秸秆还田对长期连作棉田残茬腐解及土壤有机碳平衡的影响

A long-term experiment was conducted to study the effects of continuous croppin and straw returning treatments on straw decomposing characteristics and organic carbon variation in cotton field in oasis of Xinjiang. Decomposing characteristics, nutrient releasing dynamics, formatting humus regulation, and variation between soil labile organic carbon pool and soil stable carbon pool were analysed under straw returning on soil in different continuous cropping, and revealed the regulation between soil organic matter operation and soil quality.Mineralization rates of soil organic carbon was measured by using isotope 13C labeled method, and initially established equilibrium point model of soil organic carbon under continuous cropping and straw returning in cotton field, further research should be focused on determining fitting quantity and threshold of straw returning, and aiming at providing a scientific basis for utilizing straw returning technology and improving soil fertility.

项目以新疆绿洲长期连作（配合秸秆全量还田）棉田土壤秸秆腐解特性和有机碳变化为研究对象，依托石河子大学实验站棉花长期连作定位试验田，测试分析不同连作年限棉田秸秆还田后腐解特性、养分释放规律、腐殖质形成和更新规律等以及土壤"活"性有机碳库和土壤"稳定"性碳库的变化，阐明秸秆还田对长期连作棉田土壤有机质周转和土壤质量的影响；利用同位素13C 标记法测定不同处理土壤有机碳的矿化率，初步建立起长期连作及秸秆还田条件下农田土壤有机碳平衡点模型，确定绿洲长期连作棉田秸秆还田的适宜量和阈值，为合理利用秸秆还田技术、培肥土壤提供理论依据。

本试验基于长期连作定位试验，研究了秸秆还田条件下长期连作棉田棉秆腐解规律、养分释放规律、腐殖质形成和更新以及棉田土壤有机碳组分、土壤有机碳平衡量的变化，揭示秸秆还田对长期连作棉田土壤有机质周转和土壤质量的影响。研究结果如下：1.秸秆还田可以显著提高土壤胡敏酸（HA）、胡敏素（HM）含量，使连作棉田土壤富里酸含量维持在稳定水平，随着连作年限增加HA、HM含量逐渐升高。秸秆还田棉田HA占优势，无秸秆还田棉田FA占优势。与无秸秆还田相比秸秆还田在长期连作下可以明显的提高 CHA/CFA和PQ值，且随着连作年限增加 CHA/CFA和PQ值均逐渐增大，尤其连作15年后提高效果显著，使土壤腐殖质品质朝好的方向转化。2.秸秆还田可以增加土壤SOC、LOC、SMBC含量，且随着连作年限增加逐渐升高，秸秆还田棉田不同土壤土层SOCD、(LOC/SOC)%、CPMI及qMB随着连作年限的增加亦逐渐增大，而无秸秆还田棉田变化趋势相反。不同土壤层次间土壤SOC、LOC、SMBC含量、SOCD、(LOC/SOC)%、CPMI及qMB差异表现为随着土层深度增加而降低。3.秸秆还田后经过一个腐解周期C释放率为34.82%～39.62%，N释放率为40.48%～49.88%，P释放率为28.84%～34.09%，K释放率为95.44%～97.19%。通过棉花秸秆中的C、N、P和K的释放规律可以得出，棉花秸秆还田后，60%的C被固定在土壤中，同时还为土壤提供大量的氮和钾，但对磷素释放较少。4.随着还田年限的增加，土壤中有机碳的含量及储量逐渐增加，当还田年限分别达到第28、30和39年时，0～20 cm、20～40 cm和40～60 cm土层的有机碳分别达到平衡，平衡值分别为17.2 g/kg.38 g/kg和12.72 g/kg。棉花连作及秸秆还田5年内，土壤有机碳的增长速率最快，而5年后有机碳储量增加缓慢，当还田年限达到26年时，0～60 cm土壤有机碳的最大储量为112.2 t/hm2。5.秸秆还田能提高长期连作棉田的1～0.25 mm粒径的大团聚体，使小粒径水稳性团聚体向大粒径水稳性团聚体转化，增加了>0.25 mm水稳性团聚体的含量、平均重量直径（MWD）。说明秸秆还田提高了连作棉田土壤团聚体的稳定性，改善土壤结构，提高土壤的抗侵蚀能力，缓和长期连作对土壤物理性状产生的不利影响。