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本研究在宁南旱区通过设置秸秆不同还田量,于2007～2010年定位研究了秸秆还田对土壤水分、土壤理化性状、作物产量及水分利用效率的影响,探索适宜当地生产和生态的最适秸秆还田量,为完善旱地秸秆还田栽培技术体系,提高旱区土壤扩蓄增容能力,建立土壤培肥制度提供参考。主要研究结论如下:1.经过四年的定位试验,秸秆还田处理的贮水保墒优势体现的比较明显,随秸秆还田量由高到低,播前和抽穗期0～200 cm土层土壤贮水量分别较CK提高4.56%、3.01%、2.52%和6.44%、4.42%、2.28%,高秸秆还田量处理均较CK差异显著(P<0.05);灌浆期和成熟期0～200 cm土层土壤贮水量分别较CK提高6.26%、5.04%、3.77%和9.44%、7.05%、5.30%,高、中秸秆还田量处理均较CK差异显著(P<0.05)。谷子生育期内,随秸秆还田量由高到低,0～200 cm土层的土壤贮水量分别较CK增加了22.25 mm、17.97 mm、12.65 mm,不同秸秆还田处理与CK差异显著(P<0.05)。2.秸秆还田有效提高了土壤养分含量。在0～20 cm土层,随秸秆还田量由高到低,土壤有机碳含量分别较CK提高24.16%、20.78%和9.50%(P<0.05);全氮含量分别较CK提高38.89%、25.93%和18.52%(P<0.05),全磷含量分别较CK提高11.11%、9.26%和5.56%(P<0.05),全钾含量分别较CK提高3.60%、2.97%和2.66%;碱解氮含量分别较CK提高70.16%、52.63%和39.67%(P<0.05),速磷含量分别较CK提高25.09%、21.40%和16.49%(P<0.05),速钾含量分别较CK提高26.65%、23.34%和17.36%(P<0.05)。秸秆还田对土壤养分含量的影响随着土层深度的加深而减弱。3.土壤中三种不同程度的活性有机碳在层次上具有明显的规律性,均表现为随着土层深度的增加而减少;秸秆还田的处理效果随着处理年限的延长表现明显。在0～20 cm土层,随秸秆还田量由高到低,2009年和2010年土壤活性有机碳含量分别较CK提高29.30%、40.76%、30.57%(P<0.05)和50.48、46.62%、35.05%(P<0.05);高活性有机碳含量分别较CK提高57.89%、47.37%、21.05%(P<0.05)和76.19%、61.90%、33.33%(P<0.05);中活性有机碳含量分别较CK提高41.67%、43.75%、27.08%(P<0.05)和51.92%、48.08%、32.69%(P<0.05);土壤碳库管理指数分别较CK提高35.61%、45.45%、35.45%(P<0.05)和57.40%、53.43%、41.96%(P<0.05)。在20～40 cm和40～60 cm土层也表现出相同的趋势。4.秸秆不同还田量对土壤有机碳矿化速率及矿化累积量影响明显,各秸秆还田处理的土壤有机碳矿化速率及矿化累积量均高于对照,且随着秸秆还田量的增加而升高。各处理土壤有机碳矿化速率在培养的第7天差异明显,随秸秆还田量由高到低,0～60 cm土层的日均矿化量分别较CK提高了46.79%、39.45%和33.77%(P<0.05)。随培养时间的延长不同秸秆还田量处理的土壤CO2产生速率基本接近。土壤样品培养49天后,CO2累积排放量介于516.85～1968.06 g/kg,各土层间差异显著,且随着土层深度的加深而降低。5.秸秆还田对土壤酶活性影响较大,随秸秆还田量由高到低,2010年0～60 cm土层的土壤过氧化氢酶活性分别较CK提高4.82%、3.22%和2.63%,高、中秸秆还田量处理较CK差异显著;脲酶活性分别较CK提高38.68%、34.89%和22.95%(P<0.05);碱性磷酸酶活性分别较CK提高99.05%、71.41%和48.58%(P<0.05);蔗糖酶活性分别较CK提高90.12%、80.94%和53.45%(P<0.05)。研究还发现,土壤酶活性存在明显的表层富集效应。6.经过四年研究发现,秸秆还田可以降低土壤容重,提高土壤孔隙度。随秸秆还田量由高到低,与基土相比0～60 cm土层的土壤容重分别降低了3.37%、3.13%和1.21%,土壤孔隙度分别提高了2.93%、2.60%和0.86%,CK处理基本无变化。另外,秸秆还田显著提高了0～20 cm土层>0.25 mm的土壤机械稳定性和水稳定性团聚体含量,增强了该土层土壤团聚体的稳定性。7.四年试验期间,秸秆还田处理的作物产量表现比较稳定,而且始终高于CK。随秸秆还田量由高到低,2009年玉米产量分别较CK提高30.72%、29.18%和12.51%(P<0.05),作物水分利用效率分别较CK提高41.10%、35.89%和21.28%(P<0.01);2010年谷子产量分别较CK提高27.45%、23.18%和11.53%(P<0.05),作物水分利用效率分别较CK提高35.79%、29.53%和15.57%(P<0.05)。综合四年的秸秆还田试验成果,短期内中量秸秆还田对作物的增产效果显著,但从长远还田周期来看,高量秸秆还田对作物增产更有优势。