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稻草的价值及分析(稻草掺入影响养分循环和土壤有机质)

时间:2024-08-11 12:16:01
稻草掺入是劳动密集型的,会影响温室气体排放,但可以增加土壤有机碳(C)并回收养分。稻草分别含有约80%、40%和30%的水稻吸收的钾(K)、氮(N)和磷(P),因此其掺入可以减少后续作物的肥料需求。

但由于稻草质量低下,分解缓慢。因此,这项行动的时机与水资源管理相结合,变得很重要。添加农家粪肥堆肥稻草可以改善质量和养分供应。同样,可以将水稻秸秆热燃烧产生的生物炭添加到土壤中以改善土壤有机C。

收获后的稻草管理是水稻生产周期的重要组成部分,特别是在世界上90%的大米生产地,因此,大部分稻草都在亚洲生产。传统上,在亚洲,水稻是通过切割和搬运到中央脱粒地点进行手工收获的,用于谷物和秸秆的分离,只有一小部分秸秆保留在田间。

秸秆被认为是废物,要么被焚烧,要么用于其他目的,如饲料或动物垫料。然而,该地区越来越多地使用联合收割机,导致大量稻草留在田间。在土壤中就地掺入稻草已被证明有助于养分的循环利用,增加土壤有机碳(C)和后续作物的产量。

虽然稻草含有大量的养分,但它融入土壤是劳动密集型的,会影响苗床准备和作物的建立。与露天焚烧的常见做法相比,这使得土地准备成本高昂。另一方面,秸秆焚烧将颗粒物释放到大气中,这与空气污染和人类呼吸系统疾病有关。

这导致大多数主要稻米生产国禁止露天焚烧秸秆,尽管这些政策在很大程度上难以执行。每年生产两到三种水稻作物导致大量秸秆的生产,作物之间的周转时间很短,特别是在每年种植三种作物的情况下。这导致秸秆在掺入时分解有限,对后续作物施用肥料的养分可用性和使用效率产生潜在的负面影响。

大量留在田间的稻草给水稻种植区带来了挑战,因为需要机械化和多次耕作操作,以便将秸秆有效地融入土壤中。同样,由于使用联合收割机的土壤表面存在大量秸秆,在水稻种植系统中采用免耕技术受到限制。

然而,已经开发了设备创新,例如快乐播种机,以便在将立茬切成覆盖物的同时直接进行种子钻孔。秸秆种植总体上有利于下一作物和生态系统服务,这取决于管理做法和所采用的耕作制度。在稻田中加入秸秆可以作为一系列以稻田为栖息地的动物的食物来源。

例如,Schmidt等人指出,稻草通过分解秸秆的无脊椎动物的繁殖提供了促进生物多样性的基质,这反过来又增强了稻田土壤中的养分循环。本章提供了有关将稻草纳入土壤的好处和挑战的信息,包括稻草可用作土壤改良剂的替代形式。

收获时,水稻生物质包括稻草和稻谷,碾磨后分为碾磨谷物、麸皮和稻壳。平均而言,特别是对于现代高产品种,水稻的收获指数(即谷物干重:植物总生物量干重)在0.45至0.50之间。

因此,大约每生产一吨米粒,也会产生一吨稻草。稻草通常比稻壳和麸皮具有更高的水分含量,因为它是在收获期间获得的,而麸皮和谷壳更干燥,因为它们是在干燥的稻谷碾磨后获得的。当水稻收获时,秸秆从田间移开进行脱粒以分离谷物,而秸秆和残茬则留在田间。茬的数量取决于秸秆切割的高度。残茬通常保留在原地,在整地期间被烧毁或掺入土壤中。

稻壳是在碾磨稻谷制成糙米时去除的部分,而麸皮是糙米抛光制成白米时去除的层。根据加工的不同,可以收集谷物以外的不同水稻植物成分并用于堆肥、生物燃料生产或其他目的。堆肥材料可以返回同一土壤或施用于其他作物的田地,通常具有很高的价值,从而导致养分的输出。

由于易于管理,目前稻草返回土壤的主要形式是在收获后露天焚烧残茬后加入燃烧的灰烬。然而,随着大多数稻米种植国禁止焚烧秸秆,加入新鲜稻秸秆是将稻草送回稻田的替代方法。虽然这与改善土壤质量和回收养分的好处有关,但它可能会通过释放温室气体对环境产生负面影响,具体取决于管理。

或者从田间收集秸秆,与其他投入物(如牲畜粪便、绿肥或家庭垃圾)混合制成堆肥,与新鲜秸秆相比,堆肥分解得更多,质量更高。在其他情况下,将蚯蚓和微生物添加到秸秆中以增强分解以制造蚯蚓粪。

堆肥和蚯蚓堆肥可以由蘑菇生产中的新鲜或废秸秆制成,但农民通常更喜欢将它们用于蔬菜等高价值作物,而不是用于水稻生产。秸秆可用于能源生产,剩余的碳化稻草可用作土壤改良剂。

稻草的掺入可以通过增强养分循环和土壤有机固碳来改善土壤质量。秸秆掺入已被证明可以促进养分循环并提供土壤肥力效益。秸秆是大多数稻农可获得的主要有机材料,是K.Ponnamperuma指出,在收获时,秸秆含有0.57%的N,0.07%的P2O5, 1.5% K2O、0.1%硫和5%硅。

Dobermann和Fairhurst也表明,收获时稻草可含有0.5-0.8%的氮,0.07-0.12%的磷2O5, 1.16–1.66% 千米2O、0.05–0.1% 硫和 4–7% 硅。这分别相当于N,P的约40%,30-35%,80-85%,40-50%和80%2O5, K2O,S和Si被植物占用。

在越南进行的一项研究中,与初始条件相比,添加稻草可以改善土壤pH值,土壤有机C和养分含量。在该研究中,与从燃烧的秸秆中添加灰分相比,稻草的掺入导致土壤有机C,pH和养分含量的增加更大,尽管氮的增加很小。

由于秸秆中的氮含量低,需要大量才能提供足够的氮。然而,秸秆必须分解才能吸收养分,养分的分解和供应速度取决于土壤类型和季节。此外,在使用季节,只有一部分营养物质可用。例如,在越南冲积土壤的一项研究中,大约67%至69%的稻草在植物达到生理成熟时已经分解。

养分的可用性受到稻草质量低下的影响,C:N比高,导致养分分解和矿化缓慢,特别是氮和一定程度上磷的短期可用性。有机材料的C:N比决定了其质量,高C:N比代表低质量和分解速度慢,而低C:N比代表高质量和较快的分解速度。向潮湿土壤中添加稻草会导致氮暂时固定,使其不可用并影响水稻产量。

秸秆掺入和水管理的时间是有效利用秸秆作为营养资源的重要考虑因素。稻草应在播种或移栽下一季作物前至少 3 周掺入干燥土壤中,以使秸秆有氧分解。这最大限度地减少了厌氧分解的负面影响,厌氧分解导致酚类化合物的释放和甲烷排放,同时允许营养物质的分解和矿化,使它们在植物生长过程中可用。

在比较水稻-水稻和水稻-玉米的种植系统中,当在种植雨季水稻前63天而不是14天进行残秸掺入时,氮供应量更大;这与水稻产量的提高有关。这表明在养分可用于植物吸收之前,需要时间进行秸秆分解。

另一方面,稻草堆肥,因为它在施用于土壤之前分解得更多,与生稻草相比具有更大的养分可用性。然而,农民优先考虑在蔬菜等高价值作物上使用堆肥,而不是在大米上使用堆肥。

稻草可以作为S的重要来源,这在使用无S肥料的情况下尤其重要。它也是包括锌在内的微量营养素的重要来源,但其长期应用会降低锌的可用性。稻草对磷回收也很重要。例如,在印度进行的一项为期4年的研究中,当水稻和小麦秸秆被移除或燃烧时,P平衡为负数。添加磷肥后,矿物磷动力学得到改善。

同样,Gangwar等人观察到,与在为期3年的稻麦研究中去除稻草时相比,掺入稻草时植物有效P的浓度更高。在河内Soc Son区的退化土壤上连续添加由稻草制成的生物炭,导致四个季节后土壤pH值,阳离子交换能力和土壤有机C增加。

生物炭具有较高的土壤pH值,在土壤中往往具有石灰作用,同时它也稳定且分解缓慢,导致土壤有机C的增加。越南年在红三角洲的太平省、兴安省和海阳省进行的一项单独研究表明,添加稻草和稻草制品。

越来越多的稻草被纳入种植水稻的田地。与传统的手工收割机相比,联合收割机的使用越来越多,将所有作物残茬留在田间,而传统的手工收割机仅将部分秸秆保留在田间,情况更是如此。将稻草掺入土壤有好处,包括提高产量、养分循环、土壤有机质积累以及对生态系统服务的总体惠益。

然而,需要考虑施用和水管理的时机,以最大限度地发挥秸秆在土壤中的效益,并减少负面影响,例如温室气体排放的产生或影响养分供应的酚类化合物的释放。这就对秸秆在集约化系统上的实用性提出了质疑,例如,三重水稻作物,作物之间几乎没有时间允许好氧分解。这表明秸秆管理解决方案需要根据农民的条件进行调整。在三重水稻种植机械化的情况下,需要考虑具有成本效益的秸秆管理替代办法,并记录经验,使推广人员能够向农民提出知情建议。

在使用联合收割机的情况下,将大量水稻残茬留在田间,使用播种机进行免耕的做法会受到残留物堵塞机器的影响。应考虑替代设备。还需要进行研究,以确定可以留在田间的秸秆比例,对土地整备和下一季作物的建立影响最小。

从田间收集秸秆的选择,特别是在使用联合收割机的情况下,已经在本书的其他地方进行了讨论,但关于是收集秸秆还是留在田间的决定需要考虑不同选择的权衡。总的来说,将稻草送回田间对养分的可持续循环和提高作物产量是有好处的。

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