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冬季温室土壤中不同方式添加水稻秸秆的腐解及其土温效应研究.pdf

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冬季温室土壤中不同方式添加水稻秸秆的腐解及其土温效应研究.pdf

p南 京 农 业 大 学 学 报 2018,411181-189 http//nauxb.njau.edu.cnJournalofNanjingAgriculturalUniversity DOI10.7685/jnau.201704020 ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������ 收 稿 日 期2017-04-13 基 金 项 目 国 家 科 技 支 撑 计 划 项 目2013BAD08B04; 南 京 市 科 技 发 展 项 目201608039; 国 家 自 然 科 学 基 金 项 目41301261; 江 苏 省 自 然 科 学 基 金 项 目BK20130680 作 者 简 介 朱 奇, 硕 士 研 究 生。 ∗ 通 信 作 者 刘 玉 涛, 副 教 授, 主 要 从 事 有 机 物 料 的 好 氧 和 厌 氧 发 酵 研 究,Tel025-58606559,E-maillytnjau@ 163.com。 朱 奇, 陈 青 春, 刘 玉 涛. 冬 季 温 室 土 壤 中 不 同 方 式 添 加 水 稻 秸 秆 的 腐 解 及 其 土 温 效 应 研 究[J]. 南 京 农 业 大 学 学 报,2018,411181-189. 冬 季 温 室 土 壤 中 不 同 方 式 添 加 水 稻 秸 秆 的 腐 解 及 其 土 温 效 应 研 究 朱 奇, 陈 青 春, 刘 玉 涛 ∗ 南 京 农 业 大 学 工 学 院/ 江 苏 省 智 能 化 农 业 装 备 重 点 实 验 室, 江 苏 南 京210031 摘 要[ 目 的] 分 析 冬 季 温 室 土 壤 不 同 方 式 添 加 水 稻 秸 秆 的 土 壤 温 度 变 化 及 秸 秆 腐 解 率 的 变 化, 为 探 讨 水 稻 秸 秆 移 位 用 于 冬 季 温 室 土 壤 增 温 提 供 参 考。 [ 方 法] 考 虑 秸 秆 用 量、 秸 秆 粉 碎、 添 加 养 分 和 添 加 腐 熟 菌 剂 等4 个 因 素, 设 计 了7 个 秸 秆 还 田 方 式 处 理, 以 不 添 加 秸 秆 为 对 照, 采 用 多 点 温 度 测 量 装 置 测 定 土 壤 温 度, 通 过 测 定 秸 秆 失 重 率 及 残 余 秸 秆 灰 分 含 量 等 表 征 秸 秆 腐 解 率。 [ 结 果] 水 稻 秸 秆 辅 以 牛 粪 或 腐 熟 菌 剂 在 冬 季 温 室 沟 埋 腐 解, 可 显 著 提 升 冬 季 温 室 土 壤 表 层 土 温, 有 效 缩 小 土 壤 温 差 在 冬 季 气 温 最 低 时, 水 稻 秸 秆 辅 以 牛 粪 处 理 比 对 照 提 升 土 温0.8℃, 辅 以 腐 熟 菌 剂 处 理 比 对 照 提 升 土 温1.1℃; 在 90d 的 试 验 期 间, 所 有 秸 秆 处 理 土 壤 温 差 平 均 降 低0.7℃, 而 水 稻 秸 秆 辅 以 牛 粪 处 理 土 壤 温 差 降 低2.0℃, 秸 秆 量 为2% 的 处 理 土 壤 温 差 平 均 降 低2.9℃, 但 秸 秆 量 为1% 且 辅 以 腐 熟 菌 剂 处 理 土 壤 温 差 平 均 降 低3.1℃。 秸 秆 在 温 室 内 集 沟 还 田 并 辅 以 适 宜 的 辅 助 剂 还 可 提 高 水 稻 秸 秆 的 腐 解 率 试 验 期 结 束 后, 未 添 加 辅 助 剂 的 秸 秆 处 理 组 的 秸 秆 失 重 率 为55.96%, 辅 以 腐 熟 菌 剂 处 理 组 的 秸 秆 失 重 率 提 高 到58.33%; 辅 以 牛 粪 的 处 理 中, 腐 解 产 物 的 残 余 灰 分 含 量 比 对 照 提 高12.6%, 辅 以 腐 熟 菌 剂 的 处 理 比 对 照 提 高26.0%。 [ 结 论] 水 稻 秸 秆 配 施 菌 剂 集 沟 添 加 于 冬 季 温 室 能 促 进 秸 秆 腐 解, 提 升 土 温, 降 低 温 差, 是 为 温 室 植 物 生 长 提 供 稳 定 温 度 环 境 的 有 效 方 式。 关 键 词 移 位 还 田; 水 稻 秸 秆; 温 室; 土 温 效 应 中 图 分 类 号S156.4;S216.2 nbsp; nbsp;文 献 标 志 码A nbsp; nbsp;文 章 编 号1000-2030201801-0181-09 Studyontheeffectsofdifferentreturningwaysonricestraw decompositionandsoiltemperatureingreenhouseinwinter ZHUQi,CHENQingchun,LIUYutao ∗ CollegeofEngineering/JiangsuKeyLaboratoryofIntelligentAgriculturalEquipment, NanjingAgriculturalUniversity,Nanjing210031,China Abstract[Objectives]The purpose of the study was to determine the effects of different rice straw returning ways on soil temperatureofgreenhouseandstrawdecompositionrate,toprovidereferenceinincreasinggreenhousesoiltemperatureinwinterand promotingstrawdecompositionprocess.[Methods]Seventreatmentsweredesignedbasedonfourfactorsasamountofricestraw, choppedorwholestraw,additionofcattlemanureanddecomposingagents. Temperaturesensorswereusedforsoiltemperature measurements,anddecompositionratewasexpressedbyweightlossrateandresidualashcontentafter90days. [Results]The decompositionofricestraw,withcattlemanureordecomposingagentsmixed,hadsignificanteffectonraisingsoiltemperatureand reducingsoiltemperaturedifferences.ComparedtoCK,soiltemperaturewasraisedby0.8℃inthecoldestdaywithricestrawand cattlemanureappliedintosoil,andby1.1℃ withricestrawanddecomposingagents.Soiltemperaturedifferencewasreducedby 0.7℃,2.0℃,2.9℃ and3.1℃ inaveragethroughouttheexperiment,undertreatmentsofonlyricestraw,ricestrawandcattle manure,ricestrawandcattlemanureanddecomposingagents,andrice strawand decomposing agents,respectively. Rice straw decompositioncouldbeenhancedwithricestrawandaddictivesappliedintosoil.Comparedwith55.96%ofweightlossrateatthe endoftheexperimentperiod90dayswithonlystrawapplied,58.33%ofweightlossratewasreachedwithstrawanddecomposing agentapplied.Comparedwiththecontrol,theresidualashcontentwasraisedby12.6%and26.0%,withstrawandcattlemanure, andwithstraw and decomposing agent applied,respectively. [Conclusions]In conclusion,application of rice straw mixed with decomposingagentsintogreenhousesoilinwinterwasaneffectivewaytopromotestrawdecomposition,raisesoiltemperatureand 南 京 农 业 大 学 学 报 第41 卷 reducingsoiltemperaturedifference,thusprovidinggreenhouseplantswithstablesoiltemperature. Keywordstranslocationtofield;ricestraw;greenhouse;soiltemperatureeffect 设 施 农 业 是 现 代 农 业 发 展 的 主 要 方 向, 近30 年, 我 国 设 施 农 业 的 发 展 日 新 月 异, 为 有 效 提 高 农 业 产 业 素 质 和 保 障 国 家 蔬 菜 等 产 品 的 供 给 作 出 了 巨 大 贡 献 [1] 。 低 温 胁 迫 一 直 是 设 施 农 业 发 展 的 重 要 限 制 因 素 [2] 。 为 了 解 决 温 室 冬 季 土 壤 温 度 过 低 的 问 题, 国 内 外 学 者 尝 试 了 化 石 燃 料 加 热 [3] 、 电 能 加 热 [4] 、 太 阳 能 加 热 [5] 及 地 热 能 加 热 [6] 等 不 同 的 土 壤 加 热 方 式; 但 由 于 存 在 成 本 过 高、 或 受 制 于 天 气 或 区 域 等 问 题, 使 得 上 述 技 术 的 应 用 受 到 了 极 大 的 限 制。 而 生 物 质 作 为 一 种 生 态 环 保 且 价 格 低 廉 的 可 再 生 资 源, 研 究 其 发 酵 产 生 的 生 物 热 在 温 室 土 壤 温 度 调 控 中 的 作 用 具 有 重 要 的 意 义 和 价 值。 秸 秆 还 田 是 改 善 土 壤 质 量、 提 高 土 壤 温 度 并 抑 制 土 传 病 害 的 重 要 途 径。 Yadvinder 等 [7] 研 究 表 明 农 作 物 秸 秆 还 田 是 土 壤 有 机 质 积 累 的 主 要 方 式;Simmons 等 [8] 研 究 发 现 麸 皮、 绿 肥 等 不 同 稳 定 性 的 有 机 物 料 组 合 后 还 田 能 有 效 提 升 土 壤 温 度 并 控 制 有 害 病 原 物;Carrieri 等 [9] 、Fang 等 [10] 和Qiu 等 [11] 研 究 发 现 秸 秆、 绿 肥 等 有 机 物 料 的 腐 解 对 土 传 病 害 具 有 抑 制 作 用 [11] 。 然 而, 秸 秆 直 接 原 位 还 田 往 往 腐 解 缓 慢、 残 体 堆 积, 在 短 时 间 内 不 仅 不 能 对 土 壤 产 生 积 极 的 效 应, 还 严 重 影 响 下 茬 作 物 的 耕 种, 降 低 了 农 民 秸 秆 还 田 的 意 愿。 而 秋 末 冬 初 直 接 原 位 还 田 的 水 稻 秸 秆 由 于 温 度 过 低 等 原 因 使 得 腐 解 更 加 困 难, 方 志 超 等 [12] 研 究 发 现 水 稻 秸 秆 配 施 腐 熟 菌 剂 后 集 沟 还 田 也 不 能 被 快 速 腐 解。 因 此, 通 过 移 位 还 田 改 进 原 位 还 田 的 不 足 具 有 重 要 意 义。 目 前, 移 位 还 田 多 在 温 室 中 进 行, 卞 中 华 等 [13] 研 究 发 现 利 用 沟 埋 玉 米 秸 秆 腐 解 时 释 放 的 热 量 和 气 体 能 分 别 提 升 冬 季 土 壤 温 度 和 补 充 气 肥, 因 此 能 够 减 少 冻 害 并 提 高 温 室 作 物 的 产 量; 于 占 东 等 [14] 研 究 发 现 水 稻 秸 秆 配 施 生 物 菌 剂 具 有 缓 解 温 室 土 壤 连 作 病 害 的 效 果。 本 文 以 稻 麦 轮 作 区 高 产 且 难 腐 解 的 水 稻 秸 秆 作 为 研 究 对 象, 以 集 沟 还 田 的 方 式, 配 施 不 同 的 有 机 物 料, 研 究 水 稻 秸 秆 移 位 还 田 对 冬 季 温 室 土 壤 温 度 及 秸 秆 腐 解 的 影 响, 以 期 为 解 决 冬 季 温 室 土 温 过 低 及 水 稻 秸 秆 直 接 原 位 还 田 腐 解 困 难 等 问 题 提 供 参 考。 1 材 料 与 方 法 1.1 供 试 材 料 土 壤 样 本 来 自 南 京 市 浦 口 区 农 田 临 近 的 温 室 大 棚 东 经11846′, 北 纬3218′,025cm 深 度 土 层 范 围 内 随 机 取 样, 土 壤 有 机 质 含 量318gkg -1 , 全 氮 含 量1.6gkg -1 。 平 摊 土 样 并 任 其 自 然 风 干, 直 到 含 水 量 不 再 变 化; 去 除 石 块、 树 枝 等 杂 物, 研 磨 后 过 孔 径2mm 筛 备 用。 当 季 新 鲜 稻 秸 秆 取 自 南 京 市 六 合 区 普 通 农 田 取 收 割 机 作 业 后, 去 除 穗 头 和 根 部 的 剩 下 部 分, 水 稻 品 种 为‘ 两 优688’ 秸 秆 有 机 质 含 量630 gkg -1 、 全 氮 含 量7.6gkg -1 , 摊 晒 风 干 备 用。 奶 牛 粪 取 自 蒙 牛 公 司 奶 牛 养 殖 基 地, 摊 晒 风 干 备 用 有 机 质 含 量318gkg -1 、 全 氮 含 量13.3gkg -1 。 腐 熟 菌 剂 由 本 实 验 室 培 养, 细 菌、 酵 母 菌 和 放 线 菌 按 一 定 比 例 复 配 而 成。 1.2 试 验 设 计 试 验 在 南 京 农 业 大 学 玻 璃 温 室 内 进 行, 主 要 装 置 为 内 尺 寸40cm30cm30cm 的 塑 料 箱、 自 行 研 制 的 土 壤 温 度 传 感 器 和 存 储 系 统 图1。 先 在 塑 料 箱 内 覆 土 约20cm, 然 后 在 距 底 部5cm 处 开 一 条 宽15cm 的 沟, 在 其 中 埋 入5cm 厚 的 水 稻 秸 秆, 最 后 覆 土 使 土 层 总 深 度 为25cm。 根 据 秸 秆 施 入 方 式 及 辅 助 剂 类 型, 试 验 设 置 如 下 处 理T0 未 经 埋 土 处 理 的 水 稻 秸 秆;T1 空 白 对 照, 不 施 入 秸 秆, 即 纯 土 壤;T2 施 入 秸 秆 1% 质 量 分 数, 下 同。 以 土 壤 质 量 为 基 础, 未 经 粉 碎 处 理 的 整 秸 秆;T3 施 入 秸 秆1%, 牛 粪3%;T4 施 入 秸 秆1%, 腐 熟 菌 剂1L;T5 施 入 秸 秆1%, 牛 粪3%, 腐 熟 菌 剂1L;T6 先 将 秸 秆 粉 碎 成5cm 小 段, 施 入 碎 秸 秆1%, 牛 粪3%, 腐 熟 菌 剂1L;T7 施 入 秸 秆1%, 牛 粪3%, 腐 熟 菌 剂1L, 并 于 土 壤 表 面 均 匀 地 覆 盖 一 层 秸 秆;T8 施 入 秸 秆2%, 牛 粪3%, 腐 熟 菌 剂1L, 并 于 土 壤 表 面 均 匀 地 覆 盖 一 层 秸 秆。 各 处 理 均 重 复3 次。 试 验 设 计 与 试 验 处 理 分 别 如 图1 和 表1 所 示。 试 验 开 始 日 期 为2015 年12 月31 日。 秸 秆 埋 入 土 壤 前, 首 先 对 秸 秆 浸 泡 使 其 吸 水, 再 根 据 各 处 理 要 求 加 入 有 机 物 料、 补 充 尿 素 将C/N 调 节 为30∶1。 秸 秆 施 入 土 壤 的 同 时, 分 别 在5、10、15cm 土 层 以 及 温 室 内 布 置 温 度 传 感 器, 每30min 检 测 和 存 储 温 度1 次, 直 至 试 验 结 束。 另 外, 在 每 个 处 理 的 秸 秆 层, 预 先 用 尼 龙 袋20 目 装10g 水 稻 秸 秆 干 质 量8.92g, 扎 实 袋 口 后 平 铺 放 置, 重 复3 次, 以 便 测 定 秸 秆 的 剩 余 质 量。 2 8 1 nbsp;第1 期 朱 奇, 等 冬 季 温 室 土 壤 中 不 同 方 式 添 加 水 稻 秸 秆 的 腐 解 及 其 土 温 效 应 研 究 图1 试 验 示 意 图 Fig.1 Experimentschema图 中 数 字 单 位 为cm, 主 视 图 中 区 域 为 处 理 设 置 区 域, 俯 视 图 中“15” 表 示 埋 秆 沟 宽 为15cm, 黑 色 圆 点 为 温 度 传 感 器 设 置 点。 Theunitofthedigitiscm.Thearea inthefrontviewistheprocessingarea.Intheverticalview,“15”meansthewidthoftheditchis 15cm,andtheblacksoliddotsarethesettingpointsofthetemperaturesensors. 表1 试 验 处 理 Table1 Treatmentsinthestudy 处 理 编 号 Treatmentcode 水 稻 秸 秆 添 加 比 例/% Proportionofricestraw 稻 秆 处 理 方 式 Ricestrawpatterns 牛 粪 添 加 比 例/% Proportionofdiarymanure 腐 熟 菌 剂 添 加 量/L Agents 表 层 覆 盖 Coverage T1 0 无None 0 0 T2 1 整 秆 埋 入Whole 0 0 T3 1 整 秆 埋 入Whole 3 0 T4 1 整 秆 埋 入Whole 0 1 T5 1 整 秆 埋 入Whole 3 1 T6 1 粉 碎 埋 入Chopped 3 1 T7 1 整 秆 埋 入Whole 3 1 + T8 2 整 秆 埋 入Whole 3 1 +注“+” 表 示 存 在; 添 加 比 例 为 添 加 量 占 风 干 土 质 量 的 百 分 比; 表 层 覆 盖 材 料 为 同 种 稻 秸 秆。 Note“+”meansexistence.Theproportionisthepercentageofmaterialamounttothedriedsoilweight.Surfacecoveringmaterialisricestraw. 90d 后, 取 出 温 度 传 感 器、 供 试 土 壤 和 腐 解 后 的 秸 秆, 按 照 测 温 装 置 采 集 的 温 度 数 据, 分 析 各 处 理 土 温 情 况。 对 于 秸 秆 的 腐 熟 情 况, 主 要 分 析 埋 入 土 壤 中 的 水 稻 秸 秆, 取 出 尼 龙 网 袋, 在 清 除 泥 土、 石 块 等 杂 物 后, 取 出 剩 余 的 水 稻 秸 秆 腐 解 产 物, 放 在 玻 璃 培 养 皿 中, 置 于 烘 箱,105℃ 下 烘 干12h 后, 冷 却 称 量, 与 原 始 质 量 相 减 并 算 出 失 重 率; 另 测 出 秸 秆 的 残 余 灰 分, 以 准 确 计 算 秸 秆 的 腐 解 率。 1.3 分 析 方 法 在 不 同 时 间 尺 度 上, 比 较 各 处 理 近 秸 秆 层15cm 土 层 的 土 壤 温 度 情 况; 在 空 间 尺 度 上, 比 较 各 处 理 不 同 土 层 的 温 度 情 况。 土 壤 温 度 数 据 具 体 处 理 方 法 如 下1 处 理 方 式 对15cm 土 层 的 周 平 均 温 度 的 影 响。 取 各 处 理15cm 土 层1 周 内 的 全 部 温 度 数 据 剔 除 异 常 数 据 后 加 和 求 平 均 值, 进 行 前 后4 周 的 均 温 比 较。 2 处 理 方 式 对15cm 土 层 日 最 低 温 度 的 影 响。 将 各 处 理 与 纯 土 壤 对 照 组T115cm 土 层 日 最 低 温 度 值 之 差 定 义 为“ 日 最 低 土 温 提 升 值”; 由 于 秸 秆 腐 解 呈 现 先 快 后 慢 的 规 律, 因 此, 考 察 秸 秆 不 同 腐 解 阶 段 日 最 低 土 温 提 升 值, 前 期 以5d 为 间 隔、 中 期 以15d 为 间 隔、 后 期 以30d 为 间 隔 直 到 第80 天。 3 处 理 方 式 对 15cm 土 层 日 温 差 的 影 响。 对 不 同 处 理15cm 土 层 不 同 腐 解 阶 段 的 日 最 高 温 与 最 低 温 之 差 进 行 比 较; 环 境 温 差 为 试 验 当 天 温 度 的 最 大 值 与 最 小 值 之 差。4 处 理 方 式 对 土 层- 温 度 关 系 的 影 响。 由 于 秸 秆 腐 解 时 期 同 一 处 理 的 同 一 土 层 温 度 随 时 间 的 变 化 呈 相 似 趋 势, 而 不 同 处 理 的 土 层- 温 度 关 系 不 同, 因 此 任 选 腐 解 时 期1d, 比 较 处 理 方 式 对 土 层- 温 度 关 系 的 影 响。 秸 秆 的 腐 解 率 根 据 失 重 率 和 灰 分 含 量 来 计 算, 方 法 参 照 文 献[15-16]; 另 外 分 析 整 个 试 验 期 间 平 均 土 温 与 秸 秆 残 余 灰 分 的 关 系。 利 用Excel2010 和SPSS17.0 对 试 验 数 据 进 行 处 理 和 统 计 分 析。 3 8 1 南 京 农 业 大 学 学 报 第41 卷 2 结 果 与 分 析 2.1 不 同 处 理 对15cm 土 层 周 平 均 温 度 的 影 响 由 图2 可 见 各 处 理 方 式 下15cm 土 层 温 度- 时 间 关 系 与 外 部 环 境 一 致, 说 明 外 界 环 境 对 土 温 影 响 较 大, 但 不 同 处 理 之 间 的 均 温 差 异 则 源 于 内 部 活 动。 试 验 开 始 至 第4 周, 温 室 内 气 温 低 于10℃, 不 同 方 式 添 加 水 稻 秸 秆 均 不 能 有 效 提 高15cm 土 层 的 周 平 均 温 度。 从 第8 周 开 始, 随 着 温 室 内 气 温 的 升 高、 微 生 物 活 动 的 加 强 以 及 秸 秆 腐 解 过 程 的 进 行, 秸 秆 不 同 添 加 方 式 处 理 的 土 壤 平 均 温 度 逐 渐 提 升; 至 第10 周 除T2 和T6、 第11 周 除T7, 其 他 秸 秆 添 加 方 式 处 理 的 土 壤 均 温 明 显 高 于 纯 土 壤 对 照 组T1。 与 未 添 加 任 何 辅 助 剂 的 处 理T2 相 比,T3T8 处 理 除T6 外 的 土 壤 温 度 普 遍 较 高。 而 处 理T6 秸 秆 以 粉 碎 方 式 施 入 的 均 温 低 于 其 他 处 理, 其 主 要 原 因 可 能 在 于 碎 秸 秆 吸 水 性 高 于 整 秸 秆, 从 而 不 利 于 腐 解 前 期 土 温 提 升。 笔 者 在 秸 秆 吸 水 量 试 验 中 发 现,170g 碎 秸 秆 和 同 量 整 秸 秆 均 浸 泡24h, 碎 秸 秆 较 整 秸 秆 多 吸 水45g, 绝 对 湿 度 高 出30.79%。 随 着 时 间 推 移, 秸 秆 水 分 逐 渐 散 失,10 周 以 后,T6 的 土 壤 均 温 提 升 至 正 常 水 平。 这 说 明 添 加 辅 助 剂 在 一 定 程 度 上 能 够 提 高 土 温, 而 土 温 的 提 升 也 易 受 秸 秆 含 水 率 的 影 响。 图2 不 同 处 理 对15cm 土 层 周 平 均 温 度 的 影 响 Fig.2 Effectsofdifferenttreatmentsontheaveragesofweeklysoiltemperatureat15cmlayerT1T8 见 表1;AIR 表 示 温 室 内 的 气 温。 同 一 组 柱 子 上 不 同 小 写 字 母 表 示 在0.05 水 平 上 差 异 显 著Duncan′s 检 验。 下 同。 ThemeaningofT1-T8isthesameastheminTable1;AIRrepresentsairtemperatureinthegreenhouse.Columnsmarkedbydifferent smalllettersinthesamegrouparesignificantlydifferentat0.05levelDuncan′stest.Thesameasfollows. 施 入2% 秸 秆T8 处 理 的15cm 土 层 的 周 均 温 在 前 期 比 施 入1% 秸 秆 的T7 处 理 低, 而 且 前4 周 差 异 不 断 增 大, 但 后 期 差 异 逐 渐 缩 小, 到 第9 周 开 始 超 过T7。 这 说 明2% 的 秸 秆 量 在 反 应 前 期 没 有1% 的 秸 秆 量 对 土 温 的 影 响 大, 但 其 作 用 时 间 更 长, 尤 其 在 反 应 后 期。 以 上 结 果 表 明 单 施 入 水 稻 秸 秆 并 不 能 明 显 提 升 土 壤 周 均 温, 而 辅 以 菌 剂 或 牛 粪 皆 能 在 一 定 程 度 上 有 助 于 土 壤 均 温 的 提 升, 但 实 际 应 用 时 应 控 制 秸 秆 湿 度, 以 防 水 分 过 多 影 响 秸 秆 腐 解 和 热 量 向 土 壤 的 传 递。 2.2 不 同 处 理 对15cm 土 层 日 最 低 温 度 的 影 响 冬 季 温 室 土 温 较 低 容 易 导 致 作 物 生 长 受 到 抑 制, 甚 至 引 起 冻 害, 因 此 需 要 研 究 各 处 理 方 式 对 日 最 低 土 温 的 提 升 效 果。 由 表2 可 见 各 处 理 对 土 壤 日 最 低 温 的 提 升 效 果 呈 先 升 后 降 趋 势。 其 中 在 腐 解 前 期 前 30d, 与T1 相 比,T4、T5、T7、T8 处 理 的 低 温 提 升 效 果 基 本 一 致; 腐 解 中 期3060dT3、T4、T5、T7、T8 的 低 温 提 升 效 果 较 好; 而 腐 解 后 期60d 以 后T4、T5、T7、T8 的 提 温 效 果 较 好, 其 中T8 的 提 温 优 势 逐 渐 凸 显,但 与 其 他3 个 处 理 没 有 明 显 差 异。 这 说 明 施 入 土 壤 的 秸 秆 量 越 多, 对 于 土 壤 低 温 的 提 升 周 期 越 长。 各 处 理 除T2 外 的 低 温 提 升 效 果 均 在 第60 天 达 到 最 好, 其 中T7 处 理 的 提 升 效 果 最 好, 提 温2.1℃。 10d 以 后, 除T2 与T6 外, 其 他 处 理 的 提 升 效 果 均 高 于0.6℃, 而 试 验 期 间1030d, 是2015 年 气 温 最 低 的 一 段 时 期, 其 中 试 验 第15 天 温 室 环 境 温 度 为0.2℃,T1 处 理 的 日 最 低 温 度 为1.2℃, 而T3 和T4 处 理 的 日 最 低 4 8 1 nbsp;第1 期 朱 奇, 等 冬 季 温 室 土 壤 中 不 同 方 式 添 加 水 稻 秸 秆 的 腐 解 及 其 土 温 效 应 研 究 温 度 分 别 为2℃ 和2.3℃, 分 别 比 纯 土 壤 对 照 高0.8℃ 和1.1℃。 以 上 结 果 表 明 在 辅 助 剂 作 用 下, 秸 秆 腐 解 反 应 加 强, 冬 季 温 室 的 土 壤 最 低 温 得 到 一 定 程 度 的 提 高, 而 菌 剂 较 牛 粪 的 效 果 更 好。 表2 不 同 处 理 对15cm 土 壤 日 最 低 温 度 的 影 响 Table2 Effectsofdifferenttreatmentsondailyminimumsoiltemperaturesat15cmlayer 处 理 Treatment 日 最 低 温 度 提 升 幅 度/℃ Amountofincreaseindailyminimumsoiltemperature 第5 天Day5 第10 天Day10 第15 天Day15 第30 天Day30 第60 天Day60 第80 天Day80 T1 0.0 a 0.0 ab 0.0 ab 0.0 a 0.0 a 0.0 a T2 -0.4 a -0.5 a -0.3 a 0.0 a -0.1 a -0.2 a T3 -0.4 a 0.7 bc 0.8 bc 0.8 abc 1.3 b 1.1 bc T4 -0.4 a 1.2 c 1.1 c 1.0 bc 1.6 b 1.4 c T5 1.0 b 1.0 c 0.8 bc 1.4 c 1.9 b 1.3 c T6 -0.1 a -0.1 ab -0.2 a 0.2 ab 0.4 a 0.3 ab T7 -0.5 a 1.0 c 0.8 bc 1.4 c 2.1 b 1.4 c T8 -0.7 a 1.0 c 0.6 bc 0.8 abc 1.8 b 1.6 c注 同 一 列 不 同 小 写 字 母 表 示 在0.05 水 平 上 差 异 显 著Duncan′s 检 验。 NoteValuesmarkedbydifferentsmalllettersinthesamecolumnaresignificantlydifferentat0.05levelDuncan′stest. 2.3 不 同 处 理 对15cm 土 层 日 温 差 的 影 响 有 研 究 表 明, 作 物 根 系 要 求 适 宜 的 土 壤 温 度 范 围 [17] , 因 此 有 必 要 分 析 不 同 处 理 方 式 对 土 层 日 温 差 的 影 响, 以 期 考 察 不 同 处 理 稳 定 土 壤 温 度 的 作 用。 由 图3 可 见 各 处 理 的 日 温 差 随 时 间 的 变 化 趋 势 与 环 境 温 差 基 本 一 致, 但 土 壤 温 差 小 于 环 境 温 差, 即 土 壤 比 空 气 的 温 度 环 境 更 稳 定, 这 与 其 他 研 究 结 果 一 致 [18] 。 另 外, 所 有 处 理T2T8 的 土 壤 温 差 均 小 于 空 白 对 照T1, 这 可 能 与 物 料 特 性 的 改 变 有 关 [19] 。 相 对 于 无 添 加 辅 助 剂 处 理T2, 辅 助 剂 处 理T3T8 下 的 日 温 差 较 小, 这 可 能 是 辅 助 剂 对 微 生 物 活 动 和 物 料 腐 解 反 应 的 影 响 所 致。 自 第10 天 开 始, 粉 碎 秸 秆T6 处 理 的 温 差 大 于 整 秸 秆 处 理T5;T4、T7、T8 处 理 的 土 壤 日 温 差 均 小 于 其 他 处 理 的 土 壤 日 温 差。 第30 天T4 处 理 下 的 土 壤 日 温 差 最 小, 为5℃, 而 对 照 组T1 的 土 壤 日 温 差 为8.9℃, 无 辅 助 剂 处 理T2 的 土 壤 日 温 差 为8.1℃,T4 处 理 使 土 壤 日 温 差 比T1 对 照 减 少 43.82%, 比 不 添 加 任 何 辅 助 剂 的T2 减 少38.27%; 而T2 比T1 对 照 只 减 少8.99%。 图3 不 同 处 理 对15cm 土 层 日 温 差 的 影 响 Fig.3 Effectsofdifferenttreatmentsondailytemperaturedifferencesat15cmlayer 对90d 试 验 期 间 不 同 处 理 的 土 壤 温 差 情 况 进 行 统 计 分 析, 发 现 所 有 秸 秆 处 理 土 壤 温 差 平 均 降 低 0.7℃, 而 水 稻 秸 秆 辅 以 牛 粪 处 理 土 壤 温 差 降 低2.0℃, 秸 秆 量 为2% 的 处 理 土 壤 温 差 平 均 降 低2.9℃, 但 秸 秆 量 为1% 且 辅 以 腐 熟 菌 剂 的 处 理 土 壤 温 差 平 均 降 低3.1℃。 上 述 分 析 表 明, 秸 秆 辅 以 菌 剂 或 辅 以 菌 剂 和 牛 粪 能 有 效 降 低 土 壤 温 差; 整 秸 秆 施 入 比 碎 秸 秆 施 入 更 有 利 于 土 壤 温 差 的 缩 小。 2.4 不 同 处 理 对 土 层- 温 度 关 系 的 影 响 对 试 验 数 据 的 分 析 表 明, 同 一 种 处 理 方 式 下 的 土 层- 温 度 关 系 与 腐 解 阶 段 无 关, 因 此, 可 随 机 选 取 试 验 期 内 某 一 天 的 数 据。 图4 为2016 年1 月16 日 各 处 理 的 土 层- 温 度 关 系, 可 以 看 出 多 数 处 理 组5cm 土 5 8 1 南 京 农 业 大 学 学 报 第41 卷 层 日 温 差 较 大, 而10cm 与15cm 土 层 温 差 较 小, 且 两 者 之 间 没 有 明 显 区 别, 这 与 大 田 情 况 基 本 一 致。 处 理 组T4、T5、T8 的 土 层- 温 度 关 系 呈 现 与 大 田 环 境 完 全 一 致 的 趋 势, 且 不 同 土 层 间 差 异 明 显, 这 可 能 是 物 料、 秸 秆 施 入 方 式、 辅 助 剂 的 共 同 作 用 所 致。 另 外, 通 过 比 较 发 现 秸 秆 施 入 降 低 各 土 层 的 温 差; 牛 粪 配 合 稻 秸 秆 施 入 土 壤 改 变 了 各 个 土 层 的 温 度 分 布, 菌 剂 作 辅 助 剂 处 理 的 各 个 土 层 温 度 分 布 与 大 田 土 温 情 况 一 致;与 碎 秸 秆 施 入 方 式 相 比, 施 入 整 秸 秆 处 理 的 土 温 分 布 与 大 田 土 温 分 布 一 致; 与1% 秸 秆 施 入 量 相 比,2% 秸 秆 施 入 量 的 处 理/p

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