不同秸稈還田模式的土壤質(zhì)量綜合評價

李有兵，李　碩，李秀雙，姜振輝，師江瀾，田霄鴻

(西北農(nóng)林科技大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院，農(nóng)業(yè)部西北植物營養(yǎng)與農(nóng)業(yè)環(huán)境重點實驗室， 陜西 楊凌 712100)

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不同秸稈還田模式的土壤質(zhì)量綜合評價

李有兵，李碩，李秀雙，姜振輝，師江瀾，田霄鴻

(西北農(nóng)林科技大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院，農(nóng)業(yè)部西北植物營養(yǎng)與農(nóng)業(yè)環(huán)境重點實驗室， 陜西 楊凌 712100)

【目的】 對不同秸稈還田模式下的土壤質(zhì)量進行綜合評價，篩選相對較優(yōu)的秸稈還田模式，為關(guān)中平原小麥-玉米一年二熟輪作體系下大規(guī)模實行機械化秸稈還田提供理論依據(jù)。【方法】 采用田間定位試驗，在陜西關(guān)中冬小麥-夏玉米一年二熟耕作制度下，小麥秸稈設(shè)高留茬還田(WH)、粉碎還田(WC)和不還田(WN)3種還田方式，玉米秸稈設(shè)深松還田(MM)、旋耕還田(MC)和不還田(MN)3種還田方式，通過完全隨機區(qū)組設(shè)計得到9種秸稈還田模式，分別為WH-MM、WH-MC、WH-MN、WC-MM、WC-MC、WC-MN、WN-MM、WN-MC、WN-MN，測定不同秸稈還田模式下的土壤理化性質(zhì)，根據(jù)主成分分析法定量評價不同秸稈還田模式對土壤質(zhì)量的影響?！窘Y(jié)果】 秸稈還田對土壤速效養(yǎng)分和有機碳活性組分的影響較大，尤其是速效氮，其變異系數(shù)最高，達32.38%，是反映土壤質(zhì)量變化最為敏感的指標。秸稈還田后其自身所含有機碳礦化以CO2形式釋放于大氣，進入土壤較少，因此土壤總有機碳含量的變異系數(shù)較小，為5.31%。通過主成分分析法建立了土壤質(zhì)量綜合評價模型，經(jīng)計算可知，小麥秸稈高留茬還田-玉米秸稈旋耕還田(WH-MC)模式的土壤質(zhì)量綜合得分最高，達0.751 0，其小麥籽粒和秸稈產(chǎn)量較高，土壤質(zhì)量相對較優(yōu)。【結(jié)論】 綜合土壤質(zhì)量和作物產(chǎn)量，WH-MC是關(guān)中地區(qū)相對較優(yōu)的秸稈還田模式組合。

秸稈還田；土壤質(zhì)量評價；主成分分析；小麥-玉米輪作

土壤作為植物生長的媒介、水分的過濾器和廢物分解的生物介質(zhì)，是人類賴以生存和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。土壤與水、氣和植物互作，調(diào)節(jié)控制水、氣質(zhì)量和植物生長的生態(tài)過程，并維持地球的生態(tài)系統(tǒng)平衡[1-2]。我國土壤資源嚴重不足，人均耕地面積不足世界水平的1/3，近幾十年來，隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有機肥施用量的銳減，加之高產(chǎn)、超高產(chǎn)的農(nóng)業(yè)需求壓力對農(nóng)田地力的過度消耗，造成農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)日益脆弱，土壤質(zhì)量退化及農(nóng)田生產(chǎn)力水平下降等生態(tài)環(huán)境問題加劇，嚴重影響著我國農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展和糧食安全[3-6]。大量試驗表明，秸稈還田對土壤有機質(zhì)有一定的提升作用，還能補充土壤氮、磷、鉀等養(yǎng)分含量，改善土壤理化性狀和農(nóng)田生態(tài)環(huán)境，是目前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中替代傳統(tǒng)有機肥、維持和提高土壤質(zhì)量的有效措施[7-9]。

土壤質(zhì)量主要依據(jù)土壤功能進行定義，根據(jù)國際土壤學(xué)會對土壤功能的闡述，被定義為土壤在生態(tài)系統(tǒng)范圍內(nèi)維持生物的生產(chǎn)力、保護環(huán)境質(zhì)量以及促進動植物健康的能力[10]。土壤質(zhì)量是土壤物理、化學(xué)和生物學(xué)性質(zhì)以及形成這些性質(zhì)的一些重要過程的綜合體[11]，其優(yōu)劣直接影響作物的生長發(fā)育以及人類的生產(chǎn)、生活和發(fā)展，土壤質(zhì)量良好的標準是能夠維持較高的農(nóng)田生產(chǎn)力，并且未引起環(huán)境質(zhì)量的明顯退化，通過土壤質(zhì)量評價，可以了解耕地的生產(chǎn)潛力、健康狀況及預(yù)測耕地的現(xiàn)實生產(chǎn)力[12-13]。土壤質(zhì)量評價是一項系統(tǒng)性很強的工作，國內(nèi)外已在土壤質(zhì)量評價指標體系和評價方法方面開展了大量的研究工作，但迄今為止尚沒有統(tǒng)一的土壤質(zhì)量評價方法。常見的評價方法可以概括為定性和定量評價，定性評價往往受到較多主觀因素干擾，應(yīng)用不是很廣泛；定量評價方法較為客觀，適合于各種尺度，但爭議也較大，因為不同評價者的目的不一樣，側(cè)重的土壤功能也不一樣，決定了評價指標的差異，目前研究者多采用主成分分析法對評價指標進行進一步篩選[14]。關(guān)于主成分分析法在土壤質(zhì)量評價中的應(yīng)用，以往研究者主要針對不同土地利用形式、耕作模式、種植制度、施肥方式[15-16]以及化肥與秸稈配施對土壤質(zhì)量的影響來評價秸稈還田的作用[17]，也有研究者對關(guān)中平原不同秸稈還田模式下的土壤質(zhì)量進行評價，但多集中于各指標的分開比較，通過土壤的某些性狀間接反映土壤質(zhì)量，并未建立一個綜合的評價體系[18-19]。土壤質(zhì)量評價首先要明確目的，再根據(jù)指標的相應(yīng)功能來選取合適的評價指標[20-21]。秸稈還田直接影響土壤有機碳、氮磷鉀等土壤養(yǎng)分指標，以及土壤體積質(zhì)量、孔隙度等物理性狀[22]，因此本研究采用田間定位試驗，選取土壤有機碳、氮磷鉀等土壤化學(xué)指標以及土壤體積質(zhì)量、孔隙度等土壤物理指標，在田塊尺度上采用主成分分析法，建立不同秸稈還田模式的土壤質(zhì)量綜合評價體系，探究不同秸稈還田模式對土壤質(zhì)量及農(nóng)田生產(chǎn)力的影響，進而篩選適合關(guān)中平原實際情況的秸稈還田模式組合。

1　材料與方法

1.1試驗地概況

試驗在西北農(nóng)林科技大學(xué)三原試驗站秸稈還田定位試驗基地(108°52′E，34°36′N，海拔427.4 m)進行。土壤類型為褐土類土婁土亞類紅油土屬，系統(tǒng)分類名為土墊旱耕人為土(Eum-Orthic Anthrosol)，質(zhì)地為壤土。該試驗區(qū)屬典型暖溫帶半濕潤大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，年平均氣溫12.9 ℃，日照時數(shù)2 096 h，年均降水量527 mm，其中60%～70%的降雨集中在7-9月，無霜期220 d左右。試驗開始時耕層(0～20 cm)土壤基本理化性質(zhì)分別為：有機碳10.57 g/kg，全氮0.68 g/kg，速效氮26.79 mg/kg，全磷0.61 g/kg，速效磷52.6 mg/kg，速效鉀122.8 mg/kg。

1.2試驗設(shè)計

試驗始于2008-06，輪作制度為冬小麥-夏玉米一年二熟制，玉米于每年6月初播種，10月初收獲；小麥于每年10月初播種，次年6月初收獲。小麥秸稈設(shè)置3種還田方式，即高留茬還田(WH)、粉碎還田(WC)和不還田(WN)；玉米秸稈亦設(shè)置3種還田方式，即深松還田(MM)、旋耕還田(MC)和不還田(MN)，田間具體操作措施見表1。因此，在一個輪作期內(nèi)小麥玉米秸稈共有9種還田方式組合，分別為WH-MM、WH-MC、WH-MN、WC-MM、WC-MC、WC-MN、WN-MM、WN-MC、WN-MN。小區(qū)面積約830 m2，每種組合重復(fù)4次。

表 1　不同秸稈還田模式的具體操作措施Table 1　Design of experimental treatments under different straw returning modes

玉米播種時，為了促進秸稈腐解，配施尿素(N 67.5 kg/hm2)和磷酸二銨(P2O567.5 kg/hm2)作為基肥，在喇叭口期追施尿素1次(N 120 kg/hm2)；小麥播種時，以尿素(N 150 kg/hm)和磷酸二銨(P2O5110 kg/hm2)作為基肥，在整個生長季內(nèi)不再追肥。在玉米出苗期、拔節(jié)期、抽雄期，以及小麥出苗期、分蘗期、拔節(jié)期各灌水1次，每次灌水量約50 mm，采用畦灌方式。各處理播種量、施肥量及施肥時間、灌水、病蟲害防治等田間管理措施均保持一致，作物播種、收獲和秸稈還田過程均按照試驗設(shè)計采用大型機械操作。

1.3樣品采集與分析測定

1.3.1樣品采集2014-06小麥收獲后，各處理隨機選取8個點(2 m×1 m)采集小麥地上部分，用于測定小麥籽粒與秸稈產(chǎn)量。

采集土壤表層0～20 cm土樣。用土鉆在每個小區(qū)內(nèi)按“S”形隨機采集12個有代表性的土樣，混合后作為該小區(qū)樣品，裝入滅菌自封袋后帶回實驗室，剔除植物殘體和其他雜物，分出一部分鮮樣備用，其余置于陰涼通風(fēng)處攤晾風(fēng)干，磨細，過孔徑1和0.15 mm篩備用。

1.3.2分析測定方法土壤體積質(zhì)量和總孔隙度通過環(huán)刀法測定，pH值測定時土水質(zhì)量體積比為 1∶2.5，采用PB-10酸度計測定，其余指標均采用常規(guī)方法測定，其中土壤總有機碳用重鉻酸鉀-外加熱法測定，全氮用半微量凱氏法測定，全磷用NaOH熔融-鉬銻抗比色法測定，全鉀用NaOH熔融-火焰光度法測定，速效氮用KCl浸提-流動分析儀測定，速效磷用Olsen法測定，速效鉀用NH4OAc浸提-火焰光度法測定，活性有機碳用高錳酸鉀氧化法測定，微生物量碳用氯仿熏蒸提取法測定[23]。

1.4數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采用Excel 2007進行整理，用DPS 7.05統(tǒng)計軟件進行方差分析和多重比較，SPSS 19.0軟件進行主成分分析。

2　結(jié)果與分析

2.1不同秸稈還田模式下土壤質(zhì)量指標的敏感性

由土壤質(zhì)量指標敏感性分析結(jié)果(表2)可知，土壤速效氮含量的變異系數(shù)最大，達到32.38%，表明不同秸稈還田模式對土壤速效氮含量的影響最大，土壤速效氮也是反映土壤質(zhì)量變化最為敏感的指標。土壤速效磷、鉀的變異系數(shù)也較大，表明不同秸稈還田模式主要對土壤速效養(yǎng)分產(chǎn)生影響，而速效養(yǎng)分又是作物吸收養(yǎng)分的直接來源，因此不同秸稈還田模式對作物生長發(fā)育有一定影響。對于土壤有機碳指標，土壤微生物量碳和活性有機碳含量的變異系數(shù)均較大，尤其是活性有機碳，其變異系數(shù)達到11.52%，在本研究中是反映秸稈還田最為敏感的碳指標。土壤全鉀和pH值的變異系數(shù)均較小，其中pH值的變異系數(shù)僅為0.42%，表明秸稈還田對土壤酸堿度的影響很小。

表 2　不同秸稈還田模式下土壤質(zhì)量指標的敏感性分析Table 2　Sensitivity analysis on soil quality indicators of different straw returning modes

2.2不同秸稈還田模式下土壤質(zhì)量的綜合評價

2.2.1評價模型的建立各土壤屬性指標間存在一定的相關(guān)關(guān)系，直接利用上述指標對土壤質(zhì)量進行綜合評價會存在一定的信息重疊，因此采用主成分分析法[24]，根據(jù)累積方差貢獻率大于80%的原則，共提取了3個主成分，其特征值分別為5.364，2.851和1.508，各主成分的方差貢獻率分別為 44.702%，23.760%和12.563%，3個主成分累積方差貢獻率高達81.025%(表3)。

由表4可知，第1主成分(F1)與大多數(shù)原始變量之間的關(guān)系都較為密切，尤其是在土壤碳、氮及體積質(zhì)量等指標上的載荷系數(shù)較大，可以認為是土壤碳、氮及體積質(zhì)量影響因子。第2主成分(F2)是次重要的影響因子，該主成分在土壤速效磷和全磷的載荷較大，因此可定為土壤磷素影響因子。第3主成分(F3)是再次重要的影響因子，該主成分在土壤微生物量碳指標上載荷最大，因此可定為土壤微生物影響因子。

表 3　不同秸稈還田模式下土壤質(zhì)量綜合評價主成分提取結(jié)果Table 3　Principal component extraction for soil quality comprehensive evaluation under different straw returning modes

表 4　不同秸稈還田模式下土壤質(zhì)量綜合評價主成分因子載荷矩陣和公因子方差Table 4　Component matrix and communalities of soil quality comprehensive evaluation under different straw returning modes

根據(jù)主成分得分系數(shù)矩陣，可以得到各主成分與不同土壤質(zhì)量指標間的表達式分別為：

F1=0.168X1+0.163X2+0.058X3-0.069X4+0.143X5+0.086X6+0.115X7-0.060X8+0.119X9-0.183X10+0.165X11+0.062X12，

F2=-0.057X1-0.093X2+0.289X3+0.106X4+0.181X5+0.279X6-0.055X7+0.101X8-0.223X9+0.014X10-0.054X11+0.258X12，

F3=0.023X1+0.044X2-0.094X3+0.158X4-0.191X5-0.045X6+0.500X7+0.562X8-0.089X9-0.018X10+0.093X11+0.074X12。

2.2.2計算主成分得分及綜合得分根據(jù)以上各主成分的得分表達式，將各土壤評價指標標準化后代入，可以得出9種秸稈還田模式下土壤分別在3個主成分上的得分Fj，以各主成分的方差貢獻率為權(quán)重，根據(jù)評價函數(shù)：F=0.447 02F1+0.237 60F2+0.125 63F3，計算出各處理土壤質(zhì)量評價的綜合得分F值并排序，結(jié)果(表5)表明，各處理土壤質(zhì)量綜合得分排序為：WH-MC>WH-MM>WH-MN>WC-MN>WN-MM>WC-MM>WC-MC>WN-MC>WN-MN。小麥秸稈高留茬還田-玉米秸稈旋耕還田(WH-MC)模式土壤質(zhì)量綜合得分最高，小麥秸稈不還田-玉米秸稈不還田(WN-MN)模式最低。對于小麥秸稈不同還田方式，以小麥秸稈高留茬還田(WH)模式土壤質(zhì)量狀況最優(yōu)。

表 5　不同秸稈還田模式下土壤質(zhì)量評價中各主成分得分及綜合得分Table 5　Principal components scores and comprehensive scores for comprehensive evaluation of soil quality under different straw returning modes

2.3土壤質(zhì)量綜合評價結(jié)果與作物產(chǎn)量效應(yīng)的吻合性

土壤質(zhì)量狀況可以根據(jù)土壤自身性質(zhì)來衡量，也可以根據(jù)土壤的產(chǎn)出來衡量。本研究中，經(jīng)過6年田間定位試驗，小麥籽粒和秸稈產(chǎn)量與0～20 cm土層土壤質(zhì)量綜合評價結(jié)果基本吻合，WH-MC處理土壤質(zhì)量綜合得分最高，相應(yīng)的小麥籽粒和秸稈產(chǎn)量也較大，且與WC-MC處理達到顯著性差異水平。采用小麥秸稈高留茬還田-玉米秸稈旋耕還田(WH-MC)模式對土壤質(zhì)量起到了良好的維護作用，有利于土壤的可持續(xù)發(fā)展，并獲得了較好的收益。

表 6　不同秸稈還田模式下作物產(chǎn)量與土壤質(zhì)量評價結(jié)果的吻合性分析Table 6　Matching analysis of crop yield and soil quality evaluation under different straw returning modes

注：同列數(shù)據(jù)后標不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。

Note:Different lowercase letters indicate significant difference among treatments (P<0.05).

3　討　論

3.1主成分分析法在不同秸稈還田模式土壤質(zhì)量綜合評價中的應(yīng)用

作物生長的一個輪作期內(nèi)，不同的秸稈還田模式組合對土壤理化性質(zhì)以及農(nóng)田生產(chǎn)力會產(chǎn)生不同程度的影響，以往基于不同秸稈還田模式進行土壤質(zhì)量評價的研究多集中在對各指標分開比較，由于各處理土壤有機碳、氮磷鉀以及體積質(zhì)量等單個指標大小趨勢未必一致，因此難以根據(jù)各指標數(shù)值來準確評價土壤質(zhì)量的優(yōu)劣。也有研究者通過建立隸屬度函數(shù)，運用綜合指數(shù)法來評價土壤質(zhì)量，但這種方法在臨界值以及指標權(quán)重的確定上存在一定的主觀性，難以真實反映土壤質(zhì)量[25]。主成分分析法作為土壤質(zhì)量評價的一種有效方法，不僅能夠減少指標相關(guān)性、避免信息重疊，而且在克服確定權(quán)重的主觀片面性等方面顯示了其獨特的作用[26]，因此本研究嘗試采用主成分分析法對不同秸稈還田模式下的土壤質(zhì)量進行綜合評價，通過計算各個主成分的得分，得出土壤質(zhì)量綜合得分，并按照得分的高低來排序，從而能夠綜合量化土壤質(zhì)量等級。

3.2不同秸稈還田模式土壤質(zhì)量的綜合評價

本研究采用主成分分析法對土壤質(zhì)量進行綜合評價，在所獲得的12項土壤指標中，土壤速效養(yǎng)分含量的變異系數(shù)較大，可能是因為秸稈還田后腐解向土壤中釋放氮、磷、鉀等元素，導(dǎo)致土壤速效養(yǎng)分含量明顯增加。有研究表明，秸稈還田能降低鹽堿土土壤pH值[27]，但本研究土壤pH值的變異系數(shù)較小，土壤酸堿度較為穩(wěn)定，可能是因為本試驗中土壤pH值和CaCO3含量均較高，土壤pH值的緩沖能力較強，因此秸稈還田后不能對土壤pH值產(chǎn)生明顯影響。秸稈還田由于外源C投入的增加，能提升土壤的有機碳含量水平，而土壤有機碳影響土壤物理、化學(xué)及生物學(xué)過程，被認為是反映土壤質(zhì)量和土壤可持續(xù)性的最重要指標[28-29]。本研究中，秸稈還田能促進土壤總有機碳含量的增加，但其變異系數(shù)較小，并非反映秸稈還田最為敏感的指標，這可能是因為秸稈還田后，其自身所含有機碳的40%～50%以CO2形式釋放，不利于土壤碳的固定[30]。土壤微生物量碳和活性有機碳含量的變異系數(shù)均較大，對秸稈還田的反應(yīng)較土壤總有機碳更為敏感，這與前人研究結(jié)果一致[31]，可能是因為二者都是有機碳的活性組分，對植物養(yǎng)分供應(yīng)有最直接的作用，在指示土壤質(zhì)量和土壤肥力的變化時比總有機碳更靈敏，能夠更準確、更實際地反映土壤質(zhì)量的變化，也驗證了本研究所采用的土壤質(zhì)量評價方法的合理性。主成分分析的因子載荷矩陣表明，土壤總有機碳、活性有機碳、全氮、速效氮、速效磷、速效鉀在第1主成分上的載荷系數(shù)較大，表明這些土壤因子對土壤質(zhì)量具有決定性的作用。秸稈在腐解過程中形成腐殖質(zhì)，能有效增加土壤有機碳含量[32]，釋放出礦質(zhì)營養(yǎng)元素，從而有效補充土壤氮、磷、鉀養(yǎng)分[33]，因此秸稈還田對土壤質(zhì)量具有較大的影響。土壤質(zhì)量綜合評價結(jié)果表明，小麥秸稈高留茬還田的效果最優(yōu)，是維持土壤質(zhì)量較優(yōu)的秸稈管理措施，這是因為與小麥秸稈粉碎還田和小麥秸稈不還田相比，小麥秸稈高留茬還田能夠為后季作物生長發(fā)育提供一定的養(yǎng)分來源，玉米季高留茬的小麥秸稈經(jīng)過風(fēng)化作用在下季小麥播種時翻入土壤，減少了秸稈直接進入土壤腐解損失的有機碳，同時能夠抑制雜草蔓延，減少地面水分蒸發(fā)，保持土壤水分，與關(guān)中地區(qū)雨熱同期、年降水量不足600 mm的實際情況結(jié)合，對于關(guān)中地區(qū)小麥-玉米一年兩熟的集約化生產(chǎn)具有重要意義。

3.3土壤質(zhì)量綜合評價結(jié)果與農(nóng)田生產(chǎn)力水平的吻合性分析

土壤質(zhì)量的優(yōu)劣可以通過農(nóng)田生產(chǎn)力水平來反映，具體表現(xiàn)為產(chǎn)量效益的高低[34]。本研究中，6年秸稈還田定位試驗結(jié)果表明，WH-MC模式的小麥籽粒與秸稈產(chǎn)量之和最大，同時土壤質(zhì)量綜合評價結(jié)果表明，WH-MC模式土壤質(zhì)量綜合得分最高，土壤質(zhì)量最佳。因此，本研究采用主成分分析獲得的土壤質(zhì)量綜合評價指數(shù)(F值)在量化土壤質(zhì)量等級的同時能夠在一定程度上反映農(nóng)田的生產(chǎn)力水平，可用于評價不同秸稈還田模式下農(nóng)田土壤質(zhì)量和生產(chǎn)力狀況，是較為理想的土壤質(zhì)量評價方法。WC-MC處理下小麥籽粒和秸稈產(chǎn)量均最低，且顯著低于其他處理，而土壤質(zhì)量綜合得分并非最低，土壤質(zhì)量的優(yōu)劣并不能完全反映農(nóng)田的真實生產(chǎn)力水平，可能是因為WC-MC處理土壤自身生產(chǎn)潛力并未充分發(fā)揮，造成土壤質(zhì)量綜合評價結(jié)果與農(nóng)田真實生產(chǎn)力水平存在一定出入。

4　結(jié)　論

本研究采用主成分分析法對不同秸稈還田模式的土壤質(zhì)量進行綜合評價，可以客觀、準確、綜合地反映秸稈還田的效應(yīng)，確定不同秸稈還田模式下對土壤質(zhì)量產(chǎn)生較大影響的土壤屬性指標，以本研究為例，土壤速效養(yǎng)分和有機碳的活性組分對秸稈還田的反應(yīng)較為敏感，尤其速效氮是反映土壤質(zhì)量最為敏感的指標。

綜合主成分分析結(jié)果和作物產(chǎn)量，小麥秸稈高留茬還田/玉米秸稈旋耕還田(WH-MC)模式在獲得較高產(chǎn)量的同時對土壤質(zhì)量的維持效應(yīng)較好，是關(guān)中地區(qū)小麥-玉米一年二熟輪作制度下相對較優(yōu)的秸稈還田模式組合。

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Comprehensive evaluation of soil quality under different straw returning modes

LI Youbing,LI Shuo,LI Xiushuang,JIANG Zhenhui,SHI Jianglan,TIAN Xiaohong

(CollegeofNaturalResourcesandEnvironment,NorthwestA&FUniversity,KeyLaboratoryofPlantNutrientandtheAgri-environmentinNorthwestChina,MinistryofAgriculture,Yangling,Shaanxi712100,China)

【Objective】 This study comprehensively evaluated soil quality under different straw returning modes to screen better straw returning mode and provide theoretical basis for large-scale implementation of mechanized straw returning in Guanzhong Plain under wheat/maize rotation system.【Method】 A field experiment was arranged under wheat/maize rotation system in Guanzhong Plain,Shaanxi.Straw mulching with high stubble returning to field (WH),straw chopping returning to field (WC) and no straw returning (WN) were tested during wheat season, and straw chopping returning to field with subsoiling (MM),straw chopping returning to field (MC) and no straw returning (MN) were tested during maize season with a total of 9 combined straw returning modes:WH-MM,WH-MC,WH-MN,WC-MM,WC-MC,WC-MN,WN-MM,WN-MC,and WN-MN.Soil physical and chemical properties under different straw returning modes were determined and principal component analysis (PCA) was adopted to quantitatively evaluate the effect on soil quality.【Result】 Straw returning to field mainly influenced soil available nutrients and active component of soil organic carbon.Soil available nitrogen had the highest variation coefficient of 32.38% and was the most sensitive indicator reflecting the changes of soil quality.Organic carbon was released to atmosphere in the form of CO2by mineralization after straw returned to field, resulting in small variation coefficient of 5.31%.According to the established comprehensive evaluation model soil quality,wheat straw high stubble returning-maize straw rotary returning (WH-MC) had the highest soil quality comprehensive score (0.751 0) and better soil quality.【Conclusion】 Considering soil quality and crop yield,WH-MC is the suggested straw returning mode in Guanzhong Plain.

straw returning;soil quality assessment;principal component analysis;wheat/maize rotation

時間:2016-09-0709:03DOI：10.13207/j.cnki.jnwafu.2016.10.019

2015-04-15

國家科技支撐計劃項目(2012BAD14B11)；國家自然科學(xué)基金項目(41371288)

李有兵(1989-)，男，陜西米脂人，碩士，主要從事農(nóng)業(yè)廢棄物資源循環(huán)利用研究。E-mail：li_youbing@126.com

田霄鴻(1967-)，甘肅天水人，教授，博士，博士生導(dǎo)師，主要從事農(nóng)業(yè)廢棄物資源循環(huán)利用研究。

E-mail:txhong@hotmail.com

S151.9

A

1671-9387(2016)10-0133-08

網(wǎng)絡(luò)出版地址:http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1390.S.20160907.0903.038.html