秸秆覆盖的农田生态效应

秸秆覆盖对农田生态效应的影响Ⅱ秸秆覆盖的农田生态效应摘要秸秆覆盖地面后，改善了农田下垫面的性质和能量平衡，农田土壤水、肥、气、热环境及农田小气候因此产生较大变化，从而对作物的生理生态产生了较大影响，随着节水农业和土壤碳循环理论的发展和成熟，秸秆覆盖研究作为当代保护性农业的新颖课题之一，备受广泛关注。为了深刻理解不同量秸秆覆盖的农田生态环境效应，本文主要通过分析秸秆覆盖对土壤温度、水分、养分、酶、土壤碳库、生物结构和农田杂草病虫及小气候的影响，从而为该领域的研究和发展提供参考依据。秸秆覆盖对农田生态效应的影响Ⅱ目录摘要.................................................................................................................Ⅰ目录.................................................................................................................Ⅱ第一章文献综述.............................................................错误!未定义书签。1.1研究背景.................................................................错误!未定义书签。1.2国内外秸秆覆盖技术研究进展.............................错误!未定义书签。1.2.1国外秸秆覆盖技术研究进展..........................错误!未定义书签。1.2.2国内秸秆覆盖技术研究进展..........................错误!未定义书签。1.3秸秆覆盖的农田生态效应....................................................................21.3.1秸秆覆盖对土壤物理性状的影响................................................21.3.2秸秆覆盖对土壤养分的影响........................................................21.3.3秸秆覆盖对土壤酶活性和土壤生物的影响................................21.3.4秸秆覆盖对农田小气候的影响....................................................31.3.5秸秆覆盖对田间杂草病虫的影响................................................31.3.6秸秆覆盖对作物生长和产量的影响.............................................31.4研究的目的与意义.................................................................................3参考文献....................................................................................................5秸秆覆盖对农田生态效应的影响1第一章文献综述1.1研究背景农业水资源紧缺已经成为制约中国特别是西北干旱半干旱地区经济可持续发展的一个重要限制因素（员学锋等2006）。干旱地区农业生产的主要问题在于缺少水分，天然降水少是导致干旱的根本原因，也是干旱半干旱地区农作物产量较低的一个重要原因。水分通过地表径流和蒸发作用而大量的损失，导致干旱加剧，所以如何减少水分损失，特别是减少是蒸发对水分的损失，是改进旱地农业耕作技术的核心。水土保持、土壤肥力、可再生资源的利用、生态环境的维护以及生产安全等可持续发展问题与农作物秸秆的合理利用关系密切(高旺盛和朱文珊2001)。作为农业大国，我国秸秆资源丰富，据统计全国每年产生各类秸秆约7亿吨，占世界秸秆产生量的25%左右，近年来随着农作物单产的不断提高，总秸秆量也在不断增加，秸秆资源量过剩的问题日趋突出，主要体现在两个方面：一是在传统种植方式下，大量秸秆被付之一炬从而造成了农业生态环境污染、资源浪费和安全隐患；二是农业生产中投入的大量化肥带来了环境恶化、江河湖泊的富营养化、地下硝酸盐浓度升高等诸多问题、长期单纯施用化肥不利于土壤肥力的发育。由此，随着农业现代化的迅猛发展，加快对这个问题的解决已成为当务之急(刘建生2005)。1.2国内外秸秆覆盖技术研究进展1.2.1国外秸秆覆盖保墒技术研究进展国外对免耕秸秆覆盖耕作的研究起源于美国20世纪30一40年代。1942年美国成立了土壤保护局，总结开发了免耕技术。1943年美国农学家福克纳首先明确否定了犁耕的必要，20世纪50年代初开始进行减少土壤耕作的试验(BowdenL1979)。前苏联在20世纪50年代在开发中亚地区的时候也发生了类似美国的“黑风暴”，全苏谷物研究所与阿尔泰耕作研究所的科研人员，结合马尔采夫深松耕作法与加拿大的抗旱留茬无壁犁耕作法，并配合除草剂，逐渐形成了一套适合旱地的蓄水保墒耕作法，在全苏旱农地区大面积推广。英国1973-1974年应用免耕面积为2×105hm2，10年后增加到2.75×105hm2，仅次于美国（DeprsehRandMoriyaK.1998）。正是由于在现代化的进程中，应用大型农业机械化对土地滥耕滥种，导致严重的土壤水蚀和风蚀，从而推动了包括覆盖在内的少免耕技术的发展(籍增顺和王盛霞1994)。目前，在美国、澳大利亚等国家，免耕秸秆覆盖耕作法已经相当普及和完善，并取得了较好的效果。美国农业保护性耕作的主要技术内容可以概括为少耕免耕、残茬覆盖和合理轮作。要求地表残茬覆盖率必须达到30%以上，尽量减少不必要的田间作业工序，通过合理轮作，留茬覆盖、合理施肥等综合措施，为作物创造良好的生态环境，达到高产、高效、低耗、保护环境、减少水土流失的目的（刘杰等1994）。1.2.2国内秸秆覆盖保墒技术研究进展秸秆覆盖对农田生态效应的影响2据我国农业历史记载，早在公元6世纪中叶，《齐民要术》中便有蔬菜地盖草越冬保温保湿技术。在我国农业史上，施用有机物培肥地力至少可以追溯到二千四百年前。我国的秸秆资源非常丰富，可作为改土培肥材料施入土壤的秸秆主要有玉米、稻草、麦秸等。现代秸秆覆盖的试验研究在我国起步较晚，大约开始于20世纪70年代，但主要还是80年代以后，当时的研究多以一种秸秆覆盖量的免耕或少耕与传统耕作不覆盖进行比较，而缺乏秸秆覆盖量方面的研究，所以有些试验不够理想。伴随着少免耕技术的发展，秸秆覆盖技术得到相应的发展(旱做农业耕作栽培体系及增产机理课题组1993)。就当前我国秸秆覆盖耕作法应用的区域和种类而言，华北农区(北京、天津、河北、河南、山东、山西和内蒙古)和西北农区(陕西、甘肃、新疆等地)多采用玉米和小麦秸秆进行农田覆盖,西南农区(重庆、四川、云南、贵州)、华南农区(海南、广东、广西、福建)和长江中下游农区(湖北、湖南、江西、江苏、安徽、浙江)多采用稻草进行农田覆盖，在东北农区(辽宁、吉林、黑龙江及内蒙古部分地区)因温度较低、风大和秸秆腐熟慢,覆盖耕作法还比较少见。此外，在部分油菜产区(西南农区、长江中下游农区)也广泛采用油菜秸秆进行覆盖。从秸秆覆盖的方式来看，可以分为全耕整秆覆盖、半耕整秆覆盖、半耕整秆半覆盖,在粮食主产区这几种方式均比较常见，此外目前还有将地膜和秸秆结合起来的二元覆盖方式，但其效果还有待验证。1.3秸秆覆盖的农田生态效应1.3.1秸秆覆盖对土壤物理性状的影响秸秆覆盖可以显著改善土壤物理性状，而且随覆盖年限和覆盖数量的不同，改善效果存在较大差异。秸秆覆盖可减轻降水对土壤的直接拍打、淋洗和冲击，使表土不被压实，也可以消除因阳光曝晒而引起的表土龟裂，维持土壤的良好结构；覆盖还田后，提高了土壤有机质量，加之土壤中蚯蚓等动物活动的增强，可使耕层土壤的结构得以较大改善。研究表明，秸秆覆盖可使土壤容重降低1.86％一10.9％，土壤孔隙度提高2.88％一60.5％，土壤水稳性团聚体含量增加104.5％。1.3.2秸秆覆盖对土壤养分的影响农作物秸秆自身的有机质及营养元素比较丰富，也是土壤养分及有机质的重要补充来源。地面覆盖秸秆后，可使地表C/N发生变化，土壤中的养分相应地得到协调和改善，土壤中有机质含量显著增加，为提高肥力奠定了物质基础。王玉坤等的研究发现，连续覆盖2a，可增加土壤有机质0．14％、腐殖质0．27％，全氮O．02％；0—20cm土层，连续覆盖2—3a后的土壤有机质、全氮和全磷质鼍分数均明显高于不覆盖，也有随覆盖量增加而提高的趋势。可见，随着秸秆覆盖年限的增加，其增加肥力的效果越显著。1.3.3秸秆覆盖对土壤酶活性及土壤生物的影响土壤酶作为土壤肥力的一个重要标志,在有机质分解、营养物质转化、污染物降解及修复等方面起着重要的作用(杜社妮等2007；贾伟等2008；陶军等2010；Lilianetal.1995)，其酶活性会随着作物种类、耕作与管理方式和土壤环境条件的变化而变化。有试验表明（卜玉山等2006；杜守宇等1994；刘冬青等秸秆覆盖对农田生态效应的影响32003；王顺霞等2004；袁家富1996），秸秆覆盖措施可以增加土壤有机质含量，且随覆盖年限的增加而增加，这主要是因为土壤腐殖质是土壤有机质的核心，也是土壤肥力的重要物质基础。土壤生物包括土壤动物和微生物，是土壤生态系统的重要组成部分，土壤微生物是土壤中最活跃的生物体。它参与许多营养成份的转化过程，对提高土壤养分，促进作物生育有积极作用。然而它在土壤中的数量、比例和活性却与土壤中水、热等条件密切相关。大量研究表明，秸秆覆盖能使土壤细菌总数、放线菌数、棒状细菌数和贫营养细菌数量增加，特别是能使芽孢杆菌数量增多几倍，还可使土壤真菌、固氮菌、好气性纤维素菌和嫌气性纤维素菌等微生物数量增加，土壤生物学活性改变。1.3.4秸秆覆盖对农田小气候的影响在秸秆覆盖条件下，土壤温度年、日变化均趋缓和，低温时有“增温效应”，高温时又有“低温效应”，这种双重效应对作物生长十分有利。如夏玉米实行残茬覆盖后，地面热量平衡发生明显变化，湍流热通量增大，而潜热通量减小，从而使地面温度降低，有效地抑制了土壤水分蒸发，使土壤温度增大，因而有利于促进植株蒸腾，使土壤水分从无效消耗向有效消耗转化。1.3.5秸秆覆盖对田间杂草病虫的影响农田杂草是农业生产中的重要问题之一，给农业生产造成巨大损失，长期使用除草剂不仅污染环境，且易使杂草产生抗药性。有关研究已证明，覆盖秸秆可抑制农田杂草，与不覆盖相比，可降低农田的杂草密度。原因有两个方面，首先是因为覆盖产生种间的“他感效应”，同样抑制了杂草的生长。1.3.6秸秆覆盖对作物生长和产量的影响秸秆覆盖可优化作物产量结构因子，改善土壤的供水供肥条件，提高水分和养分利用效率，进而促进作物的生长发育，具有较好的增产效果。覆盖秸秆以后，有效地减少了土壤棵间蒸发，而增加了作物的蒸腾量，变非生产性耗水为有效耗水(张海林等2002)，这主要是因为秸秆覆盖相当于在地表形成了一层保护层，减缓了地表气体对流。与覆膜措施不同的是，覆盖秸秆以后既有利于降水的均匀入渗，又能阻挡太阳辐射到达土壤表面，防止土壤水分的过多蒸发，还可使作物根部的土壤水分保持相对稳定，提高了水分利用效率和作物的产量，同时还为下一季作物的生长提供了良好的水分条件。在干旱年份，当降水和灌溉水均不能满足作物需水量，覆盖的增产效果则更加明显。1.4研究的目的和意义水资源日益紧缺对全世界的农业生产都产生了很大的影响，而我国的农业水资源短缺问题尤为突出，人均水资源占有量远远