	0.81^*	0.75^*	0.79^*	0.99^**	1