文摘
机械收获粮食作物生产的发展方向。然而,残留管理方法适用于机械收割粮食已经不成立。为了研究残留管理模式对玉米产量形成的影响,探索最佳的残留管理方法机械收获粮食,四个在中国西南地区作物进行了实地调查。作物收获机械,残留物被粉碎,回到现场使用各种秸秆应用方法包括秸秆深埋耕作(SDBP),与旋耕秸秆浅埋藏(SSBRT)和秸秆覆盖免耕(SMMT)。第一个赛季强奸残留回到现场,下一季玉米产量SDBP和SSBRT明显高于SMMT。然而,随着的增加轮残留物应用程序,而SDBP SSBRT, SMMT不断增加0 30厘米土层的土壤含水量在玉米生长的早期阶段,增加了土壤alkaline-hydrolyzed 0-20厘米含氮量和40 - cm层,和减少土壤压实下40 cm层,更有利于根系生长。SMMT的玉米产量增加了5.4%,之前的赛季,而收益率与SDBP SSBRT下降了16.7%和12.7%,分别比之前的季节。总之,建议采用SMMT方法在农作物收获机械,具有重要意义,提高土壤质量,增加玉米籽粒产量。
1。介绍
以前的研究已经指出,传统农业的长期应用方法和消除作物残留严重干扰和破坏了土壤的自然结构,产生一个连续的土壤有机质含量下降,限制作物产量的增加(1]。作为一个潜在的生物能源,作物收获后残留物可以返回字段结合土壤耕作。秸秆的应用可以提高土壤耕作和肥力,保持土壤生产力,增加作物产量(2]。稻草回报率可能会不断增加土壤有机碳在年际旋转耕作制度(3]。
一些研究表明,连续秸秆应用显著降低土壤容重从第四年4],它大大提高了土壤的稳定聚合物(5]。秸秆应用程序可以调节土壤含水量和温度,影响土壤的垂直分布可用氮(6从土壤,减少氨挥发7]。用稻草应用,土壤的alkaline-hydrolyzed氮(AH-N)内容增加了6% -34%,-14%和8%,分别比土壤没有作物残留物(8]。秸秆应用连续六年之后,可用的土壤有机碳和氮含量每个土壤骨料粒度类增加了27%和12%,分别为(2),相比之下,那些没有作物的土壤残留物。此外,秸秆应用显著降低土壤贯入阻力,导致土壤水渗透速率增加1.4倍(9]。这种效果是最重要的地区土壤的穷人生育(10]。秸秆的应用程序也可以增加有机质含量和土壤中的腐殖质组分的积累,提高土壤腐殖质的结构(11),增加了大量的土壤微生物群(5),和促进土壤脱氢酶和磷酸酶的活动4,12]。稻草收益提高了肥料对土壤容重的影响,土壤孔隙度、玉米根长、根表面积、根体积,收益率3.99%,-7.27%,3.89%,-7.40%,1.35%,-71.01%,-42.45%,19.16% 10.49% -22.73%,分别为-7.05%和4.43% (13]。因此,秸秆的应用有利于提高作物产量、氮利用效率(14),和经济效益15]。
然而,undecomposed作物残留物会阻碍出现(16和增长17作物在即将到来的赛季。因此,与多个地区种植制度,每年额外的氮肥料应用后秸秆应用促进作物残留的分解(18,19]。秸秆应用促进表层土壤中的养分的积累层;然而,它对提高作物产量的影响因素如土壤类型有关(20.[]和土壤耕作方法21]。土壤耕作方法显著影响土壤中的养分的积累和转换(22]。一项研究表明,耕地耕作技术在稻草应用程序可以增加表层土壤的有机碳和总氮内容层,从而提高玉米籽粒产量和水分利用效率(23]。其他研究已经表明,碳含量的有机质、腐殖质、胡敏酸、富里酸(11),以及土壤中总氮释放使用浅埋藏方法明显高于那些深埋处理(24]。稻草浅埋藏可以显著提高秸秆的降解率,这可能是有关增加土壤微生物群的分解代谢的多功能性(25)和G的比率下降+/ G−细菌(26]。与秸秆深埋相比,土壤养分的综合指数可以达到最大值的浅埋藏方法(27]。然而,土壤含水量和温度会显著降低是否使用耕地耕作方法的深埋或浅埋藏方法,导致减少农作物的出现率在接下来的赛季(28]。
在雨养干旱地区,与免耕秸秆覆盖可以显著提高有机碳含量(22)、含水率和渗透率(29日0 - 100 cm土层),从而增加作物产量和土壤质量。然而,地区的灌溉系统,这种方法降低了土壤温度,因此没有造成作物籽粒产量增加(30.]。换句话说,秸秆的影响应用程序与不同土壤耕作方法在不同地区明显不同。
近年来,机械收获谷物在主maize-producing领域继续发展在中国。基于收割机械的限制,当谷物收获机械,稻草被收割机和返回。然而,很少有研究对秸秆应用在机械收获粮食。先前的研究结果大多是手工收割的情况下获得的。相比传统的人工收割和秸秆回收方式、作物残留物同时分解并返回在机械领域谷物收获,这对研究秸秆应用方法提出了新的需求。这也是挑战,分析程序与先前的研究相比的优越性。
在这项研究中,我们进行了田间试验在红壤地区的云南高原,这是玉米和强奸复种作物生产系统在中国的西南地区。我们调查的影响秸秆应用程序结合不同土壤耕作方法对土壤耕作和玉米籽粒产量和确定最合适的稻草应用方法在机械收获粮食。这项研究的结果提供了理论依据和技术方法提高土壤质量和增加玉米籽粒产量。
2。材料和方法
2.1。试验田
现场试验进行了2016年和2018年之间在Jinma镇佳乐村,红河哈尼族彝族自治州,云南省,中国(24°46′N, 103°30′E)。该地区位于玉米和强奸复种的典型的生产区域系统。现场有海拔1800米,亚热带季风气候,年均温度15.2°C,年降水量979.7毫米。土壤类型是红色的土壤,采用雨养农业和旋耕实践。
2.2。秸秆的应用方法
采用裂区试验方案、玉米品种的主要情节因素,应用程序和稻草是次要情节的因素。金玉99 (JY99),一个早熟玉米品种,和宝玉9 (BY9),晚熟的玉米品种,用于种植。所有机械收割秸秆粉碎和应用领域。三种秸秆应用方法:秸秆深埋耕作(SDBP),与旋耕秸秆浅埋藏(SSBRT)和秸秆覆盖免耕(SMMT)。每个实验进行重复治疗三个街区,实验领域被分为18个治疗情节(50米×2.4米)。在每一个情节,四行玉米种植在相等的距离,地块总面积为2200米2。玉米种植与强奸或者植物(表1)。
粮食机械收获进行了使用收割机(日本久保田公司4 lz - 2.5, PRO688Q) semifeed头(Jiajiale 4 YG-4A)。耕地是使用1 lh - 438进行犁板耕耘与拖拉机拖(LX1204)。旋耕与旋耕机进行拖曳与相同类型的拖拉机。详细的实验过程中总结表1。
2.3。土壤样本和收集
土壤剖面(120×60×60厘米)和根样品(45×30×60厘米)手动收集在玉米耳朵起始阶段(V12)和吐丝阶段(R1)代表地区的每一个情节(图1)。土壤贯入阻力和水含量测试以外的四个角落概要文件的集合。alkaline-hydrolyzed氮(AH-N)内容和根卷进行测试在每个深度范围(0−10、10−20 20−30、30−40、40−50岁和50−60厘米)。
2.4。土壤渗透阻力、含水量和AH-N内容
土壤渗透阻力测试与透度计(tjsd - 750)和含水量测试土壤水分传感器(TZS-1K)。这时,一个土钻是用于收集土壤样本。四个采样点在同一深度范围涨跌互现。根和脱落被丢弃。每个样本与0.18毫米已筛过滤。AH-N内容与碱解扩散法测定。
2.5。根卷
不锈钢刀片被用来收集的三个区块根样品。样品被转移到尼龙网袋土壤之前,和其他杂质冲洗掉。可见玉米根都是收集到拉链袋和使用高分辨率扫描仪扫描(爱普生完美V700)。图像分析与植物根测量和分析系统(WinRHIZO pro - 2016)。根系的等高线图是由一种绘图软件绘制(冲浪者8.0)。离散数据的根卷被选中,冲浪者8.0中的插值法用于网格数据,获得了常规网格文件,然后绘制等值线图。
2.6。测定叶面积指数、干物质积累和叶绿素含量
对于每一个情节,4植物样本收集的V12阶段和R1阶段收集和10在生理成熟(R6)阶段。在每个植物器官分离。叶面积指数、叶片的长度和宽度测量和叶面积指数计算长×宽×系数,系数= 0.50树叶没有完全展开时,0.75。对于干物质积累,每个样本在105°C,然后烤干在75°C到重量达到恒重。对采集到的样本的生理成熟度阶段,微生物和收获指数计算基于测量干物质积累值。与叶绿素SPAD值测量仪(SPAD - 502)。的V12阶段,完全展开叶测量。在R1,耳叶测量。在现场测量略有偏差从叶子的中心。连续15个工厂测量在每个情节。
2.7。粮食产量
收获玉米谷物的总重量在每个情节测量(总重量)。然后,3随机收集样本(> 1公斤)和重量(毛重)。杂质从这些样本被丢弃之前的样品重量(净重)。杂质比例计算:(weight-net毛重量)÷毛重。
3随机颗粒收集样本(100粒),体重(湿重)。然后,谷物在75°C到干体重成为常数之前重(干重)。粮食水分含量计算(湿weight-dry重)÷净重。假设收益率14%含水量计算总重量×(1 -杂质比例)×(1−含水量)÷(1−14%)。
2.8。统计分析
数据组织与Microsoft Excel 2016。SPSS 8.0统计软件的数据处理系统是用于方差分析。方差分析(方差分析),其次是LSD测试 在适当的地方。最显著的差异是采用多重比较的方差分析实验治疗,显著性水平为0.05。LSD算法在不同层次的不同品种和稻草的应用程序 ,在哪里t0.05 (df)是关键t价值因素的程度下的自由F测试中,女士e均方误差,一个因素水平数,r实验重复治疗。品种×稻草的LSD算法应用程序交互 ,在哪里dfe测试错误程度的自由。
3所示。结果
3.1。产量和收获指数
每个季节的玉米产量是影响秸秆应用方法(表2)。强奸后第一个秸秆应用程序(从植物收获,1择机发射,使用SDBP的玉米产量和SSBRT高于使用SMMT 26.8%和17.7%,分别。然而,在三个赛季的稻草应用程序(强奸、玉米和强奸3择机发射,产量和生物量中使用SDBP, SSBRT和SMMT没有显著差异( )。此外,相比第一玉米产量的增加,轮机械收割和稻草应用,收益率与SDBP SSBRT分别减少了16.7%和12.7%,分别,而使用SMMT的产量增加了5.4%。产量的增加主要是由于生物量的增加,即。,收获指数基本持平。收益率(平均2017年和2018年的收成)的晚熟的品种BY9显著高于早熟品种JY99(分别为8.4%和7.7%),主要是由于较高的生物量中BY9和收获指数。
3.2。吐丝前干物质积累、叶面积指数和叶片叶绿素含量
我们的研究结果表明,秸秆应用方法强烈影响干物质积累在吐丝前,叶面积指数和SPAD值(表3)。第一个秸秆应用程序后,干物质积累、叶面积指数和SPAD V12和R1阶段在使用SDBP明显高于SSBRT和SMMT,而连续三草应用程序之后,在V12 SPAD值阶段,所有三个索引值在R1阶段与SMMT更高。此外,三个索引值有下降的趋势经过三轮的稻草应用SDBP和SSBRT SMMT的,而这些数字增加或没有明显变化。
通过比较这两个品种之间,我们发现稻草应用方法只影响SPAD值在第一个赛季,而吐丝前干物质积累、叶面积指数没有显著影响。考虑BY9有更高的收益率,我们推断,吐丝后干物质积累,吐丝前相比,对高收益的晚熟的品种。
3.3。体积和根系的分布
图2说明了根卷和分布在每个稻草应用程序方法(平均的两个品种)。一个稻草应用程序后,我们发现SDBP和SSBRT方法显示更高的平均根卷在0−60厘米深度范围与SMMT相比。相比之下,连续三草的应用程序后,根卷使用SDBP和使用SSMT SSBRT并不明显高于。特别是的平均根卷40 0−深度范围的SDBP小于使用R1 SMMT V12 29.6%以及7.5%,之后连续三草的应用程序。
此外,我们发现,即使一轮稻草应用程序中,40 - 60厘米土层的根卷SMMT没有明显不同,SDBP, SSBRT方法。在更深的土壤层作为根体积与产量呈正相关,这些数据表明,立即增加根卷与SDBP SSBRT可能没有很强的产量的增加中获益。通过比较根卷稻草秸秆应用程序和三个应用程序之间,我们发现在R1阶段,0−60厘米根卷SMMT增加了18.2%,而使用由SSBRT SDBP下降了28.0%,没有明显改变。这些结果表明,SMMT可能会有延迟,但长期优势增强玉米根卷。
3.4。土壤渗透阻力
图3说明土壤贯入阻力在不同深度V12和R1阶段不同秸秆应用时期。通过比较SDBP SMMT协会,我们发现土壤贯入阻力与SMMT的SDBP低于0−30厘米范围平均32.8%(平均1择机发射和3之间择机发射;下同)。然而,土壤贯入阻力与SDBP高40−60厘米范围超过60.0%。我们还SSBRT和SMMT相比,我们发现,虽然土壤贯入阻力在0−20厘米没有明显不同,SSBRT法土壤贯入阻力高于24.8% SMMT方法20−60厘米。此外,我们还发现,深层土壤贯入阻力(50−60厘米)增加三个稻草应用程序后的SSBRT (791.9 KPa)和SDBP (427.3 KPa)方法。
在一起,这些结果表明,尽管SDBP和SSBRT方法可以有效地减少土壤浅穿透阻力和介质层,他们也可以提高深层土壤贯入阻力。相比之下,SMMT不能有效降低土壤浅层的贯入阻力,但它不会产生严重不良影响更深的土壤结构。
3.5。土壤水分含量
我们发现稻草应用方法显著影响土壤含水量,如图4。在V12阶段(平均1择机发射和3之间择机发射;下同),SMMT方法产生在0 30 cm土层含水量高于SDBP和SSBRT方法(分别为15.2%和18.0%)。类似的差异观察30−60 cm层(分别为11.3%和7.3%)。重要的是,在浅土层(0−10厘米),这是必不可少的玉米萌发,产生的SMMT仍然含水量最高,其次是SDBP(21.3%)和SSBRT (19.0%)。在R1阶段,含水量的SMMT仍显著高于SDBP (19.4% 0 30−−30 cm层和6.9% 60厘米层),而不是通过SSBRT显著不同。
3.6。Alkaline-Hydrolyzed含氮量
图5表明,秸秆应用方法强烈影响AH-N内容在土壤中。的V12阶段,SMMT显示更多AH-N含量0−20厘米,层40−60厘米,相比SDBP和SSBRT(15.9%和22.7% 0 40−−20厘米,7.9%和48.6% 60厘米,分别计算之间的平均1择机发射和3择机发射。相比之下,SDBP和SSBRT只显示较高含量在20−40 cm层(分别为21.5%和16.7%高于SMMT)。在R1阶段,在0−20 cm层,AH-N内容由SMMT显著高于SDBP方法(9.7%),但它不是由SSBRT显著不同;在20层−40厘米,AH-N内容与SMMT高于SSBRT但低于SDBP(分别为12.8%和5.5%);在40−60 cm层,AH-N内容与SMMT明显高于SDBP和SSBRT(分别为73.8%和71.9%)。
此外,通过比较数据从一个和三个稻草应用中,我们发现在V12, AH-N满意SMMT的0−20厘米和40−60 cm层增加了3.1%和16.9%,分别数量在20−40 cm层降低了12.9%,但整体(0−60厘米)AH-N内容增加了2.6%。这些结果说明SMMT的持续改善总体有利AH-N内容,特别是在深层土壤。
4所示。讨论
土壤耕作和秸秆埋深在稻草应用因素影响土壤耕作和玉米籽粒产量(31日]。先前的研究已经表明,与秸秆覆盖免耕相比,秸秆深埋与旋耕耕作和秸秆浅埋藏可以改善土壤结构和根系生长环境,减少0-20 cm耕层土壤容重,增加土壤的渗透性和保水性能,促进根扩张和提高根吸收水分和养分的能力(32]。秸秆应用程序与耕地耕作可以限制水平水流,促进秸秆分解,并增加土壤含水量和积累营养物质,从而提高氮肥的利用率和玉米籽粒产量(33]。此外,玉米籽粒产量与秸秆深埋高耕作相比,稻草浅埋藏(34]。
然而,土壤macroaggregates容易破碎,形成微团聚体或sand-to-clay-sized粒子由于强干扰的耕层耕作或旋耕35,36),导致有机碳含量减少(37),影响玉米根系的生长和发育38]。先前的研究已经表明,与传统的旋耕土壤相比,秸秆覆盖和免耕可以提供一个适合作物生长的土壤环境。该方法可显著提高土壤有机碳(39- - - - - -42)和水分含量(43)和增强脲酶的活动,脱氢酶、碱性磷酸酶和其他酶(44),最终增加玉米内核重量(45和粮食产量39,40]。与连续秸秆应用程序与耕地耕作相比,秸秆覆盖和免耕法可显著提高内容的肥性总量和平均质量直径20 - 50厘米土层,从而有效地减少土壤团聚体结构的损伤,增加的蓄水能力0 - 200 cm土层。作物产量和水分利用效率的方法分别增加了15.1%和27.5%,分别比连续秸秆应用程序与耕地耕作(46]。一些研究还暗示秸秆覆盖与传统耕作的作物籽粒产量高于通过秸秆覆盖免耕;然而,后者的可操作性和经济效益比前者更大(47,48]。
我们的研究结果表明,与秸秆覆盖免耕相比,秸秆深埋与旋耕耕作和秸秆浅埋藏方法可以减少表层土壤的密度层,增加根系体积第一个秸秆应用程序后,它在增加玉米籽粒产量中起着主导作用。然而,经过连续轮机械收割和稻草应用,土壤密度0−40 cm层显著增加与耕地和稻草秸秆深埋浅旋耕埋。土壤耕作和秸秆应用程序之间的交互影响土壤孔隙度的主要因素。具体来说,吸管和土壤增加了土壤孔隙度(49)和减少0−30厘米土层的水分含量和AH-N内容的20到40 0−−60厘米土壤层玉米生长的早期阶段。因此,玉米根系的生长和发育是镇压,导致显著降低玉米籽粒产量相比之前的季节。在中国西南部的云南高原,考虑在玉米种植季节性干旱频繁,耕层的土壤肥力差,就业的秸秆覆盖免耕方法可以增加土壤水分和养分含量,具有重要意义在改善玉米出苗率和籽粒产量。
然而,有一些问题与秸秆覆盖免耕玉米播种过程中。与手动播种机械抛弃或机械播种,移除稻草覆盖抛弃铲或种子计会增加土壤中的水分流失,,反过来,导致玉米出苗率下降(50,51]。因此,利用适合播种,播种深度增加的设备都需要提供一个适合种子萌发和出现的土壤环境。
5。结论
在机械收割,玉米籽粒产量显著降低重复使用稻草秸秆应用程序与耕作和秸秆浅埋深埋旋耕的方法。相比之下,与免耕秸秆覆盖方法可以增加耕层的土壤含水量,增加alkaline-hydrolyzed浅或深土壤的含氮量层,并促进玉米根系的生长和发育,从而增加玉米籽粒产量。
数据可用性
使用的实验数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。
的利益冲突
作者宣称他们没有关于本研究的利益冲突。
确认
这项工作得到了中国国家重点研发项目(2016 yfd03003)和中青年学术带头人红河大学储备人才项目(2016 hb0402)。